固体変圧器はスマートグリッドの効率をどのように向上させるのか

固体変圧器（SST）、また「スマートトランスフォーマー」とも呼ばれる現代の電気機器は、双方向の電力フローを提供する能力を持っています。高電力半導体部品、制御回路、および従来型の高周波トランスフォーマーが統合され、無効電力補償や高調波抑制など、複数の機能を提供します。SSTは、分散発電から牽引機関車、電力網、産業用電力システムまで、幅広いアプリケーションニーズに対応しています。その用途は電圧変換にとどまらず、交流から直流への滑らかな移行や、直流から交流への移行も可能にします。しかし、分散発電が固体変圧器の主な用途です。

従来のトランスフォーマーとは異なり、固体変圧器は必要な電圧レベルでの直流出力を提供できます。典型的なSSTでは、入力電圧がパワーエレクトロニクスコンバータを介して高周波AC信号に変換され、その後、高周波トランスフォーマーの一次側に供給されます。二次側では、逆のプロセスが行われ、負荷に対して所望のAC、DC、または両方の出力を生成します。高周波での電力伝送により、トランスフォーマーの重量とサイズが大幅に削減されます。

固体変圧器の多くの利点はこの小型化から生まれます。現在、従来のトランスフォーマーを設置することは簡単な作業ではありません—輸送、現場準備、設置、送電コストなどがプロジェクト予算に追加されます。一方、より小型でコスト効率の高い固体変圧器は、小さな太陽光発電所や貯蔵コンテナに簡単に設置できます。固体デバイスの高速な切り替え速度により、電力会社はグリッドに供給される複数の電源をより効果的に管理でき、より多くのトランスフォーマーを展開して電力品質を制御し微調整することができます。

SSTは、パワー電子トランスフォーマー（PET）または電子パワー変圧器（EPT）とも呼ばれます。これらは、電圧レベルの変換と電力伝送を達成するためにパワー電子変換技術を使用する知能デバイスです。

その基本原理は以下の通りです：まず、パワーエレクトロニクスコンバータによって商用周波数のAC信号が高周波矩形波に変換されます。この信号は高周波絶縁トランスフォーマーを通過し、別のパワーエレクトロニクスコンバータによって再び商用周波数のAC信号に変換されます。この全過程は、コントローラによるパワー電子スイッチングデバイスの調整によって制御されます。

この動作原理に基づいて、固体変圧器が従来のトランスフォーマーに比べて持つ利点は明らかです：

• 商用周波数トランスフォーマーではなく高周波トランスフォーマーを使用することで、サイズと重量が大幅に削減されます。

• 適切な制御により、入力側で単位電力係数を達成し、負荷側からの無効電力の吸収、高調波電流のブロック、双方向の高調波伝播の抑制を行い、電力品質を効果的に改善することができます。

• ソース側の過電圧または低電圧の影響を負荷側電圧に及ぼさず、安定した負荷側電圧の大きさ、周波数、波形を確保することができます。

• ACとDCインターフェースを備えており、分散発電システムの電力網への統合やDC負荷との接続を容易にします。

• 完全デジタル制御により、電力網データの収集とネットワーク通信が容易になり、電力フロー制御が可能になります。また、柔軟性のある交流送電システム（FACTS）と連携して、電力網の安定性と信頼性を向上させることができます。

明らかに、固体変圧器はスマートグリッドの要件を満たすのに適しており、ユーザーの個別化された電力システムの要求をより効果的に満たすことができます。