Hoe verbetert een vaste toestands transformatie de efficiëntie van het slimme netwerk?

Vaste-staats transformators (SST), ook bekend als "slimme transformators", zijn moderne elektrische apparaten die in staat zijn om bidirectionele stroomstroom te bieden. Ze integreren krachtige halfgeleidercomponenten, besturingsschakelingen en conventionele hoogfrequente transformators, en bieden meerdere functies zoals schakelingsvermogencompensatie en harmonische onderdrukking. SST's voldoen aan een breed scala aan toepassingsbehoeften, van gedistribueerde generatie tot tractielokomotieven, elektriciteitsnetwerken en industriële energievoorzieningen. Hun toepassingen strekken zich uit boven het omzetten van spanning, waardoor een soepele overgang mogelijk is van AC naar DC en van DC naar AC. Echter, gedistribueerde generatie is de primaire toepassing van vaste-staats transformators.

In tegenstelling tot traditionele transformators kunnen vaste-staats transformators DC-uitgang leveren op de vereiste spanningniveaus. In een typische SST wordt een ingangsspanning omgezet in een hoogfrequent AC-signaal via een powerschakelaar en dan gevoed in de primaire zijde van een hoogfrequente transformator. Aan de secundaire zijde wordt het omgekeerde proces uitgevoerd om de gewenste AC, DC of beide uitgangen voor de belasting te produceren. Hoogfrequente vermogensoverdracht vermindert aanzienlijk het gewicht en de grootte van de transformator.

Veel voordelen van vaste-staats transformators komen voort uit deze afname in grootte. Tegenwoordig is het installeren van conventionele transformators geen eenvoudige taak - overwegingen zoals transport, terreinvoorbereiding, installatie en transmissiekosten dragen allemaal bij aan projectbudgetten. Daarentegen kunnen kleinere en kosteneffectievere vaste-staats transformators gemakkelijk worden geïnstalleerd in kleine zonneparken of opslagcontainers. De snellere schakelsnelheid van vaste-staatsapparaten stelt ook energiebedrijven in staat om beter meerdere energiebronnen die het netwerk voeden te beheren, omdat meer transformators kunnen worden ingezet om de kwaliteit van de energie te controleren en fijn te stellen.

SST's worden ook wel Power Electronic Transformers (PET) of Electronic Power Transformers (EPT) genoemd. Het zijn intelligente apparaten die gebruik maken van powerschakelingstechnologie om spanningstransformatie en vermogensoverdracht te realiseren.

Het basisprincipe wordt als volgt geïllustreerd: eerst wordt een netspannings-AC-signaal omgezet in een hoogfrequente blokgolf door een powerschakelaar. Het signaal wordt doorgegeven via een hoogfrequente isolatietransformator, vervolgens wordt het omgezet terug in een netspannings-AC-signaal door een andere powerschakelaar. Dit hele proces wordt geregeld door het aanpassen van de powerschakelapparatuur via een controller.

Op basis van dit werkingprincipe zijn de voordelen van vaste-staats transformators ten opzichte van traditionele transformators duidelijk:

• Het gebruik van hoogfrequente transformators in plaats van netspannings-transformators vermindert aanzienlijk de grootte en het gewicht.

• Met passende controle kan de ingangskant een eenheidskrachtfactor bereiken, schakelingsvermogen van de belastingskant absorberen, harmonische stromen blokkeren, bidirectionale harmonische propagatie onderdrukken en de kwaliteit van de energie effectief verbeteren.

• Het kan de impact van over- of onderspanning aan de bronskant op de belastingspanning elimineren, waardoor een stabiele belastingspanning, frequentie en golfforme worden gegarandeerd.

• Het heeft AC- en DC-interfaces, wat de integratie van gedistribueerde generatiesystemen in het netwerk en de aansluiting van DC-belastingen vergemakkelijkt.

• Volledige digitale controle maakt het eenvoudig om netwerkgegevens te verzamelen en netwerkcommunicatie te realiseren, waardoor stroomstroombeheer mogelijk is. Het kan ook samenwerken met Flexible AC Transmission Systems (FACTS) om de stabiliteit en betrouwbaarheid van het netwerk te versterken.

Duidelijk zijn vaste-staats transformators beter geschikt om aan de eisen van slimme netwerken te voldoen en kunnen ze effectiever de gepersonaliseerde behoeften van gebruikers aan energievoorzieningen bevredigen.