Как твердотельный трансформатор улучшает эффективность интеллектуальной сети электропередач

Твердотельные трансформаторы (SST), также известные как "умные трансформаторы", являются современными электрическими устройствами, способными обеспечивать двунаправленный поток энергии. Они интегрируют высокомощные полупроводниковые компоненты, схемы управления и традиционные высокочастотные трансформаторы, предлагая множество функций, таких как компенсация реактивной мощности и подавление гармоник. SST удовлетворяют широкий спектр потребностей в применении, от распределенной генерации до тяговых локомотивов, электросетей и промышленных систем энергоснабжения. Их применение выходит за рамки преобразования напряжения, позволяя плавно переходить от переменного тока к постоянному и от постоянного тока к переменному. Однако основным применением твердотельных трансформаторов является распределенная генерация.

В отличие от традиционных трансформаторов, твердотельные трансформаторы могут обеспечивать выходное напряжение постоянного тока на требуемых уровнях. В типичном SST входное напряжение преобразуется в высокочастотный сигнал переменного тока через силовой электронный преобразователь, а затем подается на первичную сторону высокочастотного трансформатора. На вторичной стороне выполняется обратный процесс для получения желаемого выхода переменного, постоянного тока или обоих для нагрузки. Передача энергии на высокой частоте значительно уменьшает вес и размер трансформатора.

Многие преимущества твердотельных трансформаторов исходят из этого уменьшения размеров. Сегодня установка традиционных трансформаторов не является простой задачей — необходимо учитывать такие факторы, как транспортировка, подготовка площадки, установка и затраты на передачу, что увеличивает бюджет проекта. В противоположность этому, меньшие и более экономически эффективные твердотельные трансформаторы можно легко установить в небольших солнечных фермах или контейнерах для хранения. Более быстрая скорость переключения твердотельных устройств также позволяет энергетическим компаниям лучше управлять несколькими источниками питания, подключенными к сети, так как можно развернуть больше трансформаторов для контроля и точной настройки качества энергии.

Твердотельные трансформаторы также называют силовыми электронными трансформаторами (PET) или электронными силовыми трансформаторами (EPT). Это интеллектуальные устройства, использующие технологию силового электронного преобразования для достижения преобразования уровней напряжения и передачи энергии.

Их основной принцип работы иллюстрируется следующим образом: сначала сигнал переменного тока промышленной частоты преобразуется в высокочастотный прямоугольный сигнал силовым электронным преобразователем. Сигнал передается через высокочастотный изолирующий трансформатор, а затем снова преобразуется в сигнал переменного тока промышленной частоты другим силовым электронным преобразователем. Этот весь процесс контролируется путем регулирования силовых электронных переключающих устройств через контроллер.

На основе этого принципа работы преимущества твердотельных трансформаторов по сравнению с традиционными трансформаторами очевидны:

• Использование высокочастотных трансформаторов вместо трансформаторов промышленной частоты значительно уменьшает размер и вес.

• С соответствующим управлением на входе можно достичь единичного коэффициента мощности, поглощать реактивную мощность со стороны нагрузки, блокировать гармонические токи, подавлять двунаправленное распространение гармоник и эффективно улучшать качество энергии.

• Они могут устранить влияние перенапряжения или недостаточного напряжения на стороне источника на напряжение на стороне нагрузки, обеспечивая стабильность величины, частоты и формы напряжения на стороне нагрузки.

• Они имеют интерфейсы переменного и постоянного тока, облегчая интеграцию распределенных систем генерации в сеть и подключение нагрузок постоянного тока.

• Полностью цифровое управление позволяет легко собирать данные сети и осуществлять сетевую связь, позволяя контролировать поток энергии. Они также могут работать в координации с Гибкими Альтернативными Транзисторными Системами (FACTS) для повышения устойчивости и надежности сети.

Очевидно, твердотельные трансформаторы лучше подходят для удовлетворения требований умных сетей и могут более эффективно удовлетворять индивидуальные потребности пользователей в системах энергоснабжения.