Hur förbättrar en fasttillståndstransformator effektiviteten i smarta nät?

Solid-state transformers (SST), även kända som "smart transformers," är moderna elektriska enheter som kan erbjuda tvåvägspowerflöde. De integrerar högeffektiga halvledarkomponenter, styrcirklar och konventionella högfrekventa transformer, vilket ger flera funktioner såsom reaktiv effektkompensation och harmoniskt undertryckande. SST uppfyller en mängd olika tillämpningsbehov, från distribuerad generering till traktionståg, elkraftnät och industriella elkraftsystem. Deras tillämpningar sträcker sig utöver spänningskonvertering, genom att möjliggöra smidig övergång från AC till DC och från DC till AC. Distribuerad generering är dock den primära tillämpningen för solid-state transformers.

I motstånd till traditionella transformer kan solid-state transformers ge DC-utmatning på de önskade spänningsnivåerna. I en typisk SST konverteras inmatningsvolten till ett högfrekvent AC-signal via en power electronic converter och matas sedan in i den primära sidan av en högfrekvent transformer. På den sekundära sidan utförs det omvända processen för att producera den önskade AC, DC eller båda utmatningarna för lasten. Högfrekvent poweröverföring minskar betydligt transformatorns vikt och storlek.

Många fördelar med solid-state transformers kommer från denna storleksreduktion. Idag är installation av konventionella transformer ingen enkel uppgift - överväganden som transport, platsförberedelse, installation och transmissionskostnader lägger till projektbudgeten. I motsats till detta kan mindre och mer kostnadseffektiva solid-state transformers enkelt installeras i små solcellsparken eller lagringscontainrar. Den snabbare växlingshastigheten hos solid-state-enheter gör också att energiföretag kan bättre hantera flera energikällor som matar in i nätet, eftersom fler transformer kan distribueras för att kontrollera och finjustera elkvaliteten.

SSTs kallas också Power Electronic Transformers (PET) eller Electronic Power Transformers (EPT). De är intelligenta enheter som använder power electronic conversion teknologi för att uppnå spänningsnivåtransformation och power transmission.

Deras grundläggande princip illustreras som följer: Först konverteras en nettfrekvens-AC-signal till en högfrekvent kvadratisk våg av en power electronic converter. Signalen sänds genom en högfrekvent isolerande transformer, konverteras sedan tillbaka till en nettfrekvens-AC-signal av en annan power electronic converter. Hela denna process styrs genom att justera power electronic switching devices via en controller.

Baserat på denna funktionsprincip är fördelarna med solid-state transformers jämfört med traditionella transformer tydliga:

• Användandet av högfrekventa transformer istället för nettfrekvens-transformer minskar betydligt storleken och vikten.

• Med rätt styrning kan inmatningssidan uppnå enhetsfaktor, absorbera reaktiv effekt från lastsidan, blockera harmoniska strömmar, undertrycka tvåvägsharmonisk spridning, och effektivt förbättra elkvaliteten.

• Det kan eliminera effekten av överspänning eller underspänning på källsidan på lastsidans spänning, vilket säkerställer stabil lastsidans spänningsstorlek, frekvens och form.

• Den har AC- och DC-gränssnitt, vilket underlättar integration av distribuerade genereringssystem i nätet och anslutning av DC-last.

• Full digital styrning möjliggör enkel insamling av nätdata och nätverkskommunikation, vilket tillåter powerflödesstyrning. Det kan också samarbeta med Flexible AC Transmission Systems (FACTS) för att förbättra nätets stabilitet och tillförlitlighet.

Tydligt är att solid-state transformers är bättre lämpade för att uppfylla kraven i smarta nät och kan mer effektivt tillgodose användarnas personliga behov av elkraftsystem.