Журнал «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» продолжает внимательно наблюдать за развитием инновационных технологий в сфере электроэнергетики. Компаниями-производителями силовых трансформаторов во всем мире продолжаются исследования в области улучшения и повышения эффективности работы этого оборудования в самых разных условиях и режимах. В предлагаемом материале представлен обзор наиболее перспективных технологий и трендов в сфере производства силовых трансформаторов, активно внедряемых за рубежом.
С распространением все большего количества возобновляемых источников энергии и систем накопления энергии, серьезный импульс для развития получили твердотельные трансформаторы (Solid-State Transformers — SSTs). В отличие от обычных трансформаторов, основным элементом которых является тяжелый железный сердечник и которые работают на низких частотах, твердотельные трансформаторы используют многоступенчатую архитектуру и высокочастотные трансформаторы для достижения значительных улучшений в размерах, эффективности и функциональности. Для этих трансформаторов характерны следующие основные тенденции развития:
- Использование в конструкциях полупроводников из карбида кремния (SiC) и нитрида галлия (GaN) позволило SST работать на гораздо более высоких частотах, что привело к снижению потерь энергии, улучшению терморегулирования и значительному уменьшению размеров и веса. Эти усовершенствования позволяют SST напрямую подключаться к сетям среднего напряжения и обеспечивать более высокую плотность мощности.
- Применение ферритов и аморфных сплавов. Эти материалы дополнительно снижают потери энергии и позволяют создавать более компактные конструкции трансформаторов, что делает их пригодными для применения в современных электросетях.
- В новейших SST используются модульные топологии, такие как многоуровневые преобразователи и двойные активные мосты. Это повышает эксплуатационную гибкость, позволяя трансформаторам управлять различными уровнями напряжения и адаптироваться к различным условиям эксплуатации.
- SST последних поколений оснащаются интеллектуальными алгоритмами управления, позволяющими регулировать напряжение в режиме реального времени, обеспечивать двунаправленный поток электроэнергии и бесперебойное преобразование переменного/постоянного тока. Эти функции имеют решающее значение для интеграции возобновляемых источников энергии, электромобилей и распределенной генерации в интеллектуальные сети.
Еще одним направлением современных разработок являются гибридные интеллектуальные трансформаторы (Hybrid Intelligent Transformers — HITs). Такие трансформаторы сочетают в себе традиционные трансформаторные сердечники с передовой силовой электроникой, обеспечивая высокую надежность и возможность динамического управления. Эти системы могут работать с несколькими этапами преобразования напряжения (переменный ток в постоянный, постоянный ток в переменный) и различными видами электрических сетей (высоковольтные и низковольтные сети постоянного тока).
На сегодняшний день одним из университетов США разработан гибридный твердотельный трансформатор (HSST) мощностью 500 кВА, который объединяет технологию двойного активного моста SST с традиционными сухими трансформаторами. Этот прототип демонстрирует расширенные возможности, такие как регулирование напряжения, обнаружение неисправностей и оценка динамического состояния электрических сетей.
Препятствием для масштабного внедрения этих перспективных видов трансформаторов как и во множестве других случаев является их цена и отсутствие информации о надежности работы в реальных условиях электрических сетей. В связи с этим, текущие исследования компаний-разработчиков направлены на снижение затрат за счет эффекта масштаба и повышение надежности в реальных условиях.
В случае если эти ограничения будут преодолены, не исключено, что в обозримом будущем гибридные интеллектуальные трансформаторы могут заменить трансформаторы традиционных конструкций, обеспечивая мониторинг в режиме реального времени, управление перетоками электроэнергии и повышенную устойчивость сети.
Подготовлено с использованием материалов POWER Magazine, Scientific Research, World Economic Forum, Electronics Buzz, T_HQ
Подписывайтесь на Telegram-канал журнала «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»
Подписаться
