Máy biến áp trạng thái rắn (SST) là bộ chuyển đổi dòng điện xoay chiều sang dòng điện xoay chiều (AC-AC), đôi khi được gọi là máy biến áp điện tử công suất (PET), được sử dụng để thay thế máy biến áp từ truyền thống trong các ứng dụng như hệ thống năng lượng xanh, trung tâm dữ liệu đám mây, bộ sạc nhanh cho xe điện và cơ sở hạ tầng lưới điện thông minh. Máy biến áp thể rắn nhỏ hơn và nhẹ hơn so với máy biến áp truyền thống và có thể hỗ trợ chất lượng điện tốt hơn, hiệu quả năng lượng cao hơn và chức năng tốt hơn.

Máy biến áp trạng thái rắn (SST) hoạt động ở tần số cao hơn so với máy biến áp thông thường. Điều này dẫn đến kích thước nhỏ hơn và trọng lượng nhẹ hơn. Ngoài ra, SST hiệu quả hơn máy biến áp thông thường trong điều kiện tải thay đổi hoặc tải một phần.

Sự khác biệt về hiệu suất thậm chí còn trở nên rõ rệt hơn khi sử dụng SST để thực hiện các chức năng phụ trợ như điều chỉnh điện áp hiệu quả. Sửa đổi hệ số công suất hoặc quản lý điện áp biến đổi từ các nguồn năng lượng tái tạo như điện gió hoặc năng lượng mặt trời.

Một số kiến trúc SST có thể hỗ trợ dòng năng lượng hai chiều. Để tích hợp hệ thống lưu trữ năng lượng, SST có thể bù cho công suất phản kháng và sóng hài lọc. Nó cũng có thể được thiết kế để cung cấp các giao diện thích ứng giữa nguồn AC và DC trong lưới điện và lưới điện siêu nhỏ.

Sự phát triển của chất bán dẫn công suất dải năng lượng rộng (WBG) làm bằng cacbua silic (SiC) và gallium nitride (GaN) là yếu tố quan trọng trong việc làm cho công nghệ SST trở thành một công nghệ thực tế. Việc sử dụng WBG cho phép tần số chuyển mạch cao hơn và giải pháp chuyển đổi công suất nhỏ hơn, rẻ hơn.

Kiến trúc SST điển hình

SST thường sử dụng thiết kế chuyển đổi công suất ba giai đoạn cổ điển, bao gồm một bước chỉnh lưu đến. Quy trình DC-DC tần số cao cung cấp cách ly và chuyển đổi điện áp, và các bước biến tần đầu ra. Sự khác biệt với SST là điện áp đầu vào thường là điện áp phân phối điện từ lưới điện, chẳng hạn như 3,6 kV hoặc 7,2 kV.

Cấu trúc cấu trúc liên kết đa cấp

Việc sử dụng cấu trúc bộ chuyển đổi mạch mô-đun đa cấp (MMC) cho phép sử dụng nguồn điện WBG điện áp thấp để xử lý điện áp rất cao, chẳng hạn như những điện áp cần thiết trong SST.

Điện áp cao được phân phối cho từng tế bào điện áp thấp. Ngăn một trong các ô bị điện áp quá caotage. Các ô được mở và đóng theo một thứ tự nhất định. Điều này tạo ra điện áp cao với dạng sóng giống như bước, là tổng của mỗi tế bào điện áp thấp.

Cấu trúc mô-đun này cũng cho phép tăng điện áp dễ dàng bằng cách thêm các mô-đun bổ sung. Nó có thể hỗ trợ thiết kế chịu lỗi và độ tin cậy cao hơn cần thiết cho các ứng dụng trong lưới điện và hệ thống lưới điện siêu nhỏ.

Hệ thống lưới điện siêu nhỏ cho tính bền vững tối đa

Hệ thống SST rất cần thiết để hỗ trợ việc sử dụng rộng rãi lưới điện siêu nhỏ, điều này sẽ tăng cường tính bền vững bằng cách cho phép dòng điện hai chiều và tích hợp liền mạch năng lượng tái tạo và lưu trữ năng lượng.

Điều này có thể thực hiện được nhờ sử dụng các thiết bị điện tử công suất tiên tiến hỗ trợ kiểm soát áp suất và tần số. Điều này không thể thực hiện được với máy biến áp truyền thống. Điều này làm cho lưới điện siêu nhỏ ổn định, hiệu quả và có khả năng tích hợp nhiều nguồn năng lượng tái tạo phân tán (DRER) khác nhau và thường rời rạc, chẳng hạn như năng lượng mặt trời và năng lượng gió, cũng như các thiết bị lưu trữ năng lượng phân tán (DESD) (Hình 2).

Với việc tích hợp các hệ thống điều khiển tiên tiến và thuật toán trí tuệ nhân tạo. Hệ thống SST có thể cách ly lưới điện siêu nhỏ khỏi lưới điện chính trong quá trình gặp sự cố hoặc bảo trì. Sự kết hợp giữa AI và SST có thể mở rộng ra ngoài lưới điện siêu nhỏ.

Trí tuệ nhân tạo, SST và hệ thống lưới điện

Theo các nhà nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia (NREL), trí tuệ nhân tạo (AI) có thể là một công nghệ thay đổi cuộc chơi sẽ giúp nâng cao hiệu quả và tính bền vững của các hệ thống lưới điện quan trọng. Và dự kiến công nghệ hệ thống hỗ trợ quyết định (SST) sẽ là yếu tố then chốt trong việc tối đa hóa những lợi ích mà AI hứa hẹn.

Hệ thống SST có thể tích hợp các chức năng giám sát để cung cấp thông tin chi tiết theo thời gian thực về hoạt động của lưới điện, bao gồm sản xuất năng lượng xanh và tiêu thụ năng lượng. Các thuật toán AI có thể được sử dụng để dự đoán khối lượng điện, giá cả và xu hướng dựa trên nhu cầu lưới điện hoặc sản lượng năng lượng tái tạo. Sự kết hợp giữa hệ thống SST và AI sẽ giúp hỗ trợ cung cấp điện bền vững và tiết kiệm chi phí.

Kết luận

Công nghệ SST là một công nghệ mới đang phát triển và có tiềm năng cách mạng hóa sản xuất và phân phối năng lượng. Có thiết bị phát điện WBG tần số cao sẽ rất cần thiết để làm cho SST có thể sử dụng được và việc tích hợp các thuật toán AI sẽ nâng cao lợi ích của việc sử dụng SST.