مفاهیم اساسی ترانس حالت جامد یا ترانس الکترونیک قدرت

---

---

ترانسفورماتورهای فرکانس پایین (LFT) مدت‌هاست مورداستفاده قرار گرفته‌اند. استفاده گسترده از آن‌ها باعث ارزانی، کارایی بالا، فناوری رشد ­یافته و قابلیت اطمینان بالا شده ­است و هرگونه بهبود در کارایی این تجهیزات نیازمند هزینه زیاد است. ترانسفورماتور SST جایگزینی برای LFT می‌باشد که مطابق شکل ‏2‑1 از تجهیزات الکترونیک قدرت و یک ترانسفورماتور فرکانس بالا برای تغییر سطح ولتاژ و ایزولاسیون استفاده می‌کند. ذکر این نکته بسیار مهم است که SST دقیقاً جایگزین LFT نمی‌شود؛ بلکه SST یک وسیله چندکاره است که تنها یکی از کارایی‌های آن تبدیل یک سطح ولتاژ AC به سطحی دیگر است. سایر کارکردها و مزایای SST عبارتند از :

·         کنترل­پذیری بالا با توجه به استفاده از ادوات الکترونیک قدرت

·         حجم و وزن کمتر به دلیل استفاده از ترانسفورماتور فرکانس بالا. حجم ترانسفورماتور با فرکانس آن نسبت عکس دارد و به این ترتیب افزایش فرکانس، منجر به کاهش حجم ترانسفورماتور می‌گردد.

به منظور بررسی تاثیر فرکانس بر حجم ترانسفورماتور، شکل ‏2‑2 در  نظر گرفته شده است. در این شکل داریم:

 

شکل ‏2‑1 ساختار کلیSST

 

که در این رابطه: P_t توان نامی، k_W ضریب استفاده از پنجره، B_max دامنه چگالی شار، J_rms چگالی جریان پنجره و f فرکانس است. برای یک ترانسفورماتور kW 25، رابطه فرکانس کار با حجم در شکل ‏2‑3 نمایش داده شده­است. همانگونه که دیده می‌شود، با افزایش فرکانس تا مرز kHz 20 می‌توان حجم را به کمتر از %5 نسبت به فرکانس kHz 1کاهش داد.

شکل ‏2‑2 ساختار کلی هسته ترانسفورماتور

شکل ‏2‑3 حجم هسته در فرکانس‌های کاری مختلف نسبت به فرکانس kHz 1.

 

·         ازآنجایی­که طبقه AC-DC می‌تواند به­عنوان یک تصحیح­ کننده ضریب توان عمل کند، SST ضریب توان ورودی واحد خواهد داشت. ضریب توان واحد، توان اکتیوِ در دسترس را تا 20% افزایش می‌دهد.

·         با توجه به وجود لینک DC در سیستم SST، خروجی این سیستم تا حدی از افت ولتاژ یا اضافه ولتاژها تأثیر نمی‌پذیرد.

·         قابلیت حفظ ولتاژ خروجی برای مدت چند سیکل در صورت قطع ورودی با توجه به دارا بودن ذخیره­ساز خازنی

·         قابلیت عملکرد به عنوان یک مدارشکن: هنگامی که بخش الکترونیک قدرت در SST خاموش شود، شارش الکتریسیته متوقف می‌شود و مدار قطع خواهد شد.

·         قابلیت تشخیص خطا و حفاظت

·         تأمین پورت­هایی جهت استفاده و اتصال مناسب منابع تولید پراکنده و عناصر ذخیره­ساز و در نتیجه افزایش قابلیت اطمینان سیستم توزیع

·         فراهم کردن امکان پیاده­سازی شبکه‌های هوشمند توزیع برق از طریق یک شبکه امن مخابراتی برای تضمین پایداری و بهره­برداری بهینه سیستم­های توزیع

·         مدیریت ذخیره­سازها: در زمان وقوع حالت‌های گذرا، در صورتی­که توان اکتیو شبکه برای تأمین بار کافی نباشد، SST فرمان تولید توان اکتیو را به یکی از منابع تولید پراکنده[1] (DES) ها می‌دهد. این کار به SST کمک می‌کند که از افت ولتاژهای گذرای شبکه عبور کند. در حالت دائمی، SST به شارژ/دشارژ منابع DES مطابق برنامه قبلی ادامه می دهد.

·         کمک به عملکرد جزیره‌ای