电力变压器作为电压变换和电气隔离的基础设备,是电力系统中网络连接的核心,在输配电领域均有应用。目前系统中采用较多的是铁芯油浸式变压器,虽经过导磁材料和铁芯结构等一系列改进后,效率和可靠性得到很大提高,但用户需求越来越大,供电可靠性和电能质量标准也随之提高,此时传统铁芯式变压器的缺陷和不足突显:体积和重量大,电压等级和功率容量提升增加变压器的空载损耗,一次侧电压幅值变动会影响二次侧输出电压,负荷变化带来二次侧输出电压不稳定,铁芯饱和时产生的谐波造成励磁涌流,一次侧和二次侧的谐波侵入诱发新的故障等。需进行电压变换和调整,同时对功率流动进行灵活控制,兼备故障诊断和隔离。传统变压器的局限性显然不能满足上述要求 。
为实现改善系统电能质量的目标,同时为新能源并网提供智能化接口,一种新型变压器应运而生,即为固态变压器(Solid State Transformer, SST)。随着大功率电力电子器件制作工艺和性能的提高,涌现了许多基于电力电子的电能质量调节装置,如DVR(Dynamic Voltage Regulator), APFC(Active Power Factor Correction),UPFC(LJnified Power Flow Controller)等。固态变压器在高频变压器的基础上融合了电力电子变换技术,亦称电子电力变压器(Electronic Power Transformer, EPT)或电力电子变压器((Power Electronic Transformer, PET);它能整合上述电能质量调节器的功能。又因其控制的灵活性和易于拓展的特点,又称智能通用变压器(Intelligent Universal Transformer, IUT)。
固态变压器是一种基于电磁感应原理的高频耦合装置,并结合先进的电力电子变流技术,实现电能变换的静止电气设备。 SST集电气隔离、电压变换、无功补偿等功能于一身,通过对传统变压器和电力电子设备的集成化,可提高电网设备的智能化水平。相较于常规电力变压器,SST的主要优势在于:环境友好,占地小,无变压器油,污染少;原副方电压幅值可保持恒定,不因负载切换而发生大幅波动;高低压侧交流波形畸变率小,基本为正弦,功率因数控制灵活;可实现断路器的部分功能,瞬间关断故障电流,继电保护装置较传统变压器相对简化;可配置智能控制单元,便于设备层面配合实现自愈功能,亦可实现联网通信,有利于电网智能化。