近几十年来,电力系统发展迅速,且呈现出几大特点:一、电力系统从刚开始的跨市连接到现在的跨省级、跨区域连接,规模越来越大,如何保证超大规模力系统的安全性和稳定性是需要严肃考虑的问题。二、能源危机日趋严重,因此,可再生能源分布式发电系统如光伏发电、风力发电等越来越受到重视,而分布式发电系统接入电网又会引发一系列控制问题。三、用电负荷多样性增加,非线性负荷越来越多,而非线性负荷产生的谐波会对电网产生影响,使得电能质量问题日益突出。面对电力系统新的挑战,传统电力变压器作为电力系统输配电中基本的电力设备,其过于单一的功能也越来越不能满足现代电力系统的需求 。
目前,传统变压器采用油浸式变压器,虽然传统变压器工作效率高、可靠性高且价格低廉,但是传统变压器也有不可忽视的缺点,包括:
(1)体积大、过于笨重。
(2)电网侧与负载侧没有实现隔离,因此电网侧和负载侧的扰动和故障会互相祸合。电网侧发生电压跌落和闪变会祸合到负载侧,同样,负载侧的谐波也会祸合到电网侧,污染电网,影响电网的稳定性。
(3)负载侧电压受负载影响较大,负载发生很大的变化时,负载侧电压波动大。
(4)没有直流接口和储能的能力。
(5)若变压器发生漏油,会造成环境污染。
随着电力电子器件的飞速发展,电力电子技术在电力系统中应用的越来越多。现代系统中,许多机械式、电磁式设备都在被新型电力电子设备替代,使得电力系统能够更好的实现自动化、智能化和灵活化。例如,高压直流输电( HVDC )、静止无功补偿装置(( SVC )、有源电力滤波器(APF)、电能质量控制器(UPQC)、统一潮流控制器(UPFC)等电力电子设备广泛运用于输电和配电中。考虑到当今电力系统的特点和传统变压器的不可避免的缺点,那么是否也可以将电力电子技术运用到电力变压器中,因此固态变压器应运而生。