Attrezzature di base nell'era dell'energia intelligente: soluzione del trasformatore elettronico per la generazione di energia

​I. Contesto e domanda​

Con l'aumento rapido dell'adozione di energie rinnovabili, i trasformatori elettromagnetici tradizionali faticano a soddisfare le esigenze di flessibilità, efficienza ed intelligenza delle moderne reti elettriche. La volatilità e l'intermittenza dell'energia eolica e solare pongono sfide severe alla stabilità della rete, rendendo necessario un hub innovativo di conversione energetica in grado di regolazione dinamica e produzione di energia di alta qualità.

​II. Panoramica della soluzione​

Questa soluzione utilizza ​trasformatori elettronici a stato solido (PETs)​ per sostituire i trasformatori a frequenza di linea tradizionali. Sfruttando l'elettronica di potenza ad alta frequenza, i PETs consentono la conversione del livello di tensione e il controllo dell'energia con vantaggi principali:

• ​Conversione di potenza flessibile: supera le limitazioni dei trasformatori tradizionali (solo ampiezza di tensione/corrente) per raggiungere un controllo multidimensionale su frequenza, fase e potenza.
• ​Risposta dinamica: velocità di regolazione a livello millisecondi che mitiga efficacemente le fluttuazioni delle energie rinnovabili.
• ​Interfaccia intelligente: crea un ponte digitale tra le unità di generazione di energia e la rete.

​III. Architettura tecnica centrale​

​1. Ottimizzazione topologica multi-livello​

Adotta una ​architettura di conversione a tre stadi "AC-DC-AC":

• ​Stadio di rettificazione ad alta frequenza: utilizza una topologia MMC (Modular Multilevel Converter) per gestire ampie fluttuazioni di tensione in ingresso.
• ​Stadio DC-DC isolato: implementa una struttura DAB (Dual Active Bridge) per l'isolamento ad alta frequenza da 10 a 20 kHz.
• ​Stadio di inversione intelligente: supporta lo switching dinamico delle strategie di connessione alla rete (controllo V/f, controllo PQ).

​2. Selezione dei componenti chiave​

​3. Sistema di controllo intelligente​

Il monitoraggio in tempo reale dello stato della rete consente:

• Passaggio attivo attraverso sprofondamenti di tensione (LVRT/ZVRT)
• Regolazione dinamica del flusso di potenza per le fluttuazioni delle energie rinnovabili
• Algoritmi di ottimizzazione delle perdite

​IV. Benefici e valore chiave​

​Guadagni di efficienza​

​Capacità funzionali​

• ​Filtraggio attivo: sopprime armoniche dal 5° al 50° (THD <1.5%)
• ​Compensazione reattiva: regolazione continua della capacità ±100%
• ​Superamento di guasti: supporto per il passaggio a zero tensione (ZVRT)
• ​Avvio nero: stabilizzazione autonoma di tensione e frequenza in modalità isolata

​V. Scenari di applicazione​

​Scenario 1: Sistema di raccolta di un parco eolico​

graph TB 

    WTG1[WTG1] --> PET1[10kV/35kV PET] 

    WTG2[WTG2] --> PET1 

    ... 

    PET1 -->|35kV DC Bus| Raccolta 

    Raccolta --> G[220kV Trasformatore principale] 

• ​Risolve: oscillazioni della linea di raccolta dovute a variazioni cumulate di tensione dei generatori eolici
• ​Risultati: riduzione del 12% della limitazione del vento, riduzione del 65% della deviazione delle fluttuazioni di potenza

​Scenario 2: Stazione di elevazione intelligente di una centrale fotovoltaica​

• Cluster modulari di PET (1-2 MW/unità)
• Funzionalità MPPT che aumenta il rendimento del 7-15% in caso di ombreggiatura parziale
• Operazione notturna come STATCOM per il supporto reattivo della rete

​VI. Piano di implementazione​

1. ​Fase pilota: distribuire i PET nelle centrali di energia rinnovabile con volatilità di tensione >10% (capacità del 20%).
2. ​Fase di rete ibrida: sistema di trasformazione ibrido (HTS) con operazione parallela PET-tradizionale.
3. ​Sostituzione completa: PET per tutti i nuovi progetti; retrofit graduale per le centrali esistenti.

​VII. Analisi economica​

Esempio: Parco eolico da 100MW

​Conclusione: le soluzioni PET superano le limitazioni elettromagnetiche tradizionali, creando una piattaforma di conversione di potenza di nuova generazione per reti ad alto contenuto di energie rinnovabili. I loro vantaggi in termini di efficienza, supporto alla rete e intelligenza li posizionano come una tecnologia strategica per i moderni sistemi di potenza.