Konverter Tegangan Menengah:Alternatif Hemat Biaya untuk Transformator Jaringan

INSIDER Elektronika Daya

Konverter tegangan menengah dapat menawarkan cara yang lebih terjangkau dan efisien untuk menyalurkan listrik dari pembangkit listrik ke rumah dan bisnis. Uji coba baru NREL dapat membantu memajukan teknologi yang menjanjikan ini. (Gambar:Josh Bauer, NREL).

Untuk menyalurkan listrik mulai dari kendaraan, sistem pemanas, hingga kompor, jaringan listrik di AS harus diperluas sekitar 57% dan menjadi lebih fleksibel juga. Energi surya dan angin merupakan energi terbarukan yang kemungkinan besar akan mendominasi jaringan energi ramah lingkungan di masa depan. Namun listrik tersebut banyak ditemukan di daerah terpencil, jauh dari pusat-pusat listrik yang membutuhkan listrik, sehingga membebani sistem transmisi.

Selama empat tahun terakhir, tim NREL telah membangun testbed untuk mempelajari konverter tegangan menengah (1 kV hingga 35 kV) yang saling terhubung, yang dapat menggantikan transformator tegangan menengah dengan bobot dan biaya yang lebih murah.

“Ini adalah jenis peralatan baru yang membuka cara baru bagi perusahaan utilitas untuk mengelola sistem distribusinya,” kata Barry Mather, peneliti di NREL. “Sumber daya energi terdistribusi dengan tingkat yang jauh lebih tinggi dapat dimasukkan ke dalam sirkuit jika Anda memiliki perangkat tambahan ini di dalam sistem.”

“Jaringan listrik AS sedikit unik,” kata Mather. “Kami memiliki distribusi tegangan menengah yang cukup dekat dengan pelanggan kami.” Pengumpan tegangan menengah menyalurkan daya ke trafo lokal yang mereduksinya ke tingkat standar rumah tangga sebesar 208/120 volt.

Katakanlah dahan pohon tumbang menimpa kabel listrik, sehingga memutus aliran listrik ke lingkungan sekitar. Saat ini, pekerja utilitas dapat membuka dan menutup saklar di trafo untuk memindahkan daya dari saluran terdekat ke saluran yang terganggu dan memulihkan setidaknya sebagian daya sementara pekerja menebang pohon. Namun jika kita dapat mengganti trafo dengan konverter back-to-back, daya dapat dialihkan secara otomatis sehingga mengurangi waktu pemadaman listrik.

Pembagian kekuasaan tidak hanya bermanfaat dalam keadaan darurat. Banyak panel surya atap saat ini harus terlebih dahulu mengubah energinya menjadi tegangan rendah dan kemudian menjadi tegangan menengah. Dengan konverter tegangan menengah, energi tersebut dapat melewati rintangan yang tidak perlu.

“Ini seperti arbitrase kekuasaan di seluruh sistem distribusi,” kata Mather. “Hal ini memungkinkan Anda memitigasi banyak dampak sumber daya yang didistribusikan, khususnya tenaga surya.”

Singkatnya, konverter tegangan menengah dapat membantu perusahaan utilitas mengendalikan dengan aman bagaimana dan ke mana listrik disalurkan melalui jaringan lokal. Dan hal ini dapat membantu menciptakan jaringan energi ramah lingkungan di masa depan yang tangguh dan andal.

Konverter tegangan menengah masih merupakan teknologi yang relatif baru. Artinya, produk-produk tersebut harus menjalani pengujian ekstensif untuk memastikan produk-produk tersebut efisien, terjangkau, dan cukup aman untuk digunakan di jaringan listrik AS.

Namun tidak mudah untuk membangun atau mempelajarinya. “Daftar periksa untuk prosedur permulaan, pengoperasian, dan penutupan harus ditulis dan ditulis ulang,” kata Ramanathan Thiagarajan, seorang insinyur riset di NREL.

Untuk pengujian NREL, tim membangun replika sistem tenaga yang dapat memanfaatkan konverter tegangan menengah. Keselamatan – baik bagi kru maupun prototipe – adalah prioritas utama tim. Seluruh testbed, yang menempati ruangan seukuran bus kota, dikelilingi pagar hitam.

Mitra akademis tim membangun satu prototipe:konverter daya berbasis silikon-karbida 10 kilovolt yang dirancang untuk bekerja secara back-to-back dengan kembarannya. Ketika para peneliti siap untuk menyambungkan prototipe ke replika jaringan mereka, mereka menaikkan tegangan sedikit demi sedikit hingga mencapai kisaran tegangan menengah. Prototipe ini terlalu berharga (dan mahal) untuk mengambil risiko kerusakan akibat lonjakan tegangan.

“Kami berhasil mencapai kisaran 5 kilovolt,” kata Mather. “Jumlahnya tidak terlalu besar, namun angka tersebut lebih tinggi dibandingkan angka yang pernah dicapai oleh orang lain.”

Selanjutnya, mereka berencana untuk membuka uji coba untuk penelitian lebih lanjut tentang bagaimana perangkat bertegangan menengah dapat membantu jaringan listrik beradaptasi atau mengandalkan hidrogen sebagai sumber energi ramah lingkungan lainnya. Tim NREL juga berharap dapat mencapai tegangan lebih tinggi di fasilitas yang sepenuhnya baru. “Konversi daya tegangan menengah secara umum sepertinya sudah dekat,” kata Mather. “Kita akan melihat semakin banyak aplikasi dan semakin banyak orang yang tertarik dengan hal ini.

Sumber