【博主簡(jiǎn)介】本人“愛(ài)在七夕時(shí)”，系一名半導(dǎo)體行業(yè)質(zhì)量管理從業(yè)者，旨在業(yè)余時(shí)間不定期的分享半導(dǎo)體行業(yè)中的：產(chǎn)品質(zhì)量、失效分析、可靠性分析和產(chǎn)品基礎(chǔ)應(yīng)用等相關(guān)知識(shí)。常言：真知不問(wèn)出處，所分享的內(nèi)容如有雷同或是不當(dāng)之處，還請(qǐng)大家海涵。當(dāng)前在各網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上均以此昵稱為ID跟大家一起交流學(xué)習(xí)！

電力是人類發(fā)展的根本推動(dòng)力。它允許不斷發(fā)展的技術(shù)進(jìn)步，同時(shí)隨著需求的增加擴(kuò)大其使用范圍。為了發(fā)電，已經(jīng)利用了資源相對(duì)豐富的幾種形式的能源，例如水力發(fā)電，化石燃料和核能。然而，歷史上主要的經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)性因素已將能源消耗平衡推向了可再生能源的開(kāi)發(fā)。實(shí)際上，由于這些替代類型的一次能源以不受控制的天氣所定義的可變速率可用，因此其與電網(wǎng)的集成必須實(shí)現(xiàn)高水平的控制復(fù)雜性，以便在不損害電網(wǎng)安全的情況下最大化發(fā)電量。

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的功能拓?fù)湟呀?jīng)為從大型發(fā)電廠到負(fù)載消耗中心的便捷路線服務(wù)。此外，配電系統(tǒng)大多數(shù)情況下是徑向設(shè)計(jì)的，盡管在計(jì)劃外斷開(kāi)的情況下也有可能將電路傳輸?shù)狡渌伨€，盡管事實(shí)上設(shè)想將電網(wǎng)從發(fā)電機(jī)垂直傳輸?shù)截?fù)載，但要應(yīng)對(duì)可再生能源的到來(lái)，它仍然面臨著重大挑戰(zhàn)：能量流的雙向性。該特性旨在提供可再生能源，以不同規(guī)模和位置分布在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，其代價(jià)是增加了配電系統(tǒng)中互連的數(shù)量，引入了新設(shè)備并重新設(shè)計(jì)了現(xiàn)有的實(shí)施方式。這種模式已經(jīng)基本設(shè)想智能電網(wǎng)，不僅因?yàn)槟芰哭D(zhuǎn)移，而且增加的智能系統(tǒng)必須有能力控制這種分布式場(chǎng)景。此外，在自然災(zāi)害和大型電廠停電的情況下，智能電網(wǎng)還可以促進(jìn)電網(wǎng)生存。因此，可持續(xù)性和安全性是必須適合智能電網(wǎng)的概念。

盡管到目前為止，整個(gè)電力系統(tǒng)中的分布式能源都具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但要使其穩(wěn)定并符合運(yùn)行和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，還必須做很多工作。已經(jīng)有幾種方法來(lái)研究可靠性改進(jìn)，穩(wěn)定性能，通信技術(shù)，以及其他幾個(gè)組織轉(zhuǎn)化。作為說(shuō)明，在電力系統(tǒng)保護(hù)的操作要求下，容錯(cuò)系統(tǒng)必須不僅基于自身的度量而且還基于其接近程度來(lái)區(qū)分故障事件的類型。因此，在這種情況下，集成通信系統(tǒng)至關(guān)重要。另一方面，電能質(zhì)量問(wèn)題必須得到補(bǔ)償，因?yàn)闀?huì)出現(xiàn)由于利用基于電力電子技術(shù)的新型開(kāi)關(guān)技術(shù)而引起的其他類型的現(xiàn)象。因此，即使在罕見(jiàn)的極低概率事件期間，保持電壓，頻率和信號(hào)的清潔度也將成為新的電能設(shè)備中的必要條件。如果滿足所有這些條件，則網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商可以確保更復(fù)雜的電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性。未來(lái)的智能電網(wǎng)是具有更高水平的可靠性和效率的智能電網(wǎng)。

正因如此，電力電子解決方案便在全球范圍內(nèi)的迅速發(fā)展帶來(lái)了一個(gè)普遍的問(wèn)題，那就是采用非線性負(fù)載。這一事實(shí)對(duì)電力系統(tǒng)的質(zhì)量產(chǎn)生了重大影響，并因此對(duì)能源效率產(chǎn)生了重大影響，因?yàn)榉蔷€性負(fù)載充當(dāng)了諧波電流的來(lái)源，諧波電流會(huì)流向其他負(fù)載甚至是來(lái)源，從而導(dǎo)致其運(yùn)行中的性能不佳。如今，常規(guī)變壓器僅限于管理（升高或降低）電壓水平，但是它們不能處理電能質(zhì)量事件，例如諧波，驟降，驟升等。因此，需要結(jié)合通用的智能設(shè)備來(lái)應(yīng)對(duì)先前針對(duì)智能電網(wǎng)環(huán)境所描述的挑戰(zhàn)。所以，本章節(jié)要跟大家分享的是：現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的固態(tài)變壓器（SST）這一話題。

一、固態(tài)變壓器的發(fā)展歷史簡(jiǎn)述

電力電子變壓器(最初叫做固態(tài)變壓器)的概念早在 20 世紀(jì) 70 年代初就被提出。1970 年，美國(guó) GE 的 W.Mc Murray 在他申請(qǐng)的一項(xiàng)ZL中首先提出了一種包含高頻變壓器的電力電子拓?fù)潆娐贰?980 年，美國(guó)海軍在一個(gè)項(xiàng)目中提出了一種由 AC/AC 的降壓變壓器構(gòu)成的固態(tài)變壓器。1995 年，美國(guó)電力科學(xué)研究院(EPRI)提出了另一種 AC/AC 結(jié)構(gòu)的降壓變換器型電力電子變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這種拓?fù)溆捎谑侵苯咏唤恍妥儞Q結(jié)構(gòu)，中間沒(méi)有使用高頻變壓器，因而成本較低，且開(kāi)關(guān)器件數(shù)也較少。但由于該結(jié)構(gòu)中不存在變壓器，因而其原方和副方之間并不能實(shí)現(xiàn)電氣隔離。

1996 年，日本人 Koosuke Harada 提出了一種智能變壓器的概念，這種變壓器主要是通過(guò)高頻技術(shù)來(lái)提升變壓器鐵芯材料的利用率，并以此減小系統(tǒng)的體積。另外，該變壓器還通過(guò)電力電子變換技術(shù)及控制技術(shù)實(shí)了功率因數(shù)校正、恒壓和恒流等功能。其研究成果在一個(gè)200V/3k VA 的實(shí)驗(yàn)裝置上得到了實(shí)現(xiàn)，開(kāi)關(guān)頻率達(dá)到了 15k Hz，但仍存在效率稍低的缺點(diǎn)，大概在 80%～90%左右。

20 世紀(jì) 90 年代末，電力電子技術(shù)的快速發(fā)展加快了電力電子變壓器領(lǐng)域研究的前進(jìn)步伐，國(guó)外在電力電子變壓器的研究上也取得了一定的進(jìn)展。特別是在工業(yè)配電系統(tǒng)中，一些新的電力電子變壓器的研究方案也在這時(shí)得以提出，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。美國(guó)德州 A&M 大學(xué)的 Moonshik Kang 和 Enjeti 首先提出了一種基于直接 AC/AC 變換的電力電子變壓器的結(jié)構(gòu)，此后 1999 年 Ronan 和Sudnoff 提出了一種三級(jí)結(jié)構(gòu)組成的電力電子變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它主要由輸入級(jí)、隔離級(jí)和輸出級(jí)這三部分組成，這種方案的特點(diǎn)在于輸入級(jí)可以采用多級(jí)的功率模塊進(jìn)行串聯(lián)，因而輸入電壓可以被均分到每個(gè)模塊上，從而降低了單個(gè)功率模塊上所承受的電壓應(yīng)力。

簡(jiǎn)單的變壓器是由閉合的導(dǎo)磁體和二個(gè)繞組組成，其中一個(gè)繞組與交流電源相連接，稱為初級(jí)繞組Np，另一個(gè)繞組可以與負(fù)載相連接，稱為次級(jí)繞組Ns。

如果初級(jí)繞組與交流電壓Ui的電源相連接，變壓器處于空載，在初級(jí)繞組中產(chǎn)生交變電源Io， Io稱為空載電流。這個(gè)電流建立了沿磁芯磁路而閉合的交變磁通，磁通同時(shí)穿過(guò)初級(jí)繞組和次級(jí)繞組，在初級(jí)繞組中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)E1，次極產(chǎn)生互感電動(dòng)勢(shì)E2，則E1：E2=Np：Ns。Np為初級(jí)繞組匝數(shù)，Ns為次級(jí)繞組匝數(shù)。

變壓器在電子線路中起著升壓、降壓、隔離、整流、變頻、倒相、阻抗匹配、逆變、儲(chǔ)能、濾波等作用。

固態(tài)變壓器從20世紀(jì)60年代概念提出，經(jīng)歷高頻技術(shù)、直接交交結(jié)構(gòu)、智能化控制等關(guān)鍵階段，現(xiàn)已成為電力電子領(lǐng)域的重要技術(shù)之一，并在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用。

二、固態(tài)變壓器的介紹

固態(tài)變壓器，英文全稱：Solid-State Transformer，簡(jiǎn)稱：SST，同時(shí)固態(tài)變壓器又可稱作：電子電力變壓器，英文全稱：Electronic Power Transformer，簡(jiǎn)稱：EPT，也有被稱為：智能變壓器，其英文全稱：Smart Transformer，簡(jiǎn)稱：ST。固態(tài)變壓器（SST）是一種將電力電子變換技術(shù)和基于電磁感應(yīng)原理的高頻電能變換技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)將一種電力特征的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N電力特征的電能的靜止電氣設(shè)備。

它也是電力電子技術(shù)與傳統(tǒng)電磁感應(yīng)變壓技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是未來(lái)智能電網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，它徹底顛覆了我們對(duì)傳統(tǒng)變壓器僅用于“變壓”的單一印象。

固態(tài)變壓器（SST）是一種基于電力電子變流器實(shí)現(xiàn)能量變換和控制的新型變電裝置。傳統(tǒng)變壓器主要依靠工頻（50/60 Hz）的電磁感應(yīng)來(lái)改變電壓，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但功能單一。固態(tài)變壓器（SST）則是一個(gè)復(fù)雜的“電力電子系統(tǒng)”，它將輸入的高壓交流電（AC）或直流電（DC）通過(guò)多次高頻（kHz 甚至 MHz 級(jí)別）的轉(zhuǎn)換，最終得到所需的輸出電壓，并在這個(gè)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)高級(jí)的控制功能。

三、固態(tài)變壓器（SST）的基本工作原理

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)變壓器是依靠電磁感應(yīng)原理，在50/60 Hz工頻下工作的。而固態(tài)變壓器（SST）則是首先工頻交流信號(hào)經(jīng)電力電子變換器變換為高頻方波信號(hào)(如AC-DC-AC或AC-DC-DC-AC結(jié)構(gòu))，信號(hào)通過(guò)高頻隔離變壓器傳輸，再經(jīng)電力電子變換器將高頻方波信號(hào)還原成工頻交流信號(hào)，最后該過(guò)程可以通過(guò)控制器對(duì)電力電子變換裝置進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂苼?lái)完成。具體基本工作原理如下：

?1、高頻電力電子轉(zhuǎn)換?

固態(tài)變壓器（SST）首先將輸入的交流電（AC）通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換為直流電（DC），然后通過(guò)高頻逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為高頻交流電（通常為幾千赫茲到幾兆赫茲）。高頻交流電通過(guò)高頻變壓器進(jìn)行電壓變換，最后再通過(guò)整流器將高頻交流電轉(zhuǎn)換為所需的直流或交流輸出。

?2、高頻變壓器?

與傳統(tǒng)工頻變壓器（50/60 Hz）不同，固態(tài)變壓器（SST）使用高頻變壓器。由于變壓器的體積與頻率成反比，高頻變壓器可以顯著減小體積和重量，同時(shí)提高功率密度。

?3、智能控制與調(diào)節(jié)?

固態(tài)變壓器（SST）通過(guò)先進(jìn)的電力電子控制技術(shù)（如PWM調(diào)制、數(shù)字信號(hào)處理等）實(shí)現(xiàn)電壓、電流和功率的精確調(diào)節(jié)，支持雙向能量流動(dòng)（如可再生能源并網(wǎng)）、無(wú)功補(bǔ)償和故障保護(hù)等功能。

?4、功能擴(kuò)展?

固態(tài)變壓器（SST）不僅可以實(shí)現(xiàn)電壓變換，還能集成多種功能，如電能質(zhì)量改善（諧波抑制、電壓暫降補(bǔ)償）、分布式能源接口（光伏、儲(chǔ)能系統(tǒng)接入）和智能電網(wǎng)交互。

同時(shí)，固態(tài)變壓器（SST）的核心在于其三級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（這是最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)，也稱“AC/DC/AC”）：

四、固態(tài)變壓器（SST）基礎(chǔ)知識(shí)的分享

以下內(nèi)容是本章節(jié)要跟大家分享的關(guān)于現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的固態(tài)變壓器（SST）基礎(chǔ)知識(shí)課件，如有不當(dāng)或是遺漏之處，還望大家批評(píng)指正：

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因?yàn)楸綪PT章節(jié)太多，剩下部分如有朋友有需要，可私信我邀請(qǐng)您加入我“知識(shí)星球”免費(fèi)下載PDF版本。注意：此資料只可供自己學(xué)習(xí)，不可傳閱，平臺(tái)有下載記錄，切記！歡迎加入后一起交流學(xué)習(xí)。

五、固態(tài)變壓器（SST）的核心優(yōu)勢(shì)

由上面講到的固態(tài)變壓器（SST）的基本原理，可以看出其相對(duì)于傳統(tǒng)變壓器，固態(tài)變壓器（SST）有以下幾點(diǎn)核心優(yōu)勢(shì)：

1、高效率

與傳統(tǒng)變壓器相比，固態(tài)變壓器（SST）的使用效率更高，通?？蛇_(dá)到98%以上，這主要是由于其采用的半導(dǎo)體器件可以實(shí)現(xiàn)高效、無(wú)損耗的電能轉(zhuǎn)換。

2、節(jié)能環(huán)保

固態(tài)變壓器（SST）不僅效率更高，而且與傳統(tǒng)變壓器相比可以實(shí)現(xiàn)更加精確的能量控制和管理，從而避免電能在轉(zhuǎn)換過(guò)程中的能量浪費(fèi)，減少二氧化碳排放，提高能源利用效率。

3、穩(wěn)定性好

固態(tài)變壓器（SST）具有較好的穩(wěn)定性和可靠性，不僅能夠適應(yīng)各種環(huán)境變化和動(dòng)態(tài)負(fù)載條件，而且能夠?qū)崿F(xiàn)靈活、可編程的控制方式，從而滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

4、體積小、重量輕

相較于傳統(tǒng)變壓器，固態(tài)變壓器（SST）具有體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，這在一些對(duì)空間有限制和對(duì)體積、重量有要求的應(yīng)用場(chǎng)合具有很大的優(yōu)勢(shì)。

5、有利于建設(shè)智能電網(wǎng)

固態(tài)變壓器（SST）可以實(shí)現(xiàn)高精度的電能測(cè)量和數(shù)據(jù)通信，更容易實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)分布式控制和管理，有利于基于智能電網(wǎng)的能源管理和優(yōu)化。

綜上所述，固態(tài)變壓器（SST）具有高效、節(jié)能、穩(wěn)定靈活等優(yōu)點(diǎn)，有望在電力系統(tǒng)中扮演更為重要的角色，服務(wù)于更加高效、可靠、智能的電力系統(tǒng)。

六、固態(tài)變壓器（SST）的缺點(diǎn)

近幾十年來(lái)，電力系統(tǒng)發(fā)展迅速，且呈現(xiàn)出幾大特點(diǎn):

1、電力系統(tǒng)從剛開(kāi)始的跨市連接到現(xiàn)在的跨省級(jí)、跨區(qū)域連接，規(guī)模越來(lái)越大，如何保證超大規(guī)模力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性是需要嚴(yán)肅考慮的問(wèn)題。

2、能源危機(jī)日趨嚴(yán)重，因此，可再生能源分布式發(fā)電系統(tǒng)如光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等越來(lái)越受到重視，而分布式發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)又會(huì)引發(fā)一系列控制問(wèn)題。

3、用電負(fù)荷多樣性增加，非線性負(fù)荷越來(lái)越多，而非線性負(fù)荷產(chǎn)生的諧波會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生影響，使得電能質(zhì)量問(wèn)題日益突出。面對(duì)電力系統(tǒng)新的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)電力變壓器作為電力系統(tǒng)輸配電中基本的電力設(shè)備，其過(guò)于單一的功能也越來(lái)越不能滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的需求。

目前，傳統(tǒng)變壓器采用油浸式變壓器，雖然傳統(tǒng)變壓器工作效率高、可靠性高且價(jià)格低廉，但是傳統(tǒng)變壓器也有不可忽視的缺點(diǎn)，包括:

1、體積大、過(guò)于笨重。

2、電網(wǎng)側(cè)與負(fù)載側(cè)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)隔離，因此電網(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè)的擾動(dòng)和故障會(huì)互相耦合。電網(wǎng)側(cè)發(fā)生電壓跌落和閃變會(huì)耦合到負(fù)載側(cè)，同樣，負(fù)載側(cè)的諧波也會(huì)耦合到電網(wǎng)側(cè)，污染電網(wǎng)，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

3、負(fù)載側(cè)電壓受負(fù)載影響較大，負(fù)載發(fā)生很大的變化時(shí)，負(fù)載側(cè)電壓波動(dòng)大。

4、沒(méi)有直流接口和儲(chǔ)能的能力。

5、若變壓器發(fā)生漏油，會(huì)造成環(huán)境污染。

隨著電力電子器件的飛速發(fā)展，電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的越來(lái)越多?，F(xiàn)代系統(tǒng)中，許多機(jī)械式、電磁式設(shè)備都在被新型電力電子設(shè)備替代，使得電力系統(tǒng)能夠更好地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化和靈活化。例如，高壓直流輸電( HVDC )、靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置(( SVC )、有源電力濾波器(APF)、電能質(zhì)量控制器(UPQC)、統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)等電力電子設(shè)備廣泛運(yùn)用于輸電和配電中?？紤]到當(dāng)今電力系統(tǒng)的特點(diǎn)和傳統(tǒng)變壓器的不可避免的缺點(diǎn)，那么是否也可以將電力電子技術(shù)運(yùn)用到電力變壓器中，因此固態(tài)變壓器（SST）應(yīng)運(yùn)而生。

七、固態(tài)變壓器（SST）的應(yīng)用領(lǐng)域

固態(tài)變壓器（SST）由于其高效、可靠、靈活等優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于以下領(lǐng)域：

1、電力系統(tǒng)

在傳統(tǒng)變壓器的升級(jí)換代中，固態(tài)變壓器（SST）具有很大的發(fā)展?jié)摿褪袌?chǎng)前景。固態(tài)變壓器（SST）可以實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電能轉(zhuǎn)換以及智能化控制和管理，有望進(jìn)一步提高電力系統(tǒng)的可靠性、適應(yīng)性和智能化水平。

2、電動(dòng)汽車充電站

固態(tài)變壓器（SST）可以實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確的電能轉(zhuǎn)換和控制，在電動(dòng)汽車領(lǐng)域中越來(lái)越多地應(yīng)用于電池充電技術(shù)。固態(tài)變壓器（SST）具有快速響應(yīng)、車輛峰值功率的平滑控制，同時(shí)還具有能夠?qū)崿F(xiàn)電能回饋的快速電動(dòng)變壓器等特點(diǎn)，有望成為未來(lái)電動(dòng)汽車充電領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。

3、高速列車

固態(tài)變壓器（SST）可以用于高速列車的牽引電力系統(tǒng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)高效、可靠的電源轉(zhuǎn)換和變壓器控制，以及對(duì)動(dòng)態(tài)負(fù)載變化的快速響應(yīng)。固態(tài)變壓器（SST）可以提高高速列車的動(dòng)力性能、冷卻效率和重量控制等方面的優(yōu)勢(shì)。

4、新能源領(lǐng)域

太陽(yáng)能、風(fēng)能等新能源的發(fā)電系統(tǒng)中，可以采用固態(tài)變壓器（SST）實(shí)現(xiàn)電能的高效轉(zhuǎn)換和可靠控制，從而提高新能源發(fā)電的可靠性和接入水平，有助于解決新能源接入電網(wǎng)方面的問(wèn)題。

5、數(shù)據(jù)中心

基于固態(tài)變壓器（SST）進(jìn)行的中壓供電和設(shè)施級(jí)直流配電，用設(shè)施級(jí)直流配電取代常規(guī)交流配電，以減少損耗并提高可靠性。

6、海上風(fēng)電

基于固態(tài)變壓器（SST）通過(guò)高頻變壓器進(jìn)行的交流增壓和隔離，配備固態(tài)變壓器的緊湊型高效海上變電站，即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離高壓直流輸電。

7、海底電網(wǎng)

基于固態(tài)變壓器（SST）的無(wú)平臺(tái)/浮子直流輸電，通過(guò)緊湊型重量?jī)?yōu)化的固態(tài)變壓器配置，即可實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的海底作業(yè)。

8、電轉(zhuǎn)氣

利用多余風(fēng)能/太陽(yáng)能進(jìn)行電解和氫氣儲(chǔ)存的固態(tài)變壓器（SST）配置，適合從大功率交流電到低壓直流電轉(zhuǎn)換的緊湊型固態(tài)變壓器（SST）配置。

9、智能電網(wǎng)和電動(dòng)汽車充電

直流微電網(wǎng)用固態(tài)變壓器（SST）配置，無(wú)需低壓直流轉(zhuǎn)換，因此效率更高且成本更低?；诠虘B(tài)變壓器（SST）用于雙向中壓接口的配置，為高效能源管理、削峰填谷和電網(wǎng)穩(wěn)定建立能源樞紐。

10、飛機(jī)和軍艦電氣化

基于固態(tài)變壓器（SST）用于電動(dòng)飛機(jī)推進(jìn)的超導(dǎo)配電系統(tǒng)，采用緊湊和重量?jī)?yōu)化的固態(tài)變壓器（SST）進(jìn)行電力傳輸，提供了設(shè)計(jì)靈活性?；诠虘B(tài)變壓器（SST）的船用直流配電，采用固態(tài)變壓器（SST）的直流配電可將能源效率提高20%。

綜上所述，固態(tài)變壓器（SST）適用于電力系統(tǒng)、電動(dòng)汽車充電站、高速列車、新能源發(fā)電等領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用前景和市場(chǎng)潛力。

八、固態(tài)變壓器（SST）典型拓?fù)浼翱刂品绞?/p>

1、高頻耦合的AC/AC電路

上世紀(jì)七十年代，美國(guó)GE公司的W.McMurray提出一種基于高頻藕合的AC/AC電路結(jié)構(gòu)。

電路工作的基本原理為:采用移相控制的方式，原方開(kāi)關(guān)S1和s2互補(bǔ)導(dǎo)通，

工作在高頻狀態(tài)，輸入的低頻交流或直流信號(hào)被逆變?yōu)楦哳l信號(hào)，經(jīng)高頻變壓器耦合到副方，副方開(kāi)關(guān)S3和S4通斷與S1和S2同步，觸發(fā)相位上相差角度，控制移相角即可控制變換器輸出電壓幅值。當(dāng)移相角等于0時(shí)，變換后的副方電壓波形與原方電壓相同;當(dāng)移相角不等于0時(shí)，輸出電壓波形呈現(xiàn)一定規(guī)律的正弦變化，在變壓器副方配置輸出濾波，方可得到正弦波形的電壓。作為現(xiàn)代電力電子變壓器的早期雛形，該設(shè)計(jì)思想也是后期固態(tài)變壓器（SST）發(fā)展的基礎(chǔ)。

2、三級(jí)結(jié)構(gòu)的固態(tài)變壓器（SST）

20世紀(jì)末，出現(xiàn)了一種針對(duì)電力電子變壓器的三級(jí)結(jié)構(gòu)，由Runan和Sudnoff兩人提出，該變壓器由高壓級(jí)(輸入級(jí))、隔離級(jí)和低壓級(jí)(輸出級(jí))構(gòu)成。這是固態(tài)變壓器（SST）領(lǐng)域首次嘗試三級(jí)結(jié)構(gòu)拓?fù)洌苤朴诋?dāng)時(shí)的功率器件耐壓水平，高壓側(cè)多采用多個(gè)模塊串聯(lián)分壓，各級(jí)模塊內(nèi)部相互獨(dú)立。輸入級(jí)模塊為整流器，可實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)，該級(jí)將輸入的交流變換為直流;隔離級(jí)將直流信號(hào)經(jīng)過(guò)直一交一直變換后還原為直流，隔離級(jí)的輸出直流并聯(lián)后送入輸出級(jí)，輸出級(jí)將直流逆變?yōu)樗韫ゎl交流后輸出。此種結(jié)構(gòu)較好地滿足了降壓變?cè)礁唠妷盒‰娏骱透狈降碗妷捍箅娏鞯囊?。但該固態(tài)變壓器（SST）的局限性在于其只能實(shí)現(xiàn)功率的單向流動(dòng)，且對(duì)無(wú)功的調(diào)整不夠靈活。

九、固態(tài)變壓器（SST）的未來(lái)展望

固態(tài)變壓器（SST）基本都采用三級(jí)型 (直流固態(tài)變壓器除外)，都使用了高頻變壓器和DAB結(jié)構(gòu)，主要是因?yàn)楦哳l變壓器的體積小，傳輸效率高，以及DAB能實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)。

雖然固態(tài)變壓器（SST）較傳統(tǒng)變壓器有很多優(yōu)勢(shì)，但損耗大、可靠性低、成本高和短路特性等都是固態(tài)變壓器（SST）的弱點(diǎn)。但是固態(tài)變壓器（SST）由于擁有傳統(tǒng)電力變壓器所不具備的強(qiáng)大功能和諸多優(yōu)點(diǎn)，隨著電力電子器件技術(shù)的發(fā)展和電力電子變換技術(shù)的進(jìn)步，固態(tài)變壓器（SST）造價(jià)會(huì)逐漸降低，可靠性會(huì)逐步提高，效率會(huì)不斷提升，取代傳統(tǒng)變壓器成為可能，而控制靈活、功能強(qiáng)大的特點(diǎn)也使得固態(tài)變壓器（SST）具有更廣闊的應(yīng)用前景。

十、總結(jié)一下

固態(tài)變壓器（SST）不是傳統(tǒng)變壓器的簡(jiǎn)單升級(jí)，它是一種電力電子化的能量路由器。它將傳統(tǒng)的變壓、隔離功能與現(xiàn)代的電能質(zhì)量控制、功率流管理功能高度集成，以其小型化、高效率、柔性和智能化的特點(diǎn)，成為構(gòu)建未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)和智能電網(wǎng)不可或缺的核心技術(shù)。

當(dāng)前，固態(tài)變壓器（SST） 正憑借"98%+ 效率+ 800 V直岀+綠電即插即用"二大賣(mài)點(diǎn)，成為 A| 算力Q中心供電架構(gòu)的“終極形態(tài)”。2025 年起，隨著 SiC 模塊成本下降、800V GPU服務(wù)器規(guī)模出貨，預(yù)計(jì)數(shù)據(jù)中心 固態(tài)變壓器（SST） 將在 2026-2027 年進(jìn)入爆發(fā)期，并逐步外溢到超充、儲(chǔ)能、微網(wǎng)等場(chǎng)景。

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審核編輯 黃宇