什通德维莱尔

一、固态变压器的现状与发展前景

在能源转型与算力爆发的时代浪潮下，固态变压器正从实验室走向产业前沿，成为重构电力系统的核心智能枢纽。凭借碳化硅等宽禁带半导体与高频磁材的技术突破，固态变压器实现了效率、功率密度与可控性的飞跃，整机效率已突破98%，体积较传统方案缩小60%-90%，完美契合高密度数据中心、新能源并网及超充网络对高效、紧凑供电的极致需求。市场已进入规模化商用前夜，2025年全球市场规模突破35亿美元，中国以42%的份额领跑全球，成为最大单一市场；海关数据显示上半年出口额同比暴涨320%，海外高端订单已排期至2026年。行业共识将2026年视为产业化元年，预计2028年全球产值规模将迈向千亿级，在“东数西算”工程与新型电力系统建设的双重驱动下，固态变压器正从标杆示范加速渗透至全场景应用，开启一条确定性的高增长赛道。

二、固态变压器的典型拓扑

基于ISOP（输入串联输出并联）架构的固态变压器，其单相结构通常在前端采用多个AC-DC功率单元级联的方式，各单元均配有独立的直流母线，后级接入隔离型DC-DC变换器，并将所有DC-DC输出端并联。将三个相同的此类单相链式单元在交流侧以Y型（星形）或Δ型（三角形）连接，低压侧并联后，即可适配三相中压交流电网。

基于MMC（模块化多电平换流器）架构的固态变压器，则以前级模块化多电平换流器为核心，首先完成中压交流至中压直流的变换，再通过后级的隔离DC-DC变换器实现中压直流到低压直流的转换。该结构因设置了共用的中压直流母线，便于直接接入中压直流配电网。

若采用基于MMC的DC-DC级联拓扑，还可显著减少所需的中压高频变压器数量。然而，MMC型拓扑通常较难实现开关器件的软开关特性，且其子功率单元多采用半桥或全桥结构，需使用大量子模块，系统结构相对复杂。

三、固态变压器实时仿真的挑战

1、实时仿真技术现状

在实时仿真领域，对于电力电子拓扑的仿真建模，通常采用电阻二值法，L/C建模法，平均值模型法，开关函数法。这些方法的区别都在于对于开关建模方式的不同处理，因此它们之间存在着显著优缺点区别：

2、固态变压器仿真的挑战

高开关频率

固态变压器的开关频率通常高达数十甚至上百千赫兹。为了精确模拟功率开关器件的通断暂态过程，其仿真时间步长往往需要控制在100ns量级。如此精细的仿真步长，对电磁暂态仿真算法的数值稳定性、计算效率，以及仿真硬件的处理能力与数据吞吐量，都构成了严峻的挑战。

拓扑规模大

固态变压器的级联数量可以在几十个以上，并且有增长的趋势。庞大的仿真拓扑和极小的仿真步长之间，在传统实时仿真技术模式下是一种“不可兼得”的矛盾。因此，需要针对固态变压器的拓扑进行特殊化建模处理。

3、传统实时仿真建模技术的缺陷

电阻二值法：由于其涉及到导纳矩阵的时变，切换导纳矩阵的延时使其仿真步长难以达到100ns的量级；

L/C建模法：高开关频率会导致高的虚拟开关损耗，使得仿真结果不准确；

平均值模型法：无法还原真实的开关纹波、谐波、暂态尖峰；

开关函数法：针对不同的拓扑，需要推导不同的开关函数。

四、固态变压器实时仿真解决方案

面对传统实时仿真技术在固态变压器建模中的局限性，EasyGo 提出了一种基于组合建模的解决方案，可有效实现固态变压器的高精度实时仿真。

前级整流部分开关频率通常不高，采用传统的电阻二值法或者L/C建模法都可以实现，仿真步长在1us左右，可以满足多模块级联的仿真需求。

后级DC/DC模块部分的开关频率可高达数十甚至上百千赫兹，针对这部分拓扑则需要进行特殊化建模处理，使其仿真步长可以达到100ns的量级。

后级的DC/DC模块部分，通常可以分成DC/AC电路，高频变压器电路和AC/DC电路。其中DC/AC和AC/DC均为单相电路，通常有全桥和半桥电路。

其中，DC/AC电路和AC/DC电路部分可以采用开关函数的建模方式，以实现其高速仿真。

高频变压器电路部分，采用等效的离散模型和节点电压法，以实现其高速仿真。

EasyGo实时仿真

仿真基于由15个DAB模块组成的DCSST系统，输入侧额定电压为2000V，输出侧额定电压为500V。其中DAB级联模块为EasyGo平台的定制模块，可以自定义设置级联数量与相关参数。控制开关频率50kHz。仿真对象聚焦于输出电压闭环控制，通过调节移相比实现电压稳定。具体拓扑如下图所示：

载入实时仿真模型后，EasyGoDeskSim会自动解析该模型，用户只需要对IP地址进行配置，并配置交互界面即可。

通过自定义交互界面，将使能按钮和负载突变按钮调出来，设定目标电压为500V，启动使能后，输出电压很快来到了500V，接着再开启负载突变工况，电压经过短暂的变化后，回归500V。整体效果与离线一致，其输出电压波形如下图所示。

EasyGo实时仿真采用差异化建模策略，搭配优化算法，实现100ns量级高精度实时仿真，且仿真效果与离线仿真完全一致，有效解决了自身仿真过程中精度与实时性难以兼顾的核心问题，提供了精准可靠的仿真支撑。

固态变压器作为新型电力系统的核心设备，其高开关频率、大拓扑规模的特性给实时仿真带来了巨大挑战。EasyGo实时仿真方案针对其仿真难点，通过高性能硬件架构与优化算法，实现了ns级高精度实时仿真，为其产业化阶段的研发、测试与验证提供了可靠的技术支撑，也为电力电子设备实时仿真技术的发展提供了新的思路，助力固态变压器在多场景的快速落地与应用。