一. 固态变压器
定义：
固态变压器是一种可提供双向功率流动、无功功率控制和谐波抑制功能的新型紧凑型电功率转换器。固态变压器将多种电力电子部件和控制回路组合到一个装置中。
应用：
由于固态变压器具有交流和直流电网协调以及异步网络互连功能，因此可在诸如数据中心、电力牵引系统和配电站等应用中取代无源低频变压器。
功能：
固态变压器通过作用于变压器的初级和次级来主动调节电压/电流。通过在特定的变换器电路中引入无源变压器，它通过较小的线圈提供电气隔离、全功率和紧凑的设计。
行业：
固态变压器凭借自身优势广泛用于诸如发电(可再生能源）、配电（智能电网）和运输(电动汽车、电动船、火车、航空航天等）行业。
二. 为什么使用固态变压器
电流备选方案
固态变压器是智能电网基础组成模块
常规变压器：对于直流智能电网适用范围小
- 工作频率低导致其尺寸和重量较大
- 功能僵化：缺乏可控性
- 可提供电压调节和电流隔离功能
- 复杂程度低、可靠性高和成本低
固态变压器：对于直流智能电网适用范围大
- 体积和重量小
- 交流/直流运行损耗小且效率高
- 功能灵活：可上下双向调节电压
- 可提供辅助控制功能
- 零磁致伸缩且噪音不超过20 千赫兹
三. 固态变压器：市场和推动因素
推动因素
- 可再生能源和可持续能源投资规模不断扩大
- 配电和输电基础设施投资规模不断扩大
- 具有高额定电流和电压的 SiC 和 GaN
- 半导体的大规模采用
- 在输电系统中的应用数量不断增加
- 电动汽车行业的发展
四. 固态变压器：开发周期
固态变压器中最优的铁芯性能不仅可以最大程度降低尺寸、重量和成本，而且可以提高其整体效率：低铁芯损耗、高饱和磁通密度、高磁导率和温度稳定性 主要包括FeSiBNbCu-纳米晶体、铁氧体和铁基非晶铁芯。Co基非晶价格过高。
得益于其低损耗和紧凑芯设计，纳米晶在 1-20千赫兹范围内具有出色性能。
五. 纳米晶竞争优势：材料优势
功率密度更大：
功率密度比铁氧体和非晶大数倍
减低重量和尺寸：
高饱和磁通密度有利于减小芯尺寸和紧凑型设计
损耗和噪音更低：
中频/高频范围内运行损耗更低且噪音更低
效率提升：
纳米晶铁芯中频变压器的效率水平超过 99%
六. 应用关键趋势
可再生能源、电网和电动汽车
固态变压器尤其适合可再生能源和智能电网的直流 /直流运行
可再生能源的中压集流电网
电动汽车的牵引和充电
其他具有高潜力的新型应用
重量和尺寸小
体积和重量要求严苛的应用(飞机，水下)
有利于新能源储存模块的高效低成本安装
灵活性和优化性
其快速开关性能使其能够在公用设施中轻松处理多个电源
固态变压器能够控制和调整动态功率范围， 从而微调电能质量
交直流协同
固态变压器提供完美工具，将交流和直流分配相结合，并优化由此产生的效率
适用于本地化交流/直流配电
七. 应用
数据中心
基于固态变压器进行的中压供电和设施级直流配电
用设施级直流配电取代常规交流配电，以减少损耗并提高可靠性
海上风电
基于固态变压器通过高频变压器进行的交流增压和隔离
配备固态变压器的紧凑型高效海上变电站，即可实现远距离高压直流输电
海底电网
基于固态变压器的无平台/浮子直流输电
通过紧凑型重量优化的固态变压器配置，即可实现更远距离的海底作业
电转气
利用多余风能/太阳能进行电解和氢气储存的固态变压器配置
适合从大功率交流电到低压直流电转换的紧凑型固态变压器配置
智能电网和电动汽车充电
直流微电网用固态变压器配置
无需低压直流转换，因此效率更高且成本更低
基于固态变压器用于双向中压接口的配置
为高效能源管理、削峰填谷和电网稳定建立能源枢纽
飞机和军舰电气化
基于固态变压器用于电动飞机推进的超导配电系统
采用紧凑和重量优化的固态变压器进行电力传输，提供了设计灵活性
基于固态变压器的船用直流配电
采用固态变压器的直流配电可将能源效率提高20%
八. 结论
1. 固态变压器是未来配电的关键技术：
虽然目前固态变压器的开发仍然处于商用阶段，但是一些学术和工业机构开始开发适合其应用的解决方案。
2. 与铁氧体和非晶相比，纳米晶更加适合用于制造固态变压器铁芯：
在中高频范围内，纳米晶在诸如体积、尺寸、功率密度、铁芯和绕组 损耗、效率和温度稳定性等方面一如既往地展示着出色性能。
3. 未来几年，需要通过制定解决方案，开发固态变压器市场的潜力：
凭借固态变压器的最佳特性和进一步提高的小型化潜力，纳米晶处于最佳位置，成为该快速增长新兴市场的标志性铁芯材料。
4. 纳米晶广泛用于纯学术科研，而极少用于关键工业应用：
学术界人士正在开展基于纳米晶的原型试验，但是仍需提高主要工业界人士的认识，以便将基于纳米晶的变压器芯用于面向市场的解决方案中。
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