中国冶金报社
记者 赵萍 摄影/报道
图为会场
作为新一代电力变换装备，固态变压器区别于依靠电磁感应原理工作的传统工频变压器，依托电力电子器件实现电压变换、电气隔离与电能质量调控，具备体积小、重量轻、可控性强、可灵活交直流互联等突出优势，被视作支撑新型电力系统建设的关键装备之一。
10月16日，来自固态变压器上下游相关领域的专家齐聚中国电器之都——浙江省温州市乐清市柳市镇，在第二届固态变压器产业发展技术研讨会（秋）上围绕固态变压器技术攻关、材料突破、产业化落地、标准建设等业内热点展开深入研讨，并分享了最新科研成果。
与会专家普遍认为，在AI（人工智能）飞轮效应驱动下，算力、新能源电力与交通运力产业迎来迅猛扩张，用电负荷结构正发生深刻变革，用电系统呈现明显的高压化、直流化发展趋势，海量新增负荷对电源变换装备提出更高要求。固态变压器可深度适配风光新能源、微电网、港口岸电、电动汽车充电站等多元新型用电场景，能够同时完成电压等级转换与电能质量治理，解决传统工频变压器功能单一、动态调节能力不足等短板，由此被视作适配未来用电场景的理想电源解决方案。
相较于传统工频变压器，固态变压器优势突出。与会专家介绍，传统工频变压器依赖铜材实现电磁能量转换，而铜价持续走高，将长期制约传统变压器的成本控制与规模化推广。固态变压器走“以硅代铜”的技术路线，能够突破铜等金属材料带来的成本与资源约束。且相较于传统工频变压器，固态变压器可同步完成电压变换、电气隔离与电能质量调控，适配多元化直流负荷，可有效支撑新型电力系统建设。
与会专家介绍，在核心控制理论研究领域，国内有科研团队借助小信号建模技术，开展了固态变压器快速稳压控制研究。小信号建模即在某一稳态工作点附近，对开关变换器这类非线性、时变系统施加微小扰动，忽略高阶非线性项，得到线性时不变模型，以此分析系统动力学特性、设计控制器。针对桥式变换器拓扑多样、阶数较高的特点，该团队提出了统一多频率小信号模型，完成半桥、全桥两类逆变桥结构，以及变频、变输入电压、移相控制三种控制方式的推导，大幅简化高阶谐振变换器建模流程，模型精度覆盖至一半开关频率以上。与会专家同时分析了不同移相控制实现方式对模型的影响，证实移相实现方案不同，所得模型存在差异，解决了长期存在的移相控制模型准确度不足难题。依托这套高频模型，该科研团队发现双有源桥（DAB）变换器存在高频谐振峰，制约控制系统响应速度的进一步提升，于是通过引入有源阻尼方法有效抑制谐振峰，显著改善了变换器负载动态性能。
固态变压器核心软磁材料同样取得阶段性突破。目前，国内已有企业成功实现10微米至12微米极薄高磁导率纳米晶软磁带材量产，材料高频软磁性能得到显著提升。该企业通过新材料成分设计、超薄带材制备与新型热处理工艺相结合的技术路径，实现了材料在高频、低频工况下软磁性能同步优化。不过该产品目前仅限企业内部自用，外部尚无法评估其长期稳定性能。该企业同时反映，在上下游协同研发过程中，由于纳米晶磁芯相关标准缺失，尽管产学研各方主体已积极主动开展协同攻关，但缺乏统一标准作为技术对接与成果核验依据，已成为制约技术落地的重要因素。对此，该企业目前正积极推进相关标准的制定。
固态变压器高密度集成带来的封装绝缘难题也有了重要技术支撑。由于固态变压器内部集成大功率电力电子器件、高频磁芯等组件，器件高密度集成带来局部场强集中、发热量大等难题，对绝缘结构、封装材料与工艺提出严苛挑战，绝缘可靠性直接决定整机长期运行稳定性。与会专家分享了围绕固体封装绝缘方案优化思路，重点探究封装材料选型、绝缘结构布局、多物理场耦合下的电场分布规律，通过结构设计抑制局部电场畸变，在紧凑化整机空间内兼顾绝缘耐压、导热散热与耐老化性能，为解决固态变压器高密度集成下的绝缘失效隐患、提升装备环境适应性提供了技术支撑，助力固态变压器在新能源场站、数据中心等场景下可靠运行。
目前，国内固态变压器样机已在部分园区微电网、新能源场站、港口岸电等场景开展试点示范，但装备长期运行可靠性、整机成本控制、器件协同稳定性等方面仍有待持续开展工程试验验证，尚未进入大范围商用阶段。
放眼全球产业化节奏，国外或将跳过传统变压器的演进阶段，直接推进固态变压器落地。与会专家分析，国内由于采取多技术路线并行的发展路径，固态变压器仍需走完完整试验验证周期。有业内专家判断，随着大功率电力电子器件成熟度持续提升，叠加系列工程试验不断推进，固态变压器预计在2027年至2028年有望实现大规模应用，为高比例新能源接入、交直流混合电网构建提供全新技术方案。
