1. 课程导入

固态变压器（Solid State Transformer，SST）又称电力电子变压器（PET），是面向中压配电网、直流微网、电动汽车充电站、数据中心供电与新能源并网的关键能量枢纽。它用高频电力电子变换替代传统工频变压器，实现电压等级变换、电气隔离、功率双向流动、电能质量治理与多端口能量路由。本课程围绕“多级功率变换”这一主线，讲解从拓扑、调制、控制到工程实现的完整方法体系。

一、核心概念：三级式架构与能量流

SST的典型结构为“输入级—隔离级—输出级”三级串联。输入级为三相AC/DC整流器，将中压交流变为稳定直流母线，同时实现单位功率因数与谐波抑制；隔离级为带高频变压器的DC/DC变换器（常见DAB、LLC、SRC），完成电压匹配与电气隔离，是SST区别于传统变压器的核心；输出级为DC/AC或DC/DC变换器，向低压交流负载、直流负载或储能端口供电。多端口SST还会在直流母线上引出多个支路，形成能量路由节点。

控制上，SST是典型的“多变量、多时间尺度、强耦合”系统：输入级关注电网电流波形与母线电压，隔离级关注移相角与功率传输，输出级关注输出电压频率与幅值。三者通过直流母线电压耦合，因此母线电压既是控制目标，也是级间能量平衡的“公共信号”。

二、方法流程：从需求到控制的工程链路

SST控制工程通常遵循“需求定义—拓扑选型—建模—控制设计—仿真验证—样机调试”的链路。第一步明确电压等级、功率容量、隔离耐压、效率与动态响应指标；第二步根据应用选择三级式、两级式或多端口拓扑；第三步建立各变换器在dq坐标系或开关周期平均模型下的状态方程；第四步设计级间协调控制，通常采用“输入级稳母线、隔离级传功率、输出级保质量”的分工；第五步在PLECS/Matlab-Simulink中验证稳态与暂态；最后在样机上完成参数整定与保护联调。

典型控制参数示例（10kV/1MW SST）：
直流母线电压      Vdc_ref = 1500 V
母线电压环带宽    fv ≈ 200 Hz
电流内环带宽      fi ≈ 2 kHz
DAB移相角范围     φ ∈ [-45°, +45°]
开关频率          fs = 20 kHz
死区时间          td = 1.5 μs
输出电压THD目标   < 3%

三、典型应用场景

四、常见误区与复盘