在新型電力系統(tǒng)建設(shè)與能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵階段，固態(tài)變壓器憑借高功率密度、高轉(zhuǎn)換效率的技術(shù)優(yōu)勢加速產(chǎn)業(yè)化，成為電力電子領(lǐng)域核心發(fā)展方向。實時仿真是其研發(fā)測試驗證的關(guān)鍵手段，直接影響研發(fā)效率與落地進度。受固態(tài)變壓器高開關(guān)頻率、大拓撲級聯(lián)特點影響，傳統(tǒng)仿真技術(shù)難以兼顧精度與實時性，EasyGo實時仿真解決方案為破解這一行業(yè)技術(shù)瓶頸提供了高效可行的全新路徑。

一、固態(tài)變壓器的現(xiàn)狀與發(fā)展前景

在能源轉(zhuǎn)型與算力爆發(fā)的時代浪潮下，固態(tài)變壓器正從實驗室走向產(chǎn)業(yè)前沿，成為重構(gòu)電力系統(tǒng)的核心智能樞紐。憑借碳化硅等寬禁帶半導(dǎo)體與高頻磁材的技術(shù)突破，固態(tài)變壓器實現(xiàn)了效率、功率密度與可控性的飛躍，整機效率已突破98%，體積較傳統(tǒng)方案縮小60%-90%，完美契合高密度數(shù)據(jù)中心、新能源并網(wǎng)及超充網(wǎng)絡(luò)對高效、緊湊供電的極致需求。市場已進入規(guī)?；逃们耙?，2025年全球市場規(guī)模突破35億美元，中國以42%的份額領(lǐng)跑全球，成為最大單一市場；海關(guān)數(shù)據(jù)顯示上半年出口額同比暴漲320%，海外高端訂單已排期至2026年。行業(yè)共識將2026年視為產(chǎn)業(yè)化元年，預(yù)計2028年全球產(chǎn)值規(guī)模將邁向千億級，在“東數(shù)西算”工程與新型電力系統(tǒng)建設(shè)的雙重驅(qū)動下，固態(tài)變壓器正從標(biāo)桿示范加速滲透至全場景應(yīng)用，開啟一條確定性的高增長賽道。

二、固態(tài)變壓器的典型拓撲

基于ISOP（輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)）架構(gòu)的固態(tài)變壓器，其單相結(jié)構(gòu)通常在前端采用多個AC-DC功率單元級聯(lián)的方式，各單元均配有獨立的直流母線，后級接入隔離型DC-DC變換器，并將所有DC-DC輸出端并聯(lián)。將三個相同的此類單相鏈?zhǔn)絾卧诮涣鱾?cè)以Y型（星形）或Δ型（三角形）連接，低壓側(cè)并聯(lián)后，即可適配三相中壓交流電網(wǎng)。

基于MMC（模塊化多電平換流器）架構(gòu)的固態(tài)變壓器，則以前級模塊化多電平換流器為核心，首先完成中壓交流至中壓直流的變換，再通過后級的隔離DC-DC變換器實現(xiàn)中壓直流到低壓直流的轉(zhuǎn)換。該結(jié)構(gòu)因設(shè)置了共用的中壓直流母線，便于直接接入中壓直流配電網(wǎng)。

若采用基于MMC的DC-DC級聯(lián)拓撲，還可顯著減少所需的中壓高頻變壓器數(shù)量。然而，MMC型拓撲通常較難實現(xiàn)開關(guān)器件的軟開關(guān)特性，且其子功率單元多采用半橋或全橋結(jié)構(gòu)，需使用大量子模塊，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。

三、固態(tài)變壓器實時仿真的挑戰(zhàn)

1、實時仿真技術(shù)現(xiàn)狀

在實時仿真領(lǐng)域，對于電力電子拓撲的仿真建模，通常采用電阻二值法，L/C建模法，平均值模型法，開關(guān)函數(shù)法。這些方法的區(qū)別都在于對于開關(guān)建模方式的不同處理，因此它們之間存在著顯著優(yōu)缺點區(qū)別：

2、固態(tài)變壓器仿真的挑戰(zhàn)

高開關(guān)頻率

固態(tài)變壓器的開關(guān)頻率通常高達數(shù)十甚至上百千赫茲。為了精確模擬功率開關(guān)器件的通斷暫態(tài)過程，其仿真時間步長往往需要控制在100ns量級。如此精細的仿真步長，對電磁暫態(tài)仿真算法的數(shù)值穩(wěn)定性、計算效率，以及仿真硬件的處理能力與數(shù)據(jù)吞吐量，都構(gòu)成了嚴峻的挑戰(zhàn)。

拓撲規(guī)模大

固態(tài)變壓器的級聯(lián)數(shù)量可以在幾十個以上，并且有增長的趨勢。龐大的仿真拓撲和極小的仿真步長之間，在傳統(tǒng)實時仿真技術(shù)模式下是一種“不可兼得”的矛盾。因此，需要針對固態(tài)變壓器的拓撲進行特殊化建模處理。

3、傳統(tǒng)實時仿真建模技術(shù)的缺陷

電阻二值法：由于其涉及到導(dǎo)納矩陣的時變，切換導(dǎo)納矩陣的延時使其仿真步長難以達到100ns的量級；

L/C建模法：高開關(guān)頻率會導(dǎo)致高的虛擬開關(guān)損耗，使得仿真結(jié)果不準(zhǔn)確；

平均值模型法：無法還原真實的開關(guān)紋波、諧波、暫態(tài)尖峰；

開關(guān)函數(shù)法：針對不同的拓撲，需要推導(dǎo)不同的開關(guān)函數(shù)。

四、固態(tài)變壓器實時仿真解決方案

面對傳統(tǒng)實時仿真技術(shù)在固態(tài)變壓器建模中的局限性，EasyGo 提出了一種基于組合建模的解決方案，可有效實現(xiàn)固態(tài)變壓器的高精度實時仿真。

前級整流部分開關(guān)頻率通常不高，采用傳統(tǒng)的電阻二值法或者L/C建模法都可以實現(xiàn)，仿真步長在1us左右，可以滿足多模塊級聯(lián)的仿真需求。

后級DC/DC模塊部分的開關(guān)頻率可高達數(shù)十甚至上百千赫茲，針對這部分拓撲則需要進行特殊化建模處理，使其仿真步長可以達到100ns的量級。

后級的DC/DC模塊部分，通?？梢苑殖蒁C/AC電路，高頻變壓器電路和AC/DC電路。其中DC/AC和AC/DC均為單相電路，通常有全橋和半橋電路。

其中，DC/AC電路和AC/DC電路部分可以采用開關(guān)函數(shù)的建模方式，以實現(xiàn)其高速仿真。

高頻變壓器電路部分，采用等效的離散模型和節(jié)點電壓法，以實現(xiàn)其高速仿真。

EasyGo實時仿真

仿真基于由15個DAB模塊組成的DCSST系統(tǒng)，輸入側(cè)額定電壓為2000V，輸出側(cè)額定電壓為500V。其中DAB級聯(lián)模塊為EasyGo平臺的定制模塊，可以自定義設(shè)置級聯(lián)數(shù)量與相關(guān)參數(shù)?？刂崎_關(guān)頻率50kHz。仿真對象聚焦于輸出電壓閉環(huán)控制，通過調(diào)節(jié)移相比實現(xiàn)電壓穩(wěn)定。具體拓撲如下圖所示：

載入實時仿真模型后，EasyGoDeskSim會自動解析該模型，用戶只需要對IP地址進行配置，并配置交互界面即可。

通過自定義交互界面，將使能按鈕和負載突變按鈕調(diào)出來，設(shè)定目標(biāo)電壓為500V，啟動使能后，輸出電壓很快來到了500V，接著再開啟負載突變工況，電壓經(jīng)過短暫的變化后，回歸500V。整體效果與離線一致，其輸出電壓波形如下圖所示。

EasyGo實時仿真采用差異化建模策略，搭配優(yōu)化算法，實現(xiàn)100ns量級高精度實時仿真，且仿真效果與離線仿真完全一致，有效解決了自身仿真過程中精度與實時性難以兼顧的核心問題，提供了精準(zhǔn)可靠的仿真支撐。

固態(tài)變壓器作為新型電力系統(tǒng)的核心設(shè)備，其高開關(guān)頻率、大拓撲規(guī)模的特性給實時仿真帶來了巨大挑戰(zhàn)。EasyGo實時仿真方案針對其仿真難點，通過高性能硬件架構(gòu)與優(yōu)化算法，實現(xiàn)了ns級高精度實時仿真，為其產(chǎn)業(yè)化階段的研發(fā)、測試與驗證提供了可靠的技術(shù)支撐，也為電力電子設(shè)備實時仿真技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路，助力固態(tài)變壓器在多場景的快速落地與應(yīng)用。