用于快速充电站的高频高效模块化固态变压器

陆 城，胡文斐，张伟强

（台达电子企业管理（上海）有限公司，上海 201209）

近年来，随着新能源汽车续航里程的增加及动力电池技术的发展，大功率快充已成为重要趋势的同时，对充电设施提出了更高要求[1]。传统采用工频变压器LFT（line-frequency transformer）的供电架构已显现诸多弊端，例如转换环节复杂、效率和功率密度较低、不易扩展等。而基于固态变压器SST（solid state transformer）的分布式模块化供电架构具有灵活的扩展性，可按需扩容，节省投资。SST 除了取代传统的配电变压器外，还可以提供直流端口，供直流充电桩、光伏发电和储能设备高效接入。另外，高频SST 占地面积小，在土地资源紧张的大城市里也是一个优势。随着碳化硅SiC（silicon carbide）器件的发展，高频高效模块化固态变压器已成为研究热点[2-4]。

文献[5]以1 MVA、10 kV AC/800 V DC 系统为例，分别从材料成本、重量、体积和损耗等方面比较评估了SST 和“LFT+AC/DC”这两种方案，综合来看，基于SST 的方案潜在优势明显。然而，目前大部分SST 采用PWM 型隔离DC-DC 拓扑，其软开关范围受限导致开关频率较低，通常不超过20 kHz，功率密度仍然不够高。另外，由于目前主流商用SiC MOSFET 的耐压水平不高于1.2 kV，若采用两电平拓扑，需采用12 个左右的单元级联才能满足10 kV 中压系统的接入。而单元数目越多，所含的隔离变压器数量也越多，另外配套的光纤通讯及控制器、结构连接件等都会相应增多，增加了SST 系统的复杂度和成本，也不利于系统功率密度的提升。为减少单元数目，本文提出一种基于三电平功率单元输入串联输出并联的模块化SST。……