固態變壓器（SST）是一種交流-交流變壓器，有時也稱為電力電子變壓器（PET），在綠色能源系統、云數據中心、電動汽車快充器和智能電網基礎設施等應用中取代了傳統的磁性變壓器。它們比傳統變壓器更小更輕，能夠支持更好的電力質量、更高的能效和更強的功能。

SST的工作頻率高于傳統變壓器，因此解決方案更小更輕。在可變或部分負載條件下，SST可能比傳統變壓器更高效。

當SST用于提供輔助功能，如主動電壓調節、功率因數校正，或處理風能或光伏等可再生能源的可變電壓輸出時，效率差異可以被放大。

部分SST架構支持雙向電力流以實現儲能集成。SST可以提供無功補償和諧波濾波。它們可以設計為在電網和微電網中提供交流和直流電力之間的可變接口。

碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）寬禁帶（WBG）功率半導體的發展，是SST成為可行技術的重要因素。使用WBG實現了更高的開關頻率和更小、更便宜的功率轉換解決方案。

典型的SST架構

典型的SST采用經典的三級功率轉換設計，包括輸入整流級、提供隔離和電壓轉換的高頻直流級，以及輸出逆變級。SST的區別在于輸入電壓通常是電網配電電壓，如3.6 kV或7.2 kV。在某些設計中，甚至使用更高電壓以支持更高功率水平，如可再生能源集成（見圖1）。

圖1。SST的框圖看起來和其他交流交流轉換器一樣;一個顯著的區別在于所處理的電壓。（圖片來源：MDPI能量)

多層拓撲

模塊化多電平轉換器（MMC）拓撲結構的使用，使得相對低電壓的WBG功率設備能夠處理像SST那樣更高的電壓。MMC將多個低壓電源單元串聯堆疊以實現高壓轉換。

高壓分布在各個低壓電池上，防止任何電池承受過多電壓應力。電池單元按特定順序開關，產生高壓輸出，波形如樓梯，累積各低壓電池的貢獻。

這種模塊化結構也使得通過增加更多模塊來提升電壓變得容易。它支持容錯設計，并滿足電網和微電網應用所需的更高可靠性。

微電網實現最大可持續性

SST對于支持微電網的廣泛部署至關重要。這可以通過實現雙向電力流動和可再生能源與儲能資源的無縫整合，提升可持續發展。

這通過先進的電力電子技術實現，支持電壓和頻率調節、故障隔離以及高效的能量管理，這些是傳統變壓器無法實現的。這使得微電網更加穩定、高效，能夠集成多樣化且常為間歇性的分布式可再生能源（DRER），如太陽能和風能以及分布式儲能設備（DESD）（見圖2）。

圖2。基于SST的微電網架構示例。（圖片：MDPI可持續發展)

通過結合先進的控制和人工智能（AI）算法，SST可以在故障或維護期間將微電網與主電網隔離開來。人工智能與SST的結合可以超越微電網。

人工智能、SST和電網

根據國家可再生能源實驗室（NREL）的研究人員，人工智能可以成為提升主要電網效率和可持續性的變革性技術。而SST預計將成為最大化人工智能帶來效益的關鍵元素。

SST可以集成監測功能，實時洞察電網運行情況，包括綠色能源的生產和能源消耗。人工智能算法可用于根據電網需求或可再生能源產出預測電力供應、價格和趨勢。SST與AI的結合將支持可持續且經濟高效的電力供應。

總結

SST是一項新興技術，有望徹底改變能源生產和分配。高頻WBG功率設備的可用性將在支持SST中發揮重要作用，AI算法的整合將提升SST的效益。