讲座主题：固态变压器关键技术：拓扑控制、绝缘设计与HIL仿真
讲座人：李武华，教授，浙江大学；李彬彬，教授，哈尔滨工业大学；李楚杉，长聘副教授，浙江大学；顾云杰，副教授，帝国理工学院
讲座摘要：
随着人工智能技术发展催生海量算力需求，人工智能数据中心（AIDC）建设加速，全球迎来新一轮电力建设高峰，数据中心用电规模出现爆发式增长。现有基于工频变压器隔离降压、低压交流配电与多级功率变换的传统数据中心供电架构无法满足高能耗AIDC的高能效高密度设计需求，电力已经成为阻碍算力提升的关键瓶颈。实现中压交流至低压直流高频隔离电能变换的高密度大容量固态变压器是实现数据中心供电系统性能跃升的终极解决方案，也已成为电源产业界的最热门研究主题。
本报告在梳理人工智能数据中心场景需求基础上，综述了固态变压器技术的学术与产业发展现状，并提出以下三个方面亟待解决的问题。在拓扑与控制方面，固态变压器系统变换级数多，级联模块多、控制复杂，拓扑优化设计与控制难度极高。在绝缘方面，其关键部件高频变压器空间裕度小，电热应力高，局部放电问题突出，变压器的应力分析、绝缘结构设计与加工制造是其关键瓶颈。在系统仿真方面，固态变压器系统规模大、开关频率高，测试工况复杂，对硬件在环（HIL）仿真的仿真规模、时间分辨率和测试能力提出了前所未有的挑战。
本报告首先在固态变压器电路拓扑方面，介绍固态变压器的拓扑架构、主流的DC/DC电路及其软开关原理、关键参数设计；在控制方面，将介绍固态变压器的整体控制架构、单元间的电压均衡控制方法以及建模方法。
接下来，报告介绍了基于屏蔽与应力缓释结构的固态变压器绝缘设计思路，建立了基于双屏蔽结构的中压高频变压器主绝缘设计方法，以及基于应力缓释材料和伞裙的出线端设计方法，并给出了基于上述结构的高频变压器等固态变压器关键承压部件设计案例。
最后，从电力电子系统实时仿真的数值计算原理出发，介绍基于辛几何积分、半浮点运算和可扩展架构的新型硬件在环仿真技术，通过提高数值求解效率和硬件资源利用率，在保证仿真精细度的同时实现固态变压器大规模、高频率和复杂工况的实时仿真。
作者简介：
李武华，教授、浙江大学博士生导师，浙江大学电力电子技术国家专业实验室常务副主任和电力电子技术研究所副所长。主要研究方向为电能数字化转换与智能化调控，包括大容量功率器件的特性建模和高性能变流器的拓扑理论、复杂电力电子系统的运行控制等。负责建立(完成)国际合作研究项目10余项。主持(在研和完成)国家、省部级、企(事)业合作研发项目40余项，包括国家基金委“杰青”、“高铁联合基金”重点、“优青”、科技部“973青年科学家专题”等。至今已发表学术论文300多篇，其中IEEE期刊(IEEE Trans. Ind. Electron.、IEEE Trans. Power Electron.、IEEE Trans. Power Syst.、IEEE J. Emerg. Sel. Topics Power Electron.等)论文70余篇。已获授权美国发明专利2项、中国发明专利40余项。获国家自然科学二等奖1项、省部级科技成果一等奖3项，中国电源学会科技进步一等奖1项。2019年获教育部“青年科学奖”，2018年获第十五届“中国青年科技奖”，2014年获国家“万人计划”青年拔尖人才资助，2013年入选科技部“中青年科技创新领军人才计划”，2012年获台达环境与教育基金会“中达青年学者奖”，2011年获浙江大学“十佳青年岗位能手”。
李彬彬，哈尔滨工业大学教授、博士生导师，电力电子与电力传动研究所副所长。主要研究方向为柔性直流输配电技术、中高压大容量电力电子技术、功率硬件在环技术等。担任IEEE Transactions on Power Electronics等期刊副主编，研发系列MW级直流变压器、数据中心固态变压器等装备，发表期刊论文80余篇，入选青年长江学者，出版专著《模块化多电平换流器原理及应用》、《容性能量转移型高压大容量DC/DC变换器》。
李楚杉，浙江大学长聘副教授，博士生导师，美国伊利诺伊大学厄巴纳香槟校区客座教授。研究方向为中压大容量电力变换拓扑与控制，多物理场建模分析。主持国家基金面上项目、科技部国家重点研发计划国际合作项目、浙江省重点研发计划等项目20余项。获中国电工技术学会科技进步奖一等奖，中国发明协会发明创业成果奖一等奖、中国电源学会科技进步特等奖、中国机械工业联合会科技进步一等奖等，入选浙江省“万人计划”青年拔尖人才计划。担任IEEE OJPE、IET PE等期刊副主编，中国电源学会学术工作委员会秘书长等。
顾云杰，伦敦帝国理工学院副教授兼“未来电力网络”硕士课程主任。他的研究兴趣包括基于逆变器的电力系统稳定性理论，以及相应的分析与仿真工具。他曾获得英国科研创新署（UKRI）创新学者基金，目前主持多项由英国科研创新署、英国皇家学会及工业界资助的科研与创新项目，在研项目经费超过200万英镑。自2020年以来，他连续被斯坦福大学列为全球前2%高被引科学家。他是IEEE高级会员、国际大电网委员会（CIGRE）并网型储能系统联合工作组章节负责人，也是英国国家电网（NESO）发布的并网型控制技术最佳实践指南的主要作者之一。他是开源电力系统分析工具 Simplus Grid Tool 的创始人，并担任杭州瞬迦科技有限公司首席科学官。
