>> 麦高证券-电力设备行业固态变压器:融合电力电子技术的新型智能电力设备-260625
| 上传日期: |
2026/6/25 |
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pdf 共22页 |
来源: |
麦高证券 |
| 评级: |
看好 |
作者: |
白鑫 |
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核心观点 传统变压器功能相对单一,主要有电压等级变换和电气隔离功能。在传统的配电网结构中,工频变压器是实现电能分配和电压等级变换的主要电气设备,具有可靠性高、效率高、成本低廉等优点。但随着新能源的发展、智能电网概念的大范围推广,传统变压器的缺点也逐渐显现——除了变压器本身笨重、绝缘油对环境造成污染之外,传统变压器在电网发生故障或者需要支撑的情况下,不能提供合适的功能支持,只能增加额外的配电设备来实现电网的正常运行。 固态变压器(Solid-State Transformer, SST),又称电力电子变压器(PET),是一种基于电力电子技术与高频电磁隔离技术的新型智能电力设备。根据《数据中心电源技术分析与优化改造》,固态变压器是一种新型变压器,它集成了电力电子变换技术和基于电磁感应原理的高频电能转换技术。其工作原理:输入的交流电压经全桥整流电路转换为直流电压,通过脉冲宽度调制(PWM)技术实现电压的初步调控,将高压工频信号转换为高频信号;随后,通过高频变压器实现电气隔离与电压等级变换;最后,通过电力电子变换器为输出满足负载需求的交流电压。期间结合控制系统动态调整各环节开关器件的工作状态,实现能量双向流动、功率因数调节等功能。 固态变压器当前处于技术验证向商业化过渡的关键阶段,其成本核心集中在上游电力电子器件。根据华经产业研究院,预计2024-2030年全球固态变压器行业市场规模年均复合增长率为59%,当前固态变压器行业处于技术验证向商业化过渡的关键阶段,固态变压器成本核心集中在上游电力电子器件,以碳化硅等为主的该部件占成本32%,是成本最高项。其次是高频变压器,占比约16%,其特种磁芯材料和复杂工艺推高成本。直流电容器与散热系统分别占16%和9%,控制系统占比8%左右,保障设备稳定智能运行。剩余19%为辅助电源等其他成本。目前国产碳化硅产能扩张正推动核心器件成本逐年下降,将持续优化整体成本结构。 SST的核心开关元件由功率半导体器件组成,其中碳化硅主要代表。SiC器件的核心优势在于其宽禁带、高热导率、以及高击穿电压。具体来说,SiC的禁带宽度是硅的近3倍,这意味着在高温下仍可保持良好的电性能;其热导率是硅的3倍以上,有利于高功率应用中的热管理;而高击穿电压使得器件可以在更高的电压下工作,同时具备更小的开关损耗。在应用领域方面,SiC适用于高压、高频、高效率的应用场景,如新能源汽车的动力系统、风力和光伏发电的逆变器、柔性直流供配电等,在需要快速开关和高温环境下的应用中表现更佳。在效率与成本方面,SiC能够提供更高的能效,减少能源损失。 高频变压器作为SST中的关键元件,需要高效率、高功率密度、高可靠性。根据《面向电力电子变压器应用的大容量高频变压器技术综述》,电力电子变压器可以具备中高压交/直流端口和低压交/直流端口,其中实现电气隔离、电压等级变换等核心功能的环节是隔离型DC-DC变换器,而高频变压器是隔离型DCDC变换器中的最主要元件之一。随着电力电子变压器在中高压交直流电网中应用的不断深入,对高频变压器的研究与开发方兴未艾,其基本要求是“大容量(>50kW)”、“高耐压(>30kV)”,而发展目标是“高效率”、“高功率密度”、“高可靠性”,以全面提升系统的经济性和适用性。上述发展目标包含3个层面的含义:首先是提高大容量、高耐压高频变压器自身的效率、功率密度和可靠性;之后是改进隔离型DC-DC变换器的效率、功率密度和可靠性;最后是优化电力电子变压器整体效率、功率密度和可靠性。 投资建议:固态变压器行业当前处于产业规模放量前期,可围绕产业链高价值量、核心难点、与客户绑定深度等角度进行投资标的选择。建议关注:①碳化硅环节:天岳先进、晶升科技、三安光电等;②高频隔离变压器环节:磁材相关企业:横店东磁、云路股份、安泰科技等,隔离变产品:可立克、京泉华、新特电气等;③电容器环节:法拉电子、江海股份、东阳光等;④整机环节:四方股份、金盘科技;⑤固态断路器:良信股份、泰永长征等 风险提示:可靠性与认证风险、供应链风险、竞争加剧风险、行业尚处产业生命周期早期风险。
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