摘要：为满足智能照明配电系统对交直流混合负载适配、高功率质量保障及多能源接入的需求，解决传统变压器效率低、控制滞后及无法适配智能电网协同运行的问题，本文开展了新型固态变压器（SST）与智能照明配电系统的兼容性研究。首先剖析智能照明配电系统的核心供电需求，进而分析SST的多端口供电、电压电流双闭环功率因数校正、SVPWM动态调控等技术特性，验证二者基础兼容性。本文提出故障定位与系统协同融合化、调制与控制策略多模式化、多端口与多能源接入集成化的技术发展趋势。本研究将为SST在智能照明配电系统中的应用提供理论支撑，助力提升智能照明与智能电网的协同运行效率。

关键词：固态变压器；智能照明；配电系统；兼容性；技术趋势

随着建筑节能的需求深化，智能照明配电系统已经从单一供电向交直流混合负载-多能源接入-智能协同系统升级。传统铁芯油浸式变压器体积大、电耗高、调节慢，无法直接适配LED直流照明、智能控制模块交流供电等混合用电设备。同时，智能照明负载的非线性特性易导致谐波污染，且传统变压器缺乏主动功率因数校正能力，难以满足智能电网对配电侧功率质量的要求。

新型固态变压器（SST）采用高频电力电子变换技术，具备输入级-隔离级-输出级三级拓扑结构，能实现电压变换、电气隔离、多端口供电、主动控制功率等功能。它的体积只有以前变压器的三分之一到二分之一，空载电耗减少40%以上，还支持电双向流动，可主动为智能照明配电系统的问题提供办法。当下，SST在功率因数校正、故障定位、混合调制效率提高、多端口供电等方面已卓有成效[1]。

1 SST与智能照明配电系统的兼容性基础分析

1.1 智能照明配电系统的核心供电需求

智能照明的电分配系统需要同时满足终端用电设备的特性和智能电网的连接要求，它主要的供电需要可以分成两类：一是精准适配交直流混合的用电设备，二是快速做出动态反应。

从用电设备的特性来看，智能照明系统里包含直流用电设备（如LED灯、储能应急电源）和交流用电设备（如智能调光模块、辅助控制设备），这两类设备用的电压差别很大——直流设备典型的工作电压是240 V，而交流设备需用380 V的工频电来供电。之前的变压器只能输出一种交流电压，还需额外配上AC/DC整流器或者DC/AC逆变器，且转换过程会产生10%~15%的电量损耗。同时，照明设备的功率占比变化显著。白天交流控制设备总功率能占到60%~70%，晚上直流设备总功率能超过80%，这就要求供电的设备得有灵活分配功率的能力。

从功率质量与动态响应看，LED 灯用的开关电源容易产生奇次谐波，要是输入电流的总谐波畸变率（THD）超过10%，就会直接影响智能电网电压的稳定。另外，智能电网对配电侧功率因数要求是0.95及以上。而且，负载启动和停止时会产生瞬间的功率冲击，这就要求供电设备的电压调节反应时间不能超过0.05 s。传统变压器因为电磁感应原理，电压调节通常需要0.5 s及以上，无法满足这个动态变化的需求[2]。

1.2 SST的技术特性与需求匹配性

SST采用输入级-隔离级-输出级三级拓扑，搭配针对性控制策略，其技术特性可精准匹配智能照明配电系统的核心需求，具体体现在两个维度：

1）多端口供电与负载适配特性。SST可通过输出级拓扑优化实现交直流多端口并行输出，典型架构包含10 kV中压交流、20 kV中压直流、380 V低压交流、240 V低压直流端口。同时，双SST并联运行架构可实现故障自动切换，供电中断时间≤20 ms，有效解决传统变压器单回路供电的可靠性短板，满足应急照明的一级负荷要求。

2）功率质量调控与动态响应特性。在功率质量优化方面，SST输入级采用电压电流双闭环控制，通过PLL锁相环实现网侧电压与电流同相位，输入侧功率因数可稳定在0.99以上。在动态响应方面，SST输出级采用SVPWM（空间电压矢量PWM）调制技术，通过空间电压矢量合成优化输出波形，当负载功率从30%跃升至100%时，电压调节响应时间≤0.05 s，输出电压波动范围控制在±1.8%以内，远优于传统变压器的动态性能。

2 SST与智能照明配电系统的兼容性关键挑战

2.1 分布式能源接入后的协同难题

智能照明配电系统为实现低碳化运行，常接入屋顶光伏等分布式能源，这就需要在系统内部形成分布式能源、照明负载与智能电网之间的动态功率平衡，确保能源供需稳定。但当前针对固态变压器的研究中，虽有应用于智能微网的技术方案支持分布式电源接入，却未结合照明负载的特性设计专属的潮协同机制。照明负载功率本身随使用场景动态变化，固态变压器无法快速调整从电网吸收的功率以弥补能源缺口，进而导致照明负载端电压出现波动，影响LED照明的亮度稳定性。

2.2 高频动态负载下的控制稳定性

智能照明负载具有高频次动态切换的典型特征，这会导致固态变压器的输出功率以1 Hz及以上的频率频繁波动，对固态变压器的控制稳定性提出了更为严苛的要求。一方面，在电量快速变化时，容易出现PI参数（比例积分）和实际用电设备变化速度不匹配的问题，导致输出的电压超过正常范围。而LED灯对电压的要求特别高，这种超调会直接引发灯光闪烁，严重影响用户体验。另一方面，当多组照明负载同时切换时，例如大型场馆多区域照明同步开启会产生瞬间的功率冲击，这种冲击会直接导致固态变压器直流侧支撑电容的电压出现大幅波动[3]。

2.3 与智能照明控制系统的通信适配缺失

固态变压器需向控制器反馈输出电压、电流、功率等供电状态信息，同时接收控制器下发的功率调整、电压调节等调度指令，确保负载调度与供电调整的协同同步。但当前固态变压器在通信适配方面存在明显短板。一方面，虽有固态变压器在城市轨道交通动力照明供电系统的应用方案涉及系统协同运行，但未针对智能照明场景设计标准化的通信接口，无法与主流的智能照明控制器实现无缝对接。另一方面，现有固态变压器的控制多处于独立运行状态，缺乏与照明控制系统的联动机制，既无法提前获取照明负载的调度计划，也不能根据负载实时变化主动调整供电策略。

3 SST与智能照明配电系统的技术发展趋势

3.1 故障定位与系统协同的融合化

当前针对智能电网下固态变压器电源切换故障的研究已实现成熟的自适应故障定位能力，其定位精度可稳定维持在96%以上，未来这一技术将进一步与智能照明控制系统深度融合，构建故障定位-负载调度-备用切换的一体化协同机制。在智能照明场景中，系统需优先保障应急照明、疏散指示照明等关键负载的连续供电，同时灵活切除装饰性照明、非核心区域氛围照明等非关键负载。这就需要固态变压器的故障定位模块与照明控制器建立实时数据交互机制，能快速下发保留关键负载、切除非关键负载的指令，触发固态变压器的备用机组切换流程。

3.2 调制与控制策略的多模式化

智能照明系统中，LED照明等直流负载与智能调光模块、辅助控制设备等交流负载的功率占比会随时间动态调整——日间自然光充足时，交流负载功率占比可达60%以上，直流负载功率占比仅30%~40%；夜间则相反，直流负载功率占比升至80%左右。基于这一特性，负载自适应调制将实时监测交直流负载的功率占比，动态调整固态变压器输出级的调制策略：对直流侧采用基波调制，开关频率与电网基波频率保持一致，大幅降低电力电子器件的开关损耗；对交流侧采用高频调制，保证输出波形的正弦度，减少对交流负载的谐波干扰。通过这一优化固态变压器开关损耗可从当前1.8%降至1.2%以下，进一步提升运行效率[4]。同时针对智能照明负载高频动态切换导致的控制稳定性问题，将结合智能电网固态变压器输入级功率因数校正研究中的电压电流双闭环控制及智能微网SVPWM固态变压器研究中的空间电压矢量PWM调制技术，开发模糊自适应SVPWM控制算法。该算法可根据负载功率波动频率幅度实时调整PI控制器参数与SVPWM矢量合成策略，避免高频波动下PI参数失配导致的电压超调，将输出电压超调量从当前5%以上控制在3%以内，确保LED照明在高频调光过程中无闪烁提升用户体验。

3.3 多端口与多能源接入的集成化

为适配智能照明配电系统多能源接入、多负载供电的需求，当下的四端口架构（含中压交流、中压直流、低压交流、低压直流端口），将扩展为五端口架构，新增专门的光伏接入端口，实现光伏能源、智能电网与照明负载的直接交互。智能照明场景中，屋顶光伏发电可通过新增的直流800 V端口直接接入固态变压器，无需额外配置DC/DC转换器，减少能源转换环节的损耗。固态变压器可优先供给LED直流照明负载，剩余电能则通过优化后的DC-DC隔离级传输至智能电网。为实现电能双向流动，DC-DC隔离级将从当前的单向拓扑升级为双向拓扑，支持光伏余电上网，避免光伏电能浪费[5]。此外，还将整合智能电网固态变压器输入级功率因数校正研究中的功率因数校正技术与全局功率优化策略，构建分布式能源消纳-功率因数提升-照明供电一体化控制体系。

4 结论

从行业发展视角看，SST作为智能能源系统的核心枢纽，其与智能照明的深度融合既是电力电子技术演进的必然，也是“双碳”目标下能源高效利用的重要实践。随着宽禁带半导体材料的迭代与数字孪生技术的融入，SST有望在体积缩减、效率提升及预测性维护等方面实现新突破，为“光储直柔”配电架构落地提供关键支撑。

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