摘要：绝缘击穿是高性能工程电介质材料发展的关键基础科学问题.顺应第三代电网的发展要求,超/特高压交直流电力设备、智能电网、电力物联网和极端条件下电力设备的需求对工程电介质的击穿性能提出了更高的要求.本文综述了工程电介质材料击穿的研究现状,围绕电介质击穿和理论机理、性能演变规律、性能改善提升、新型高性能纳米复合电介质和聚合物微观分子设计/调控等内容展开论述.首先,基于电介质击穿和劣化的时空层次关系,论述了强场空间电荷击穿以及能量累计效应,拓展了电、热、电-机械击穿理论.其次,阐述了电介质击穿特性以及统计分析规律,分析了聚合物电介质本征击穿场强与温度、电压形式、空间电荷积聚和试样厚度的关系.再次,论述了高性能电介质材料的击穿特性以及性能调控方法;阐释了纳米复合电介质的研究现状和界面区作用机理,分析了聚合物微观分子设计的调控方法,以及对击穿的改性作用.最后,结合未来电力设备的发展需求,总结了高击穿性能电介质的关键问题和发展趋势,为新能源电力系统中工程电介质的发展提供依据和思路.

摘要：大功率高频变压器是固态变压器的核心部件,在未来新能源并网、海上风电、中压配网、轨道交通和数据中心供电中需求广泛。该文综述了大功率高频变压器研究的关键问题与发展趋势,论述了大功率高频铁芯的材料、损耗、结构设计与制造现状,分析了绕组材料与结构设计,指出了大功率高频铁芯与绕组的关键问题。同时讨论了高频高压绝缘与散热问题,分析了绝缘失效、可靠性与散热设计中的矛盾问题。最后阐述了大功率高频变压器在设计、测试与应用等方面研究现状,讨论了其高效高功率密度设计方法,深入分析了大功率高频变压器在效率、绝缘以及温升等性能测试方面存在的关键问题。

摘要：围绕大容量电力电子变压器的发展需求,针对其中关键部件“高功率密度中高频变压器”的绝缘与散热研究进行综述分析。高功率密度对固体绝缘与散热性能提出新的挑战。首先,论述了高功率密度中高频变压器设计与应用时绝缘和散热的矛盾。其次,主要论述了高频绝缘失效的研究进展,包括绝缘击穿、局部放电、沿面放电、电树枝劣化等特性。然后,分析了目前高频绝缘的失效机理研究,包括热击穿、空间电荷效应、高频电导与自由体积效应。最后,论述了高频绝缘寿命的研究,分析了频率、温度、电压变化率du/dt等对绝缘耐电晕寿命的影响以及寿命模型。基于研究进展,提出了高频绝缘与散热的研究展望。该文综述研究对大容量电力电子变压器的设计与应用具有重要意义。

摘要：电力电子变压器中高频变压器须承受高频非正弦与高温的复杂应力。随着SiC等大功率半导体器件的使用,高频变压器中非正弦方波电压上升与下降沿出现陡脉冲应力,其dv/dt大于10 kV/μs,给高频变压器绝缘可靠性带来巨大挑战。高dv/dt包含大量高频谐波,从而导致绝缘介质损耗明显增加;高频、高dv/dt下绝缘遭受累积性冲击电应力,导致局部电场畸变,引发绝缘局部放电与损伤。该文围绕dv/dt对高频变压器绝缘介质损耗与冲击能量积聚的影响展开研究。采用阶跃响应函数模拟高dv/dt脉冲电压,结合绝缘介质损耗分解与计算,提出了dv/dt与方波电压叠加下绝缘介质损耗的计算方法。结果表明,绝缘介质损耗随dv/dt的增大而增加,绝缘热效应明显增加。根据绝缘在方波交变电场下能量储存和释放特性,分析了高dv/dt下绝缘能量积聚密度pd。采用有限元仿真分析10 kW、10 kHz、1000 V/750 V高频变压器绝缘电场、位移电流与冲击能量密度。结果发现,pd随着dv/dt增加而增大。结合介质损耗计算,研究指出在方波电压高dv/dt处(电压极性反转时),绝缘遭受累积电-热冲击应力,造成绝缘损伤。研究结果为大容量高频变压器绝缘失效与设计提供指导。