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34.5kV/60Hz 直挂 800V HVDC 10MW 全碳化硅 SST（OCP SKU B，2300V 平台）设计方案与控制代码 倾佳电子副总 杨茜 ｜ 英伟达体系SST方案-02 ｜ 2026 年 9 月
一、机型定位OCP SKU B：34.5kV±10%/60Hz 进，800V 出，5~10MW。超过 200MW 的北美园区中压环网是 34.5kV，SKU B 是这类园区 2029 年后的主力块。本篇按 10MW 上限做，5MW 版本减一半 DCX 通道即可，CHB 级联数不变——级联数由电压定，与功率无关，这一点在 34.5kV 上比 13.8kV 更要紧。 本篇把 2300V 平台当成 34.5kV 的唯一正解写，不给 1200V/1400V 路线做对比。理由一句话：34.5kV 相电压峰值 30.98kV，1200V 平台要 40 级以上，通信节点、装配单元、MFT 台数全部翻倍，级联数才是 34.5kV 的成本主变量。 二、设计点推导电压定级联数。 34.5kV 上限 37.95kV，相电压峰值 30.98kV。单元母线 1500V（2300V 器件应力比 65%），零序注入后调制比 0.92，每单元 1380V。输入电抗器按 3% 取 9.5mH，额定电流下压降峰值约 960V，需合成 31.94kV，N ≥ 23.1。取 24 工作 + 2 冗余 = 26 单元/相，78 单元。 功率定单元。 10MW / 72 = 139kW/单元，拆三通道 DCX，每通道 46.3kW，每通道一台 MFT，共 234 台。 电流定器件。 线电流 189A rms（0.9pu、PF 0.99），峰值 267A。CHB H 桥载波 1kHz（2300V 器件的开关损耗与 dv/dt 管理都要求把载波压低，26 单元移相后等效 52kHz 足够），选 2300V/400A E2B 半桥，每单元 2 只。DCX 原边全桥 1500V，46.3kW 对应 34A rms、峰值 48A，选 2300V/120A E2B 半桥，每通道 2 只；副边 800V，64A rms，1200V/120A E2B 半桥 每通道 2 只。每单元 2 + 3×4 = 14 只，整机 1092 只：156 只 2300V/400A、468 只 2300V/120A、468 只 1200V/120A。 单元电容。 139kW 单相脉动，1500V 母线，纹波 ±2%：C = 139000/(2×377×1500×60) = 2.05mF，取 2.2mF/2000V。 三、拓扑与主回路结构与 01 篇同为三相星接 CHB + 单元 LLC-DCX，差异全在电压平台带来的三处： - DCX 频率 12kHz。 1500V 方波台阶、35kV 级 MFT 主绝缘（BIL 200kV，70kV 工频 1min），绝缘厚度把漏感与杂散电容都推高，20kHz 下 MFT 绝缘介质损耗与 Cps 位移电流都会翻倍。fr = 12.6kHz，fs = 12kHz，变比 15:8，Lr 120μH，Cr 1.33μF/2000V，Lm 3.6mH，励磁电流 8.7A，副边 Qoss 按 900nC、死区 300ns 计 ZVS 需 ≥6A。
- dv/dt 主动压到 20V/ns。 2300V 器件在 1500V 下硬关断 dv/dt 天然到 40~50V/ns，直接接地系统下 234 台 MFT 的位移电流会超过接地保护整定。驱动板用三档栅阻切换，CHB 级关断 dv/dt 锁 20V/ns，代价是 CHB 开关损耗增 35%，1kHz 载波下可以接受。
- 三通道 120° 交错。 三个 DCX 通道谐振电流在 800V 侧 120° 交错，副边纹波频率 36kHz，单元 800V 侧输出电容从 60μF 降到 20μF。
800V 侧：234 通道并联，每通道 1200V/240A 双向共源反串联 E2B 做通道开关。10MW 母排 12.5kA，分四段各 3.2kA，安费诺 800V/2000A 级母线连接件每段两路。 四、绝缘、共模与接地- MFT Cps ≤30pF/台，234 台并联等效 460pF，20V/ns 下每沿位移电流 0.6A，合计 9A 脉冲，直接接地回路可承受，接地保护整定按此值加 50% 裕度。
- 绝缘分层。 78 单元不能放在一个绝缘平台上：分 6 个绝缘平台（每相 2 个，各 13 单元），MFT 对地绝缘按平台电位 19kV 而不是 35kV 设计，单元冷板、光纤、辅助变压器按平台分组。这是 34.5kV 与 13.8kV 最大的结构差异，柜体绝缘分层的成本占整机 8%。
- 单相接地。 直接接地系统，接地电流 25~50kA 由电网切，SST 一周波内封锁。78 单元电容储能 2.2mF×1500²/2×78 = 193kJ，封锁后经体二极管构成不控整流，电抗器 9.5mH 限制上升率。
五、器件规格与料单位置 规格 数量 工作点
CHB H 桥2300V/400A E2B 半桥1561500V，189A rms，1kHz，dv/dt 20V/ns
DCX 原边全桥2300V/120A E2B 半桥4681500V，34A rms，12kHz ZVS
DCX 副边整流1200V/120A E2B 半桥468800V，64A rms
通道固态开关1200V/240A 双向共源反串联 E2B234800V，58A 连续
驱动板E2B 压接式，三档栅阻，隔离 10.2kV（2300V 平台专用）1092—
MFT46.3kW/12kHz，15:8，BIL 200kV，Cps ≤30pF234—
单元电容2.2mF/2000V（4×0.55mF）312—
谐振电容1.33μF/2000V（2×0.665μF）468—
输入电抗器9.5mH，38kV 级，220A3—2300V 平台的两条准入项：1500V 工作点实测中子 FIT ≤50（624 个原边开关位长期承压）；**Coss 一致性 ±8%**（三通道交错的均流靠谐振腔一致性，Coss 离散比 Rds(on) 离散更直接决定通道功率偏差）。 六、效率与成本账环节 满载损耗 占比
输入电抗器12kW0.12%
CHB 级（导通 33kW + 开关 26kW，含 dv/dt 管理代价）59kW0.59%
DCX 原边 + 谐振腔42kW0.42%
MFT（234 台×130W）30kW0.30%
副边同步整流 + 通道开关22kW0.22%
辅助 + 液冷22kW0.22%
合计187kW1.87% → 98.1%OCP 负载谱加权 98.0%。**做不到 99%**，也不建议追：34.5kV 上每提 0.3 个点要多 15% 模块与 MFT，十年电费差（0.08 美元/kWh、6000h）约 140 万美元，增本约 190 万美元。 成本：1092 只模块占 24%（2300V 档单价高），234 台 MFT 占 32%，绝缘分层柜体 8%，驱动 12%，其余 24%。约 0.58~0.62 元/W，对比 34.5kV/13.8kV 两级降压 + 800V 整流链（0.42 元/W）贵 45%，赢在占地（35kV 变压器室 + 13.8kV 开关柜室整段取消）和交期。 七、控制软件主控架构同 01 篇，本篇完整给出四处不同：1kHz 载波下 26 单元的谐波处理、三档栅阻 dv/dt 管理、三通道交错与均流、六个绝缘平台的分组同步。 7.1 主控：1kHz 载波与谐波补偿/* ===== sst02_main_ctrl.c 34.5kV/10MW 差异部分 ===== */
#define N_CELL 26
#define N_WORK 24
#define V_CELL_NOM 1500.0f
#define I_RATED 189.0f
#define L_IN 9.5e-3f
#define F_CARRIER 1000.0f
/* 1kHz 载波、26 单元移相后等效 52kHz，基波附近的低次谐波主要来自单元电压离散与死区，
不来自调制。dq 系下 6 次与 12 次谐振补偿都要开，带宽仍取 600Hz。 */
static RES_t res6 = { .kr = 60.0f, .w0 = 6.0f*W_GRID };
static RES_t res12 = { .kr = 30.0f, .w0 = 12.0f*W_GRID };
/* 死区补偿：1kHz 下死区 500ns 占空比误差 0.05%，26 级累加成 1.3% 的电压误差，必须按电流方向补 */
static float deadtime_comp(float i_ph) {
const float t_dead = 500e-9f;
float sgn = (i_ph > 3.0f) ? 1.0f : (i_ph < -3.0f) ? -1.0f : i_ph / 3.0f;
return sgn * 2.0f * t_dead * F_CARRIER * V_CELL_NOM; /* 每单元补偿量，FPGA 侧按单元加 */
}
/* 绝缘平台分组：每相 2 个平台各 13 单元。同步光纤按平台分 6 组星型广播，
平台间同步沿差异由主控标定（上电往返测距，补偿固定时延，抖动预算仍 39ns）。 */
typedef struct { uint8_t cell_id[13]; int32_t sync_offset_ticks; } platform_t;
static platform_t platform[6];
static void platform_sync_calibrate(void) {
for (int p = 0; p < 6; p++) {
int32_t rtt = fiber_roundtrip_ticks(p); /* 5ns/tick */
platform[p].sync_offset_ticks = rtt / 2; /* 单程延时补偿 */
}
}
7.2 单元 FPGA：三档栅阻 dv/dt 管理/* ===== sst02_cell_gate.c CHB 桥臂 2300V/400A 关断 dv/dt 管理 ===== */
/* 驱动板三档关断栅阻：RG_OFF = {2.5Ω, 5Ω, 10Ω} 对应 dv/dt 约 {45, 28, 18} V/ns（1500V、189A）。
规则：正常运行锁 10Ω 档（≤20V/ns）；电流 >1.3 倍额定时切 5Ω 档（关断损耗不能在过流时叠加）；
DESAT 触发的软关断走驱动板内部路径，不由此处控制。 */
typedef enum { RG_2R5 = 0, RG_5R = 1, RG_10R = 2 } rg_sel_t;
static rg_sel_t chb_rg_select(int32_t i_ph_abs, uint8_t fault) {
if (fault) return RG_2R5; /* 故障态交给驱动板软关断，档位无关 */
if (i_ph_abs > 1.3f * I_RATED * 1.414f) return RG_5R;
return RG_10R;
}
/* 档位切换只允许在桥臂两管都关断的死区内进行，避免切换瞬间栅极电流突变 */
static void chb_gate_tick(uint8_t gH, uint8_t gL, int32_t i_ph_abs, uint8_t fault) {
static rg_sel_t rg_cur = RG_10R;
rg_sel_t rg_want = chb_rg_select(i_ph_abs, fault);
if (rg_want != rg_cur && !gH && !gL) { drv_set_rg(rg_want); rg_cur = rg_want; }
drv_out(gH, gL);
}
7.3 单元 FPGA：三通道 120° 交错与均流监测/* ===== sst02_cell_dcx3.c 三通道 DCX 交错 ===== */
#define F_SW_DCX 12000u
#define T_SW_TICKS (200000000u / F_SW_DCX) /* 16667 tick */
#define CH_N 3
typedef struct { uint32_t tick_offset; float i_sec_rms; uint8_t enable; } dcx3_t;
static dcx3_t ch[CH_N] = { {0,0,1}, {T_SW_TICKS/3,0,1}, {2*T_SW_TICKS/3,0,1} };
/* DCX 没有可调量，均流不是"控"出来的，是谐振腔一致性"配"出来的。
FPGA 只做监测：三通道副边电流 rms 偏差 >8% 报警，>15% 把偏高通道睡眠并上报。
偏差来源按优先级：Cr 离散 → Lr 离散 → Coss 离散，投运校频时逐通道记录 fr。 */
static void dcx3_balance_monitor(void) {
float mean = (ch[0].i_sec_rms + ch[1].i_sec_rms + ch[2].i_sec_rms) / 3.0f;
for (int k = 0; k < CH_N; k++) {
float dev = (ch[k].i_sec_rms - mean) / mean;
if (dev > 0.15f) { ch[k].enable = 0; report_ch_imbalance(k, dev); }
else if (dev > 0.08f) { report_ch_warn(k, dev); }
}
}
/* 睡眠规则改为：每单元 3 通道最多睡 2 个；睡眠时剩余通道相位重排为 0° / 180°（两通道）或保持单通道 */
static void dcx3_sleep_apply(uint8_t mask) {
int n_on = 0; for (int k = 0; k < CH_N; k++) if (!(mask & (1u<<k))) n_on++;
if (n_on == 0) n_on = 1, mask &= ~1u; /* 至少 1 通道在线，钳住 1500V 母线 */
uint32_t step = T_SW_TICKS / (uint32_t)n_on, idx = 0;
for (int k = 0; k < CH_N; k++) {
ch[k].enable = !(mask & (1u<<k));
if (ch[k].enable) ch[k].tick_offset = step * idx++;
}
}
7.4 启动与故障启动顺序同 01 篇，两处加严：800V 侧反向预充到 1500V 需要副边整流以 Boost 方式抬压近两倍，预充分两段（先 1000V 稳 2s，再 1500V），时间 20s；六个绝缘平台逐平台上电，平台间间隔 500ms 让绝缘监测有时间判断。故障封锁同 01 篇，接地判据阈值按 34.5kV 相电压峰值 28.2kV 换算。 八、供货判断1092 只模块三个规格，都是 E2B 封装，BOM 锁定在封装外形层。2300V/400A 与 2300V/120A 两档的 1500V 工作点中子 FIT 实测曲线是这台机器能不能交付的第一道门，倾佳杨茜团队把它列为供货前置条件而不是随货数据。234 台 MFT 的 35kV 级绝缘与 Cps ≤30pF 两项都在灌封后验收。分档配组按三通道为一组（Cr、Lr、Coss 三项联配），随货附通道级数据包。 倾佳副总杨茜-力推器件方案
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