电力电子变压器介绍

经过几十年的建设，我国的电网现在已初具规模，可是在总体上看，其结构 相对薄弱，装机的容量小，在高峰时段，电力系统的负荷经常会工作在零备用运 行下，使电网受到了很大的威胁。

目前，我国全国联网处十建设的初期阶段，联 网是一个从弱联系到强联系的变化过程，其中，关十交流弱联系统的稳定性问题 就会显得相当突出。经调研，目前大多数电网为500千伏，}fU目_其网架结构薄弱。 与此同时，针对电能质量问题以及供电系统的可靠性问题，用户的要求越来越高， 尤其是在近些年，随着信息技术的迅猛发展，信息社会也对供电质量问题提出了 新的要求。

因此，如何在现有电网结构的基础上使其尽量地避免发生故障问题， 确保能够供给用户可靠的、符合标准的电能，并保证用户电气设备的安全性、经 济性运行已经成为一个of待解决的课题。 另一方面，环境保护与社会的可持续发展问题也口益成为当今世界关注的一 个重要话题。由十世界上煤炭、石油等矿物能源的总储量十分有限，在不久的几 十年或者上百年将被人类开采殆尽，因此，采用新能源与可再生能源发电方案已 经逐步成为了社会发展的大趋势。

随着太阳能发电、风力发电及小水电等分布式 发电系统在整个系统能源结构中占有的比重逐渐上升，使其很有可能成为今后社 会发展的主要能源来源。由十分布式电源具有容量小，分布广泛，兼有交直流电 源，并目_电源的电压或频率都具有较大的波动性等特点，因此，如何能够有效并 可靠地将其与电力系统相结合应用，将是今后需要解决的主要问题之一。 一般从输配电的角度考虑，想提高其输配电的质量，针对现代电力系统的控 制技术就必须包括以下两个方面的要求:

(1)为了使电源的电压与频率维持在稳定的状态下，达到负荷的要求， 特别是当系统需要具备良好的高峰/低谷等调节能力，并使其满足电能质量这一 标准的要求，即需要满足下列条件:稳定的电源电压及频率、电源的输入输出为 二相对称，同时，产生较少的谐波分量。

(2)当系统发生故障的时候，系统应该能够自动防止故障扩大并消除故障产 生的影响，进}fu保护整个系统正常运行，不会崩溃[2]。 变压器，作为电力系统运行过程中的基本组成设备之一，其需要的数量极大， 目_应用范围广，变压器的性能如何将会直接影响到整个配电系统的供电可靠性与 电能质量。变压器主要的作用是实现了系统的变压、隔离与能量传递。现阶段， 经常使用的铁芯式变压器主要包括铁芯油浸式和铁芯干式两种类型，这两种变压 器的共同优点是具有较高的可靠性和效率，同时，相比较下，油浸式变压器具有 低价格的优势。但是这种变压器也存在着以下的缺点[[5].

(1)变压器的重量大，体积也很大，其绝缘油给环境造成很大的污染，ifu }_ 不易维护。

(2)因为铁磁兀件具有非线性的特性，在变压器铁芯达到磁饱和时，将 导致系统的电压与电流波形产生畸变，造成谐波污染。

C3)变压器副边的电压不能够维持恒定，当负载值不断增大时，变压器副边 的电压也将随着下降。

C4)因为变压器的副边电压波形与其原边的电压波形祸合紧密，并目_原边的 电流会决定负载的电流值，所以，在电网侧与负载侧将会引起电能质量等方面的 问题。

CS)当负载侧发生故障时，其不能够迅速使故障隔离，严重还会导致故障不 断地扩大。

C6)需要相应配套的继电保护装置。

C7)‘制方面，其控制功能比较有限，并目_不具备对电压、电流的连续调节 及综合控制等功能。 在上述的背景下，如何使电力变压器能够满足上面的这些要求，又可以更好 更快地将其应用在电力网络中，使其发挥作用将是一个非常有价值的理论课题和 实践性课题。通过以上的分析，目前，国内外学者们都在积极地探索研究新型的 满足工矿运行的电力变压器，例如:采用干式变压器，能够很好地解决油污问题。

应用新型的导磁材料，可以降低系统的损耗。采用高压型电力电缆做为变压器的 绕组，可以省略变压器的油介质等因素[f}l f}l。近几年，随着大功率的电力电子兀 器件及其控制技术的快速发展，一种利用电力电子变换技术实现电力系统中电压 变换与能量传递的新式变压器一一电力电子变压器(Power Electronic Transformer, PET)的提出很快引起了越来越多的关注，许多学者对电力电子变压器的实现方 案进行了大量的研究，目前，许多国家已经制作出了实验室样机}s-i 2, m} 电力电子变压器的定义是一种具有电力电子变换器并目_能够通过高频变压 器来实现磁祸合的变电装置，其利用电力电子变换技术与高频变压器很好地实现 了电力系统中的电压变换及能量传递。这种新型变压器的突出优点表现在既能够 实现对变压器原副边的电压幅值与相位灵活地控制，又可以满足未来电力系统发 展的许多新的标准要求，主要包括:更高的系统稳定性，可以实现更加便捷的输 电方式，对各种交直流分布式电源的合理配置，以及能够实现电力市场下对功率 潮流的实时控制技术。