淺析配電網(wǎng)中的電力電子變壓器

林海燕

（四川省送變電建設(shè)有限責(zé)任公司十分公司 四川省 成都市 611731）

淺析配電網(wǎng)中的電力電子變壓器

林海燕

（四川省送變電建設(shè)有限責(zé)任公司十分公司 四川省 成都市 611731）

電力電子變壓器（PET）作為重要的組成設(shè)備對(duì)于建設(shè)“綠色智能電網(wǎng)”具有非常重要的作用，被廣泛應(yīng)用到配電網(wǎng)的建設(shè)當(dāng)中。本文簡要闡述了電力電子變壓器的相關(guān)工作原理、各級(jí)控制電路的工作原理以及 PET在配電網(wǎng)中的應(yīng)用，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)人士有所幫助。

配電網(wǎng)；電力電子變壓器；原理；應(yīng)用

0 引言

電力變壓器是用于輸配電系統(tǒng)中能量傳輸以及電壓轉(zhuǎn)換的主要設(shè)備之一。近年來，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，新型的電力電子變壓器（PET）得到了較大的發(fā)展以及應(yīng)用，在很大程度上提升了電能的傳輸質(zhì)量，成為了現(xiàn)代智能配電網(wǎng)建設(shè)的主要設(shè)備之一。

1 配電網(wǎng)PET的基本概述

（1）PET的主要工作原理

PET主要包括的組成部分有：初級(jí)功率變換器、次級(jí)功率變換器、高頻變壓器。其工作過稱為：主側(cè)輸入端輸入工頻電壓，其經(jīng)過原邊變換器轉(zhuǎn)變成為高頻的交流電壓，之后通過高頻變壓器將其耦合到副側(cè)，然后通過副側(cè)的變換器將其轉(zhuǎn)變成為想要得到的電壓波形。工作原理如圖1所示。

圖1 PET的工作原理圖

PET按照具體實(shí)現(xiàn)形式的不同可以分成交-交-交變換以及交-直-交-直-交變換兩種，相對(duì)于交-交-交變換來說，交-直-交-直-交變換的結(jié)構(gòu)相對(duì)較為復(fù)雜，但是其具有非常好的控制性能。利用PWM調(diào)制可以方便的進(jìn)行輸入輸出電壓、電流以及功率的控制。較為典型的交-直-交-直-交拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 PET典型的交-直-交-直-交拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

（2）PET的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及優(yōu)勢(shì)

第一，在配電網(wǎng)的PET結(jié)構(gòu)中，輸入級(jí)的變換器主要使用的是三電平整流器進(jìn)行拓?fù)洌綦x級(jí)變換器主要使用的是三電平半橋直直型式，輸出級(jí)所用的逆變器使用的是二電平電壓型式。因?yàn)檩斎爰?jí)具有比較高的電壓，通過三電平電壓型變換器進(jìn)行整流能夠很大程度上降低功率元件的耐壓值，從而提升功率元件的使用效率。另外，相比二電平來說，三電平能夠一定程度上降低輸出電壓諧波，更容易輸出良好正弦的電壓波形，比較適合應(yīng)用于高壓大容量的電力系統(tǒng)。

第二，配電網(wǎng)PET的相關(guān)優(yōu)勢(shì)：

①潔無污染、重量以及體積都較?。?/p>

②能夠良好維持負(fù)荷側(cè)輸出電壓值不變，不會(huì)隨著負(fù)荷的變動(dòng)而變動(dòng)，并且能夠平滑的調(diào)整；

③相比常規(guī)變壓器來說，PET不需要采用繼電保護(hù)裝置，能夠?qū)⒐收想娏骺焖訇P(guān)閉，起到斷路器的作用。

④能夠良好保持電壓正弦波形，并且能夠調(diào)整功率因數(shù)，能夠確保輸出功率因數(shù)為1。

⑤PET具有智能控制功能，能夠?qū)崿F(xiàn)在線自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)診斷、自動(dòng)恢復(fù)等相關(guān)功能，也能夠通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的連接。

2 配電網(wǎng)PET相關(guān)控制電路原理

（1）輸入級(jí)的控制

配電網(wǎng)中的PET除了要確保輸出方得到良好的輸出電壓外，也要最大程度上降低輸入側(cè)的電流諧波，從而降低對(duì)于電網(wǎng)的諧波污染。為了確保輸入側(cè)是較好的正弦波以及達(dá)到功率因數(shù)可控的目的，可以通過雙閉環(huán)（電流內(nèi)環(huán)+電壓外環(huán)）進(jìn)行控制。為了確保上述功能能夠?qū)崿F(xiàn)，在外環(huán)，反饋直流電壓和給定電壓參考值進(jìn)行比較，得到相應(yīng)的偏差結(jié)果，通過控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)之后當(dāng)成 d軸電流、q軸電流參考零位，從而實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)運(yùn)行。在內(nèi)環(huán)，三相輸入電流采樣之后通過相應(yīng)的坐標(biāo)變換得到d軸以及q軸的相關(guān)分量，將這些量和相關(guān)的參考值進(jìn)行比較，并且經(jīng)過控制器調(diào)制形成調(diào)制信號(hào)波。

（2）隔離級(jí)的控制

隔離級(jí)的作用就是將輸入級(jí)的直流進(jìn)行調(diào)制，形成高頻的方波信號(hào)，并且通過高頻變壓器進(jìn)行耦合，在副側(cè)形成相應(yīng)的直流信號(hào)。將輸入側(cè)直流調(diào)制成為高頻的方波信號(hào)主要是通過控制三電平半橋開關(guān)器件來進(jìn)行的，高頻變壓器的作用在于：第一，將原方系統(tǒng)與副方系統(tǒng)進(jìn)行必要的隔離；第二，進(jìn)行電壓方面的轉(zhuǎn)換。

在輸入級(jí)的直流高壓幅值和變壓器的變比確定時(shí)，通過調(diào)節(jié)隔離級(jí)開關(guān)器件的占空比來得到具有不同占空比的高頻方波信號(hào)，從而能夠在直流低壓側(cè)得到不同等級(jí)的電壓。所以，隔離級(jí)是通過電壓電流閉環(huán)控制，從而在直流低壓側(cè)得到與輸出級(jí)逆變系統(tǒng)相適應(yīng)的電壓等級(jí).

（3）輸出級(jí)的控制

輸出主要是要得到恒定的電壓，所以在負(fù)載側(cè)輸出端是通過電壓恒定的控制。將三相的輸出電壓經(jīng)過旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到的d軸以及q軸的分量與參考值進(jìn)行比較，得到對(duì)應(yīng)的結(jié)果偏差，通過調(diào)制器調(diào)制后得到相應(yīng)的信號(hào)，再利用SVPWM控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)于逆變器的開關(guān)控制。

3 PET在配電網(wǎng)中的應(yīng)用

在電力系統(tǒng)中，配電系統(tǒng)位于最末端的位置，其直接連接的是用戶。隨著社會(huì)的進(jìn)步以及科技的發(fā)展，配電網(wǎng)具有了全新的特征，包括：第一，大量的電力電子設(shè)備被應(yīng)用到配電網(wǎng)中，隨著電氣化的發(fā)展以及沖擊性負(fù)荷的不斷增加，配電網(wǎng)中增加了大量的諧波以及電壓閃變污染；第二，用戶對(duì)于供電安全性以及可靠性要求不斷提升，供電企業(yè)要求不斷減少網(wǎng)損，提升經(jīng)濟(jì)效益；第三，由于單相負(fù)荷以及線負(fù)荷不斷增加，造成三相不平衡越來越嚴(yán)重。

那么怎樣提升配電網(wǎng)電能供應(yīng)的質(zhì)量、怎樣解決三相不平衡問題以及怎樣提升提升供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益就成為現(xiàn)代配電網(wǎng)急需解決的問題。PET在配電網(wǎng)中的應(yīng)用是解決上述問題較好的形式。PET實(shí)際上就是將傳統(tǒng)變壓器和相配套的裝置設(shè)備（主要包括：監(jiān)測(cè)設(shè)備、補(bǔ)償設(shè)備、濾波設(shè)備、調(diào)節(jié)設(shè)備等）進(jìn)行融合，從而很大程度上降低成本。PET不但能夠完成傳統(tǒng)變壓器所具有的基本功能（主要指變壓器的變壓、隔離以及能量傳遞），還可以避免因?yàn)樵诫娋W(wǎng)發(fā)生的電壓突然變化造成的負(fù)荷方面的影響。另外，PET能夠良好的將負(fù)荷側(cè)沖擊進(jìn)行隔離，防止其對(duì)原方電網(wǎng)造成的沖擊，確保電能質(zhì)量。同時(shí)，PET可以通過對(duì)電量方面的監(jiān)測(cè)、分析以及處理來判斷出不同類型的異常情況，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于自身以及系統(tǒng)方面的保護(hù)，并且可以發(fā)出報(bào)警信號(hào)以及相關(guān)信息等。但是從目前情況來看，已經(jīng)具有的電力電子功率器件，從容量方面以及耐壓等級(jí)方面都無法完全滿足輸電系統(tǒng)的相關(guān)要求，因此現(xiàn)階段的電力電子變壓器也只能應(yīng)用到配電網(wǎng)中。經(jīng)相關(guān)資料顯示，目前已經(jīng)研發(fā)出了在10KV配網(wǎng)中應(yīng)用的PET，雖然還處在樣機(jī)階段，但也是非常明顯的進(jìn)步，距離大規(guī)模實(shí)用型PET應(yīng)用到配電網(wǎng)中的目標(biāo)已經(jīng)不遠(yuǎn)。

結(jié)束語

由于傳統(tǒng)變壓器具有重量較大、體積較大以及空載損耗較大等缺點(diǎn)，在實(shí)際的應(yīng)用過程中會(huì)造成很多的問題，所以隨著科技的進(jìn)步，電力電子變壓器得到了廣泛的應(yīng)用。本文主要闡述了電力電子變壓器的基本工作原理以及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式，同時(shí)分析了配電網(wǎng)PET相關(guān)控制電路原理以及PET在配電網(wǎng)中的應(yīng)用情況。通過這些內(nèi)容可知，配電網(wǎng)中的電力電子變壓器的應(yīng)用會(huì)有非常好的前景，對(duì)于提升電網(wǎng)的電能質(zhì)量具有非常重要的作用。隨著未來科技的進(jìn)一步提升，相信電力電子變壓器一定會(huì)具有更加廣闊的應(yīng)用前景，會(huì)對(duì)國家的電網(wǎng)建設(shè)帶來較大的幫助。

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K928

B

1007-6344（2016）07-0129-01

林海燕（1985年9月），女，大專，主要從事配電工程施工技術(shù)管理相關(guān)工作。