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电力电子变压器及其在电力系统中的应用

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插要:随着社会主义经济的发展,人们的生活水平逐渐得到提升,对电力系统供电质量的要求随之提升,这就给当前电力供电系统带来了挑战。在电力供电系统中,变压器是整个供电系统中最基本的输变电设备,但是,传统的变压器自身存在着一定缺陷,在运行的过程中不仅会污染环境,还存在一定的安全隐患,进而无法保证供电的质量。在此背景下,基于电子技术下的新型变电设备应运而生,即电力电子变压器。这一智能化变压器在电力系统中的应用,是电力企业基于市场经济下发展自身的必然选择。因此,本文对电力电子变压器及其在电力系统中的应用进行分析。
关键词:电力电子支压器;电力系统;应用


在电力系统面临越来越多的新挑战的背景下,使传统电力变压器越来越难以满足现代电力系统的发展要求。因此,运用当代电力电子技术,从原理和结构上对电力变压器进?#20889;?#26032;,提高电力变压器的可控性,使其满足现代电力系统的需要,是一个非常有价值的理论和?#23548;?#35838;题。
1 电力电子变压器在电力系统中的应用的背景
电力系统随着经济和社会的飞速发展而有了巨大的变化。大型?#32479;?#22823;型的电力系统的出?#36136;?#24471;电力系统的规模不断扩大,打破了地域之间的阻断,不断跨区域发展,这种发展也对电力系统的稳定性提出了更高的要求;除了传统的发电方式之外,风能、太阳能、潮汐能等可再生能源发电也得到了快速的发展,多种发电形式并存的现?#35789;?#30005;力系统出现了并入和转换的问题;科技技术不断发展,敏感负荷的接入使得电力系统出现了一些质量问题。电力系统要面对的问题和调整越来越多、越来越艰巨,传统的电力变压器在这种背景之下呈现出了不足之处,对电力变压器进?#20889;?#26032;才能够真正满足当代电网的新需求。
2 电力电子变压器概述
电力电子变压器(PET)是利用电力电子变化技术和电磁感应原理将电力特征(电压、电流的频率和幅值等)能量从一种转化为另一种的电力设备。
电力电子变压器相对于传统的电力变压器而言,不同之处在于电力电子变换技术的引入。正是由于这个原因,电力电子变压器能够对一,二次侧的电压实?#36136;?#26102;控制,使电力系统的电压、功率和电流等的控制能够更加灵活。电力电子变压器不仅具?#20889;?#32479;电力变压器的功能,而?#19968;?#22686;加了一些符合现代电力系统需求的新功能,例如提高稳定性、优化配置各种电源、改善供电质量、控制功率潮流等。
3 电力电子变压器工作原理
在一次侧,工?#30340;?#32447;高压通过电力电子变换器的作用变成高?#21040;?#27969;方波,即一次侧将电压的频率提高,实现升频的作用。由于变压器的体积与铁芯材料饱和磁通密度和绕组最大容许温升有关,饱和磁通密度大的变压器的体积也大。而铁芯材?#31995;?#39281;和磁通密度又和变压器的工作频率成反比,所以一次侧电力电子变换器的升频作用,可以提升铁芯材?#31995;?#21033;用率,以减小变压器的体积,节省变压器所占空间。这也是电力电子变压器相比于传统电力变压器的一大?#35834;恪?/span>
高频方波经过高频隔离变压器变压之后,?#29615;Q?#31995;?#30005;力电子变压器的二次侧。二次侧的电力电子变换器将经过变压之后的高频方波还原成工频低压交流电能,向负荷供电。一次侧母线电源电压幅值与二次侧输出电压幅值之比称为电力电子变压器的变比。


电力电子变压器实现传统电力变压器的基本功能的关键在于:电力电子变换器实现电压或电流幅值、频率等波形的控制;高频变压器实现传统变压器电气隔离的作用。
4 电力电子变压器及其在电力系统中的应用
4.1电力电子变压器在配电网中的具体应用
由于配电网在供电的过程中存在着不稳定的现象,基于传统变压器下的解决办法通常是:在配电端加入动态电压?#25351;?#22120;,从而通过补偿电压来实现供电的稳定。但是此种做法的弊端很明显,补偿电压的接入无法确保其能够快速的响应需求,与此同?#20445;参?#27861;实现对电压干扰因素的彻底抵消。此外,此种方式也同样需要投入过高的运营成本,进而降低了供电企业的经济效益。而PET的动态电压?#25351;?#22120;不仅响应的速度快,且能够更好的消除其中的干扰因素,进而有效的提高了供电的质量。
4.2在改善电力系统动态特性中的应用


我国地域广,主要集中在中西部的发电区与主要集中于东部沿海的用电区域距离很远,因此需要远距离高压输电系统,如西电东送工程。系统的稳定性是远距离输电的前提。电力电子变压器能够实现对电压、电流和功率的灵活调节,可以根据需要,实现电力电子变压器和系统间的功率迅速?#25442;?#21644;双向流动,能有效提高系统阻尼,?#31181;?#25200;动下系统的振荡,从而提高其稳定性。因此,将电力电子变压器应用于远距离输电系统,实现发电机励磁与电力电子变压器的协调控制,能够提高远距离输电系统的稳定性。
4.3在分布式电源并网中的应用
随着化石能源的逐渐减少,风力发电和光伏发电等可再生能源在未来将得到大量的应用,由此,在未来将会?#20889;?#37327;的分布式电源接入到电力系统中。由于分布式电源容量小,兼有交直流,使其电压或频率波动?#36234;?#22823;,若直接接入电力系统,将对电力系统的安全稳定运行带来较大地冲击。传统的并网逆变器采用工频变压器与电网相连,有成本高,体积大的缺点,同时必须配备额外的调压、调频措施?#21592;?#35777;并网电能的质量。由于电力电子变压器中含有直流环节,可以灵活地控制输入、输出电压,可以方便地将各种分布式电源接入到电力系统中。另外由于能分别对整流、逆变部分进行控制,可以省去额外的调压、调频设备,降低了成本。
4.4与柔?#36234;?#27969;输电技术的结合应用
电力电子变压器与柔?#36234;?#27969;输电技术的结合应用,主要有两?#20013;问剑?#19968;是与输电网高压短路限流器(FCL)相结合,二是不间断供电技术。FCL与电力电子变压器技术相结合,FCL模块被串联在电力电子变压器输入模块前端,控制器通过检测其输出端电流以及输入端电流对FCL模块中的开关进行控制。当系统正常工作?#20445;?#24320;关断开电流通过串补电容变流,这样既实现了串补功能,?#36136;?#29616;了开关零损耗。当?#25910;鮮保?#26816;测的电流达到临界电流值,开关迅速闭合,电容和电?#34892;?#25391;实?#25351;?#23548;通阻抗,就实现了短路电流的限制。
在电力电子变压器的直流环节加上蓄电池组,可以组成不间断电源(UPS)。当电网正常运行?#20445;?#36890;过电力电子变压器向负载供电,对电网的畸变和干扰都能有很好的?#31181;疲?#24403;电网出现?#25910;鮮保?#33988;电池组可以向逆变器供电,保证负载的不间断供电。若逆变器发生?#25910;希琔PS可以通过静态开关切换到旁路,由其供电,?#25910;?#28040;失后,?#25351;?#21040;逆变器供电,这样很好地保证了供电质量。
结束语:
总而言之,电力电子变压器的应用及发展,是其应用价值的重要体现。特别是在电力系统中的应用,电力电子变压器的结构性能得到了有效改善,极大地提高了电力系统的运行效率与质量。为此,电力电子变压器的应用控制,一是要强化控制内部环境的建设,优化电力电子变压器的应用环境;二是通过先进技术的引用,提高电力电子变压器的运行效率,实?#20013;?#24335;的科学选择,改善电力供电质量,满足?#23548;市?#27714;.
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(作者:付强   山东五岳电器有限公司  山东省 泰安市)

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