配电网电力电子变压器技术综述

姜飞飞

摘要：如电力系统不稳定，哪怕仅仅是一个很小的故障都有能可能引发输电线路上的各种问题，甚至引发输电系统崩溃，影响正常生活生产。变压器继电保护技术是当前保证电力系统稳定的重要技术，随着该技术的发展不仅为各行的发展提供了良好的供电系统，还极大程度上节省了国家资源。指出多样化的功能和灵活的控制特性使得电力电子变压器在未来配电网中的应用具有广阔的发展空间。

关键词：配电网;电力电子;变压器技术

引言

随着国家绿色低碳节能要求越来越高，国内变压器制造厂商围绕节能、可靠性、全生命周期等绿色节能需要，制造出更低损耗要求的变压器，同时一些厂家也开发了一些新的变压器。

1、電子变压器技术概述

从长远来看，电力电子变压器不仅体积小、重量轻、损耗低、无污染，而且适用于中高压大功率场合，有利于丰富系统功能，提高系统性能。对于电力电子变压器的拓扑结构、控制策略以及应用投入等方面的研究具有十分重要的意义。从现有的电力电子变压器文献综合分析来看，PET作为一种新型的能量转换智能设备，能够适应很多场合的生产以及发、供电系统当中，目前在分布式发电并网系统、电力机车牵引车载变流器系统、智能电网/能源互联网上的应用比较密集。PET除涵盖常规变压器的功能以外，还可以实现对电网运行的实时调控，依靠重量低、体积小、控制灵活等特点吸引了众多科研工作者对PET的深入研究，使得的PET发展得越来越成熟，广泛应用于医疗、银行、工业、军事、航天等对电能质量敏感的领域，为社会带来非同凡响的经济效益。

2、配电网电力电子变压器技术的研究

2.1、PET的发展

PET最早是由W麦克默里在1970年提出的，高频变换原理可以看作是PET的最初设想。J.L.Brooks在基于Buck电路实现了AC/AC变换和降压功能之后，美国电力科学研究院对此结构进行了进一步研究和完善，并于1995年制作出了Pete实验样机。该拓扑采用非隔离型Buck变换。图中开关交替导通以实现降压目的，虽然结构简单，但是电路无隔离且每个开关均需承受原边高电压和副边大电流，电路可扩展性不强。单级型PET是将原边工频交流信号调制为高频交流信号，经高频变压器变换后再还原为工频交流信号。由于这类拓扑只经过一次电能变换，其结构相对简单。但其变换环节缺少直流环节，不利于直流元件接入且功率因数不易调节。M.Kang等人提出了一种单级AC/AC型PET结构。在这种情况下，输入电压在通过高频变压器之前被转换成占空比为50%的高频方波，在高频低压侧对方波信号进行解调使其变为原来的正弦波。为减小尺寸、提高效率，高频变压器频率变化范围在0.6～1.2kHz，同等尺寸下传输能量能力是普通工频变压器的3倍。

2.2、DC/DC变换器控制技术

PET隔离级可以采用双有源全桥变换器的拓扑结构，由两个对称的全控桥和高频变压器组成，为PET隔离级能量的双向流动提供了通路。无论隔离级DC/DC变换器工作在能量正向传输还是反向传输的状态，都可以等效看成是对整流和逆变两个环节的控制，因此，隔离级的控制方式可以由多种控制方式组合而成。可见，隔离级不但便于灵活控制，而且方式多样。下面介绍几种比较具有代表性的控制方式：（1）全桥逆变和不控整流控制。该方式原边采用全桥变换的双极性控制方式，而副边采用将开关管与二极管反并联的不可控整流电路。此时，如果功率的流动方向改变，那么不仅要调换两侧变换器的功能，还要将两侧变换器原来对应的控制方式也相应变换，此过程过于复杂而且不利于系统运行效率的提高，重要的是，不控整流电路的存在，大大降低了开关器件的利用率的同时还提高了成本。（2）双移相控制。该方式分别定义原副边全桥内部桥臂之间的内移相角和原副边全桥之间的外移相角。DC/DC变换器的输出电压和传递功率可以通过改变外移相角来调节，功率的回流多少依赖于内移相角的大小。但是变压器两侧开关管的控制脉冲不能同步触发，导致变换器在功率双向流动时需要交换对应全桥的控制脉冲，因此系统的动态响应速度慢，并且控制变量的数量庞大，大大提高了系统运算的复杂性和控制的难度性。

3、电力变压器常见的继电保护的故障

内部问题是指电力变压器本身存在的一些问题，如变压器的某项功能不能正常运行，变压器内部结构发生变化等。如果出现变压器内部设置断裂、外壳接地等内部问题，继电保护就会根据状况作出局部断电或将故障变压器隔离出电力系统等反应。一般情况下，变压器出现的内部问题可分为电问题和热问题两类，根据其问题类型的不同，继电保护会采取不同的保护措施。除内部问题外，变压器的外部问题也会导致变压器故障从而引发继电保护动作。变压器外部故障是现实中常见的外部问题，其中包括变压器绝缘体损毁、外壳变形等，这些问题不仅会影响变压器的正常运行，还会导致严重事故，影响继电保护。

结束语

PET作为未来智能电网中的一种新型核心电力设备，涵盖了高频变压器与电力电子技术，具备电气隔离、电压变换、储能端口等功能，有着广阔的发展前景和应用价值。随着电力电子技术和电力电子元器件技术的不断进步，PET性能会逐步得到提升。多样化的功能和灵活的控制特性使得PET在未来配电网中的应用具有广阔的发展空间。

参考文献

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[2]孙秋.交直流混合系统中电力电子变压器接地方式的研究[D].上海交通大学，2019.

[3]徐峰.含电力电子变压器的直流配电网的故障测距方法[D].上海交通大学，2019.