电力电子变压器及其在电力系统中的应用

姚圭宇

摘 要 电力电子变压器是智能的电力变压器，通过电力电子变换技术实现对电源的灵活控制。传统的电力变电器存在着会对电力系统的安全带来威胁的缺点，这使得传统的电力变电器难以满足电力系统发展的需求。运用电子技术对传统电力变压器进行创新而形成了电力电子变压器，是当代电力系统发展的必然产物。文章论述了电力电子变压器的研究背景、概念及其在电力系统中的应用。

关键词 电力电子变压器；电力系统；应用

中图分类号：TM41 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）06-0111-02

电力变压器主要作用是电压升降和系统隔离，是电力系统中最基本的输变电设备。传统的电力变电器存在着一定的缺点，会对电力系统的安全带来威胁，导致传统的电力变电器难以满足电力系统发展的需求。运用电子技术对传统电力变压器进行创新是当代电力系统发展的必然选择。本文论述了电力电子变压器的概念、其在电力系统中的应用，验证了电力电子变压器更加适合于当代电力系统。

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。大型和超大型的电力系统的出现使得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状使电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，对电力变压器进行创新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、二次侧的电压实现实时控制，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有传统电力变压器的功能，而且还增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 电力电子变压器在电力系统中的应用

虽然在当前的电力系统中电力电子变压器还没有大范围的使用，但是电力电子变压器固有的特点能够解决当代电力系统中的新问题，已经在初步的使用中表现出了不凡的成绩。

3.1 配电网供电质量改善中电力电子变压器的应用

配电线路中时常会出现电压的突升、突降、闪变和波动的电压扰动问题，通过在配电端架动态电源恢复器是目前解决这些问题的常用方法。这种传统的动态电压恢复器消除系统电源扰动的方式是对系统注入一股补偿电压，但是补偿电压是由可调自耦变压器和隔离变压器来产生的，这种不连续的调节降低了动态电压恢复器对于系统的响应速度，会出现不能将电压波动完全消除的情况。另一方面，由于内部构成的问题，传统的动态电压恢复器的体积比较大、成本都比较高。

动态电压恢复器是在电力电子变压器的基础上产生的，能够极大地提高对动态补偿的响应速度。动态电压恢复器有三个组成部分：输入级对输入功率因数和直流输入电压实现可控，主要构成是三相工频PWM整流器；隔离级具有系统隔离和直流电压变压的功能，主要构成是高频隔离变压器、单相高频整流、单相高频逆变；输出级实现三相输出电压独立控制，主要构成是单相工频电压源逆流器。

动态电压恢复器采用的是符合控制的方式，也就是说动态电压补偿指令有两个，一个是电网侧电压，主要是利用电压谐波补偿指令来提高稳定性和响应速度；另一个是负载侧电压，主要是针对修整器压变内阻和漏抗。这种控制方式与之前的方式先比能够更好的改善电压的补偿效果。

3.2 电力系统动态特征改善中电力电子变压器的应用

我国国土面积广的特点使电源点与负荷区的距离较远，形成了我国的输电系统具有电压高、距离远、容量大的特点。要实现西电东送这样的远距离送电必须首先保证输电系统的稳定。在远距离输电系统中，运用电力电子变压器能够使发电机励磁和电力电子变压器协调控制，能够保证远距离输电系统的稳定性。

在电力系统中电压、电流、功率的调节需要通过电力电子变压器来实现，根据电力系统的实际需要，功率要在电力电子变压器与电力系统之间实现交换和流动，通过提高电力系统的阻尼来抑制电压扰动造成的震荡，使其快速回复到稳定的状态运行，这就在很大程度上提高了电力系统的稳定性。

3.3 分布式电源并网中电力电子变压器的应用

由于煤、石油等化石资源的不断减少，对可再生能源的利用越来越受到人们的重视。风力发电和光伏发电将在未来得到广泛的应用，而这些发电技术的使用将会使得电力系统中接入大量的分布式电源。分布式电源由于其容量小、交直流兼有的特性使得电压或者频率波动比较大，如果将这种电源直接接入到电力系统中，会冲击电力系统的稳定运行。风力发电、小水电、燃烧电池、太阳能等发电产生的分布式电源都需要不同的电力电子变压器的输入级，而电力电子变压器的中间隔离级、输出级就与一般的配电系统中的电力电子变电器的结构基本一样。要实现分布式电源并入电网时运行能够与电力系统实现并联，而且将这些能源利用高功率因数的方式回馈到电网，这就要求电力电子变压器输出级并网电流为与电网电压同频率、相位的正弦波。

3.4 柔性交流输电技术中电力电子变压器的使用

柔性交流输电技术中，对电力电子变压器主要的应用为与其结合起来实现输电网高压锻炼限流器和不间断供电技术。

在线式不间断电源能够向负荷不间断地供电，是将蓄电池组安装到电力电子变压器的直流环节。电网正常工作时，对负荷供电的工作有配电网通过电力电子变压器来完成，一旦电网发生故障，配电网无法向负荷供电时，电力电子变压器内部配备的蓄电池组就会代替配电网向负荷进行不间断的供电，直到配电网供电再次恢复。

4 总结

通过对电力电子变压器及其在电力系统中的应用，本文得出了电力电子变压器除了传统电力变压器所具备的电压变换和能力传递的功能之外，还具有很多适应了当代电力系统需求的新功能。电力电子变压器是对传统电力变压器从原理到结构上的创新，必将在未来的电力系统中得到更为广泛的使用，为电力系统作出应有的贡献。

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