淺析配電網中的電力電子變壓器

林海燕

（四川省送變電建設有限責任公司十分公司 四川省 成都市 611731）

淺析配電網中的電力電子變壓器

林海燕

（四川省送變電建設有限責任公司十分公司 四川省 成都市 611731）

電力電子變壓器（PET）作為重要的組成設備對于建設“綠色智能電網”具有非常重要的作用，被廣泛應用到配電網的建設當中。本文簡要闡述了電力電子變壓器的相關工作原理、各級控制電路的工作原理以及 PET在配電網中的應用，希望能夠對相關人士有所幫助。

配電網；電力電子變壓器；原理；應用

0 引言

電力變壓器是用于輸配電系統中能量傳輸以及電壓轉換的主要設備之一。近年來，隨著電力電子技術的發展，新型的電力電子變壓器（PET）得到了較大的發展以及應用，在很大程度上提升了電能的傳輸質量，成為了現代智能配電網建設的主要設備之一。

1 配電網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：初級功率變換器、次級功率變換器、高頻變壓器。其工作過稱為：主側輸入端輸入工頻電壓，其經過原邊變換器轉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，然后通過副側的變換器將其轉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按照具體實現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，相對于交-交-交變換來說，交-直-交-直-交變換的結構相對較為復雜，但是其具有非常好的控制性能。利用PWM調制可以方便的進行輸入輸出電壓、電流以及功率的控制。較為典型的交-直-交-直-交拓撲結構如圖2所示。

圖2 PET典型的交-直-交-直-交拓撲結構

（2）PET的系統結構以及優勢

第一，在配電網的PET結構中，輸入級的變換器主要使用的是三電平整流器進行拓撲，隔離級變換器主要使用的是三電平半橋直直型式，輸出級所用的逆變器使用的是二電平電壓型式。因為輸入級具有比較高的電壓，通過三電平電壓型變換器進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，比較適合應用于高壓大容量的電力系統。

第二，配電網PET的相關優勢：

①潔無污染、重量以及體積都較小；

②能夠良好維持負荷側輸出電壓值不變，不會隨著負荷的變動而變動，并且能夠平滑的調整；

③相比常規變壓器來說，PET不需要采用繼電保護裝置，能夠將故障電流快速關閉，起到斷路器的作用。

④能夠良好保持電壓正弦波形，并且能夠調整功率因數，能夠確保輸出功率因數為1。

⑤PET具有智能控制功能，能夠實現在線自動檢測、自動診斷、自動恢復等相關功能，也能夠通過網絡進行通訊，從而實現網絡的連接。

2 配電網PET相關控制電路原理

（1）輸入級的控制

配電網中的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的電流諧波，從而降低對于電網的諧波污染。為了確保輸入側是較好的正弦波以及達到功率因數可控的目的，可以通過雙閉環（電流內環+電壓外環）進行控制。為了確保上述功能能夠實現，在外環，反饋直流電壓和給定電壓參考值進行比較，得到相應的偏差結果，通過控制器進行調節之后當成 d軸電流、q軸電流參考零位，從而實現單位功率因數運行。在內環，三相輸入電流采樣之后通過相應的坐標變換得到d軸以及q軸的相關分量，將這些量和相關的參考值進行比較，并且經過控制器調制形成調制信號波。

（2）隔離級的控制

隔離級的作用就是將輸入級的直流進行調制，形成高頻的方波信號，并且通過高頻變壓器進行耦合，在副側形成相應的直流信號。將輸入側直流調制成為高頻的方波信號主要是通過控制三電平半橋開關器件來進行的，高頻變壓器的作用在于：第一，將原方系統與副方系統進行必要的隔離；第二，進行電壓方面的轉換。

在輸入級的直流高壓幅值和變壓器的變比確定時，通過調節隔離級開關器件的占空比來得到具有不同占空比的高頻方波信號，從而能夠在直流低壓側得到不同等級的電壓。所以，隔離級是通過電壓電流閉環控制，從而在直流低壓側得到與輸出級逆變系統相適應的電壓等級.

（3）輸出級的控制

輸出主要是要得到恒定的電壓，所以在負載側輸出端是通過電壓恒定的控制。將三相的輸出電壓經過旋轉坐標系進行轉換得到的d軸以及q軸的分量與參考值進行比較，得到對應的結果偏差，通過調制器調制后得到相應的信號，再利用SVPWM控制算法實現對于逆變器的開關控制。

3 PET在配電網中的應用

在電力系統中，配電系統位于最末端的位置，其直接連接的是用戶。隨著社會的進步以及科技的發展，配電網具有了全新的特征，包括：第一，大量的電力電子設備被應用到配電網中，隨著電氣化的發展以及沖擊性負荷的不斷增加，配電網中增加了大量的諧波以及電壓閃變污染；第二，用戶對于供電安全性以及可靠性要求不斷提升，供電企業要求不斷減少網損，提升經濟效益；第三，由于單相負荷以及線負荷不斷增加，造成三相不平衡越來越嚴重。

那么怎樣提升配電網電能供應的質量、怎樣解決三相不平衡問題以及怎樣提升提升供電企業的經濟效益就成為現代配電網急需解決的問題。PET在配電網中的應用是解決上述問題較好的形式。PET實際上就是將傳統變壓器和相配套的裝置設備（主要包括：監測設備、補償設備、濾波設備、調節設備等）進行融合，從而很大程度上降低成本。PET不但能夠完成傳統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），還可以避免因為原方電網發生的電壓突然變化造成的負荷方面的影響。另外，PET能夠良好的將負荷側沖擊進行隔離，防止其對原方電網造成的沖擊，確保電能質量。同時，PET可以通過對電量方面的監測、分析以及處理來判斷出不同類型的異常情況，從而實現對于自身以及系統方面的保護，并且可以發出報警信號以及相關信息等。但是從目前情況來看，已經具有的電力電子功率器件，從容量方面以及耐壓等級方面都無法完全滿足輸電系統的相關要求，因此現階段的電力電子變壓器也只能應用到配電網中。經相關資料顯示，目前已經研發出了在10KV配網中應用的PET，雖然還處在樣機階段，但也是非常明顯的進步，距離大規模實用型PET應用到配電網中的目標已經不遠。

結束語

由于傳統變壓器具有重量較大、體積較大以及空載損耗較大等缺點，在實際的應用過程中會造成很多的問題，所以隨著科技的進步，電力電子變壓器得到了廣泛的應用。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的結構形式，同時分析了配電網PET相關控制電路原理以及PET在配電網中的應用情況。通過這些內容可知，配電網中的電力電子變壓器的應用會有非常好的前景，對于提升電網的電能質量具有非常重要的作用。隨著未來科技的進一步提升，相信電力電子變壓器一定會具有更加廣闊的應用前景，會對國家的電網建設帶來較大的幫助。

[1]凌晨; 葛寶明; 畢大強. 配電網中的電力電子變壓器研究[J]. 電力系統保護與控制, 2012(02):15-17

[2]邱鵬; 孫冬梅; 嵇保健; 王建華; 楊樹. 面向智能配電網的電力電子變壓器研究[J]. 電測與儀表, 2016(01):18-19

[3]白杰. 電力電子變壓器的應用研究[J]. 電工電氣, 2009(11):88-91

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管理相關工作。