電力變壓器在光伏發電系統中的運用分析

摘要：電子電力變壓器是一種較為常見的變壓器設置模式，其主要特點在于質量較輕、體積小、可進行高處設計等。應用過程中無需建立專門的變電所，所以提升了系統的安全性能，同時也最大限度的降低了安全事故的發生概率。將電子電力變壓器應用于光伏發電系統中，可為系統的安全、穩定運行提供保障。

關鍵詞：電力變壓器；光伏發電系統；運用

1電子電力變壓器的工作原理分析

1.1電子電力變壓器基本結構

電子電力變壓器是將電力電子變換器和高頻變壓器進行結合，從而實現電能的變換和傳輸的靜止電氣設備。其基本構架如圖1所示。

工作原理：工頻交流電從原邊輸入，然后通過原邊的變換器#1將輸入的信號轉換為高頻交流信號，高頻交流信號通過高頻變壓器的耦合將電能傳遞到副邊，在副邊利用變換器#2將高頻交流信號變換為所需形式并入電網或者給負荷供電。因此電子電力變壓器主要由電力電子變換器和高頻變壓器兩者構成。前者可實現波形的控制，如幅值，相位，頻率和諧波的控制，后者主要實現一次側和二次側的隔離與電壓等級的變換。通過控制電力電子變換器的相關參數，就可以在電子電力變壓器的二次側得到所需要的電能形式，與常規電力變壓器相比，電子電力變壓器除了實現電氣隔離和電壓等級變換外，還可實現系統的電壓幅值、相位、頻率和諧波的控制，實現電能形式的自由變換。

2光伏發電系統應用現狀

2.1國外發展現狀

20世界80年代，在石油危機的影響下，日本、美國以及歐洲等國家已經開始研究新能源的開發和利用，在此過程中投入了大量的物力和人力，并結合自身實際的發展狀況，制定出合理的光伏發電計劃。美國在新能源部的帶動和支持下，于1973年率先制定了光伏發電計劃，在方案中明確闡述了不同階段的發展目標，并投資了“光伏建筑物計劃”。目前，美國境內仍在開發探索階段、開始安裝和已經安裝的非住宅太陽能項目已達1795個，容量約為26GW，可見其發展之迅速，裝機容量之大。

2.2國內發展現狀

我國是世界上的能源生產和消費大國，同時也是為數不多的以煤炭能源為主的國家，為此，提升能源應用效率、調整開發結構、發展可再生性能源才是我國的當務之急，也是保證社會經濟快速、可持續發展的必然選擇。我國的日照能源十分豐富，合理應用和開發該能源是解決我國能源緊缺問題的關鍵途徑。雖然我國的光伏發電系統起步較晚，但發展速度較快，早年間對光伏進行研究主要是為了解決衛星供電問題，一直發展到90年代，國家加大了光伏發電的投資力度，并率先在北京和深圳兩地分別建成了7kV和17kV的光伏屋頂發電系統。

3電子電力變壓器在光伏發電系統中的運用分析

3.1拓撲結構

可以采用如圖2所示的模塊化結構來實現。

這種結構的特點是：低壓側連接光伏發電系統，所取直流都是光伏電源輸出。經過隔離側將直流調制為高頻方波，通過高頻變壓器傳遞到副方，副方利用二極管整流將方波整流為直流電，低壓側經過單相全橋逆變器變換為所需交流。低壓側連接光伏發電系統，它的電壓等級較低，但是由于輸出功率較大，所以要考慮電流容量，如果電流容量不夠可使用模塊并聯解決。高壓側接入配電網之中，由于配電網的電壓等級較高，為了滿足電壓要求可將二次側的模塊級聯滿足電壓等級要求。

這種結構的優點在于：一方面，通過模塊串聯技術提升了裝置的電壓等級；另一方面，通過模塊并聯技術提升了裝置的電流容量，使得該拓撲結構應用于高壓、大功率場合變為可能。同時通過模塊的串并聯技術可以降低電子電力變壓器中電壓和電流諧波。

3.2控制措施

隔離級和輸入級別控制。輸入級一般會減少一個整流環節，故不需要進行控制。而隔離級一次側需將光伏系統輸出的直流電轉變為高頻交流電，在二次側通過直流電路再轉變成直流信號，其中，一次側為單相全橋逆變電路，二次側為單相橋式不控制整流。隔離級要將直流信號調整為高頻方波信號，耦合至二次側之后便可還原為直流信號。在此過程中，單相全橋逆變器可應用開環控制，將直流信號的占空比調整為5%的高頻方波，耦合至二次側之后通過單相橋式不控制整流獲取直流信號。該操作簡單，且控制效果顯著，可有效解決同步問題，若不考慮高頻變壓器的過渡過程，則中間隔離器也可被看作是比例放大器。

其中，k為變壓器變比。

3.3微電網模型

“微電網”一詞概念較新，且提出時間短，目前尚未形成一個完整的標準。

各國家及地區對于其的描述均立足于本地社會經濟條件、能源結構以及電力系統的實際特點。但通常，微電網是將發電機、儲能、負荷及控制裝置等進行結合，從而構成一個完整的單元，向用戶提供熱能和電能。微電網的電源通常為微電源，包括蓄電池、飛輪、超級電容器、燃料電池、微型燃氣輪機等儲能元件，將這些設備接在用戶側，具有污染小、電壓低、成本低廉等優勢。

4總結

總之，光伏發電系統利用電子電力變壓器接入配電網后，可使其功率、電流、電壓等均能滿足并網需求，還能使光伏發電系統具備一定的事故運行能力，且在該狀態下仍可為配電網輸送功率，并保持端口電流、電壓的穩定性。結合系統運行狀態，適當的調節系統輸出的有功和無功，可使光伏系統在配電網故障時保持短時的并網運行狀態。

參考文獻：

[1]田玉成.淺析非晶合金變壓器在光伏電站的應用[J].太陽能.2014，10：41-43.

[2]基于電力變壓器運用過程中的主要問題及解決策略探析[J].李超.科技風.2017（21）.

（作者單位：中利騰暉共和光伏發電有限公司）

作者簡介：阿懷滿（1981.10.14），性別：男；籍貫：青海；民族：蒙古族；學歷：大專；職稱：助理工程師：職務：技術主管；研究方向：光伏發電。