江蘇電機(jī)工程，科普?qǐng)@地電力電子變壓器及其發(fā)展綜述潘詩鋒，趙劍鋒東南大學(xué)電氣系，江蘇南京210096合，如航海航空航天等領(lǐng)域，還可以為電能質(zhì)量敏感負(fù)荷供電。它是建設(shè)綠色電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備之1對(duì)其進(jìn)行研制和使用可取得巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

　　傳統(tǒng)的電力變壓器具有制作工藝簡(jiǎn)單可靠性等優(yōu)點(diǎn)，在電網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用。但是，它的缺點(diǎn)也十分明顯，如體積重量空載損耗大；過載時(shí)易導(dǎo)致輸出電壓下降產(chǎn)生諧波；負(fù)載側(cè)發(fā)生故障時(shí)，不能隔離故障，從而導(dǎo)致故障擴(kuò)大；帶非線性負(fù)荷時(shí)，畸變電流通過變壓器耦合進(jìn)入電網(wǎng)，造成對(duì)電網(wǎng)的污染；電源側(cè)電壓受到干擾時(shí)，又會(huì)傳遞到負(fù)載側(cè)，導(dǎo)致對(duì)敏感負(fù)荷的影響；使用絕緣油造成環(huán)境污染；需要配套的保護(hù)設(shè)備對(duì)其進(jìn)行保護(hù)㈧。

　　作為種新型的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，與傳統(tǒng)的變壓器相比，電力電子變壓器具有體積小重量輕空載損耗小小，要絕緣油等優(yōu)點(diǎn)它是集電力電子力系統(tǒng)兌機(jī)數(shù)卞信號(hào)處理以及動(dòng)控制理論等領(lǐng)域?yàn)轶w的屯力系統(tǒng)前沿研究課，通過電力電子器件和電力屯廣貨流技術(shù)，對(duì)能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換與校制，以鈴代傳統(tǒng)的電力變壓器。

　　研宄電力電子變壓器的初衷是為了降低傳統(tǒng)變壓器的體積和重量。因?yàn)椋儔浩鞯捏w積和重量與它的運(yùn)行頻率成反比。借助于屯力電子技術(shù)提高其變換頻率。

　　就可減小體積和重量。美國海軍于20世紀(jì)70年代末個(gè)8年代初，先付諱進(jìn)研允美內(nèi)電科院尸1995年也進(jìn)行了相關(guān)研究1以上2個(gè)項(xiàng)目研宄，試驗(yàn)柞機(jī)都+實(shí)用。因?yàn)樗鼈儾捎玫氖墙祲何棺儞Q器1幻，+能很好地抑制輸入的諧波電流，而變壓器輸入和輸出是不隔離的120世紀(jì)90年代末，美國密蘇里大學(xué)在人88和愛默生公司資助下對(duì)電力電子變壓器進(jìn)廳研究，完成了6，72007240的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，但僅實(shí)現(xiàn)了基本的電壓變換功能和對(duì)輸入的功率因數(shù)控制。另外，設(shè)計(jì)時(shí)為減小對(duì)開關(guān)器件的應(yīng)力，輸入采用多個(gè)變流器串聯(lián)工作，使系統(tǒng)的可靠性大大降低，當(dāng)其中任意個(gè)器件出現(xiàn)故障都會(huì)導(dǎo)致工作異常。

　　美國威斯康麥迪遜人學(xué)。1爪公司介作，以薩，農(nóng)機(jī)大學(xué)也十20世紀(jì)90年代末對(duì)電力屯子免壓器逃行了研究45，但以1作只付其電壓變換的功能進(jìn)行了分析和研宄。目前，國際上對(duì)電力電子變壓器的研宄處于初級(jí)階段，還有許多相關(guān)的理論和實(shí)際問需要研究。要達(dá)到實(shí)用化，功能上還，進(jìn)步完善。內(nèi)還未到進(jìn)行相關(guān)研究的報(bào)道。

　　1工作原理電力電子變壓器主要由初次級(jí)功率變換器以及聯(lián)系者之間的高頻變壓器組成。從電力電子變壓器理為輸?shù)墓ゎl屯壓經(jīng)過說邊變換器調(diào)制為頻交流電壓，通過高頻變壓器耦合至副邊，再通過副邊的功率變換器將其轉(zhuǎn)換為所要求的電壓。

　　打的開關(guān)都為雙開關(guān)。即由兩個(gè)1；1；和極管相對(duì)連接，可以使電流雙向流動(dòng)。原邊開關(guān)3界15資2工作在同步狀態(tài)。在高頻變壓器原邊換流開關(guān)哪1 3雙25你3和4的交替導(dǎo)通下，1頻交流電波調(diào)制成高頻電5，該高頻電壓經(jīng)過變壓器耦合到副邊，再經(jīng)過副邊換流開關(guān)81和512以及5和，交替導(dǎo)通換流之后，必成工頻的交流屯。

　　3研究現(xiàn)狀目前，國際上對(duì)電力電子變壓器的研，總體上處尹起步階段，己有的文獻(xiàn)報(bào)道也僅僅完成了小功率的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)降為目前文獻(xiàn)中出現(xiàn)的幾種電力電成，電路復(fù)雜損耗較大。另外，為了避免兩相之間有短，短路，其控制策略也較夂雜，文獻(xiàn)5中提的種步開關(guān)控制策略能夠避免相間短路的出現(xiàn)，但算法較復(fù)雜。

　　變換器橋式逆變器高頻變壓器橋式整流器相逆變器及2個(gè)直流電容組成。其工作原理為工頻交流電經(jīng)過相巧變換器變換為直藏直流電壓經(jīng)過橋式逆變器變換為高頻交流電壓輸入到變壓器原邊，然后耦合到高頻變壓器副邊經(jīng)過個(gè)全橋整流器變?yōu)橹绷麟妷涸偻ㄟ^相逆變器輸出相交流電壓。這種結(jié)構(gòu)的電力電子變壓器與33的主電路相比減少了4個(gè)功率管，可實(shí)現(xiàn)交流側(cè)功率因數(shù)為1的控制，似經(jīng)過的變換環(huán)節(jié)太多，損耗較大。

　　閣3為采用反激型變換器的電力電子變壓器，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是基于0直接變換的思想，避免過多的中間階段，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，從中也可看出，整個(gè)裝置的開關(guān)器件只有6個(gè)，大大少于前面兩種結(jié)構(gòu)。

　　其開關(guān)控制采用，界河控制策略，當(dāng)工作于定的占空比0時(shí)，輸出電壓和輸入電壓的關(guān)系式為充電，能量存儲(chǔ)于電感和電容中；當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，電感向變壓器原邊繞組放屯，能量高役，介到，邊繞組。對(duì)副邊電容充電，同時(shí)對(duì)負(fù)載供電；當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，副邊源側(cè)的電感和電容組成了1濾波器，適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)可以濾除電源側(cè)的電壓諧波，能在定程度上解決電能質(zhì)量的問。但是這種結(jié)構(gòu)不能用于大功率的場(chǎng)合。

　　3采用高頻交流鏈的電力電子變壓器主電路⑶采坩雙直流環(huán)節(jié)的電力電子變壓器主電路00采用反激變換器的電力電+變壓器主電路4發(fā)展趨勢(shì)及關(guān)鍵問對(duì)電力電子變壓器進(jìn)行研究的個(gè)重要趨勢(shì)是通過電力電子變吒器解決電能質(zhì)量問歧即電力電干變壓器既具備傳統(tǒng)變片器的功能。如電能傳輸隔離變換等。又具有抑制諾波雙流動(dòng)防止負(fù)載側(cè)出現(xiàn)故障影響電源電壓輸出電壓可以有直流分量消除電壓跌，瓶，瘦，昭腧射潘跑，落升高，以及過電壓欠電壓等電源側(cè)電壓的干擾對(duì)負(fù)荷的影響，對(duì)各種電量進(jìn)行監(jiān)測(cè)顯分析處理來判斷各種異常情況對(duì)其自身和系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，并給出報(bào)警，號(hào)和故障類型等優(yōu)點(diǎn)。

　　目前，電能質(zhì)量問造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大，據(jù)估計(jì)每次電能質(zhì)量問使生產(chǎn)流水線中斷或重新啟動(dòng)可能造成平均30萬100萬美元的損失6.美國每年由于屯能質(zhì)試1造成200億美兀的損失1然而，系統(tǒng)即使按比較人記性設(shè)計(jì)也無法避免電能質(zhì)景問比較佳的性能價(jià)格比。因?yàn)椋渌魏畏N方法除了需要補(bǔ)償設(shè)備外。還要配備負(fù)荷等容量的傳統(tǒng)變壓器和相應(yīng)的保護(hù)設(shè)備。相當(dāng)于把傳統(tǒng)變壓器及其配套的監(jiān)測(cè)保護(hù)設(shè)備和配電型靜止同步補(bǔ)償器動(dòng)態(tài)電吒恢復(fù)器電力源濾波器綜六電能質(zhì)試調(diào)節(jié)器電能質(zhì)量補(bǔ)償裝置的功能合為，可大大降低成本。目前，基于用戶電力技術(shù)的補(bǔ)償設(shè)備還沒有得到廣泛地應(yīng)用，其主要原因就是成本問，而使用電力電子變壓器，可打效地解決這付盾。使得電力電于變壓器不但可以使用在對(duì)能量轉(zhuǎn)換裝置的體積重量有特殊要求的場(chǎng)合，如航海航空航天等領(lǐng)域，也可為電能質(zhì)量敏感負(fù)荷供電，如造紙廠紡織廠擠塑機(jī)生產(chǎn)精密機(jī)，的汽車零件制造大型體鍛造業(yè)以及半導(dǎo)體制造業(yè)似屯07呔療化工領(lǐng)域等。

　　計(jì)付以上發(fā)城肺，清要付以下兩方而深入研宄又寸適合于電力電子變壓器的各種電路拓?fù)溥M(jìn)行深入研宄。因?yàn)椋瑸榱耸闺娏﹄娮幼儔浩髟缛諔?yīng)用，應(yīng)當(dāng)從提高可靠性降低損耗著手。而目前所使用的電路1構(gòu)復(fù)雜可靠性低損耗大。

　　對(duì)電力電子變壓器控制策略加以研究，得出能同時(shí)完成能量轉(zhuǎn)換和解決電能質(zhì)量的問功能的控制策略，即如何將電能傳輸隔離變換保護(hù)和改善電能質(zhì)量問的功能合而為。

　　5結(jié)論及展望電力電子變壓器具有廣闊的使用前景，方面，可以使用在對(duì)能量轉(zhuǎn)換裝置的體積重量有特殊要求的場(chǎng)合，如航海航空航天等領(lǐng)域；另方面，可以為電能質(zhì)量敏感負(fù)荷供電，如造紙廠紡織廠擠塑機(jī)生產(chǎn)精密機(jī)械的汽車零件制造大型泵體鍛造企業(yè)以及半導(dǎo)體制造業(yè)銀行電信軍事醫(yī)療化工領(lǐng)域等。因此，電力電子變壓器是建設(shè)綠色電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備之，對(duì)其進(jìn)行研制和使用可以取得巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

　　正如開關(guān)電源己受到廣泛應(yīng)用樣，隨著技術(shù)的成熟，電力電子器件性能的提高成本的降低，在5 10年內(nèi)電力電子變壓器必將在多個(gè)領(lǐng)域內(nèi)得到極為廣泛的應(yīng)用。

　　潘詩鋒1980，男，江蘇南京人，碩±研宄生，主要從事電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用的研宄；趙劍鋒1972，男，浙江臨海人，副教授，博士，主要從事電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用和電能質(zhì)量問的研宄。

　　徐州供電公司完成重大帶電作業(yè)課2003年10月13日，徐州供電公司利用500陽淮線停電維修后啟動(dòng)之初不帶負(fù)荷的機(jī)會(huì)，在任上5237線路段上，帶電更換聯(lián)串耐張絕緣子獲得成功。據(jù)悉，這在全國尚屬首次，此前只有北京供電局在20世紀(jì)末多次成功地實(shí)施過帶電更換聯(lián)串耐張絕緣子的工作。

　　據(jù)介紹，帶電更換聯(lián)串耐張絕緣子是江蘇省電力系統(tǒng)2003年比較重要的科研課。為破解這道難鼠徐州供電公司在2003年初接到任務(wù)后，立即組織線路工區(qū)的技術(shù)人員刻苦攻關(guān)。他們自制專用工器具，在反復(fù)研究