浅析配电网中的电力电子变压器

林海燕

（四川省送变电建设有限责任公司十分公司 四川省 成都市 611731）

浅析配电网中的电力电子变压器

林海燕

（四川省送变电建设有限责任公司十分公司 四川省 成都市 611731）

电力电子变压器（PET）作为重要的组成设备对于建设“绿色智能电网”具有非常重要的作用，被广泛应用到配电网的建设当中。本文简要阐述了电力电子变压器的相关工作原理、各级控制电路的工作原理以及 PET在配电网中的应用，希望能够对相关人士有所帮助。

配电网；电力电子变压器；原理；应用

0 引言

电力变压器是用于输配电系统中能量传输以及电压转换的主要设备之一。近年来，随着电力电子技术的发展，新型的电力电子变压器（PET）得到了较大的发展以及应用，在很大程度上提升了电能的传输质量，成为了现代智能配电网建设的主要设备之一。

1 配电网PET的基本概述

（1）PET的主要工作原理

PET主要包括的组成部分有：初级功率变换器、次级功率变换器、高频变压器。其工作过称为：主侧输入端输入工频电压，其经过原边变换器转变成为高频的交流电压，之后通过高频变压器将其耦合到副侧，然后通过副侧的变换器将其转变成为想要得到的电压波形。工作原理如图1所示。

图1 PET的工作原理图

PET按照具体实现形式的不同可以分成交-交-交变换以及交-直-交-直-交变换两种，相对于交-交-交变换来说，交-直-交-直-交变换的结构相对较为复杂，但是其具有非常好的控制性能。利用PWM调制可以方便的进行输入输出电压、电流以及功率的控制。较为典型的交-直-交-直-交拓扑结构如图2所示。

图2 PET典型的交-直-交-直-交拓扑结构

（2）PET的系统结构以及优势

第一，在配电网的PET结构中，输入级的变换器主要使用的是三电平整流器进行拓扑，隔离级变换器主要使用的是三电平半桥直直型式，输出级所用的逆变器使用的是二电平电压型式。因为输入级具有比较高的电压，通过三电平电压型变换器进行整流能够很大程度上降低功率元件的耐压值，从而提升功率元件的使用效率。另外，相比二电平来说，三电平能够一定程度上降低输出电压谐波，更容易输出良好正弦的电压波形，比较适合应用于高压大容量的电力系统。

第二，配电网PET的相关优势：

①洁无污染、重量以及体积都较小；

②能够良好维持负荷侧输出电压值不变，不会随着负荷的变动而变动，并且能够平滑的调整；

③相比常规变压器来说，PET不需要采用继电保护装置，能够将故障电流快速关闭，起到断路器的作用。

④能够良好保持电压正弦波形，并且能够调整功率因数，能够确保输出功率因数为1。

⑤PET具有智能控制功能，能够实现在线自动检测、自动诊断、自动恢复等相关功能，也能够通过网络进行通讯，从而实现网络的连接。

2 配电网PET相关控制电路原理

（1）输入级的控制

配电网中的PET除了要确保输出方得到良好的输出电压外，也要最大程度上降低输入侧的电流谐波，从而降低对于电网的谐波污染。为了确保输入侧是较好的正弦波以及达到功率因数可控的目的，可以通过双闭环（电流内环+电压外环）进行控制。为了确保上述功能能够实现，在外环，反馈直流电压和给定电压参考值进行比较，得到相应的偏差结果，通过控制器进行调节之后当成 d轴电流、q轴电流参考零位，从而实现单位功率因数运行。在内环，三相输入电流采样之后通过相应的坐标变换得到d轴以及q轴的相关分量，将这些量和相关的参考值进行比较，并且经过控制器调制形成调制信号波。

（2）隔离级的控制

隔离级的作用就是将输入级的直流进行调制，形成高频的方波信号，并且通过高频变压器进行耦合，在副侧形成相应的直流信号。将输入侧直流调制成为高频的方波信号主要是通过控制三电平半桥开关器件来进行的，高频变压器的作用在于：第一，将原方系统与副方系统进行必要的隔离；第二，进行电压方面的转换。

在输入级的直流高压幅值和变压器的变比确定时，通过调节隔离级开关器件的占空比来得到具有不同占空比的高频方波信号，从而能够在直流低压侧得到不同等级的电压。所以，隔离级是通过电压电流闭环控制，从而在直流低压侧得到与输出级逆变系统相适应的电压等级.

（3）输出级的控制

输出主要是要得到恒定的电压，所以在负载侧输出端是通过电压恒定的控制。将三相的输出电压经过旋转坐标系进行转换得到的d轴以及q轴的分量与参考值进行比较，得到对应的结果偏差，通过调制器调制后得到相应的信号，再利用SVPWM控制算法实现对于逆变器的开关控制。

3 PET在配电网中的应用

在电力系统中，配电系统位于最末端的位置，其直接连接的是用户。随着社会的进步以及科技的发展，配电网具有了全新的特征，包括：第一，大量的电力电子设备被应用到配电网中，随着电气化的发展以及冲击性负荷的不断增加，配电网中增加了大量的谐波以及电压闪变污染；第二，用户对于供电安全性以及可靠性要求不断提升，供电企业要求不断减少网损，提升经济效益；第三，由于单相负荷以及线负荷不断增加，造成三相不平衡越来越严重。

那么怎样提升配电网电能供应的质量、怎样解决三相不平衡问题以及怎样提升提升供电企业的经济效益就成为现代配电网急需解决的问题。PET在配电网中的应用是解决上述问题较好的形式。PET实际上就是将传统变压器和相配套的装置设备（主要包括：监测设备、补偿设备、滤波设备、调节设备等）进行融合，从而很大程度上降低成本。PET不但能够完成传统变压器所具有的基本功能（主要指变压器的变压、隔离以及能量传递），还可以避免因为原方电网发生的电压突然变化造成的负荷方面的影响。另外，PET能够良好的将负荷侧冲击进行隔离，防止其对原方电网造成的冲击，确保电能质量。同时，PET可以通过对电量方面的监测、分析以及处理来判断出不同类型的异常情况，从而实现对于自身以及系统方面的保护，并且可以发出报警信号以及相关信息等。但是从目前情况来看，已经具有的电力电子功率器件，从容量方面以及耐压等级方面都无法完全满足输电系统的相关要求，因此现阶段的电力电子变压器也只能应用到配电网中。经相关资料显示，目前已经研发出了在10KV配网中应用的PET，虽然还处在样机阶段，但也是非常明显的进步，距离大规模实用型PET应用到配电网中的目标已经不远。

结束语

由于传统变压器具有重量较大、体积较大以及空载损耗较大等缺点，在实际的应用过程中会造成很多的问题，所以随着科技的进步，电力电子变压器得到了广泛的应用。本文主要阐述了电力电子变压器的基本工作原理以及相应的结构形式，同时分析了配电网PET相关控制电路原理以及PET在配电网中的应用情况。通过这些内容可知，配电网中的电力电子变压器的应用会有非常好的前景，对于提升电网的电能质量具有非常重要的作用。随着未来科技的进一步提升，相信电力电子变压器一定会具有更加广阔的应用前景，会对国家的电网建设带来较大的帮助。

[1]凌晨; 葛宝明; 毕大强. 配电网中的电力电子变压器研究[J]. 电力系统保护与控制, 2012(02):15-17

[2]邱鹏; 孙冬梅; 嵇保健; 王建华; 杨树. 面向智能配电网的电力电子变压器研究[J]. 电测与仪表, 2016(01):18-19

[3]白杰. 电力电子变压器的应用研究[J]. 电工电气, 2009(11):88-91

K928

B

1007-6344（2016）07-0129-01

林海燕（1985年9月），女，大专，主要从事配电工程施工技术管理相关工作。