电力变压器在光伏发电系统中的运用分析

摘要：电子电力变压器是一种较为常见的变压器设置模式，其主要特点在于质量较轻、体积小、可进行高处设计等。应用过程中无需建立专门的变电所，所以提升了系统的安全性能，同时也最大限度的降低了安全事故的发生概率。将电子电力变压器应用于光伏发电系统中，可为系统的安全、稳定运行提供保障。

关键词：电力变压器；光伏发电系统；运用

1电子电力变压器的工作原理分析

1.1电子电力变压器基本结构

电子电力变压器是将电力电子变换器和高频变压器进行结合，从而实现电能的变换和传输的静止电气设备。其基本构架如图1所示。

工作原理：工频交流电从原边输入，然后通过原边的变换器#1将输入的信号转换为高频交流信号，高频交流信号通过高频变压器的耦合将电能传递到副边，在副边利用变换器#2将高频交流信号变换为所需形式并入电网或者给负荷供电。因此电子电力变压器主要由电力电子变换器和高频变压器两者构成。前者可实现波形的控制，如幅值，相位，频率和谐波的控制，后者主要实现一次侧和二次侧的隔离与电压等级的变换。通过控制电力电子变换器的相关参数，就可以在电子电力变压器的二次侧得到所需要的电能形式，与常规电力变压器相比，电子电力变压器除了实现电气隔离和电压等级变换外，还可实现系统的电压幅值、相位、频率和谐波的控制，实现电能形式的自由变换。

2光伏发电系统应用现状

2.1国外发展现状

20世界80年代，在石油危机的影响下，日本、美国以及欧洲等国家已经开始研究新能源的开发和利用，在此过程中投入了大量的物力和人力，并结合自身实际的发展状况，制定出合理的光伏发电计划。美国在新能源部的带动和支持下，于1973年率先制定了光伏发电计划，在方案中明确阐述了不同阶段的发展目标，并投资了“光伏建筑物计划”。目前，美国境内仍在开发探索阶段、开始安装和已经安装的非住宅太阳能项目已达1795个，容量约为26GW，可见其发展之迅速，装机容量之大。

2.2国内发展现状

我国是世界上的能源生产和消费大国，同时也是为数不多的以煤炭能源为主的国家，为此，提升能源应用效率、调整开发结构、发展可再生性能源才是我国的当务之急，也是保证社会经济快速、可持续发展的必然选择。我国的日照能源十分丰富，合理应用和开发该能源是解决我国能源紧缺问题的关键途径。虽然我国的光伏发电系统起步较晚，但发展速度较快，早年间对光伏进行研究主要是为了解决卫星供电问题，一直发展到90年代，国家加大了光伏发电的投资力度，并率先在北京和深圳两地分别建成了7kV和17kV的光伏屋顶发电系统。

3电子电力变压器在光伏发电系统中的运用分析

3.1拓扑结构

可以采用如图2所示的模块化结构来实现。

这种结构的特点是：低压侧连接光伏发电系统，所取直流都是光伏电源输出。经过隔离侧将直流调制为高频方波，通过高频變压器传递到副方，副方利用二极管整流将方波整流为直流电，低压侧经过单相全桥逆变器变换为所需交流。低压侧连接光伏发电系统，它的电压等级较低，但是由于输出功率较大，所以要考虑电流容量，如果电流容量不够可使用模块并联解决。高压侧接入配电网之中，由于配电网的电压等级较高，为了满足电压要求可将二次侧的模块级联满足电压等级要求。

这种结构的优点在于：一方面，通过模块串联技术提升了装置的电压等级；另一方面，通过模块并联技术提升了装置的电流容量，使得该拓扑结构应用于高压、大功率场合变为可能。同时通过模块的串并联技术可以降低电子电力变压器中电压和电流谐波。

3.2控制措施

隔离级和输入级别控制。输入级一般会减少一个整流环节，故不需要进行控制。而隔离级一次侧需将光伏系统输出的直流电转变为高频交流电，在二次侧通过直流电路再转变成直流信号，其中，一次侧为单相全桥逆变电路，二次侧为单相桥式不控制整流。隔离级要将直流信号调整为高频方波信号，耦合至二次侧之后便可还原为直流信号。在此过程中，单相全桥逆变器可应用开环控制，将直流信号的占空比调整为5%的高频方波，耦合至二次侧之后通过单相桥式不控制整流获取直流信号。该操作简单，且控制效果显著，可有效解决同步问题，若不考虑高频变压器的过渡过程，则中间隔离器也可被看作是比例放大器。

其中，k为变压器变比。

3.3微电网模型

“微电网”一词概念较新，且提出时间短，目前尚未形成一个完整的标准。

各国家及地区对于其的描述均立足于本地社会经济条件、能源结构以及电力系统的实际特点。但通常，微电网是将发电机、储能、负荷及控制装置等进行结合，从而构成一个完整的单元，向用户提供热能和电能。微电网的电源通常为微电源，包括蓄电池、飞轮、超级电容器、燃料电池、微型燃气轮机等储能元件，将这些设备接在用户侧，具有污染小、电压低、成本低廉等优势。

4总结

总之，光伏发电系统利用电子电力变压器接入配电网后，可使其功率、电流、电压等均能满足并网需求，还能使光伏发电系统具备一定的事故运行能力，且在该状态下仍可为配电网输送功率，并保持端口电流、电压的稳定性。结合系统运行状态，适当的调节系统输出的有功和无功，可使光伏系统在配电网故障时保持短时的并网运行状态。

参考文献：

[1]田玉成.浅析非晶合金变压器在光伏电站的应用[J].太阳能.2014，10：41-43.

[2]基于电力变压器运用过程中的主要问题及解决策略探析[J].李超.科技风.2017（21）.

（作者单位：中利腾晖共和光伏发电有限公司）

作者简介：阿怀满（1981.10.14），性别：男；籍贯：青海；民族：蒙古族；学历：大专；职称：助理工程师：职务：技术主管；研究方向：光伏发电。