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摘要：电力电子变压器属于一种智能的电力变压器，这种变压器通过实用电力电子变换技术实现对于电源的良好控制与管理。传统的电力变电器在使用的过程中存在一定的弊端，那就是会对电力系统的安全造成影响与威胁，这导致传统电力变电器难以满足电力系统发展的整体需求。使用电子技术来对传统的电力变压器进行创新，可以形成较为新颖的电力电子变压器，这属于当代电力系统发展过程中带来的一项必然产物。本文主要针对于电力电子变压器的研究背景、相关概念、整体结构、实际应用进行分析，明确电力电子变压器在电子系统当中的实际应用效果。

关键词：电力电子变压器；电力系统；整体应用

电力变压器的作用在于维持电压的稳定，保障不同系统之间处于隔离状态，这是电力系统当中最重要的输变电设备。传统的电力变电器存在一定的问题和障碍，将会对电力系统的安全运行带来一定的影响与威胁，这势必会导致传统电力变电器难以满足电力系统发展的整体需求。使用电力电子变压器，可以对传统的电力变压器进行改进，满足电力系统的整体需求，这也是未来技术发展带来的一种必然选择。本文针对于电力电子变压器的相关概念进行分析，明确电力电子变压器在电力系统当中的实际应用，明确电力电子变压器与当代电力系统之间的关系。

1电力电子变压器在电力系统中应用的背景

随着经济以及社会的发展，电力系统拥有了非常巨大的变化与发展。大型电力系统甚至是超大型电力系统的出现，让电力系统规模在不断的扩大与发展，这打破了地域之间的垄断性，实现不断的跨地域发展，这种发展模式很多时候对于电力系统也带来了一定的要求，尤其是稳定性方面，一旦不达标那么将会导致电力系统最终崩溃。除了传统的发电方式之外，风能发电、太阳能发电、潮汐能发电等等新能源发电方式也逐渐得到关注与利用，这些多种发电方式的使用让当下的电力系统实现了多方面并联与转换，多种技术的快速发展，也让原本稳定的电力系统出现了一些微小的质量问题。未来电力系统将会面临更多的问题与调整，越发艰巨，传统的电力变压器在这样的状态下明显存在一定的不足与问题，未来针对于电力变压器开展创新，才能够更好的满足电网的实际需求。作为变压器与电力电子技术结合起来的全新智能变压器，这一变压器一方面克服了传统变压器的一些固有缺点，同时也有环保、节能、谐波控制、故障隔离、电能质量控制、运行方式控制、稳定性控制等等方面的优点和好处，将这一技术应用到电力系统当中，可以有效的实现电能在电网当中的传输，减少电网故障的概率，提升供电质量，保证电力企业向更好的方向进行发展。

2电力电子变压器概述

30多年来，电力电子技术迅速发展，电力电子电能变换技术在改善交直流驱动性能、提高各类电源性能和节约能源等方面起到了积极和重要的作用。但是，也应该看到，电力电子电能变换技术的应用已经成为电网和用电设备的主要谐波源。最近几年，相关领域的许多学者一直以实现“绿色变换”为目标，围绕提高网侧功率因数、减小系统输入和输出谐波等关键技术开展了卓有成效的研发工作。由于常规变压器无法在进一步提高供电可靠性和改善电能质量方面起到作用，实现“绿色变换”的着眼点，都集中在配电系统变压器之后的电能变换电路的拓扑结构和控制技术的研发上。但是，从改善配电变压器运行特性入手，改进变压器的功能以提高供电可靠性和改善电能质量，同样也是实现电能“绿色变换”的重要技术手段。最近几年，国外和国内学者开展的关于“电力电子变压器”的研究，就是采用电力电子变换技术对能量进行转换与控制，用电力电子变压器替代传统的配电变压器，实现上述目标的前沿性研究工作，具有很高的学术价值和重要的工程意义。

电力电子变压器属于使用电力电子变化技术以及电磁感应原理来讲电力特征能量从一种能量转化成为另一种的电力设备。

电力电子变压器相比较于传统电力变压器来说，不同的地方在于电力电子变换技术的引入，正是出于这一原因，电力电子变压器可以对一、二侧的电压实施实时控制，让电力系统的电压、功率、电流等等方面的控制实现更加灵活。电力电子变压器不仅仅具有传统电力变压器的作用和功能，同时在这一基础上还添加了一些符合现代电力系统需求的全新功能，比如说提升稳定性、优化电源配置、改善供电质量、控制功率等等方面的功能。

在电压变换的过程中，一方面可能存在直流缓解，同时也可能不存在直流缓解，根据这一特点，未来可以将电力电子变压器结构分为两种情况。一种属于交变换电力电子变压器拓扑结构，这一结构当中并不存在直流缓解，在使用的过程中也存在有效的可控性，在这一过程中使用的功率器件不多，应用范围也较为有限。而另一种则是交直来回变换的一种电力电子变压器拓扑结构，这一结构在变换的过程中具有直流环节，具有较高的可控性，可以开展良好的控制，而在我们的生活当中应用比较多的结构就是第二种，下图1为交直变换的拓扑结构。

相比较于传统的变压器，电力电子变压器的特点在于：首先电力电子变压器的供电电压稳定性较好，电力电子变压器系统具有对电能变换过程中的控制功能，进而实现输出电压的闭环控制，保证较高的输出电压调整率，为用户提供更加稳定的供电电压。其次则是供电质量较高，电力电子变压器将供电所与用户之间实现了隔离，这样一方面可以消除网侧电压的波动、波形失真、频率波动等等情况，同时也可以抑制用户端产生的无功、谐波、短路对电网造成的影响。再次则是不存在铁芯磁饱和的问题，电力电子变压器可以避免传统变压器由于铁芯磁饱和造成对系统当中电压电流的波形畸变。随后，体积小、重量轻、空载损耗小，但是效率相比较于传统设备来说较低，成本也比较高。电力电子变压器使用了高频变压器，体积可以极大的降低与减少。除此之外则是性能价格比较高，电力电子变压器在改善电能质量、提升可靠性、利用柔性化配电网实行谐波的实时控制方面，具有相对来说非常大的优势和好处，整体性能价格要超过电力变压器。接下来则是电力电子变压器可以实现高度自动化，配电网络的计算机监控系统可以直接远程监控通讯，控制电力电子变压器，实现连续的检测与控制。最后则是需要保证环保效果，这一设备需要开展空气自然冷却，节约充油的资源，进而减免污染，维护也较为简单，安全性较好。

3电力电子变压器在电力系统中的应用

虽然在当下的电力系统当中，电力电子变压器还没有大范围的开展使用，但是电力电子变压器自带的特点可以解决当代的电力系统当中存在的问题，目前来说已经在使用当中取得了一些不凡的成绩。

3.1配电网供电质量改善当中电力电子变压器的使用

配电线路当中经常会出现电压的突然上升、突然下降、闪变、波动的电压扰动问题，一般来说通过在配电端架动态电源恢复器属于解决这一问题的最常用方法。这种传统的动态电压恢复器消除系统电源扰动的方式就是对系统当中注入一股补偿电压，但是补偿电压属于通过可调节自耦变压器和隔离变压器产生，这种不连续的调节降低了动态电压恢复器对于系统的响应速度，进而也就会出现不能将电压波动完全消除的情况。而另一方面，由于内部构成的问题，传统动态电压恢复器体积比较大，成本也比较高。

动态电压恢复器属于在电力电子变压器的基础上产生的，这一器材可以极大的提升对于动态补偿的响应速度。动态电压恢复器具有三个组成部分，分别是输入级对输入功率引述和直流输入电压，实现可控，主要构成是三项工频PWM整流器。而隔离级具有系统隔离和直流电压变压的功能，主要构成是高频隔离变压器、单相高频蒸馏、单项高频逆变。而输出级则是实现三项输出电压独立控制，主要构成是单相工频电压源逆流器。

动态电压恢复器使用的是符合控制的一种方式，也就是说动态电压补偿指令一共包括两个，分别是电网侧电压，主要使用了电压谐波补偿指令来提升稳定性以及对应的响应速度。而另一个则是负载侧电压，主要使用了针对修整器压变内阻和漏抗，这种控制方式相比较于之前的方式可以更好的改善电压补偿效果。

3.2电力系统动态特征改善中电力电子变压器的应用

我国国土面积的特点决定了我国输电网络当中电源点和负荷区之间的距离比较远，这形成了我国输电网络的特点，那就是电压高、距离远、容量大的特点。想要实现西电东送，就首先需要保证输电系统具有一定的稳定性。在远距离输电系统当中，使用电力电子变压器，可以让发电机励磁和电力电子变压器实现协调控制，进而保证远距离输电系统的稳定与运行质量。

在电力系统当中，电压、电流、功率等等内容的调节需要通过电力电子变压器来完成，根据电力系统的实际需求，功率需要在电力电子柏妮雅琪与电力系统之间实现交换与流动，通过提升电力系统的阻尼，可以抑制电压扰动带来的震荡与影响，让其快速回复到原本稳定的状态，很多时候这极大的提升了电力系统的稳定性与运行质量。

电网电压跌落以及供电中断的情况，本文针对于这一情况的分析是即便是电力系统当中绝大多数情况下电压跌落幅值都会小于40%，即便是电网电压发生跌落，电力电子变压器依旧可以保证良好的输出电压。

3.3电力电子变压器在微电网孤岛运行中的应用

以上两节主要介绍了电力电子变压器在电力系统电能质量控制中的应用，主要包括电网电压在电压波动与闪变、电力系统谐波、三相电压不平衡、电压跌落和短时供电中断等非正常情况下，电力电子变压器的输出基本不受影响，满足用电负荷对电能质量的要求。在电能质量的研究中，频率偏差对电能质量的影响也非常大，特别是当可再生能源接入电网的情况下。

随着我国越来越重视可再生能源发电技术，未来将会有越来越多的可再生能源发电系统接入到电网中，同时分布式发电、微电网的研究和应用也得到关注。微电网的一大优势是，在主电网发生故障或者电能质量不符合用电要求的情况下，微电网可以运行在孤岛模式下，保证敏感负荷的不间断供电，提高供电可靠性和安全性。

但是微电网有容量较小、功率不稳定的特点，使微电网的频率控制问题较为困难，特别是当主网与微电网脱离之后的一段时间内，微电网孤岛运行的频率变动较大，严重影响对频率要求较高的敏感负荷的供电。本节将在微网系统中研究电力电子变压器对频率变动的抑制作用。

在可再生能源的研究中，风能的开发和利用已经走在了前列，并且伴随着技术的进步，风能发电必将在能源结构中占有越来越高的比例。为简化分析，本节微电网的模型不考虑固体燃料电池和光伏发电等其它的新能源发电形式，只考虑风力发电形式，采用风力发电与主网联合向负荷的模式。

风力发电根据采用的发电机类型可分为基于普通异步发电机、基于双馈感应发电机、基于多极同步电机的风电机组。本模型搭建采用基于双馈感应异步发电机的风力发电机模型。

3.4分布式电源并网中电力电子变压器的应用

在近些年来发展的过程中，我国能源危机逐渐严重，为了实现社会的可持续化发展与进步，人们加大了对于风能、光能等等可再生资源的利用，通过使用这些清洁能源，我国电能供应更加顺利。由于煤、石油等化石资源的不断减少，对可再生能源的利用越来越受到人们的重视。风力发电和光伏发电将在未来得到广泛的应用，而这些发电技术的使用将会使得电力系统中接入大量的分布式电源。无论是哪种发电技术，都需要将分布式电源接入到电力系统上。分布式电源由于容量较小、交直流兼有的特性，让电压或者频率波动较大，如果直接使用这一电源，将会对电力系统的稳定性造成较大的影响。在风力发电和光能发电的过程中，产生的电源对于一般的电力电子变压器的输入级来说，想要将分布式电源和电力系统进行有效的兼并，那么就需要保证电力电子变压器输出级并网电流为与电网电压同频率、同相位的正弦波。分布式电源由于其容量小、交直流兼有的特性使得电压或者频率波动比较大，如果将这种电源直接接入到电力系统中﹐会冲击电力系统的稳定运行。风力发电、小水电、燃烧电池、太阳能等发电产生的分布式电源都需要不同的电力电子变压器的输入级﹐而电力电子变压器的中间隔离级、输出级就与一般的配电系统中的电力电子变电器的结构基本一样。要实现分布式电源并入电网时运行能够与电力系统实现并联，而且将这些能源利用高功率因数的方式回馈到电网﹐同时也要求电力电子变压器输出级并网电流为与电网电压同频率、相位的正弦波。

3.5柔性交流输电技术中电力电子变压器的使用

柔性交流输电技术当中，对于电力电子变压器主要的应用为在使用的过程中需要将其结合，从而实现输电网高压锻炼限流器和不间断的供电技术。

在线式不间断电源当中，可以向负荷不间断的开展供电，这一供电工程属于将蓄电池组安装到电力电子变压器的直流环节。电网正常工作的情况下，对负荷供电的工作通过配电网通过电力电子变压器来完成，一旦电网出现故障与问题，配电网就无法向负荷供电。电力电子变压器内部配备的蓄电池组就会代替配电网来向负荷不间断进行供电，直到配电网供电再次恢复。

4结束语：

总而言之，我国电力行业在发展的过程中遇到了越来越多的挑战和影响，因此未来提升电力系统的稳定性属于保证未来可持续化发展的关键与重要所在，而电力电子变压器的使用，恰好可以提升电力系统整体稳定性，同时也能够极大的减少故障发生的次数与故障发生的威胁，实现分布式电网与电力系统的并联，对电力系统的创新以及应用做出更大的贡献和帮助。

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