电力电子变压器简要介绍

电力电子变压器简要介绍电力电子变压器介绍0、前言电力电子变压器(PowerElectronicTransformer简称PET)作为一种型的能量转换设备，与传统的变压器相比，具有体积小、重量轻、空载损耗小、不需要绝缘油等优点。它是集电力电子、电力系统、运算机、数字信号子器件和电力电子变流技术，对能量进展转换与操纵，以替代传统的电力变压器。1、差不多原理PET的设计思路源于具有高频连接的AC/AC1,即通过电力电子变换技术将变压器原边的工频沟通输入信号变换为高频信号,经高频变压器耦合到副边后,再经电力电子变换复原成工频沟通比,因此高频变的体积远小于工频变压器,其整体效率高。1电力电子变压器差不多原理框图PET截了当AC/AC步解调;二是在变换中存在直流环节,通常在变压器原边进展AC/AC再将直流调制为高频信号经高频变压器耦合到副边后,在副边进展DC/ACPWM调制技术可实现变压器原2、争论现状1970GE公司第一制造了具有高频连接的AC/AC变换电路后,特地多科研工作者对各种不同构造的具有高频连接的AC/AC变换器进展了深入的探讨和争论,并提出了PET(EPRI)的争论小组先后提出了一种固态变压器构造,KoosukeHarada也提出了一种智能变压器,他们通过对高频技术的使用,使变压器体积减小,实现恒压、恒流、功率因数校正等功能。早期的PET进展水平的限制,所提出的各种设计方案均未能有用化,特地是在可用于实际输配电系统(10kVPET20世纪90年月,国外在这一争论领域中取得了一些进展,提出了的技术方案,并制作ABB生公司资助下对电力电子变压器进展了争论，完成了10kVA，7200V／240V另外，设计时为减小对开关器件的应力，输入承受多个变流器串联工作，使系统的牢靠性大大降低，当其中任意一个器件显现故障都会导致工作特地。美国威斯康星一麦迪逊大学与ABB2090功能进展了分析和争论。A&MAC/AC变换的PET的2。这种PET的首要设计目标是减小变压器体积和重量并提高其整体效率,其工作原理为:工频信号先被变换为中频信号(600Hz～112kHz)后通过中频隔离变压器耦合到其副边,中频信号随后又被同步复原为4向。图260Hz110kHz后,变压器的输送3PET1/3,总体效率与常规变压器相当,其原理和操纵较简洁,易于实现。但变压器副边波形差不多是对原边波形的复原,可控性不高。2基于AC/AC变换的PET〔单相〕为简化构造,降低本钱,ManjrekarM.D.和KieferndorfRbuck-boost变换器的根底上提出一种直截了当AC/AC变换构造的PET(见3)。3基于buck-boost的PET这种变压器的工作过程为:输入三相电源的线电压通过功率开关S1,S2S3频沟通信号经功率器件S1′,S2′和S3′同步复原为工频沟通输出。图中Li,CiLC滤波器以减小变换器对电源注入的谐波电流。此方案的特点是构造和操纵简洁,功率器件数少,本钱低,但由于工作过程中电流断目前国内外争论中最具代表性的电力电子变压器为交—直—交—直—44三相双直流环拓扑构造电力电子变压器截止目前，国际上对电力电子变压器的争论尚处于初级时期，还有很多相关的理论和实际问题需要争论。要到达有用化，功能上还需进一步完善。3、PET变换技术所具备的特点，电力电子变压器应具备以下优点：①改善供电电能质量，实现恒频、恒压输出：始终保证原边电流和副边1.0；操纵电力电子变压器，实现在线连续监测和操纵；③体积小、重量轻。由于在都市中配电变压器的分布密度相当高，因此其体积、重量及易疼惜性对良好的都市建设与规划特地重要：④环保成效好，能够空气自然冷却，省去充油，从而削减污染、疼惜简洁、安全性好；⑤能够不需要常规继电疼惜装置；而且兼有断路器的功能，大功率电力电子器件能够瞬时(微秒级)关断故障大电流；户使用电能也带来特地大的便利；⑦能够转变电力系统中的有功、无功潮流，并对正常运行和故障时电力系统的功率平稳要求予以快速补偿。电力电子变压器也有缺乏之处：PWM小到最低程度。②按理论运算，电力电子变压器效率高于常规变压器，但在目前技术条件下，实际运行效率可能比常规变压器稍低一些。以后随着电力电子器件进展水平的提高、操纵方案的改进优化以及散热方式的改善等，电力电子变压器的运行效率会逐步提高。要贵一些，这将直截了当阻碍推广到实际应用。4、PETPET近年来，分布式发电系统已成为重要的能源。分布式电源交直流兼有，本钱高，体积大，逆变效率难以提高，同时需要额外的调压、调频设备才能保证供电质量。PET系统，另外由于能对整流、逆变局部进展操纵，可省去额外的调压、调频设55可再生能源并网发电系统组成构造图可再生能源有多种外形，且转化为电能的方式不同，打算了可再生能源在转化为直流电能时有不同的直流侧处理电路，如光伏发电需使用DC／DC电路，而风力发电那么需使用AC／DC离环节，将直流电转化为高频沟通电。通过高频变压器耦合到副边，再整流电气隔离作用。最终通过逆变器实现和公用电网的并网。承受电力电子变压器实现的风力和小水电单相并网逆变器构造如图6示，该构造为交—直—交—直—交型双直流环拓扑。6风力和小水电单相并网逆变器构造图输入环节为三相电压型PWM且实现直流输出电压可控、单位功率因数运行。对PWM压外环、电流内环的双闭环操纵方案。电压外环是为了实现对输出电压的操纵，电流内环是为了实现单位功率因数操纵。为了猎取快速的动态响应，电流环能够承受直截了当电流操纵技术，电压环承受常规的PI关于并网逆变器的隔离环节，高频变压器原边的单相逆变电路，在开关损耗承诺和变压器磁芯承诺的范畴内，逆变器输出频率越高，变压器的体积和重量越小，只须到达高频逆变目的即可。关于变压器副边整流电路，只要能实现高频整流即可。因此，变压器原边逆变电路和副边整流能够用开环操50％压器的副边绕组后再同步整流复原成直流。输出环节为单相PWM与电网稳固地并联运行，二是能将可再生能源以高功率因数回馈电网。为了使系统在并网工作时功率因数近似为l，那么必需要求逆变器输出的并网电流为正弦波，且和电网电压同频率、同相位。多数并网逆变器对输出电流的操纵是承受瞬时值操纵方案。先进的瞬时值操纵一样承受闭环反响，最典型随操纵技术有电流滞环瞬时值操纵技术和电流正弦脉宽调制(SPWM)瞬时值操纵技术。PET在配电网中，配电线路常常会显现各种电压扰动，如电压骤升、骤降、闪变、波动等。关于对电压敏锐的负荷，如电脑、通信设备等，常常会造成浩大缺失，如贵重数据的丧失、通信的中断等。传统的动态电压复原器能够慢，而且大的工频变压器也是其要紧缺点，工频变压器不仅体积大、本钱高，而且变换效率低。器分为三级，输入级为三相半桥PWM实现可连续运行，能够使得整流器电网侧电流正弦化，大大降低低次谐波，实现单位功率因数运行。隔离级承受高频变压器来实现隔离、变压和能量传递，高频变压器原边的电压源变换器将直流电调制为沟通电，通过高频变压输出级承受二个单相电压源逆变器并联的模式，每个单相逆变器连接LC波器，通过电容器将补偿电压耦合到各相中去，实现对各相电压的调剂。这路检测出电源侧电压；通过操纵电路产生补偿给定信号；由SPWM形成PWM信号：再由驱动电路去操纵电压型逆变器的功率开关；最终通过滤波器滤除高次电压谐波，在串联电容器上产生与畸变重量相反的补偿电压，从而提高负载侧的电能质量，使电能质量敏锐负荷免受电压跌落、不对称、闪变、波动及谐波的阻碍。该动态电压复原器的输入级的三相半桥PWM流，在理论上，不但能够实现输入电流正弦，且能够实现原方输入功率因数可控、直流输出电压可控。输入级高频整流一样需要承受双环操纵，即直流PWM流器的操纵方式是一样的。隔离级作用是将输入级的高压直流调制成中频方波信号，经中频变压器变压并耦合到副边后再转换成低压直流。这一级实现隔离及直流降压功能。承受开环操纵，由PWM边后再同步解调成直流。输出级的三个单相电压源逆变器通过电容器将补偿电压耦合到各相线路中去。能够实行复合操纵方式，同时检测电网侧和负载侧电压作为电压补偿指令。5、PET输电网高压短路限流器随着电力系统的进展以及负荷的增大,系统的互联就会使短路电流水平障限流疼惜装置(FCL)势在必行。电力电子型FCL与电力电子变压器技术相结合就可实现综合型多功能FACTSFCL77带串补功能的电力电子变压器型FCLFCL模块被串联在电力电子变压器输入模块前端,操纵器通过检测其输出端电流以及输入端电流对FCL开关断开电流通过串补电容变流,如此既实现了串补功能,又实现了开关的零损耗。当故障时,检测的电流到达临界电流值,开关快速闭合,电容和电感谐振实现高导通阻抗,就实现了短路电流的限制。不连续供电技术线式不连续电源(UPS)。由于在线式UPS出电压动态响应特性好，波形畸变小，并通过监控输入电压的状态对蓄电池组进展投切。当电网正常时，市电通过电力电子变压器对负载供电，对电网的畸变和干扰有特地好的抑制作用。当电网掉电时，由蓄电池组向逆变器供电，以保证负载不问断供电。假设逆变器发生故障，UPS到旁路，由旁路供电。当故障消逝后，UPS电。因此能够更好的保证供电质量。当电力电子变压器应用在分布式能源发电系统时，也能够把蓄电池组接入直流环节，作为中间储能环节。利用蓄电电能不能满足负载要求时，由蓄电池来进展补充，而当其输出的功率超出负载需求时，将电能储存在蓄电池中。6AC/ACPET28θ为整流θ的大小来进展输出电压幅值调剂,同时,变压器起到隔离和变压的作用。8AC/AC由于开关将开通、关断较大电流,因而其电压电流应力都特地大。能够49够减小开关损耗,并可将开关管的吸取回路去掉而不阻碍其正常工作,但操纵较简单,输入功率因数照旧不能得到调剂。947交—直—交—直—交型PET4所示的双直流环节为例进展争论,对输入整流模块、隔离模块、输出逆变模块分别进展争论,提出操纵方法。输入整流模块操纵策略输入整流模块实现输出电压调剂。假设不考虑功率的双向流淌,可对输1010整流模块拓扑构造和操纵流程三相全桥承受空间电压矢量操纵能够实现三相输入电压完全解耦,到达特地高的操纵性能。空间电压矢量操纵用三相电压矢量去靠近矢量电压圆,821111电压空间矢量分布假设将电压圆分成N等份,采样周期为Ts,那么任一空间矢量Vr其相邻两个开关矢量来等效,相应导通时刻为:式中:m为调制比。矢量与参考电压矢量的夹角θ要通过求矢量在α,β坐标轴上投影重量之比的反正切来求得,然后查正弦表求得矢量作用时刻T1T2,因而运算比较简单。能够承受一种改进的简化快速运算方法,即依照参考电压矢量在α、β坐标轴上重量,直截了当运算空间矢量在各个扇区内的作用时刻。即定义时刻算子:简洁证明合成电压矢量在各个扇区内的作用时刻差不多上上述时刻算子的线性组合,从而去除了三角函数查表的问题,简化了操纵过程,提高了操纵电路的信号处理力量。隔离模块操纵策略12换器通过移相操纵产生高频方波并通过高频变压器进展能量传递,同时,高操纵加在变压器原边绕组上的矩形波的电压幅值Vp,进而调剂输出电压；②检测负载电流的变化情形,调剂开关频率f,以保证隔离模块在满载和轻载时都有较高的效率。12隔离模块拓扑及其操纵流程全桥变换器在实现零电压开关(ZVS)时,超前臂依靠滤波电感和漏感实现ZVS较简洁,而滞后桥臂只能依靠漏感实现ZVS,实现起来比较困难。能够在变压器原边参加饱和电感LsZVS,同时,谐振电感饱和特性又可不能带来占空比丧失,这将会特地好地改善隔离模块的性能。输出逆变模块操纵策略电力电子变压器三相负载通常处于不平稳状态,这就要求逆变器为具有输出共地端的三相四线输出逆变模块。通常,实现方案是将直流电容分解成2为三相输出的共地端,但该方法直流利用率明显偏低。能够在传统的三相桥11313输出逆变模块拓扑4桥臂三相变换器,由于输出负载不对称,因而将三相空间坐标转16314成电