電力變壓器在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的運用分析

摘要：電子電力變壓器是一種較為常見的變壓器設(shè)置模式，其主要特點在于質(zhì)量較輕、體積小、可進行高處設(shè)計等。應(yīng)用過程中無需建立專門的變電所，所以提升了系統(tǒng)的安全性能，同時也最大限度的降低了安全事故的發(fā)生概率。將電子電力變壓器應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)中，可為系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行提供保障。

關(guān)鍵詞：電力變壓器；光伏發(fā)電系統(tǒng)；運用

1電子電力變壓器的工作原理分析

1.1電子電力變壓器基本結(jié)構(gòu)

電子電力變壓器是將電力電子變換器和高頻變壓器進行結(jié)合，從而實現(xiàn)電能的變換和傳輸?shù)撵o止電氣設(shè)備。其基本構(gòu)架如圖1所示。

工作原理：工頻交流電從原邊輸入，然后通過原邊的變換器#1將輸入的信號轉(zhuǎn)換為高頻交流信號，高頻交流信號通過高頻變壓器的耦合將電能傳遞到副邊，在副邊利用變換器#2將高頻交流信號變換為所需形式并入電網(wǎng)或者給負荷供電。因此電子電力變壓器主要由電力電子變換器和高頻變壓器兩者構(gòu)成。前者可實現(xiàn)波形的控制，如幅值，相位，頻率和諧波的控制，后者主要實現(xiàn)一次側(cè)和二次側(cè)的隔離與電壓等級的變換。通過控制電力電子變換器的相關(guān)參數(shù)，就可以在電子電力變壓器的二次側(cè)得到所需要的電能形式，與常規(guī)電力變壓器相比，電子電力變壓器除了實現(xiàn)電氣隔離和電壓等級變換外，還可實現(xiàn)系統(tǒng)的電壓幅值、相位、頻率和諧波的控制，實現(xiàn)電能形式的自由變換。

2光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1國外發(fā)展現(xiàn)狀

20世界80年代，在石油危機的影響下，日本、美國以及歐洲等國家已經(jīng)開始研究新能源的開發(fā)和利用，在此過程中投入了大量的物力和人力，并結(jié)合自身實際的發(fā)展狀況，制定出合理的光伏發(fā)電計劃。美國在新能源部的帶動和支持下，于1973年率先制定了光伏發(fā)電計劃，在方案中明確闡述了不同階段的發(fā)展目標，并投資了“光伏建筑物計劃”。目前，美國境內(nèi)仍在開發(fā)探索階段、開始安裝和已經(jīng)安裝的非住宅太陽能項目已達1795個，容量約為26GW，可見其發(fā)展之迅速，裝機容量之大。

2.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

我國是世界上的能源生產(chǎn)和消費大國，同時也是為數(shù)不多的以煤炭能源為主的國家，為此，提升能源應(yīng)用效率、調(diào)整開發(fā)結(jié)構(gòu)、發(fā)展可再生性能源才是我國的當務(wù)之急，也是保證社會經(jīng)濟快速、可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。我國的日照能源十分豐富，合理應(yīng)用和開發(fā)該能源是解決我國能源緊缺問題的關(guān)鍵途徑。雖然我國的光伏發(fā)電系統(tǒng)起步較晚，但發(fā)展速度較快，早年間對光伏進行研究主要是為了解決衛(wèi)星供電問題，一直發(fā)展到90年代，國家加大了光伏發(fā)電的投資力度，并率先在北京和深圳兩地分別建成了7kV和17kV的光伏屋頂發(fā)電系統(tǒng)。

3電子電力變壓器在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的運用分析

3.1拓撲結(jié)構(gòu)

可以采用如圖2所示的模塊化結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。

這種結(jié)構(gòu)的特點是：低壓側(cè)連接光伏發(fā)電系統(tǒng)，所取直流都是光伏電源輸出。經(jīng)過隔離側(cè)將直流調(diào)制為高頻方波，通過高頻變壓器傳遞到副方，副方利用二極管整流將方波整流為直流電，低壓側(cè)經(jīng)過單相全橋逆變器變換為所需交流。低壓側(cè)連接光伏發(fā)電系統(tǒng)，它的電壓等級較低，但是由于輸出功率較大，所以要考慮電流容量，如果電流容量不夠可使用模塊并聯(lián)解決。高壓側(cè)接入配電網(wǎng)之中，由于配電網(wǎng)的電壓等級較高，為了滿足電壓要求可將二次側(cè)的模塊級聯(lián)滿足電壓等級要求。

這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于：一方面，通過模塊串聯(lián)技術(shù)提升了裝置的電壓等級；另一方面，通過模塊并聯(lián)技術(shù)提升了裝置的電流容量，使得該拓撲結(jié)構(gòu)應(yīng)用于高壓、大功率場合變?yōu)榭赡?。同時通過模塊的串并聯(lián)技術(shù)可以降低電子電力變壓器中電壓和電流諧波。

3.2控制措施

隔離級和輸入級別控制。輸入級一般會減少一個整流環(huán)節(jié)，故不需要進行控制。而隔離級一次側(cè)需將光伏系統(tǒng)輸出的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l交流電，在二次側(cè)通過直流電路再轉(zhuǎn)變成直流信號，其中，一次側(cè)為單相全橋逆變電路，二次側(cè)為單相橋式不控制整流。隔離級要將直流信號調(diào)整為高頻方波信號，耦合至二次側(cè)之后便可還原為直流信號。在此過程中，單相全橋逆變器可應(yīng)用開環(huán)控制，將直流信號的占空比調(diào)整為5%的高頻方波，耦合至二次側(cè)之后通過單相橋式不控制整流獲取直流信號。該操作簡單，且控制效果顯著，可有效解決同步問題，若不考慮高頻變壓器的過渡過程，則中間隔離器也可被看作是比例放大器。

其中，k為變壓器變比。

3.3微電網(wǎng)模型

“微電網(wǎng)”一詞概念較新，且提出時間短，目前尚未形成一個完整的標準。

各國家及地區(qū)對于其的描述均立足于本地社會經(jīng)濟條件、能源結(jié)構(gòu)以及電力系統(tǒng)的實際特點。但通常，微電網(wǎng)是將發(fā)電機、儲能、負荷及控制裝置等進行結(jié)合，從而構(gòu)成一個完整的單元，向用戶提供熱能和電能。微電網(wǎng)的電源通常為微電源，包括蓄電池、飛輪、超級電容器、燃料電池、微型燃氣輪機等儲能元件，將這些設(shè)備接在用戶側(cè)，具有污染小、電壓低、成本低廉等優(yōu)勢。

4總結(jié)

總之，光伏發(fā)電系統(tǒng)利用電子電力變壓器接入配電網(wǎng)后，可使其功率、電流、電壓等均能滿足并網(wǎng)需求，還能使光伏發(fā)電系統(tǒng)具備一定的事故運行能力，且在該狀態(tài)下仍可為配電網(wǎng)輸送功率，并保持端口電流、電壓的穩(wěn)定性。結(jié)合系統(tǒng)運行狀態(tài)，適當?shù)恼{(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出的有功和無功，可使光伏系統(tǒng)在配電網(wǎng)故障時保持短時的并網(wǎng)運行狀態(tài)。

參考文獻：

[1]田玉成.淺析非晶合金變壓器在光伏電站的應(yīng)用[J].太陽能.2014，10：41-43.

[2]基于電力變壓器運用過程中的主要問題及解決策略探析[J].李超.科技風(fēng).2017（21）.

（作者單位：中利騰暉共和光伏發(fā)電有限公司）

作者簡介：阿懷滿（1981.10.14），性別：男；籍貫：青海；民族：蒙古族；學(xué)歷：大專；職稱：助理工程師：職務(wù)：技術(shù)主管；研究方向：光伏發(fā)電。