電力電子變壓器及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

李旖旎 江杰

【摘 要】電力電子變壓器主要就是利用電力電子變化技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能控制的機(jī)器，在當(dāng)今各種新能源開發(fā)與使用的背景下，電力企業(yè)面臨著更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，而將電力電子變壓器應(yīng)用到電力系統(tǒng)中，能夠有效提高電力系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性，促進(jìn)電力企業(yè)的長(zhǎng)久發(fā)展。因此，將電力電子變壓器應(yīng)用到電力系統(tǒng)中是電力企業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。論文主要針對(duì)電力電子變壓器的結(jié)構(gòu)以及其在電力系統(tǒng)中的具體應(yīng)用做了具體介紹。

【Abstract】Power electronic transformer is mainly a machine which realizes intelligent control by using power electronic change technology. Under the background of the development and use of various new energy sources， power enterprises are facing more severe challenges. Applying power electronic transformers to power systems can effectively improve the stability of power supply and promote the long-term development of power companies. Therefore， the application of power electronic transformer in the power system is the inevitable trend of the development of power enterprises. This paper mainly introduces the structure of power electronic transformer and its application in power system.

【關(guān)鍵詞】電力電子變壓器;電力系統(tǒng);應(yīng)用

【Keywords】power electronic transformer; power system; application

【中圖分類號(hào)】TM41? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）09-0158-02

1 引言

電力電子變壓器作為變壓器和電力電子技術(shù)發(fā)展相結(jié)合的新型智能電力變壓器，它既克服了傳統(tǒng)變壓器的一些固有缺點(diǎn)，又具有環(huán)保、節(jié)能、諧波抑制、故障隔離、電能質(zhì)量控制、運(yùn)行方式控制、穩(wěn)定性控制等方面的優(yōu)點(diǎn)[1]，將其應(yīng)用到電力系統(tǒng)中，能夠有效實(shí)現(xiàn)電能在電網(wǎng)中的傳輸，減少電網(wǎng)故障，提高供電質(zhì)量，從而推動(dòng)電力企業(yè)朝著更好的方向發(fā)展。

2 電力電子變壓器的基本結(jié)構(gòu)

電壓在變換時(shí)既可能存在直流環(huán)節(jié)，也可能不存在直流環(huán)節(jié)，根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，我們將電力電子變壓器結(jié)構(gòu)分為兩種，一種是交—交—交變換電力電子變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中不存在直流環(huán)節(jié)，在使用過程中缺乏有效的可控性，并且使用的功率器件不多，應(yīng)用范圍有限;另一種是交—直—交—直—交變換電力電子變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在變換時(shí)具有直流環(huán)節(jié)，并且具備較高的可控性，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的控制。生活中應(yīng)用較多的也是第二種結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

3 電力電子變壓器在電力系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

3.1 電力電子變壓器的應(yīng)用能夠有效降低故障發(fā)生率

在傳統(tǒng)的配電線路中，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)各種故障，例如，電壓的突然上升與下降、電壓的頻繁波動(dòng)等。面對(duì)這些問題，有時(shí)會(huì)在配電端架設(shè)動(dòng)態(tài)電源恢復(fù)器，其在一定程度上可以解決這些問題，實(shí)現(xiàn)電壓的相對(duì)穩(wěn)定。動(dòng)態(tài)電源恢復(fù)器的工作原理是通過向系統(tǒng)內(nèi)部增加補(bǔ)償電壓來消除干擾。雖然該方法能夠?qū)崿F(xiàn)電壓的穩(wěn)定，但是因?yàn)槠鋵?duì)電壓的調(diào)節(jié)是間斷性的，這種特性會(huì)使動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的響應(yīng)速度降低。另外，受到內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響，傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器不僅具有龐大的外形，同時(shí)，還會(huì)花費(fèi)較高的經(jīng)濟(jì)成本。

動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器是在電力電子變壓器的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，能夠極大地提高對(duì)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)捻憫?yīng)速度[2]。通常我們認(rèn)為輸入級(jí)、隔離級(jí)和輸出級(jí)是構(gòu)成動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的主要部分。首先來看輸入級(jí)，它可以靈活控制直流輸入電壓，發(fā)揮主要作用的是三相工頻PWM整流器;再來看隔離級(jí)，它不僅可以實(shí)現(xiàn)隔離，還能夠?qū)χ绷麟妷哼M(jìn)行轉(zhuǎn)換;最后來看輸出級(jí)，它可以實(shí)現(xiàn)三相輸出電壓獨(dú)立控制，主要構(gòu)成是單相工頻電壓源逆流器。

3.2 電力電子變壓器的應(yīng)用能夠提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性

因?yàn)槲覈?guó)地域遼闊，在進(jìn)行電力系統(tǒng)配置與建設(shè)時(shí)，很多地方的負(fù)荷區(qū)與電源點(diǎn)之間都存在較長(zhǎng)的距離，這意味著我國(guó)的輸電系統(tǒng)必然存在距離遠(yuǎn)和容量大等特點(diǎn)。目前，我國(guó)正在實(shí)施西電東送，要保證電力安全、有效地運(yùn)送，就需要保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。將電力電子變壓器應(yīng)用到電力系統(tǒng)中，能夠有效實(shí)現(xiàn)電機(jī)勵(lì)磁的協(xié)調(diào)運(yùn)行，這對(duì)于遠(yuǎn)距離輸電來說具有非常大的意義。

在電力系統(tǒng)中，電壓、電流、功率的調(diào)節(jié)需要通過電力電子變壓器來實(shí)現(xiàn)，由于電力系統(tǒng)的運(yùn)行并不是一直不變的，因此，根據(jù)實(shí)際情況的變動(dòng)，功率需要在電力電子變壓器和電力系統(tǒng)之間進(jìn)行不斷地流動(dòng)，以此來消除電壓擾動(dòng)的干擾，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 電力電子變壓器的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)分布式電網(wǎng)與電力系統(tǒng)的并聯(lián)

近年來，我國(guó)的能源危機(jī)日益突顯，為了實(shí)現(xiàn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，人們加大了對(duì)風(fēng)能、光能等可再生資源的利用，通過風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電來實(shí)現(xiàn)電能的供應(yīng)。不論是哪種發(fā)電技術(shù)，都需要將分布式電源接入電力系統(tǒng)中。分布式電源由于容量小、交直流兼有的特性使得電壓或者頻率波動(dòng)比較大，倘若直接應(yīng)用該電源，將對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生很大的影響。在風(fēng)力發(fā)電和光能發(fā)電過程中，其產(chǎn)生的分布式電源一般對(duì)應(yīng)不同的電力電子變壓器的輸入級(jí)，想要將分布式電源和電力系統(tǒng)進(jìn)行有效并聯(lián)，就需要確保電力電子變壓器輸出級(jí)并網(wǎng)電流為與電網(wǎng)電壓同頻率、同相位的正弦波。

4 結(jié)語

綜上所述，我國(guó)電力行業(yè)在發(fā)展過程中遇到的挑戰(zhàn)越來越多，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性是保證其實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要手段，而電力電子變壓器的應(yīng)用，恰好可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)，能夠有效減少故障發(fā)生的次數(shù)，實(shí)現(xiàn)分布式電網(wǎng)與電力系統(tǒng)的并聯(lián)，對(duì)電力系統(tǒng)的創(chuàng)新與應(yīng)用做出了巨大的貢獻(xiàn)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】李子欣，高范強(qiáng)，趙聰，王哲，張航，王平，李耀華.電力電子變壓器技術(shù)研究綜述[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2018，38（05）：1274-1289.

【2】由振忠.淺談電力電子變壓器及其應(yīng)用[J].鐵路工程技術(shù)與經(jīng)濟(jì)，2017，32（04）：46-49.