電力電子技術(shù)在變壓器設計中的應用

沈培沐

【摘 要】近些年，科學技術(shù)實現(xiàn)了快速的發(fā)展，隨著時代的不斷發(fā)展，電力電子技術(shù)也實現(xiàn)了不斷的完善。電力電子技術(shù)涉及到很多學科的技術(shù)，包含電路知識以及計算機技術(shù)等等，已經(jīng)普遍應用到國家發(fā)展的許多行業(yè)當中。此文當中，對電子電力技術(shù)在變壓器設計中的應用進行研究，通過實際的例子證明了電子電力技術(shù)廣闊的發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】電力電子技術(shù);變壓器;應用

引言

當下時代，電子電力技術(shù)取得了快速的進步，特別是微電子技術(shù)革命后，電子電力技術(shù)實現(xiàn)了更大的突破，促進了其它各種相關(guān)的科學也在不斷朝前發(fā)展。電子電力技術(shù)具有比較普遍的應用，涉及到許多的學科，作為一個專業(yè)性的領(lǐng)域，在當下時代受到了較高的關(guān)注。電力電子變壓器屬于一種新類型的變壓器，通過對相關(guān)器件進行運用，再利用高頻交流變壓器進行交互，使得新型變壓器的特殊性能得到充分的展示，具有較多的優(yōu)勢。

一、電力電子變壓器電路類型分析

（一）斬控式電力電子變壓器

電力電子斬控式樣機起源于美國，采用了BUCK結(jié)構(gòu)電路，該種類型的電路具備很多的優(yōu)勢，比如電壓的調(diào)節(jié)比較占優(yōu)勢等等，不過它也具備一定的缺陷，例如控制難度較高，不具備變頻的性能，無法實現(xiàn)電氣的隔離，對于流入的電流和功率難以抑制，所以，在電力工作當中此種類型的電力電子變壓器難以發(fā)揮明顯的功效。

（二）交-交-交變換電力電子變壓器

在1999年時，美國一所大學的研究人員研究出了一種新型的變壓器，此變壓器就是交-交-交電力電子變壓器，該變壓器包含兩級的交互變頻變壓器，利用變換兩種功率，再加入部分器件，完成了電流的雙向流動。此變壓器具備的優(yōu)勢為增加了傳送的整體容量，并且大幅縮減了體積，不過也存在一定的缺陷，整個電路的結(jié)構(gòu)也變得更加復雜。

（三）反激式電力電子變壓器

該種類型的電子變壓器具有比較簡單的結(jié)構(gòu)，內(nèi)部裝置包含較少的元件，減少了一些環(huán)節(jié)，因此相比于之前兩種類型的變壓器實現(xiàn)了較大的提高。該類型變壓器具有的優(yōu)點為包含較少的器件，對電路的結(jié)構(gòu)進行了簡化，具有缺陷為控制開關(guān)難度較大，在高電壓環(huán)境下應用具有較高的難度。

二、電力電子技術(shù)在變壓器中的仿真作用

（一）電力電子變壓器在改善電能質(zhì)量中的作用

1.電壓波動與閃變

針對電壓波動和閃變的問題，由于整個系統(tǒng)會存在母線非整數(shù)倍的情況，假如PET一次側(cè)母線頻率為10，波幅大約為10%，同時波動比較穩(wěn)定，最終造成母線電壓存在異常，實際情況如圖所示：

通過上圖可以發(fā)現(xiàn)，因為在實驗中存在部分簡諧波的干擾，造成PET一次性測出的母線電壓存在一定差異，產(chǎn)生的波幅較大，不過另外的二次側(cè)電壓沒有改變，代表沒有對其造成影響，能夠?qū)ω撦d實現(xiàn)一定程度的供電，明顯影響閃變。

2.電壓跌落及供電中斷

實驗采取的仿真條件為持續(xù)時間0.2秒，跌幅百分之四十，0.3到0.5秒的跌落時間，電網(wǎng)電壓跌落、供電中斷的專門問題。根據(jù)美國電力研究協(xié)會的報告，電壓跌落的幅度不超過百分之四十，實際情況如下圖所示，在電網(wǎng)電壓出現(xiàn)跌落過程中，PET相關(guān)數(shù)值依然比較穩(wěn)定，代表了輸出電壓整個過程都沒有受到影響，使得輸出電能的質(zhì)量得到保證。

通過上述的仿真實驗圖可以發(fā)現(xiàn)，電力電子不但能夠?qū)崿F(xiàn)電壓器的轉(zhuǎn)換和系統(tǒng)的隔離等作用，還可以對電能的質(zhì)量進行一定程度的控制。例如圖中1顯示，盡管電網(wǎng)電壓存在閃變等特殊情況，二次測電壓卻仍然呈現(xiàn)比較的穩(wěn)定，實現(xiàn)穩(wěn)定供電。

（二）電力電子變壓器進行微電網(wǎng)孤島應用研究

按照上述的實驗，假如短時間存在電壓供電不足的情況，或者說存在跌落的情況，電力電子變壓器仍然能夠穩(wěn)定的完成供電，供電的穩(wěn)定性可以得到一定程度的保證。利用該次電能的研究，結(jié)果顯示，頻率的差異將會對電能的質(zhì)量造成明顯的影響。

近些年，可再生能源已經(jīng)引起我國的較高重視，電網(wǎng)中一直有可再生能源的引入，并且微電網(wǎng)和發(fā)電等技術(shù)也實現(xiàn)了較大程度的突破，在電網(wǎng)存在問題的時候，或者難以保證供電質(zhì)量的情況下，可以采取孤島方案，實現(xiàn)持續(xù)性的供電，使得持續(xù)供電得到保證，保證了電能的質(zhì)量。

由于微電網(wǎng)具有較小的容量，容易出現(xiàn)功率的明顯波動，導致控制整個頻率比較的繁瑣，尤其單獨分開主網(wǎng)和微電網(wǎng)之后，穩(wěn)定性極其差，對頻率要求更高。

根據(jù)可再生能源的研究發(fā)現(xiàn)，風能作為可再生能源具有環(huán)保的特性，能夠借助風能實現(xiàn)發(fā)電，作為一種環(huán)保的可再生能源，風能受到了越來越多的關(guān)注。對風力進行利用的發(fā)電機，涉及到很多的理論知識，例如風能理論、風機相關(guān)理論等，還涉及到電路設計等很多的問題，風力發(fā)電機的類型比較多。

電力電子變壓器屬于一種新類型的變壓器，通過對相關(guān)器件進行運用，再利用高頻交流變壓器進行交互，使得新型變壓器的特殊性能得到充分的展示，具有較多的優(yōu)勢：①二次側(cè)輸出電壓穩(wěn)定性較高，保證了電能的質(zhì)量;②即使一次側(cè)電壓存在閃變等特殊問題，同樣受到的影響比較小;③線損的降低，能夠在較大程度上實現(xiàn)成本的縮減。

三、結(jié)語

當下時代，社會發(fā)展速度較快，存在較大的變數(shù)，不同類型的變壓器紛紛涌現(xiàn)，以便實現(xiàn)供電比較穩(wěn)定，電能的質(zhì)量得到保證，尤其是保證配電系統(tǒng)的質(zhì)量，是當前變壓器研究中比較關(guān)鍵的一個問題。近些年，可再生能源已經(jīng)引起我國的較高重視，電網(wǎng)中一直有可再生能源的引入，并且微電網(wǎng)和發(fā)電等技術(shù)也實現(xiàn)了較大程度的突破，在電網(wǎng)存在問題的時候，或者難以保證供電質(zhì)量的情況下，可以采取孤島方案，實現(xiàn)持續(xù)性的供電，使得持續(xù)供電得到保證，保證了電能的質(zhì)量。在上面的問題中，電力電子變壓器表現(xiàn)出了較好的效果，解決了過去存在的很多問題，利用無功補償?shù)氖侄危瑢﹄娔艿馁|(zhì)量進行調(diào)節(jié)。隨著科學技術(shù)的進一步發(fā)展，在配電系統(tǒng)中電力電子變壓器將會得到更加普遍的應用，使得電能的質(zhì)量將會得到很大程度的保障，費用縮減，成本得到最大限度的降低。

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（作者單位：泰州三新供電服務有限公司）