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江蘇電機工程,科普園地電力電子變壓器及其發展綜述潘詩鋒,趙劍鋒東南大學電氣系,江蘇南京210096合,如航海航空航天等領域,還可以為電能質量敏感負荷供電。它是建設綠色電網數字電網的關鍵設備之1對其進行研制和使用可取得巨大的經濟和社會效益。
傳統的電力變壓器具有制作工藝簡單可靠性等優點,在電網中得到廣泛應用。但是,它的缺點也十分明顯,如體積重量空載損耗大;過載時易導致輸出電壓下降產生諧波;負載側發生故障時,不能隔離故障,從而導致故障擴大;帶非線性負荷時,畸變電流通過變壓器耦合進入電網,造成對電網的污染;電源側電壓受到干擾時,又會傳遞到負載側,導致對敏感負荷的影響;使用絕緣油造成環境污染;需要配套的保護設備對其進行保護㈧。
作為種新型的能量轉換設備,與傳統的變壓器相比,電力電子變壓器具有體積小重量輕空載損耗小小,要絕緣油等優點它是集電力電子力系統兌機數卞信號處理以及動控制理論等領域為體的屯力系統前沿研究課,通過電力電子器件和電力屯廣貨流技術,對能量進行轉換與校制,以鈴代傳統的電力變壓器。
研宄電力電子變壓器的初衷是為了降低傳統變壓器的體積和重量。因為,變壓器的體積和重量與它的運行頻率成反比。借助于屯力電子技術提高其變換頻率。
就可減小體積和重量。美國海軍于20世紀70年代末個8年代初,先付諱進研允美內電科院尸1995年也進行了相關研究1以上2個項目研宄,試驗柞機都+實用。因為它們采用的是降壓喂變換器1幻,+能很好地抑制輸入的諧波電流,而變壓器輸入和輸出是不隔離的120世紀90年代末,美國密蘇里大學在人88和愛默生公司資助下對電力電子變壓器進廳研究,完成了6,72007240的實驗樣機,但僅實現了基本的電壓變換功能和對輸入的功率因數控制。另外,設計時為減小對開關器件的應力,輸入采用多個變流器串聯工作,使系統的可靠性大大降低,當其中任意個器件出現故障都會導致工作異常。
美國威斯康麥迪遜人學。1爪公司介作,以薩,農機大學也十20世紀90年代末對電力屯子免壓器逃行了研究45,但以1作只付其電壓變換的功能進行了分析和研宄。目前,國際上對電力電子變壓器的研宄處于初級階段,還有許多相關的理論和實際問需要研究。要達到實用化,功能上還,進步完善。內還未到進行相關研究的報道。
1工作原理電力電子變壓器主要由初次級功率變換器以及聯系者之間的高頻變壓器組成。從電力電子變壓器理為輸的工頻屯壓經過說邊變換器調制為頻交流電壓,通過高頻變壓器耦合至副邊,再通過副邊的功率變換器將其轉換為所要求的電壓。
打的開關都為雙開關。即由兩個1;1;和極管相對連接,可以使電流雙向流動。原邊開關3界15資2工作在同步狀態。在高頻變壓器原邊換流開關哪1 3雙25你3和4的交替導通下,1頻交流電波調制成高頻電5,該高頻電壓經過變壓器耦合到副邊,再經過副邊換流開關81和512以及5和,交替導通換流之后,必成工頻的交流屯。
3研究現狀目前,國際上對電力電子變壓器的研,總體上處尹起步階段,己有的文獻報道也僅僅完成了小功率的實驗樣機降為目前文獻中出現的幾種電力電成,電路復雜損耗較大。另外,為了避免兩相之間有短,短路,其控制策略也較夂雜,文獻5中提的種步開關控制策略能夠避免相間短路的出現,但算法較復雜。
變換器橋式逆變器高頻變壓器橋式整流器相逆變器及2個直流電容組成。其工作原理為工頻交流電經過相巧變換器變換為直藏直流電壓經過橋式逆變器變換為高頻交流電壓輸入到變壓器原邊,然后耦合到高頻變壓器副邊經過個全橋整流器變為直流電壓再通過相逆變器輸出相交流電壓。這種結構的電力電子變壓器與33的主電路相比減少了4個功率管,可實現交流側功率因數為1的控制,似經過的變換環節太多,損耗較大。
閣3為采用反激型變換器的電力電子變壓器,該結構設計的出發點是基于0直接變換的思想,避免過多的中間階段,使結構簡化,從中也可看出,整個裝置的開關器件只有6個,大大少于前面兩種結構。
其開關控制采用,界河控制策略,當工作于定的占空比0時,輸出電壓和輸入電壓的關系式為充電,能量存儲于電感和電容中;當開關導通時,電感向變壓器原邊繞組放屯,能量高役,介到,邊繞組。對副邊電容充電,同時對負載供電;當開關斷開時,副邊源側的電感和電容組成了1濾波器,適當的設計可以濾除電源側的電壓諧波,能在定程度上解決電能質量的問。但是這種結構不能用于大功率的場合。
3采用高頻交流鏈的電力電子變壓器主電路⑶采坩雙直流環節的電力電子變壓器主電路00采用反激變換器的電力電+變壓器主電路4發展趨勢及關鍵問對電力電子變壓器進行研究的個重要趨勢是通過電力電子變吒器解決電能質量問歧即電力電干變壓器既具備傳統變片器的功能。如電能傳輸隔離變換等。又具有抑制諾波雙流動防止負載側出現故障影響電源電壓輸出電壓可以有直流分量消除電壓跌,瓶,瘦,昭腧射潘跑,落升高,以及過電壓欠電壓等電源側電壓的干擾對負荷的影響,對各種電量進行監測顯分析處理來判斷各種異常情況對其自身和系統進行保護,并給出報警,號和故障類型等優點。
目前,電能質量問造成的經濟損失巨大,據估計每次電能質量問使生產流水線中斷或重新啟動可能造成平均30萬100萬美元的損失6.美國每年由于屯能質試1造成200億美兀的損失1然而,系統即使按人記性設計也無法避免電能質景問佳的性能價格比。因為,其他任何種方法除了需要補償設備外。還要配備負荷等容量的傳統變壓器和相應的保護設備。相當于把傳統變壓器及其配套的監測保護設備和配電型靜止同步補償器動態電吒恢復器電力源濾波器綜六電能質試調節器電能質量補償裝置的功能合為,可大大降低成本。目前,基于用戶電力技術的補償設備還沒有得到廣泛地應用,其主要原因就是成本問,而使用電力電子變壓器,可打效地解決這付盾。使得電力電于變壓器不但可以使用在對能量轉換裝置的體積重量有特殊要求的場合,如航海航空航天等領域,也可為電能質量敏感負荷供電,如造紙廠紡織廠擠塑機生產精密機,的汽車零件制造大型體鍛造業以及半導體制造業似屯07呔療化工領域等。
計付以上發城肺,清要付以下兩方而深入研宄又寸適合于電力電子變壓器的各種電路拓撲進行深入研宄。因為,為了使電力電子變壓器早日應用,應當從提高可靠性降低損耗著手。而目前所使用的電路1構復雜可靠性低損耗大。
對電力電子變壓器控制策略加以研究,得出能同時完成能量轉換和解決電能質量的問功能的控制策略,即如何將電能傳輸隔離變換保護和改善電能質量問的功能合而為。
5結論及展望電力電子變壓器具有廣闊的使用前景,方面,可以使用在對能量轉換裝置的體積重量有特殊要求的場合,如航海航空航天等領域;另方面,可以為電能質量敏感負荷供電,如造紙廠紡織廠擠塑機生產精密機械的汽車零件制造大型泵體鍛造企業以及半導體制造業銀行電信軍事醫療化工領域等。因此,電力電子變壓器是建設綠色電網數字電網的關鍵設備之,對其進行研制和使用可以取得巨大的經濟和社會效益。
正如開關電源己受到廣泛應用樣,隨著技術的成熟,電力電子器件性能的提高成本的降低,在5 10年內電力電子變壓器必將在多個領域內得到極為廣泛的應用。
潘詩鋒1980,男,江蘇南京人,碩±研宄生,主要從事電力電子技術在電力系統中的應用的研宄;趙劍鋒1972,男,浙江臨海人,副教授,博士,主要從事電力電子技術在電力系統中的應用和電能質量問的研宄。
徐州供電公司完成重大帶電作業課2003年10月13日,徐州供電公司利用500陽淮線停電維修后啟動之初不帶負荷的機會,在任上5237線路段上,帶電更換聯串耐張絕緣子獲得成功。據悉,這在全國尚屬首次,此前只有北京供電局在20世紀末多次成功地實施過帶電更換聯串耐張絕緣子的工作。
據介紹,帶電更換聯串耐張絕緣子是江蘇省電力系統2003年重要的科研課。為破解這道難鼠徐州供電公司在2003年初接到任務后,立即組織線路工區的技術人員刻苦攻關。他們自制專用工器具,在反復研究