摘要:配电网中的电力电子变压器是一种将电子转换器以及电力变压器结合在一起的新兴技术，电力电子变压器取代了传统的变压器。将现代的科技手段运用到变压器中去，有效的提高了配电网的供电效率以及供电质量。基于此，本文首先对电力电子变压器的运行原理进行简单的分析，接着，对电力电子变压器的主要运行部件进行介绍。最后，对电力电子变压器的结构以及实际运用进行研究和讨论。深入了解配电网中的电力电子变压器的技术。
关键词：配电网；电力电子变压器；技术运用
电力电子变压器又叫做智能变压器，将电压变换、电能控制以及频率的改变综合在一起的一种现代化的变压设备。随着电力系统的不断扩大，传统的电力变压系统已经无法满足人们对变压系统的要求，而电力电子变压器的出现，有效的解决了这一现象。下面，将对配电网中的电力电子变压器技术进行全方面的研究。
一、电力电子变压器的运行原理
目前市场上的电力电子变压器种类多种多样，可将它们大致分为两类。一种是电力电子变流器，一种是高频变压器。大致的工作原理为，首先，交流电通过电力电子变流器进行交流电变为直流电，直流电变为交流电一系列的电流变换，最终形成高频交流电。接着，通过高频变压器将高频交流电变为工频交流电，最后，对电力系统进行供电。在进行电流变换的过程中，控制器对脉冲的宽度进行调节，从而达到对变流器控制的目的。并且整个电流变换的过程中，电流可以进行双向移动，电力电子变压器的频率越高，电力电子变压器的体积就越小[1]。
二、电力电子变压器的主要运行部件
（一）功率开关
1.功率开关的运行模式
在我国，配电系统中的电压可以分为低压、中压、高压三种。为了确保电力电子变压器能够在配电系统中安全的运行，电力电子变压器中的功率开关必须具备抗高压能力强、能通过较大的电流、变压频率高以及能耗低等条件。当功率开关在电压较大的环境下进行工作时，为了避免功率开关出现故障。可以将电网系统模块化，或者将电力系统中的设备进行并联或串联，确保功率开关能够在高电压环境下正常的运行。这种方法虽然可以确保功率开关的安全运行，但是在一定程度上将电力系统复杂化，提高了电力系统出现故障的几率，并且增加了运行成本。阻碍了电子科技在电力系统中的应用，目前还没有比较有效的方法对这一情况进行解决，这也成为了电力电子变压器在科技发展道路上无法快速发展的主要原因之一。
2.功率开关的材料选择
材料的选择对功率开关的耐压性能来说起着至关重要的作用，在以前，大多数功率开关运用的材料是硅，这种运用硅制作的功率开关在过去的几十年中发展迅速，但是由于硅功率开关对电压的处理水平在近几年中没有得到明显的改善，加上利用硅制作功率开关需要将开关上安装一个缓冲器和冷却系统，这样才能够确保功率开关的安全运行，这种方法在一定程度上增加了功率开关的制作成本。所以，近几年对硅的应用逐渐变少。取而代之的是碳化硅，碳化硅与硅相比具有较高的抗电压能力以及更好的导热能力，最重要的是不需要额外安装缓冲器和冷却系统，大大降低了功率开关的制作成本。并且能够在高压高温的环境下顺利的进行工作。
通过碳化硅在实际电力系统中的应用得出，在工作环境超过两千赫兹的情况下，运用10千伏的碳化硅功率开关最为合适。而在低于两千赫兹的环境下进行工作时，选择15千伏的碳化硅功率开关最为合适，碳化硅由于具有耗能低。抗高温等特点，所以在低于两千赫兹的环境下进行工作可以将碳化硅的优势充分的发挥出来。
近几年来，除了碳化硅功率开关，氯化硅功率开关的应用前景更为广泛。由于氯化硅属于横向型的原件设备，所以相比于碳化硅等纵向型的原件设备来说，更容易将芯片集合在一起，进行统一处理。碳化硅和氯化硅功率开关会逐渐取代硅。成为新的半导体材料。
通过对功率开关材料的分析可以看出，对材料的正确选择，可以大大提高功率开关的工作效率，进一步提高了电力电子变压器使用的可靠性。
（二）高频变压器
1.高频变压器的要求
高频变压器的选择要求有以下四个方面。第一，高频变压器需要具有较高功率的工作密度以及较低的成本消耗，这也是选择高频变压器的基本条件。第二，避免高频变压器中的绕组结构对变压器的影响。第三，由于工作环境内的电压较大，所以，要求高频变压器具有一定的散热功能。第四，高压变频器的工作环境一定要进行绝缘处理，确保高频变压器工作的安全运行[2]。
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2.高频变压器的材料
传统的变压器通常使用硅钢片，硅钢片具有磁导率强、磁通密度高等优点。但是，在高压环境中工作的消耗较大。铁氧体慈心的成本及较低，消耗量也不大，但是饱和程度和磁通密度较低，导致在高压环境中工作时慈芯的体积会增大。纳米晶体材料各个性能都符合变压器材料的使用标准，但是由于成本价格偏高，无法广泛的进行推广应用。在众多材料中，非晶合金的出现将以上材料中出现的优缺点进行了完美的平衡，损耗程度低、饱和度较高而且价格经济实惠，成为了高频变压器中广泛应用的材料。
3.高频变压器的结构
高频变压器的结构对于高频变压器的使用效率来说具有非常重要的意义。高频变压器主要有两种结构。一种是螺线管式的绕组，另一种是共轴的绕组结构。其中，最常见的绕组结构是螺线管式的绕组结构，在这种绕组结构中，磁通量与磁芯轴相互平行，电流环绕在磁芯轴的周围。而在另一种绕组结构，共轴绕组结构中，磁通量环绕在磁芯轴周围，电流与磁芯轴相互平行。虽然共绕组结构的更加容易控制并且可以对电流进行漏电预测，但是，大多数使用者还是选择螺线管式的绕组结构，因为这种绕组结构的成本较低，并且在制造过程中较为简单。
4.高频变压器的影响因素
在变压器的运行过程中，散热系统以及绝缘系统的设计对变压系统运行的影响较大。根据变压器的工作环境不同，可以对散热方式进行不同的选择。高频变压器的散热方法主要有风扇和冷水冷却法等。对于高频变压器的绝缘设计过程中，需要根据变压器的具体运行情况对绝缘体进行选择。其中应用最为广泛的绝缘材料是环氧树脂材料。另外，也可以运用高压绝缘的方法对变压器进行绝缘处理。这种绝缘方法能够进一步简化变压器的内部结构，减少变压器在运行过程中出现故障的几率。
三、电力电子变压器的结构
（一）变换结构
变换结构包括变换单级结构、低压侧的变换双极结构以及高压侧的变换双级结构三种。变换单级结构中的电流在变换过程中直接从高压交流电变换为低压交流电。而低压侧的变换双级结构与高压侧的变换双级结构主要区别在于，低压变换双级结构的直流环在低压侧，高压变换双级结构的直流环在高压侧。客观来说，高压变换双级结构并不适合接入到分布式能源的系统中去。
从直流环的接入点来看，可以将变换结构分为两类，一种是没有直流环节的变换结构，一种是具有直流环节的变换结构。不具有直流环节的变换结构简单，在进行变压的过程中可以减少一定的体积。但是，在变化过程中，由于缺乏直流环节，无法对功能进行补偿，而且变换器两边在工作过程中容易互相干扰，无法进行隔离操作。而具有直流环节的变换结构虽然在结构上与不具有直流环节的变换结构相比较为复杂，但是，这种变换结构具有一定的可控性，其中，背靠背变流器的应用最为广泛。这种变换结构可以实现能源的可再生以及存储，进一步提高了能源的应用效率。
（二）结构的串联和并联
在电力电子变压器的运行过程中，由于受到材料等因素的限制，导致了许多结构并不适合在高压环境下进行工作，针对这一情况，需要将结构进行串联或者是并联。串联可以提高结构的抗压能力，并联可以提高结构内通过的电流量。结构的串联和并联大概分为三种类型。包括输入串联输出并联、输入输出均并联以及输入输出均串联三种情况。
四、电力电子变压器的应用实例
目前，电力电子变压器已经在各个国家广泛运用，并且取得了一定的成果。例如，美国电力研究学院提出的智能通用变压器，这种变压器的运行原理是能量的单向流动性，其中，高频变压器采用的材料是铁氧体磁芯。
欧盟电力管理学院提出的通用灵活管理变压器系统，在这种变压器中使用的是油式的高频变压器，磁芯材料选择的是非晶合金。这两种变压器的运行，大大提高了应用电网中的供电可靠性[3]。
结论：本文首先对配电网中的电力电子变压器的运行原理进行了简单的介绍。接着对电力电子变压器中的主要运行部件进行了分析，其中包括功率开关以及高频变压器。最后，对电力电子变压器系统的结构以及应用实例进行具体的研究。进一步的确立了电力电子变压器在配电系统中的重要地位。
参考文献：
[1]马红星,李华武,杨喜军.配电网中的电力电子变压器技术的综述(上)[J].变频器世界,2016,01:53-58+65.
[2]马红星,李华武,杨喜军.配电网中的电力电子变压器技术的综述(下)[J].变频器世界,2015,02:47-52.
[3]戴鑫.基于电力电子变压器并网装置的微网控制研究[D].杭州电子科技大学,2016.
个人简介:
姓名：郑冲（1988.07--）；性别：男，籍贯：广东省湛江市，学历：本科，毕业于广东工业大学；现有职称：助理工程师；研究方向：电力配电网.
论文作者:郑冲
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/16
标签：结构论文; 电力论文; 功率论文; 电子变压器论文; 变压器论文; 绕组论文; 碳化硅论文; 《电力设备》2017年第16期论文;