（哈尔滨变压器有限责任公司 150078）
摘要：电力电子变压器是一种新型智能电力变压器。它在传统电力变压器的基础上引入电力电子变换技术，实现一、二次侧电压的灵活控制。随着大功率电力电子器件制造能力的提高和电力电子变换控制策略的改善，电力电子变压器有望解决现代电力系统所面临的诸多问题。本文主要分析电力电子变压器基本原理，并详细介绍了电力电子技术在变压器设计中的应用情况。
关键词：变压器；电力电子；设计
1引言
电力变压器是电力系统最基本和重要的输变电设备，主要实现电压的升降和系统隔离的作用。不可否认的是，虽然在导磁材料和铁芯结构等方面，传统电力变压器有了一系列的改进，并使电能变换效率得到了极大地提高，但是传统电力变压器基本功能和结构原理并没有随之发生变化，即仍然利用导电线圈实现交流电压的等级变化和系统之间的隔离。同时，传统变压器存在的缺点仍然存在，如随电压等级的提高，变压器的体积和重量也随之增加，变压器的绝缘油造成环境污染；变压器空载损耗较大，过负荷时容易造成输出电压的下降；负荷侧发生接地短路故障时，传统变压器不能有效地隔离故障，致使故障范围扩大；接不控整流等非线性负荷时，产生的畸变电流会通过变压器的稱合作用而进入到电网中，使母线电网受到污染，造成供电质量下降；传统电力变压器需要专门的继电保护装置进行保护；变压器铁芯饱和时，容易产生较大的励磁涌流，给电力系统带来危害。在电力系统面临越来越多的新挑战的背景下，上述缺点使传统电力变压器越来越难以满足现代电力系统的发展要求。因此，运用当代电力电子技术，从原理和结构上对电力变压器进行创新，提高电力变压器的可控性，使其满足现代电力系统的需要
2电力电子变压器的基本原理
电力电子变压器又称电子电力变压器固态变压器和柔性变压器。通过分析现有电力电子变压的各种拓扑结构，可以认为电力电子变压器是一种基于电力电子变换技术和高频电磁感应原理，将一种电力特征的能量转变成另一种电力特征的能量的静止电力设备。不同的电力特征即包括电压或电流的幅值、频率和相位等的不同。
电力电子变压器是一种将电力电子变换器（整流器、逆变器）和高频变压器相结合，实现传统电力变压器电气量变换、能量传递以及系统隔离等基本功能的输配电装置。由于目前应用于电力系统的功率器件，无论在容量还是耐压等级方面，都较输电系统低，所以预计电力电子变压器未来在电力系统应用应首先在配电领域实现。电力电子变压器的电力电子变换器（整流、逆变器）应包括主电路和控制电路两部分组成。对于配电系统的变压器，为了与常规电力变压器一致，所以将与电源侧相连的电力电子变换器及与其对应的高频变压器的相应绕组定义为一次侧；将与负荷侧相连的电力电子变换器及与其对应的高频变压器的相应绕组定义为二次侧。二者之间通过高频变压器相连。
电力电子变压器的一个突出特点是通过引入电力电子变换技术对其一次侧和二次侧的电压幅值和相位进行实时控制，达到对电力系统电压、电流及功率灵活调节的目的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆电力电子变压器除了完成常规变压器电压幅值变换、电气隔离及能量传递的基本功能外，还可以提高系统的稳定性和输电方式的灵活性，优化配置各种交直流分布式电源，改善供电质量以及实现对系统功率潮流进行控制等一些可以满足现代电力系统新要求的功能。作为电力系统中最基本的组成设备之一，新型电力电子变压器具备解决现代电力系统中存在的一些新问题的潜力。鉴于电力电子技术的飞速发展，这种新型电力电子变压器很可能在实际的电力系统中获得应用。因此，对电力电子变压器进行研究具有重要的理论意义，对工程实践也具有一定的指导作用。
3电力电子技术在变压器设计中的应用
3.1交交型电力电子变压器
交交型拓扑结构较为简单，所需要的功率器件较少，控制方案易于实现，是早期研究的重点结构。其研究的最初目的是减小电力变压器的体积和重量，而不是对电能质量的改善。其工作原理为：工频高压交流信号进入后，在一次侧被调制成高频交流信号，这时—次侧的电力电子变流器实现的功能是交流交流的变换。高频交流信号被高频变压器稱合到二次侧后，电压降低，然后经过二次侧电力电子变压器的交流交流变换，变成工频低压交流信号，以实现电压变换的作用。
3.2交直交型电力电子变压器
由于当前电力用户对电能质量的要求越来越高，电力电子变压器的研究重点已经向交直交型发展。其工作原理是：—次侧三相工频高压输入，经过三相整流器的作用，变成直流电压，再经过一单相逆变器的变换，使直流电压变成单相高频方波。该高频方波经过高频变压器的稱合作用，实现电压幅值变化，并被传递到二次侧。经过高频变压器变压作用的高频方波在二次侧首先经过一单相整流器，变成直流电压。最后，该直流电压经过三相全控逆变器被还原成所需要的工频交流电压输出。由此可见，这种类型的实际包含两部分的交直交变换过程。在—次侧，实现升频的作用，之后经过高频变压器的变压稱合作用，在二次侧再一次使用变换，以实现降频的作用。
由于在型的拓扑结构中需要的大功率电力电子器件较多，又存在着两个直流环节，使型具有良好的控制作用，对电能质量的提高有重要的作用。但受当前电力电子器件制造水平的限制’在一些大功率场合，这种拓扑结构的使用需要功率器件的串联使用，以解决高电压的耐压问题。而这将会带来一系列器件的均压和可靠性等问题，使设计难度增大。为了使低功率电力电子器件在中高压电力系统中应用，人们进行了大量的研究。
4结论
电力电子变压器将一次侧工频交流电先通过电力换流器变换为高频交流电，然后通过中间级高频隔离变压器将高频交流电传递到二次侧，再利用二次侧电力换流器将工频交流电还原为低压工频交流电。
参考文献：
[1]陈永杰，赵奇，唐日强.电力电子技术在变压器设计中的应用与分析[J].智能城市，2017，3（11）：30-31.
[2]蒋向辉.电力电子技术在变压器设计中的应用与分析[J].柳州职业技术学院学报，2008（01）：63-66+72.
论文作者:齐玉麟
论文发表刊物:《河南电力》2018年9期
论文发表时间:2018/10/19
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