摘要：随着经济社会的快速发展，电能的应用越来越广泛，这也使电力系统出现了新的特点，比如电力系统大型化、分布式发电系统出现（风能、太阳能）、用户对供电质量要求趋高等。变压器作为电力系统最基本输变电设备，主要起电压升降和系统隔离作用。传统的变压器存在体积大、变压油污染环境、过负荷时输出电压下降、无法有效隔离故障、易产生谐波危害等方面的不足，因为无法满足日益提高的电力系统需求。本文探讨了新型的电力电子变压器在电力系统中的应用。
关键词：电力电子变压器；有源配电网；无功优化；应用
电力事业的快速发展，依托于电力技术的不断创新，以完备电力系统的技术保障。电子变压器是在现代电力技术的支撑之下，在结构性能上进行较大的优化与调整，进而更好地适用于电力系统。相比于传统变压器，电子变压器能够进一步确保供电电压的稳定性、用户端的供电质量，以及有效降低能耗。因此，电子变压器的应用价值显著，如何在应用控制中，提高应用的实效性，显得尤为重要。
1 电力电子变压器的含义及优势
1.1 电力电子变压器
电力电子变压器，简称PET，又称固态变压器，是一种通过电力电子技术实现电力系统电压变换和能量传递的新型变压器。作为一种新型电力变压器，通过在常规变压器基础上，引入电力电子变换技术，使变压器的原方和副方电压或电流可以灵活控制，从而具备了解决现代电力系统面临的许多新问题的潜力。
1.2 优势
第一，体积小、重量轻、成本低、无环境污染，电力电子变压器采用高频变压器，体积将大大减小，其价格将不断下降而低于传统工频变压器。另外，电力电子变压器与传统变压器原理的不同也使得其避免了使用绝缘油造成的污染。第二，有效地改善了供电系统的可靠性。器件将以模块的形式安装到插槽结构中，使器件之间不再有或者很少的引线连接，从而使用方便，体积缩小，更重要的是具有可靠性。可保证原方电压电流和副方电压为正弦波形，且原、副方功率因数可调；变压器原方副方电压、电流和功率均高度可控。并且，多台PET可通过光纤联网，在保证系统稳定性的条件下实现对潮流实时灵活控制和网损最小化，及配电系统电压控制和无功优化等。第三，现在的电力电子变压器装置采用先进的数字化控制，具有很高的智能化，能够有效地解决系统中出现的各种故障，能够保证系统的可靠性。第四，高度自动化的改善，计算机监控系统应用到配电网中，能够远程通讯控制电力电子变压器，有效地监测和控制配电网的各个环节。第五，含有智能控制单元，一方面可以实现装置的自检测、自诊断、自保护、自恢复等功能，另一方面可以实现联网通信，对于实现电网的智能化具有积极意义。第六，由于空气可以自然冷却，减少了充油环节的污染，系统的维护简单，具有很好的安全性，这就是说电子电力变压器具有很好的环保性。第七，配电网中配有电力电子变压器时，就可以改变电力系统中节点电压的大小和相位，当然是又很会好的控制的情况下。电力电子变电器对于补偿电力网路的阻抗，就可以减小甚至消除电力系统中的谐波，有功、无功潮流也会受到影响，功率平衡也可以受到快速地补偿。对于提高输电系统的极限传输功率能力，改善电力系统的运行特性有很大的作用。
2 PET在电力系统中的应用
2.1 在分布式电源并网中的应用
近年风力发电和太阳能发电等可再生能源的应用越来越多，未来随着化石能源的逐渐减少，可再生能源发电所占的比重还将继续升高。这些分布式发电方式的特点是：电源容量小，兼有交流、直流电流，电压和频率的波动性大。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如果直接接入电力系统，会对其稳定性和安全运行带来冲击。为了保证并网电能质量，传统的并网逆变器需要采用工频变压器与电网相连，体积大、质量重，并且还需配备额外的调压、调频措施，整体成本高。
电力电子变压器中含有直流环节，可以灵活地控制输入、输出电压，可以方便地将各种分布式电源接入到电力系统中。另外由于能分别对整流、逆变部分进行控制，可以省去额外的调压、调频设备，降低了成本。
2.2 在配电网中的应用
配电网中常出现电压波动、骤升、骤降、闪变等扰动，传统的方法是通过在配电端加动态电压恢复器来解决。但是，动态电压恢复器的工作原理的注入一个补偿电压来消除电压扰动，这种方式响应速度慢，有时不能完全消除电压扰动。并且动态电压恢复器体积大、效率低、成本高。基于PET的动态电压恢复器可以极大地改善动态补偿响应速度，能够改善电压补偿效果，提高配电系统的稳定性。
PET还可以用于配电网故障的控制，通过对传统的PI控制器，加入复数积分和微分环节，能够减小稳态误差，并能提高动态响应速度。这种策略能用于单相接地故障的控制。针对中高压配电网，将MMC与PET结合的一种新型拓扑，可以减少高频变压器的使用数量，并能提高直流输出电压的质量。
2.3 在改善电力系统动态特性中的应用
我国地域广，主要集中在中西部的发电区与主要集中于东部沿海的用电区域距离很远，因此需要远距离高压输电系统，如西电东送工程。系统的稳定性是远距离输电的前提。PET能够实现对电压、电流和功率的灵活调节，可以根据需要，实现PET和系统间的功率迅速交换和双向流动，能有效提高系统阻尼，抑制扰动下系统的振荡，从而提高其稳定性。因此，将PET应用于远距离输电系统，实现发电机励磁与PET的协调控制，能够提高远距离输电系统的稳定性。
2.4 与柔性交流输电技术的结合应用
电力电子变压器与柔性交流输电技术的结合应用，主要有两种形式：一是与输电网高压短路限流器（FCL）相结合，二是不间断供电技术。FCL与PET技术相结合，FCL模块被串联在电力电子变压器输入模块前端，控制器通过检测其输出端电流以及输入端电流对FCL模块中的开关进行控制。当系统正常工作时，开关断开电流通过串补电容变流，这样既实现了串补功能，又实现了开关零损耗。当故障时，检测的电流达到临界电流值，开关迅速闭合，电容和电感谐振实现高导通阻抗，就实现了短路电流的限制。
在PET的直流环节加上蓄电池组，可以组成不间断电源（UPS）。当电网正常运行时，通过PET向负载供电，对电网的畸变和干扰都能有很好的抑制；当电网出现故障时，蓄电池组可以向逆变器供电，保证负载的不间断供电。若逆变器发生故障，UPS可以通过静态开关切换到旁路，由其供电，故障消失后，恢复到逆变器供电，这样很好地保证了供电质量。
2.5 其他应用
四象限PET由高频交变电压、低压工频电压、并且能够获得低压直流电压输出和单位输入功率因数等组成。四象限PET具有较好的动态控制效果，能够满足铁道单相供电牵引系统的运行要求。
结束语
电力电子变压器的研制是一项全新的技术，但目前其理论上还不够完善、有待进一步研究，在具体实现上也有一些困难，如果研制成功并推广应用到电力系统中将产生重大的影响和深远的意义。新型变压器的提出是为了解决电力系统中面临的问题，是输配电系统中最基本的组成设备，具有广阔的应用前景和潜力。特别是电力电子技术的快速发展，电力电子变压器进入实际电力系统已经是不久将来的事情了。
参考文献
[1]电子便利变压器控制策略探讨[J].李哲.科技致富向导，2015（12）.
[2]电子电力变压器控制策略研究[J].叶云云，刘张工.电子技术与软件工程，2015（10）.
[3]电子电力变压器的控制与应用[D].黄辉.华中科技大学，2015.
[4]配电网中的电力电子变压器技术的综述(下)[J].马红星,李华武,杨喜军.变频器世界.2014(02).
论文作者:严文卿
论文发表刊物:《防护工程》2017年第32期
论文发表时间:2018/3/20
标签：电压论文; 电力论文; 电力系统论文; 变压器论文; 电子变压器论文; 系统论文; 电流论文; 《防护工程》2017年第32期论文;