電力電子變壓器及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

李旖旎，江杰

（內(nèi)蒙古科技大學(xué)，內(nèi)蒙古 包頭014030）

1 引言

電力電子變壓器作為變壓器和電力電子技術(shù)發(fā)展相結(jié)合的新型智能電力變壓器，它既克服了傳統(tǒng)變壓器的一些固有缺點(diǎn)，又具有環(huán)保、節(jié)能、諧波抑制、故障隔離、電能質(zhì)量控制、運(yùn)行方式控制、穩(wěn)定性控制等方面的優(yōu)點(diǎn)[1]，將其應(yīng)用到電力系統(tǒng)中，能夠有效實(shí)現(xiàn)電能在電網(wǎng)中的傳輸，減少電網(wǎng)故障，提高供電質(zhì)量，從而推動(dòng)電力企業(yè)朝著更好的方向發(fā)展。

2 電力電子變壓器的基本結(jié)構(gòu)

電壓在變換時(shí)既可能存在直流環(huán)節(jié)，也可能不存在直流環(huán)節(jié)，根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，我們將電力電子變壓器結(jié)構(gòu)分為兩種，一種是交—交—交變換電力電子變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中不存在直流環(huán)節(jié)，在使用過程中缺乏有效的可控性，并且使用的功率器件不多，應(yīng)用范圍有限；另一種是交—直—交—直—交變換電力電子變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在變換時(shí)具有直流環(huán)節(jié)，并且具備較高的可控性，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的控制。生活中應(yīng)用較多的也是第二種結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 交—直—交—直—交變換PET 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3 電力電子變壓器在電力系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

3.1 電力電子變壓器的應(yīng)用能夠有效降低故障發(fā)生率

在傳統(tǒng)的配電線路中，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)各種故障，例如，電壓的突然上升與下降、電壓的頻繁波動(dòng)等。面對(duì)這些問題，有時(shí)會(huì)在配電端架設(shè)動(dòng)態(tài)電源恢復(fù)器，其在一定程度上可以解決這些問題，實(shí)現(xiàn)電壓的相對(duì)穩(wěn)定。動(dòng)態(tài)電源恢復(fù)器的工作原理是通過向系統(tǒng)內(nèi)部增加補(bǔ)償電壓來消除干擾。雖然該方法能夠?qū)崿F(xiàn)電壓的穩(wěn)定，但是因?yàn)槠鋵?duì)電壓的調(diào)節(jié)是間斷性的，這種特性會(huì)使動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的響應(yīng)速度降低。另外，受到內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響，傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器不僅具有龐大的外形，同時(shí)，還會(huì)花費(fèi)較高的經(jīng)濟(jì)成本。

動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器是在電力電子變壓器的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，能夠極大地提高對(duì)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)捻憫?yīng)速度[2]。通常我們認(rèn)為輸入級(jí)、隔離級(jí)和輸出級(jí)是構(gòu)成動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的主要部分。首先來看輸入級(jí)，它可以靈活控制直流輸入電壓，發(fā)揮主要作用的是三相工頻PWM 整流器；再來看隔離級(jí)，它不僅可以實(shí)現(xiàn)隔離，還能夠?qū)χ绷麟妷哼M(jìn)行轉(zhuǎn)換；最后來看輸出級(jí)，它可以實(shí)現(xiàn)三相輸出電壓獨(dú)立控制，主要構(gòu)成是單相工頻電壓源逆流器。

3.2 電力電子變壓器的應(yīng)用能夠提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性

因?yàn)槲覈赜蜻|闊，在進(jìn)行電力系統(tǒng)配置與建設(shè)時(shí)，很多地方的負(fù)荷區(qū)與電源點(diǎn)之間都存在較長的距離，這意味著我國的輸電系統(tǒng)必然存在距離遠(yuǎn)和容量大等特點(diǎn)。目前，我國正在實(shí)施西電東送，要保證電力安全、有效地運(yùn)送，就需要保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。將電力電子變壓器應(yīng)用到電力系統(tǒng)中，能夠有效實(shí)現(xiàn)電機(jī)勵(lì)磁的協(xié)調(diào)運(yùn)行，這對(duì)于遠(yuǎn)距離輸電來說具有非常大的意義。

在電力系統(tǒng)中，電壓、電流、功率的調(diào)節(jié)需要通過電力電子變壓器來實(shí)現(xiàn)，由于電力系統(tǒng)的運(yùn)行并不是一直不變的，因此，根據(jù)實(shí)際情況的變動(dòng)，功率需要在電力電子變壓器和電力系統(tǒng)之間進(jìn)行不斷地流動(dòng)，以此來消除電壓擾動(dòng)的干擾，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 電力電子變壓器的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)分布式電網(wǎng)與電力系統(tǒng)的并聯(lián)

近年來，我國的能源危機(jī)日益突顯，為了實(shí)現(xiàn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，人們加大了對(duì)風(fēng)能、光能等可再生資源的利用，通過風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電來實(shí)現(xiàn)電能的供應(yīng)。不論是哪種發(fā)電技術(shù)，都需要將分布式電源接入電力系統(tǒng)中。分布式電源由于容量小、交直流兼有的特性使得電壓或者頻率波動(dòng)比較大，倘若直接應(yīng)用該電源，將對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生很大的影響。在風(fēng)力發(fā)電和光能發(fā)電過程中，其產(chǎn)生的分布式電源一般對(duì)應(yīng)不同的電力電子變壓器的輸入級(jí)，想要將分布式電源和電力系統(tǒng)進(jìn)行有效并聯(lián)，就需要確保電力電子變壓器輸出級(jí)并網(wǎng)電流為與電網(wǎng)電壓同頻率、同相位的正弦波。

4 結(jié)語

綜上所述，我國電力行業(yè)在發(fā)展過程中遇到的挑戰(zhàn)越來越多，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性是保證其實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要手段，而電力電子變壓器的應(yīng)用，恰好可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)，能夠有效減少故障發(fā)生的次數(shù)，實(shí)現(xiàn)分布式電網(wǎng)與電力系統(tǒng)的并聯(lián)，對(duì)電力系統(tǒng)的創(chuàng)新與應(yīng)用做出了巨大的貢獻(xiàn)。