配电网电力电子变压器技术综述

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电力电子变压器理论研究综述

电力电子变压器理论研究综述

te dof we lcr ni r n f r r. rn po ree to cta s o me s
Ke r s p w e l c r n c ta s o m e ; o re e t o i e h l y u l y of we u p y ywo d : o re e t o i r n f r r p we l c r n ct c no og ;q a i t po r s p l
g .Vi n lsst her lv n h o y a t p ia in o o re e to ct c noog n p we lcr i r n f r rfed hi Y a a ay i o t ee a tt e r nd i a pl to fp we lcr ni e h l y i o ree tonc ta so me l,t s s c i
控式 电力 电子变 压器 、交 一 一 型 电力 电子变 压器 、反激 型 电力 电子 变压 器、双 P M变 换型 电力 电 交 交 W
子变压 器几种 典型 的设计 构想进行 了梳理 ,并且给 出了相应 的主 电路 拓扑 。通 过分析 电力 电子技术在 电力 电子变 压器研 究领域 的相关理 论及其 应用 ,阐述各 种拓 扑的优缺 点 ,并给 出了主要的研 究方 向和
发展趋 势 。 关 键 词 : 电力 电子 变 压 器 ; 电力 电子 技 术 ; 电能 质 量
中图分类号:T 4 1 1 M 0 .
文献标识 码:A
文章编号:
Re e r h Sum m a y 0 we e t o i a f r e sa c r fP0 rElc r n cTr nsl m rThe r 0 oy

电力电子变压器简要介绍

电力电子变压器简要介绍

电力电子变压器介绍0、前言电力电子变压器(PowerElectronicTransformer简称PET)作为一种新型的能量转换设备,与传统的变压器相比,具有体积小、重量轻、空载损耗小、不需要尽缘油等优点。

它是集电力电子、电力系统、计算机、数字信号处理以及自动操纵理论等领域为一体的电力系统前沿研究课题,通过电力电子器件和电力电子变流技术,对能量进行转换与操纵,以替代传统的电力变压器。

1、全然原理PET的设计思路源于具有高频连接的AC/AC变换电路,其全然原理见图1,即通过电力电子变换技术将变压器原边的工频交流输进信号变换为高频信号,经高频变压器耦合到副边后,再经电力电子变换复原成工频交流输出。

因高频变压器起隔离和变压作用,因铁心式变压器的体积与频率成反比,因此高频变的体积远小于工频变压器,其整体效率高。

图1电力电子变压器全然原理框图PET的具体实现方案分两种形式:一是在变换中不含直流环节,即直截了当AC/AC变换,其原理是:在高频变压器原边进行高频调制,在副边同步解调;二是在变换中存在直流环节,通常在变压器原边进行AC/AC变换,再将直流调制为高频信号经高频变压器耦合到副边后,在副边进行DC/AC变换。

对比两种方案,后种操纵特性良好,通过PWM调制技术可实现变压器原副边电压、电流和功率的灵活操纵,有看成为今后的开展方向。

2、研究现状自1970年美国GE公司首先制造了具有高频连接的AC/AC变换电路后,许多科研工作者对各种不同结构的具有高频连接的AC/AC变换器进行了深进的探讨和研究,并提出了PET的概念。

美国海军和美国电力科学研究院(EPRI)的研究小组先后提出了一种固态变压器结构,KoosukeHarada等人也提出了一种智能变压器,他们通过对高频技术的使用,使变压器体积减小,实现恒压、恒流、功率因数校正等功能。

早期的PET的理论和实现研究由于受当时电力电子器件和功率变换技术开展水平的限制,所提出的各种设计方案均未能有用化,特殊是在可用于实际输配电系统(10kV以上)的PET的研究方面进展不大。

电力系统中的电力电子变压器技术研究

电力系统中的电力电子变压器技术研究

电力系统中的电力电子变压器技术研究引言:近年来,随着电力需求的不断增长,电力系统的稳定性和效率成为了重要关注的领域。

在电力系统中,变压器是一个不可或缺的核心组件。

传统的变压器在能量传递和调节方面存在一些限制,于是电力电子变压器技术应运而生,为电力系统的进一步发展提供了新的解决方案。

本文将重点研究电力电子变压器技术在电力系统中的应用与发展。

一、电力电子变压器的概述电力电子变压器(Power Electronic Transformer,PET)是一种依靠电力电子器件进行功率变换和调节的新型变压器。

与传统变压器相比,PET具有更大的灵活性和可控性。

不仅能够实现电力系统中的能量传递和电压调节,还能够对电流进行精确控制。

PET的主要组成部分包括变压器核心、电力电子开关和控制器等。

二、电力电子变压器的工作原理电力电子变压器的工作原理基于电力电子开关的控制和调节。

电力电子开关根据输入信号实现对电压和电流的精确控制,从而改变了能量传递和调节方式。

PET通过改变开关器件的通断状态和导电周期,可以实现电流的高频调制和升降变换,从而改变输出电压的倍数和频率。

三、电力电子变压器在电力系统中的应用1. 新能源接入和分布式发电随着新能源技术的快速发展,如风能和太阳能等,电力系统中新能源的接入始终是一个挑战。

传统变压器往往无法适应新能源的动态变化和多样化输出特性,而电力电子变压器则可以通过其精确的控制能力实现对新能源的有效管理和平稳接入。

2. 智能电网和能量存储电力电子变压器在智能电网中的应用也日益增多。

智能电网需要对多种能源进行管理和优化调度,而PET可以通过其可调节的电流输出和高效能量变换能力,实现对能量的高效存储和传输。

此外,PET还能通过电力电子开关的频率变换,将直流储能系统转换为交流输出,实现了不同储能系统之间的互联互通。

3. 电动汽车充电设备随着电动汽车的普及,电动汽车充电设备也成为电力系统中的关键环节。

传统的充电设备对电压的调节和电流的稳定性要求较高,而电力电子变压器可以通过高频调制和变换实现对电动汽车的精确充电,提高充电效率和充电速度。

配电系统电力电子变压器拓扑结构综述

配电系统电力电子变压器拓扑结构综述
行分 析 。 3 . 1 单 级型 P ET 拓 扑 结 构
图2 A C / A C单 级 型 P E T
Fi g . 2 AC/AC s i n g l e— s t a g e PET
A C / A C单级 型 P E T结 构优点 突 出 , 其 电路 拓扑
单 级型 P E T的工 作原 理 为 : 输入 的工 频 交 流 电
扑 结构 进行 分析 和 比较 , 并 对 拓 扑 结 构 实用 化 的可
行 性 和亟待 解决 的 问题加 以探讨 。
收 稿 日期 :2 0 1 4 - 0 5 - 2 3
基 金 项 目 :科 技 部 国 际合 作 项 目 ( 2 0 1 0 D F R 7 0 6 0 0 ) 作 者 简 介 :陈 启 超 ( 1 9 8 3 . ) , 男 ,黑 龙 江 籍 , 博 士研 究 生 , 研 究 方 向 为 电力 电 子 变 压 器 、电 能 质 量 分 析 与 控 制 ;
于 B u c k电路 的 A C / A C变 换 器 作 为 P E T的拓 扑 结
构 , 实现 了降压 的功 能 。之 后 的 1 9 9 5年 , 美 国 电
力科 学 研究 院 ( E P R I ) 对此 结 构进 行 了深 入 研究 , 研
原成 工频 正 弦波 电压 , 原 边 和副 边 的 变 换 器在 进 行 波形 变换 时必 须保 持 同步 。针对 此拓 扑在 感性 负载
图 2所示 的 是文献 [ 5 ] 提 出的一 种 典 型 的 A C / A C单 级 型 P E T结 构 。 为 了达 到减 小 尺 寸 、 减 轻 重
数校 正 功能 , 且 对 原边 与副 边 开 关 信 号 的 同步 性 要

电力电子变压器技术研究综述 张磊

电力电子变压器技术研究综述    张磊

电力电子变压器技术研究综述张磊发表时间:2018-11-13T16:55:11.147Z 来源:《建筑学研究前沿》2018年第21期作者:张磊[导读] 但是,从总体而言,PET的大规模推广应用还有诸多问题需要解决。

本文对电力电子变压器技术的应用进行了研究综述。

特变电工股份有限公司新疆变压器厂新疆昌吉 831100摘要:在能源互联网、智能电网等高科技电网技术飞快发展的基础上,实现电气隔离、变压、功率调节与控制、可再生能源接入等多种功能的电力电子变压器显得尤为重要,相关理论和技术的研究备受社会人士关注。

但是,从总体而言,PET的大规模推广应用还有诸多问题需要解决。

本文对电力电子变压器技术的应用进行了研究综述。

关键词:电力;电子;变压器前言电力电子变压器PET又称为固态变压器SST或智能通用变压器IUT,是一种把电压变换、频率变换、动态无功补偿、电能质量控制和不间断电源等功能集于一身的智能配电设备。

1.PET的控制保护技术PET的高性能控制及保护涉及调制及软开关技术、电压/电流/功率等电气量的控制策略以及故障保护技术等,对PET的电气特性、损耗、可靠性有着极其重要的影响,也是PET的研究热点之一。

2.PET的调制及软开关技术PET的调制主要是指控制PET主电路中各类功率半导体器件,使其按一定规律导通或关断的技术。

通过不同的调制方法可使得变流单元输出一系列脉冲电压/电流波形,并通过调节脉冲电压/电流的脉宽、频率和相位等实现变流单元电压/电流或变流单元之间交换功率的控制。

由于PET中电能变换环节类型较多,需求多种多样,因此调制方法一般也无法统一。

在高压交流侧的多电平变流环节,一般功率半导体器件处于硬开关工作状态,可以采用如正弦脉宽调制、载波移相调制、空间矢量调制等方法,通过优化调制方法来降低开关频率可实现器件开关损耗的降低。

而在隔离级高频环节一般调制需要结合软开关技术,实现功率半导体器件的零电压开关或者零电流开关以减小器件开关损耗,提高开关频率。

电力电子变压器及其发展综述_潘诗锋

电力电子变压器及其发展综述_潘诗锋

#科普园地#电力电子变压器及其发展综述Summary of Development of Power Electronic Transformer潘诗锋,赵剑锋(东南大学电气系,江苏南京210096)摘要:介绍了电力电子变压器的优点、工作原理、目前研究状况。

指出了用电力电子变压器解决电能质量问题是今后的发展趋势,拓宽了电力电子变压器的应用场合,使得其不但可以使用在对能量转换装置的体积、重量有特殊要求的场合,如航海、航空、航天等领域,还可以为电能质量敏感负荷供电。

它是建设/绿色电网0/数字电网0的关键设备之一,对其进行研制和使用可取得巨大的经济和社会效益。

关键词:电力电子变压器;电能质量;绿色电网;数字电网中图分类号:TM41文献标识码:E文章编号:1009-0665(2003)06-0052-03收稿日期: 2003-06-28传统的电力变压器具有制作工艺简单、可靠性高等优点,在电网中得到广泛应用。

但是,它的缺点也十分明显,如体积、重量、空载损耗大;过载时易导致输出电压下降、产生谐波;负载侧发生故障时,不能隔离故障,从而导致故障扩大;带非线性负荷时,畸变电流通过变压器耦合进入电网,造成对电网的污染;电源侧电压受到干扰时,又会传递到负载侧,导致对敏感负荷的影响;使用绝缘油造成环境污染;需要配套的保护设备对其进行保护[1]。

作为一种新型的能量转换设备,与传统的变压器相比,电力电子变压器具有体积小、重量轻、空载损耗小、不需要绝缘油等优点。

它是集电力电子、电力系统、计算机、数字信号处理以及自动控制理论等领域为一体的电力系统前沿研究课题,通过电力电子器件和电力电子变流技术,对能量进行转换与控制,以替代传统的电力变压器。

研究电力电子变压器的初衷是为了降低传统变压器的体积和重量。

因为,变压器的体积和重量与它的运行频率成反比,借助于电力电子技术提高其变换频率,就可减小体积和重量。

美国海军于20世纪70年代末至80年代初,首先对其进行了研究[2],美国电科院于1995年也进行了相关研究[3]。

面向电力电子变压器应用的大容量高频变压器技术综述

面向电力电子变压器应用的大容量高频变压器技术综述

4、大容量高频变压器的检测与 维护
4、大容量高频变压器的检测与维护
为了保证大容量高频变压器的可靠性和稳定性,需要进行严格的检测和维护。 检测主要包括电气性能测试、机械性能测试和环境适应性测试等。电气性能测试 主要包括电压比、阻抗、绝缘电阻等测试项目,以检验变压器的电气性能是否符 合设计要求。机械性能测试则主要包括振动测试、冲击测试和寿命测试等,以检 验变压器的机械强度和稳定性。环境适应性测试则主要包括高温、低温、湿度等 环境因素对变压器性能的影响。
参考内容
内容摘要
电力电子变压器是现代电力系统中不可或缺的重要组成部分,而高频变压器 在其中扮演着关键的角色。本次演示将深入探讨电力电子变压器中高频变压器磁 芯和绕组特性的相关问题,以期为相关领域的研究和实践提供有益的参考。
内容摘要
在过去的研究中,高频变压器得到了广泛的。它的基本原理是通过在变压器 铁芯上绕制线圈,利用电磁感应原理实现电能的传递。由于高频变压器的频率较 高,因此具有小型化、高效化和轻量化等优点。在电力电子变压器领域,高频变 压器的设计主要涉及到磁芯和绕组的特性,这些特性对变压器的性能和稳定性有 着至关重要的影响。
谢谢观看
1、可以实现交直流的自由转换,提高电网的灵活性和稳定性; 2、可以实现能量的双向传递,提高能源利用效率;
一、交直流配电网电力电子变压器的概念和应用背景
3、具有较宽的调节范围,可以满足不同负荷的需求;
4、具有较高的效率,可以减少 能源损耗。
4、具有较高的效率,可以减少能源损耗。
在实际应用中,交直流配电网电力电子变压器已经得到了广泛的应用,例如 风力发电、太阳能发电、直流微电网、智能楼宇等领域。
主体部分
1、大容量高频变压器的技术概 述

配电系统电力电子变压器的研究

配电系统电力电子变压器的研究

研究2023-11-03CATALOGUE目录•引言•电力电子变压器概述•配电系统概述•电力电子变压器在配电系统中的应用研究•电力电子变压器在配电系统中应用的挑战与解决方案•结论与展望01引言电力电子变压器在配电系统中的应用能够提高电力系统的稳定性和可靠性,降低系统运行成本,具有重要研究价值。

电力电子变压器在分布式能源、新能源并网、电动汽车充电桩等领域具有广泛的应用前景,对于推动能源结构优化和节能减排具有重要意义。

研究背景与意义研究内容与方法研究内容本文主要研究配电系统电力电子变压器的设计、控制策略、性能评估等方面,旨在提高变压器的运行效率和稳定性,降低能耗和噪声。

研究方法采用理论分析和实验研究相结合的方法,建立电力电子变压器的数学模型和控制策略,并通过实验平台进行性能验证和评估。

02电力电子变压器概述电力电子变压器的定义与工作原理定义电力电子变压器是一种通过电力电子技术实现对交流电压进行变换的装置,它可以将一种电压等级的电能转换为另一种电压等级的电能。

工作原理电力电子变压器主要基于电力电子开关器件(如IGBT、MOSFET等),通过控制开关的开闭状态来实现电压的变换。

它通常包括输入端、中间端和输出端三个部分,通过控制中间端的电压和频率,来实现输入端和输出端之间的电压和电流的变换。

分类根据变换的电压等级和用途,电力电子变压器可分为单相、三相、多模块组合式等类型。

按工作频率可分为工频、中频和高频等类型。

按冷却方式可分为自然冷却、强迫风冷、水冷等类型。

特点电力电子变压器具有体积小、重量轻、效率高、动态响应快、控制精度高等特点。

同时,它也具有噪声小、可靠性高、维护成本低等优点。

电力电子变压器的分类与特点电力电子变压器在配电系统中有着广泛的应用,如分布式能源、电动汽车充电桩、工业电源、新能源等领域。

它可以作为电压变换设备,满足不同设备对电压等级和电能质量的需求。

应用优势电力电子变压器在配电系统中能够实现高效节能、降低运营成本、提高供电可靠性等优势。

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配电网电力电子变压器技术综述
发表时间:2018-09-12T16:32:30.640Z 来源:《基层建设》2018年第22期作者:刘永林刘贻青
[导读] 摘要:在我国电力系统中最主要的电气设备就是电力变压器,传统的电力变压器负荷变化对电力影响特别大。

易事特集团股份有限公司广东省东莞市 52380
摘要:在我国电力系统中最主要的电气设备就是电力变压器,传统的电力变压器负荷变化对电力影响特别大。

当电力的负荷发生故障时,不能很好的隔离故障,为了隔离故障而使用绝缘油会对环境形成一定的污染,传统的电力变压器有着自己的不足,比如体积大、空载耗损也比较大和重量大等;跟传统的变压器相比较来看,电力电子变压器是新型的一种能量电力转换设备,这种电力电子变压器最大的优点就是耗损相对比较小,不需要绝缘油等,鉴于此,本文主要分析配电网电力电子变压器技术。

关键词:配电网;电力电子;变压器技术
1、电力电子变压器的基本原理
电力电子变压器(powerelectronictransformer,PET),也称为固态变压器(solid-statetransformer,SST)或智能变压器(smarttransformer,ST)等,一般是指通过电力电子技术及高频变压器(相对于工频变压器工作频率更高)实现的具有但不限于传统工频交流变压器功能的新型电力电子设备。

电力电子变压器一般至少包括传统交流变压器的电压等级变换和电气隔离功能,此外,还包括交流侧无功功率补偿及谐波治理、可再生能源/储能设备直流接入、端口间的故障隔离功能以及与其他智能设备的通讯功能等。

初级功率变换器、次级功率变换器以及联系初级和次级功率变换器的高频变压器来共同构成电力电子变压器。

根据电力电子变压器的输入和输出这种特点来看,也就是电力电子变压器的交交变换,电力电子变压器的基本工作原理就是输入的工频电压利用原边变换器,将工频电压转换为高频电压,利用高频变压器耦合到副边,最后再利用副边功率变换器将电压转换成所需要的高频交流电压;对电力电子变压器要减小它的体积,来增加电力电子变压器的工作频率;为了把工频交流电转换成高频交流电,这就需要使用合适的电力控制方案和现代电力电子技术,最终能够使电力电子变压器逐步的过渡成小型变压器和轻型变压器。

其工作原理如图1所示,高压侧工频交流通过电力电子变流器一系列变换(交-交变换或交-直-交变换)形成高频交流电,然后通过高频变压器耦合到低压侧,再经过变流器一系列变换形成工频交流电,向负载供电。

图1电力电子变压器的工作原理
2、电力电子变压器的几种电路类型
2.1、斩控式电力电子变压器
在1995年,电力电子变压器的实验样机被制造出来,这也是美国电科院首次成功制造斩控式的电力电子变压器。

2.2、交-交-交变换电力电子变压器
在1999年,交-交-交变换的电力电子变压器被制造出来,它是一种新型的电力电子变压器,这也是美国德州大学首次成功制造该种类型的电力电子变压器。

2.3、反激式电力电子变压器
反激式电力电子变压器是近年来研制的新型变压器,它的内部元件大大减少,结构非常的简化。

3、配电网电力电子变压器技术综述
3.1、PET的电路拓扑
PET一般可应用于智能电网、可再生能源接入或电力机车牵引变流系统等需要对电能形式进行变换并要求电气隔离的场合。

根据应用场景的不同,PET的高、低压端口电能形式及隔离方式一般也不相同,通常需要采用定制化的电路拓扑,很难实现统一标准化设计。

这也促成了PET电路拓扑的多元化技术路线。

作为应用于交流电网的PET,其输入侧一般为中高压交流端口,而为了能够涵盖传统工频变压器的基本功能,在很多场合也要求PET 能够输出低压交流。

因此,本文以中高压交流输入、低压交流输出的PET作为基本的分类对象。

而对于具有直流端口的PET来说,大多数情况下其可以作为低压交流输出型PET的一部分。

3.2、PET的控制保护技术
PET的高性能控制及保护涉及调制及软开关技术、电压/电流/功率等电气量的控制策略以及故障保护技术等,对PET的电气特性、损耗、可靠性有着极其重要的影响,也是PET的研究热点之一。

PET的调制主要是指控制PET主电路中各类功率半导体器件,使其按一定规律导通或关断的技术。

通过不同的调制方法可使得变流单元输出一系列脉冲电压/电流波形,并通过调节脉冲电压/电流的脉宽、频率和相位等实现变流单元电压/电流或变流单元之间交换功率的控制。

由于PET中电能变换环节类型较多,需求多种多样,因此调制方法一般也无法统一。

一般而言,PET的电气端口应具有电压/电流/功率的实时调节能力,可实现电能双向流动,从而可以接入不同类型的电源、储能和负荷等设备。

3.3、PET中的高频变压器优化设计
PET中的高频变压器是实现电气隔离和电压等级变换功能的核心元件。

首先需要说明的是,本文中的“高频”是与工频变压器的“工频”而言的相对概念。

一般来说,过低的工作频率会使得变压器铁心体积较大,而过高的频率会使得变压器及其连接的电力电子变换器损耗增加,给系统散热带来困难。

实际上,对于可以隔离10kV或更高电压的高频变压器来说,由于爬电距离、空气间隙等绝缘因素的限制,一般
工作频率高于数kHz之后,即便继续提高频率,高频变压器本身的体积很难继续减小;而因工作频率提高带来的变压器及变流器散热需求增加,需要另外增加散热设计,反而可能会增大PET系统的体积。

因此,PET中高频变压器的工作频率设计需综合考虑系统的体积(功率密度)、绝缘、散热等多项性能的协同优化。

所以,目前研制的PET样机中,高频变压器工作频率一般在400Hz~20kHz之间,有些文献中将这些变压器称为中频变压器(mediumfrequencyt ransformer,MFT)。

对于高压大容量的高频变压器来说,为了实现较高的功率密度,其绝缘和冷却设计需要重点考虑。

从绝缘形式划分, PET中的高频变压器可以分为油(液体)浸式和干式两种。

在已研制的PET样机中,两种类型的绝缘技术也均有采用[19,22-23,30,32,49,64,104,107]。

干式变压器的绝缘材料一般采用合成材料绝缘纸、环氧树脂等。

由于没有液体泄漏、挥发、着火等问题,干式变压器具有环境友好,维护少等优势。

但是,干式变压器的散热、绝缘、局部放电等需要特别处理。

因此,油浸式高频变压器依然获得了较多应用。

油浸式变压器除去绝缘性能好之外,由于铁心和绕组都可以浸泡在绝缘油中,采用导热性能良好的绝缘油时还可以起到很好的散热作用。

总之,电力电子技术融入变压器是当前电力系统研究的新兴领域,将这种变压器所提供的研究思路和理论应用于实际,并且逐渐实用化、民用化,能够极大的提高电力系统的电能利用效率,从而使电力系统的经济效益显著提高。

参考文献:
[1]周廷冬,徐永海.配电网电力电子变压器故障清除及保护技术综述[J].大功率变流技术,2017(04):81-86.
[2]李天宇.基于电力电子变压器的配电网无功优化关键技术研究[D].沈阳农业大学,2017.
[3]廖国虎.配电系统多功能电力电子变压器的研究[D].贵州大学,2015.
[4]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,2012(02):47-52.
[5]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,2012(01):53-58+65.。

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