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电力电子变压器拓扑结构分析

结合配电系统运行的实际概况,落实好与之相关的电力电子变压器拓扑结构综述研究工作,有利于获得有关电力电子变压器(PET)的更多研究成果,促使电力生产计划实施中配电系统的服务功能得以不断完善。因此,为了在配电系统运行中实现对电力电子变压器的高效利用,充分发挥出这种电能传输设备的实际作用,需要电力技术人员能够从多个方面入手,了解PET的功能特性及拓扑结构,并对其实践应用效果进行科学评估,使得电力电子变压器使用能够达到配电系统正常运行要求。

1实践过程中有关配电系统电力电子变压器的发展状况分析

电力电子变压器(PET)经过多年的发展,取得了一定的成果,为配电系统运行水平的不断提升及电能传输设备种类丰富带来了重要的保障作用。其概念最早是在1970年由美国GE公司提出的,且将其作为一种变换电路,能够在配电系统高频链接中发挥作用。在高频变换原理的支持下,电力电子变压器的发展速度逐渐加快,并给予了其研究工作开展更多的支持。随着时间的推移,日本研究人员在1996年借助相位调制技术的优势,使得电力电子变压器拓扑结构性能得以优化,并为智能变压器的出现创造了有利的条件。实践过程中通过对这些不同研究成果的合理运用,且在有效的实验装置支持下,使得电力电子变压器使用中的开关频率达到了16.7kHz,且其效率也得到了显著提高。同时,美国海军在1980年在设置PET拓扑结构时,引入了AC/AC变换器,使得PET应用中具备了降压功能。在此基础上,美国电力研究院通过对AC/AC变换的PET实验样机的开发及应用,使得PET拓扑结构潜在应用价值逐渐提升。除此之外,早期的电力电子变压器拓扑结构研究中受到基础理论不完善、技术条件不充分等因素的影响,使得其难以达到配电系统稳定运行要求。在此背景下,随着高压大功率变化技术的出现,使得PET发展中获得了所需的拓扑结构,并得到与配电系统等级匹配性良好的PET实验样机,为配电系统电力电子变压器发展注入了活力。

2实践过程中有关配电系统电力电子变压器的拓扑结构分析

2.1单极型电力电子变压器拓扑结构。这类电力电子变压器实践应用中的工作原理为:在高频变压器的支持下,通过对输入工频交流电压的针对性处理,能够得到变压器运行中所需的高频交流电压,且在高频变压器副边的作用下,能够对此时的电压进行还原处理,最终得到工频交流电压。在此期间,由于电力电子变压器变压功能实现中只通过了一次电能变换,使得PET拓扑结构一定程度上满足了配电系统稳定运行要求。同时,这类电力电子变压器具有结构简单的特点,实践应用中的变换环节较少,可结合配电系统运行工况进行使用。文献[1]中提出了有关单极型的电力电子变压器拓扑结构。在这类变压器的作用下,通过对自身重量的有效控制,确保了其运行效率的不断提高,并通过工作频率的科学调整,使得其应用过程中的传递能量增加,相比工频变压器优势明显。配电系统运行中若引入这种PET拓扑结构,也需要了解其在这些方面的内容:(1)当该电力电子变压器处于正常的运行状态时,为了得到0.6-1.2kHz的高频电压,需要在变压器原边的变换器调制作用下,对输入的工频正弦波电压进行处理,并在变压器耦合到副边的作用下,对得到的高频电压进行还原处理,得到工频正弦波电压;(2)实践过程中针对单极型电力电子变压器拓扑结构在感性负载方面的工作问题,文献[1]提出了输出电流的极性的控制策略,使得该电力电子变压器实践应用中的功率器能够实现安全换向,并将开关损耗控制在了合理的范围内;(3)结合配电系统稳定运行要求,加强AC/AC单极型PET拓扑结构运用,将会实现电能传输设备运行中功率的双向传输,且保持电力电子变压器运行中电路高效的变换效果。但是,由于这种PET功能单一,使得其应用过程中受到了一定的限制,需要注重其拓扑结构的不断优化。针对这种情况,文献[3]中提出了单极型电力电子变压器应用中引入高频耦合电感,使得该变压器运行中的变换电路工作效率逐渐提高,避免变换器工作时产生较多的谐波电流,使得电力电子变压器实践应用中能够有着良好的拓扑结构。2.2双极型电力电子变压器拓扑结构。在配电系统电力电子变压器拓扑结构选用中,加强双极型电力电子变压器拓扑结构运用,将会使配电系统运行效率逐渐提高,且在这种电力电子变压器高压直流与低压直流不同环节的作用下,能够保持配电系统良好的实践应用效果,满足电力生产计划实施的多样化需求。因此,需要借助文献[3]与文献[4]的研究内容,深入了解双极型电力电子变压器的拓扑结构及其功能特性,从而为这种变压器在配电系统中的应用范围扩大提供保障。具体表现为:(1)配电系统运行中若引入双极型电力电子变压器拓扑结构,将会提高对工频高压交流电整流处理效率,且隔离型逆变器的作用下,将高压直流转换为电压交流,保持电力电子变压器实践应用中良好的功能特性;(2)加强双极型电力电子变压器使用,并提高对其拓扑结构的正确认识,能够使电力电子变压器实践应用中的工作性能逐渐优化。但是,由于这种电力电子变压器应用中的平均有功功率对漏感的敏感性较强,且在低压直流侧的调节方面并不具备良好的调节功能,因此,需要根据配电系统的实际情况,合理运用双极型电力电子变压器拓扑结构,确保电力生产计划实施有效性。2.3三级型电力电子变压器的拓扑结构。配电系统运行中若引入三级型电力电子变压器,则需要了解其工作原理。具体表现为:在AC/DC变换器的作用下,能够对工频交流电压进行整流处理,最终得到直流,进而在DC/DC变换器的支持下,实现直流变压处理,最终借助DC/AC逆变器的优势,能够得到交流电压。该电力电子变压器在配电系统应用过程中有着良好的控制特性。为了获取有关其拓扑结构的更多参考信息,可结合文献[4]、[5]的研究内容,从这些方面入手:(1)在三级型电力电子变压器的作用下,能够使PET的穿越能力不断提高。相比单极型电力电子变压器,该变压器在低压直流环节引入了性能可靠的能量存储设备,优化变压器性能的同时增强了其拓扑结构设置合理性;(2)结合文献[6],可知三级型PET拓扑结构在配电系统应用中有着很强的可控性,因此,该系统运行中为了提高系统侧与负载侧的电能质量,应加强这种电力电子变压器拓扑结构使用。

综上所述,具有良好拓扑结构的电力电子变压器,对于配电系统的稳定运行至关重要:有利于提高配电系统运行中电能传输效率,实现电力行业生产效益最大化目标。因此,未来配电系统运行中电力技术人员需要结合实际情况,深入分析系统所需的电力电子变压器拓扑结构,且在有效的技术措施支持下,确保电力电子变压器拓扑结构良好性,从而为我国配电系统长期运行中的性能优化提供必要的支持,增加供电企业生产效益。长此以往,有利于提升我国电能输送水平,更好地应对当前的形势变化。

参考文献

[1]张弛,张威.交直流混合的分布式可再生能源系统综述[J].南方电网技术,2017(9).

[2]蔡树林,李侠.基于AC/DC/AC型电力电子变压器的电能质量改善研究[J].大功率变流技术,2016(3).

[3]张启亮.基于高频变压器的单相补偿式交流稳压电源的研究[D].天津:天津大学,2014(12).

[4]张晓东.电力电子变压器及其在电力系统中的应用[D].济南:山东大学,2012(4).

[5]程建洲,田伟帅.基于三电平拓扑的电力电子变压器研究[J].电力电子技术,2012(1).

[6]刘海波.电子电力变压器控制策略研究[D].武汉:华中科技大学,2010(5).

作者:庞英俊 单位:国网安徽芜湖供电公司

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