电力电子变压器与智能电网的发展展望.doc

电力电子变压器与智能电网的发展展望 滕晓辉，李红，王志强，郝建军，艾永富 （山东电力集团公司沂南县供电公司,山东 沂南 276300） 摘 要：介绍了电力电子变压器（PET）的工作原理、突出优点，研究应用现状。分析了电力电子变压器在智能电网中的应用前景，指出电力电子变压器是建设“绿色智能电网”的关键设备之一，电力电子变压器的广泛应用，必将获得巨大的经济和社会效益。 关键词：电力电子变压器；智能电网；电能质量；分布式发电；配电系统 0引言 自从电力变压器被发明以来，它已经成为电网输配电系统应用最广泛的电压转换、能量传输设备之一。传统的电力变压器具有制作工艺简单、可靠性高等优点，在现代电网中得到了广泛的应用。 但是，传统电力变压器的缺点也十分明显，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，又会传递到负荷侧，导致对敏感负荷的影响；随着大量非线性负荷和电能质量敏感用户的增多，传统电力变压器暴露出如：直流偏磁、饱和、波形畸变等，电压不稳定，调压困难；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等缺点[1]。 近年来，许多学者开始进行基于电力电子技术的新型电力电子变压器的研究。利用大功率电力电子变换技术实现电力系统电压转化和能量传递的电力电子变压器PET（Power Electronic Transformer），是近几年在电力电子和变压器研究领域取得的重大成果。使用电力电子变压器能够极大的提高电能质量，是建设“智能电网”的关键设备之一。 1 PET基本原理与研究现状 1.1基本原理 电力电子变压器原理。电力电子变压最初是为了减小变压器体积而设计的。根据变压器体积与频率成反比：增加交流频率即可减小变压器的体积。基本原理如图1所示。 图1 电力电子变压器基本原理框图 输入的工频电压经过原边变换器调制为高频（600Hz到1.0kHz）交流电压，通过高频变压器耦合到副边，再经副边变换器转换为所需电压等级。由于在其他条件不变的情况下，变压器的体积同通过的电流频率成反比，因此转换成高频后，变压器的输送容量可提高3倍，效率也有所提高[2]。 1.2研究现状 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化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，美国电科院于1995年也进行了相关研究[3]。以上2个项目研究，试验样机都不实用，因为它们采用的是降压型变换器（Buck），不能很好的抑制输入谐波电流，而且变压器输入和输出是不脱离的[1]。 目前，国内外对电力电子变压器的研究总体上尚处于起步阶段。从现有PET拓扑电路来看，可归纳为2种方案：一种是在变换过程中不含直流环节，即直接AC/AC变换，如图2a所示；另一种是在变换过程中存在直流环节，即AC/DC/AC变换，如图2b所示。 PET具有以下突出优点： 1）体积小、重量轻，无油、无污染。 2）可自动保持负荷侧输出电压值恒定，不随负荷增减波动，且平滑可调。 3）可保持原、副边电压波形为正弦波，且功率因数可调，可保持输出功率因数为1。可发出或吸收无功，既可以充当无功源又可以作为无功负荷。 4）无需常规变压器继电保护装置，可瞬间（毫秒级）关断故障大电流，具有断路器功能。 5）含有智能控制单元，一方面可以实现变压器在线自检测、自诊断、自保护、和自恢复等功能，另一方面可以实现联网通信，便于实现电网潮流全网优化。 2 PET在智能电网中的应用前景 2．1智能电网的发展 随着能源压力和生态文明意识的提升，以及未来的数字化社会对供电可靠性和电能质量的严格要求使得智能电网成为历史发展的必然。“智能电网”指得是现代化的电力供应系统，它能够监控、保护和自动优化其内部互联元件的运行。目前智能电网的相关研究主要包括高级测量体系（AMI）、高级配电运行（ADO）、高级输电运行（ATO）和高级资产管理（AAM）。 一般来说，智能电网具有如下功能和特点： 智能电网是自愈电网。 对电网当前运行状态进行不断的在线评估，采用有效的预防控制手段，尽可能及时发现、快速诊断和消除故障隐患；并且在尽量少的人工干预下，自动快速隔离故障、实现自我恢复，避免大面积停电的