电力电子变压器及其发展综述

江苏电机工程，科普园地电力电子变压器及其发展综述潘诗锋，赵剑锋东南大学电气系，江苏南京210096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。它是建设绿色电网数字电网的关键设备之1对其进行研制和使用可取得巨大的经济和社会效益。

传统的电力变压器具有制作工艺简单可靠性等优点，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㈧。

作为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小，要绝缘油等优点它是集电力电子力系统兑机数卞信号处理以及动控制理论等领域为体的屯力系统前沿研究课，通过电力电子器件和电力屯广货流技术，对能量进行转换与校制，以铃代传统的电力变压器。

研宄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。借助于屯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年代末个8年代初，先付讳进研允美内电科院尸1995年也进行了相关研究1以上2个项目研宄，试验柞机都+实用。因为它们采用的是降压喂变换器1幻，+能很好地抑制输入的谐波电流，而变压器输入和输出是不隔离的120世纪90年代末，美国密苏里大学在人88和爱默生公司资助下对电力电子变压器进厅研究，完成了6，72007240的实验样机，但仅实现了基本的电压变换功能和对输入的功率因数控制。另外，设计时为减小对开关器件的应力，输入采用多个变流器串联工作，使系统的可靠性大大降低，当其中任意个器件出现故障都会导致工作异常。

美国威斯康麦迪逊人学。1爪公司介作，以萨，农机大学也十20世纪90年代末对电力屯子免压器逃行了研究45，但以1作只付其电压变换的功能进行了分析和研宄。目前，国际上对电力电子变压器的研宄处于初级阶段，还有许多相关的理论和实际问需要研究。要达到实用化，功能上还，进步完善。内还未到进行相关研究的报道。

1工作原理电力电子变压器主要由初次级功率变换器以及联系者之间的高频变压器组成。从电力电子变压器理为输的工频屯压经过说边变换器调制为频交流电压，通过高频变压器耦合至副边，再通过副边的功率变换器将其转换为所要求的电压。

打的开关都为双开关。即由两个1；1；和极管相对连接，可以使电流双向流动。原边开关3界15资2工作在同步状态。在高频变压器原边换流开关哪13双25你3和4的交替导通下，1频交流电波调制成高频电5，该高频电压经过变压器耦合到副边，再经过副边换流开关81和512以及5和，交替导通换流之后，必成工频的交流屯。

3研究现状目前，国际上对电力电子变压器的研，总体上处尹起步阶段，己有的文献报道也仅仅完成了小功率的实验样机降为目前文献中出现的几种电力电成，电路复杂损耗较大。另外，为了避免两相之间有短，短路，其控制策略也较夂杂，文献5中提的种步开关控制策略能够避免相间短路的出现，但算法较复杂。

变换器桥式逆变器高频变压器桥式整流器相逆变器及2个直流电容组成。其工作原理为工频交流电经过相巧变换器变换为直藏直流电压经过桥式逆变器变换为高频交流电压输入到变压器原边，然后耦合到高频变压器副边经过个全桥整流器变为直流电压再通过相逆变器输出相交流电压。这种结构的电力电子变压器与33的主电路相比减少了4个功率管，可实现交流侧功率因数为1的控制，似经过的变换环节太多，损耗较大。

阁3为采用反激型变换器的电力电子变压器，该结构设计的出发点是基于0直接变换的思想，避免过多的中间阶段，使结构简化，从中也可看出，整个装置的开关器件只有6个，大大少于前面两种结构。

其开关控制采用，界河控制策略，当工作于定的占空比0时，输出电压和输入电压的关系式为充电，能量存储于电感和电容中；当开关导通时，电感向变压器原边绕组放屯，能量高役，介到，边绕组。对副边电容充电，同时对负载供电；当开关断开时，副边源侧的电感和电容组成了1滤波器，适当的设计可以滤除电源侧的电压谐波，能在定程度上解决电能质量的问。但是这种结构不能用于大功率的场合。

3采用高频交流链的电力电子变压器主电路⑶采坩双直流环节的电力电子变压器主电路00采用反激变换器的电力电+变压器主电路4发展趋势及关键问对电力电子变压器进行研究的个重要趋势是通过电力电子变吒器解决电能质量问歧即电力电干变压器既具备传统变片器的功能。如电能传输隔离变换等。又具有抑制诺波双流动防止负载侧出现故障影响电源电压输出电压可以有直流分量消除电压跌，瓶，瘦，昭腧射潘跑，落升高，以及过电压欠电压等电源侧电压的干扰对负荷的影响，对各种电量进行监测显分析处理来判断各种异常情况对其自身和系统进行保护，并给出报警，号和故障类型等优点。

目前，电能质量问造成的经济损失巨大，据估计每次电能质量问使生产流水线中断或重新启动可能造成平均30万100万美元的损失6.美国每年由于屯能质试1造成200亿美兀的损失1然而，系统即使按人记性设计也无法避免电能质景问佳的性能价格比。因为，其他任何种方法除了需要补偿设备外。还要配备负荷等容量的传统变压器和相应的保护设备。相当于把传统变压器及其配套的监测保护设备和配电型静止同步补偿器动态电吒恢复器电力源滤波器综六电能质试调节器电能质量补偿装置的功能合为，可大大降低成本。目前，基于用户电力技术的补偿设备还没有得到广泛地应用，其主要原因就是成本问，而使用电力电子变压器，可打效地解决这付盾。使得电力电于变压器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，也可为电能质量敏感负荷供电，如造纸厂纺织厂挤塑机生产精密机，的汽车零件制造大型体锻造业以及半导体制造业似屯07呔疗化工领域等。

计付以上发城肺，清要付以下两方而深入研宄又寸适合于电力电子变压器的各种电路拓扑进行深入研宄。因为，为了使电力电子变压器早日应用，应当从提高可靠性降低损耗着手。而目前所使用的电路1构复杂可靠性低损耗大。

对电力电子变压器控制策略加以研究，得出能同时完成能量转换和解决电能质量的问功能的控制策略，即如何将电能传输隔离变换保护和改善电能质量问的功能合而为。

5结论及展望电力电子变压器具有广阔的使用前景，方面，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；另方面，可以为电能质量敏感负荷供电，如造纸厂纺织厂挤塑机生产精密机械的汽车零件制造大型泵体锻造企业以及半导体制造业银行电信军事医疗化工领域等。因此，电力电子变压器是建设绿色电网数字电网的关键设备之，对其进行研制和使用可以取得巨大的经济和社会效益。

正如开关电源己受到广泛应用样，随着技术的成熟，电力电子器件性能的提高成本的降低，在510年内电力电子变压器必将在多个领域内得到极为广泛的应用。

潘诗锋1980，男，江苏南京人，硕±研宄生，主要从事电力电子技术在电力系统中的应用的研宄；赵剑锋1972，男，浙江临海人，副教授，博士，主要从事电力电子技术在电力系统中的应用和电能质量问的研宄。

徐州供电公司完成重大带电作业课2003年10月13日，徐州供电公司利用500阳淮线停电维修后启动之初不带负荷的机会，在任上5237线路段上，带电更换联串耐张绝缘子获得成功。据悉，这在全国尚属##，此前只有北京供电局在20世纪末多次成功地实施过带电更换联串耐张绝缘子的工作。

据介绍，带电更换联串耐张绝缘子是江苏省电力系统2003年重要的科研课。为破解这道难鼠徐州供电公司在2003年初接到任务后，立即组织线路工区的技术人员刻苦攻关。他们自制专用工器具，在反复研究