电子式电力干式变压器原理及仿真研究

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文章来源:北京创联汇通电气发布时间： 2021-01-29 04:10:00

导读：电子式电力变压器EPT(Electronic Power Trans former)，又称电力电子干式变压器PET(P0wer Electronic transformer)或固态变压器(s01id state transformer)，是基于大功率电力电子变换技术实现电力系统电压变

电子式电力变压器EPT(Electronic Power Trans former)，又称电力电子干式变压器PET(P0wer Electronic transformer)或固态变压器(s01id state transformer)，是基于大功率电力电子变换技术实现电力系统电压变换、能量传输和隔离的新型电力干式变压器，是近年来电力变换与传输领域的重要研究成果之一。本文讨论了EPT的基本理论和实现方案，并对作者在文献[3]中提出的一种新的EPT实现方案进行了仿真。仿真结果表明，该电子式电力干式变压器能够保证原、次级良好的电压和电流波形，具有良好的控制特性。

1 EPT基本原理

EPT原理框图如图1所示，其基本原理如下：输入电压信号在高频干式变压器一次侧进行交流-交流或交流-DC-交流转换。将获得的高频信号通过高频干式变压器耦合到二次侧后，进行交流交流或交直流交流转换，获得工频电能。

图1 ept的基本原理框图

图1膨胀节的框图

如上所述，EPT的具体实现方案可以分为两种形式：一种是转换过程中没有DC环节，即直接交-交转换，如图2(a)所示；另一个是在转换过程中有一个DC环节，如图2(b)所示。DC环节的实现方式具有良好的控制特性。干式变压器一次侧和二次侧电压、电流和功率的灵活控制可以通过脉宽调制技术实现，有望成为未来的发展方向。

图2两个典型的E肌原理框图

图2膨胀节的两个典型原理

2新的EPT结构

在参考文献[3]中，作者提出了一种新的E]P1r实现方案，其单相拓扑如图3所示。本文对该拓扑进行了进一步的仿真。

3模拟研究

本文模拟了图3所示单相结构的电磁脉冲。为了不丧失通用性，在高频干式变压器的仿真中串联使用了两个输入模块。在仿真研究中，EPT一次输入电压有效值为6 000 V，二次输出电压有效值为800 V.仿真参数如下：整流器电感为15 mH，整流后DC电容为5000 uf；输出滤波器电感为4 mH，电容为4 500uF。

3.1稳态特性模拟

图4显示了正稳态特性。输入单相工频电压时，输入电流、输出电压和电流波形均为正弦波。根据FFT分析，单相输入电流的较大THD约为3.44%。其中三次谐波含量为2.93%，在三相系统中可以大大降低。单相输出电压THD约为0.55%。PWM整流控制后，输入电压和电流基本同相，输入功率因数接近1。

图3新EPT的单相拓扑

图3一种新的膨体聚四氟乙烯的拓扑结构

图4稳态特性的模拟结果

图4稳态特性模拟的结果

3.2动态特性模拟

为了验证e门的动态特性，本文模拟了以下几种情况：(1)输入电压波动10%；输入电压包含基波幅度为20%的5次和7次谐波。2倍脉冲的输入电压

撞击：负载的开关冲击。 #p#分页标题#e#

3.2.1输入电压波动10%

输入电压如图5(a)所示。当时间为1秒时，电压峰值比额定值增加10%，持续2个周期。在1.06秒时，电压峰值比额定值低10%，持续2个周期。分析输出电压的波动(如图5(b)所示)约为1.9%。从仿真结果可以看出，当输入电压波动10%时，输出电压的幅度基本保持不变。

3.2.2如图6(a)所示，输入电压包含基波幅度为20%的5次和7次谐波，输入电压包含基波幅度为20%的5次和7次谐波。根据FFT分析，单相输出电压的THD(如图6(b))约为0。较多56%。仿真表明，当输入电压包含20%的第5和第7 ha时