电子电力变压器原理和仿真研究.pdf

第(!卷第"9期电力自动化设备:1*;(!<1;"9
(##!年"9月)*+,-./,012+.34-156-/17)84/95+7-:)*;(##!9"

电子电力变压器原理和仿真研究

成建鹏!毛承雄!范澍!王丹
"华中科技大学电气与电子工程学院!湖北武汉!"##$!#

!"$电子电力变压器%&’%%()*+,-./*&-0),’,1.23-,4),&是采用电力电子变换技术实现电力系统
中的电压变换和能量传递的一种新型变压器’阐述了%&’的基本理论!并对一种新的%&’实现方
案进行了稳态特性仿真!以及!种情况下的动态特性仿真’结果表明!%&’可以保证原副方良好的
电压(电流波形!具备良好的控制特性!并且具有电能质量调节器的功能!可以作为一种新型的电能
质量调节装置’
#$%$电子电力变压器)电力系统)仿真研究)电能质量
&’()*$’5!6+!5!7,-./0$8,12*$"##$%$#&’"(##!&"9%##9"%#"

电子电力变压器%&’"%()*+,-./*&-0),’,1.2=交流高频交流
输入变压器输出
3-,4),&!又称电力电子变压器&%’"&-0),%()*+,-./*高频方波高频方波
调制解调解调调制
’,1.23-,4),&!或固态变压器"2-(/=2+1+)+,1.23-,4),&!AA
是一种基于大功率电力电子变换技术实现电力系统
%1&直接8?L8?变换的%&’框图
中电压变换能量传递和隔离的新型电力变压器是
(!交流高频交流
近几年来在电能变换和传递领域内重要的研究成果输入直流高频高频直流输出
电压变压器电压
方波方波
*7>>+源变源变
之一’本文对%&’的基本理论和实现方案进行调制解调
换器AA换器
了论述!并对作者在文献*"+中提出的一种新的%&’解调调制
实现方案进行了仿真研究仿真结果表明电子电
’!%A&含直流环节的%&’框图
力变压器可以保证原副方良好的电压电流波形并
(!图9两种典型的%&’原理框图
具备良好的控制特性’E/IG9’0-+MN/*1(N,/.*/N()2-3%&’

7%&’基本原理9一种新的%&’结构

%&’原理框图如图7所示!其基本原理如下$输作者在文献*"+中提出了一种新的%&’实现方
入电压信号在高频变压器的原方进行8?@8?或者案!其单相拓扑结构如图"所示’本文对这种拓扑
8?@:?@8?变换!所得高频信号经高频变压器耦合结构作了进一步的仿真研究’
到副方以后!再进行8?@8?或者8?@:?@8?变
"仿真研究
换!得到工频电能’
输入侧变换高频耦合输出侧变换本文对图"所示单相结构的%&’进行了仿真
研究’为了不失一般性!仿真时高频变压器原方采
变换器变换器用了9个输入模块进行串联’仿真研究中!%&’原
方输入电压有效值为6###C!副方输出电压有效值
为仿真参数如下整流器电感为整
图7%&’基本原理框图<##C’$7>4D!
E/IF7’J)A(-*K=/1I,14-3%&’流后直流电容为>###!E)输出滤波电感为!4D!电
如上所述!%&’的具体实现方案又可分为两种容为!>##!E’
形式$一种是在变换过程中不含直流环节!即直接"F7稳态特性仿真
8?@8?变换!如图9%1&所示)另一种是在变换过程%&’稳态特性如图!所示’当输入单相工频电
中存在直流环节!如图9%A&所示’含直流环节的实压时!输入电流及输出电压(电流波形均为正弦’经
现方式具备良好的控制特性!通过&B5调制技术可快速傅里叶变换%EE’&分析!单相输入电流总谐波
实现变压器原副方电压(电流和功率的灵活控制!有畸变率%’D:&最大约为"G!!?!其中"次谐波含量
望成为今后的发展方向’9G;"@!在三相系统中!"次谐波含量可大幅度降低’
单相输出电压’D:约为#G>>H’经&B5整流控制!
收稿日期$(##!%#6%7!)修回日期$(##!%#;%9<输入电压(电流基本同相位!输入功率因数接近于7’
$!电力自动化设备第!!卷

"#$动态特性仿真"-*-*输入电压含基波幅值*)$的+次$,次谐波
为了验证%&’的动态特性!本文对以下几种情如图1’/&所示!输入电压含基波幅值*)$的+
况进行了仿真研究"输入电压波动"()##输入电压次谐波和基波幅值*)$的,次谐波%44’分析得
含基波幅值*)$的+次$,次谐波#输入电压*倍冲到!单相输出电压’如图1’25所示6的’78最大约为
击#负载的投切冲击%)#+1$%仿真说明当输入电压含*)$的+!,次谐波
"-*#(输入电压波动%()$时!%&’输出电压基本保持正弦%
输入电压如图+./&所示!在时刻为(0时电压峰"#*#"输入电压有*倍冲击
值比额定值增加()$!持续*个周期#在(#)10时电输入电压如图,’/&所示!*倍电