電子電力變壓器EPT(Electronic Power Trans—former)，又稱電力電子變壓器PET(P0wer Electronic transformer)，或固態變壓器(s01id state transformer)，是一種基于大功率電力電子變換技術實現電力系統中電壓變換、能量傳遞和隔離的新型電力變壓器.是近幾年來在電能變換和傳遞領域內重要的研究成果之一。本文對EPT的基本理論和實現方案進行了論述，并對作者在文獻[3]中提出的一種新的EPT實現方案進行了仿真研究。仿真結果表明，電子電力變壓器可以保證原副方良好的電壓、電流波形，并具備良好的控制特性。

1 EPT基本原理

EPT原理框圖如圖1所示，其基本原理如下：輸入電壓信號在高頻變壓器的原方進行AC—AC或者AC—DC—AC變換。所得高頻信號經高頻變壓器耦合到副方以后.再進行AC—AC或者AC—DC—AC變換，得到工頻電能。

圖1 EPT基本原理框圖

Fig.1 The block diagram of EPT

如上所述，EPT的具體實現方案又可分為兩種形式：一種是在變換過程中不含直流環節，即直接AC—AC變換，如圖2(a)所示;另一種是在變換過程中存在直流環節，如圖2(b)所示。含直流環節的實現方式具備良好的控制特性。通過PWM調制技術可實現變壓器原副方電壓、電流和功率的靈活控制.有望成為今后的發展方向。

圖2兩種典型的E肌原理框圖

Fig.2 Two typical principles of EPT

2一種新的EPT結構

作者在文獻[3]中提出了一種新的E]P1r實現方案，其單相拓撲結構如圖3所示。本文對這種拓撲結構作了進一步的仿真研究。

3仿真研究

本文對圖3所示單相結構的EPT進行了仿真研究。為了不失一般性，仿真時高頻變壓器原方采用了2個輸入模塊進行串聯。仿真研究中，EPT原方輸入電壓有效值為6 000 V.副方輸出電壓有效值為800 V。仿真參數如下：整流器電感為15 mH，整流后直流電容為5 000uF;輸出濾波電感為4 mH，電容為4 500uF。

3.1穩態特性仿真

E陽穩態特性如圖4所示。當輸入單相工頻電壓時：輸入電流及輸出電壓、電流波形均為正弦。經快速傅里葉變換(FFT)分析，單相輸入電流總諧波畸變率(THD)最大約為3.44%。其中3次諧波含量2.93%，在三相系統中，3次諧波含量可大幅度降低。單相輸出電壓THD約為0.55%。經PWM整流控制，輸入電壓、電流基本同相位.輸入功率因數接近于：1。

圖3新的EPT的一相拓撲結構

Fig-3 The topological structure of a new EPT

圖4穩態特性仿真結果

Fig.4 Results of steady-state characteristic simulation

3.2動態特性仿真

為了驗證E門的動態特性，本文對以下幾種情況進行了仿真研究：輸入電壓波動±10%;輸入電壓含基波幅值20%的5次、7次諧波;輸入電壓2倍沖

擊：負載的投切沖擊。

3.2.1輸入電壓波動±10%

輸人電壓如圖5(a)所示，在時刻為l s時電壓峰值比額定值增加10%，持續2個周期;在1.06 s時電壓峰值比額定值降低10%，持續2個周期。分析得輸出電壓(如圖5(b)所示)波動約為1.9%。從仿真結果可知，當輸入電壓波動±10%時，輸出電壓幅值基本維持恒定。

3.2.2輸入電壓含基波幅值20%的5次、7次諧波如圖6(a)所示，輸入電壓含基波幅值20%的5次諧波和基波幅值20%的7次諧波。FFT分析得到，單相輸出電壓(如圖6(b)所示)的THD最大約為O.56%。仿真說明當輸入電壓含20%的5，7次諧波時，EPT輸出電壓基本保持正弦。

3.2.3輸入電壓有2倍沖擊

輸入電壓如圖7(a)所示，2倍電壓沖擊從l s時刻開始，持續3個周期，之后恢復正常。當輸入電壓波動+100%，即2倍電壓沖擊時，輸出電壓(如圖7(b)所示)波動最大約為11.5%;對輸入電壓波動+20%進行仿真，此時，輸出電壓波動最大約為3%。

圖5輸入電壓波動±10%時的仿真結果

Fig.5 Simulative results with±10% fluctuation on input voltage

圖6輸入電壓含基波幅值20%的5。7次諧波時的仿真結果

Fig.6 Simulative results with 20% fifth and seventh harmonics in input voltage

圖7輸入電壓含2倍電壓沖擊時的仿真結果

Fig.7 Simulative results with twice impact on input voltage

以上仿真說明當輸入電壓有較大波動時。輸出電壓波動在允許范圍內。

3.2.4負載投切

功率因數為0.5的負載投切到功率因數為0.85的負載過程中，輸入電流波形如圖8(a)所示，輸出電壓波形如圖8(b)所示(投切時刻為l s)。

圖8負載投切過程中的仿真結果

Fig.8 Results of Ioad switching process simulation

分析可得，負載投切后，輸出電壓一個周期后就恢復正常。仿真說明，不同功率因數的負載投切后，輸出電壓幅值基本不變。

4結論

本文闡述了EPT的基本原理及其實現方案。并對一種新的EPT拓撲結構進行了仿真研究。仿真結果表明，該拓撲結構的EPT可以保證原副方良好的電壓、電流波形，并具備良好的控制特性。EPT的動態特性仿真結果表明.EPT具有電能質量調節器的功能，可以作為～種新型的電能質量調節裝置。

參考文獻(5條)

1.趙劍鋒輸出電壓恒定的電力電子變壓器仿真[期刊論文]-電力系統自動化 2003(18)

2.毛承雄;范澍;黃貽煜電力電子變壓器的理論及其應用(Ⅱ)[期刊論文]-高電壓技術 2003(12)

3.毛承雄;范澍;王丹電力電子變壓器的理論及其應用(Ⅰ)[期刊論文]-高電壓技術 2003(10)

4.Ronan E R;SUDHOFF S D;GLOVER S F A power electronic-based distribution transformer[外文刊]2002(02)

5.Kang M;ENJETI P N;PITEL I J Analysis and design of electronic transformers for electric power distribution system[外文期刊] 1999(06)

引證文獻(3條)

1.于慎航.孫瑩.牛曉娜.趙傳輝基于分布式可再生能源發電的能源互聯網系統[期刊論文]-電力自動化設備2010(5)

2.鄭新才.劉成偉.秦三營.楊素梅電網綜合反事故演練仿真系統[期刊論文]-電力自動化設備 2009(5)

3.黃振寧.高厚磊基于EMTDC的阻抗匹配平衡變壓器仿真[期刊論文]-電力自動化設備 2008(8)