·4·Oct.2003HIGHVOLTAGEENGINEERINGVol.29No.10X电力电子变压器的理论及其应用(É)TheoryofPowerElectronicTransformerandItsApplications毛承雄,范澍,王丹,方华亮,黄贻煜(华中科技大学电气与电子工程学院,武汉430074)摘要分析和讨论了电力电子变压器(PET)的基本理论调;二是在变换中存在直流环节[7～8],通常在变压器和实现方案,并提出了两种新的拓扑结构。仿真研究表明,原方进行ACöDC变换,再将直流调制为高频信号PET可保证原副方良好的电压、电流波形,并具备良好的控制特性。经高频变压器耦合到副方后,在副方进行DCöACAbstractThispaperdescribesthemechanismsofPET,as变换。比较两种方案,后种控制特性良好,通过wellasthestateoftheartinitsrealization,andproposesPWM调制技术可实现变压器原副方电压、电流和twokindsofnewtopologiesofPET.Simulationresults功率的灵活控制,有望成为今后的发展方向。showthatPETcanensuregoodvoltageandcurrentwave2formsintheprimaryandsecondaryside,andhavegoodcontrolcharacteristics.关键词电力电子变压器电力系统应用KeywordsPETpowersystemapplication中图分类号TM41;TM461文献标识码A图1电力电子变压器基本原理框图0引言112研究现状自1970年美国GE公司首先发明了具有高频近年来,随着大功率电力电子元器件及其控制连接的ACöAC变换电路后,很多科研工作者对各技术的发展,一种通过电力电子变换技术实现电力种不同结构的具有高频连接的ACöAC变换器进行系统中的电压变换和能量传递的新型变压器——电了深入的探讨和研究[1],并提出了PET的概念。美力电子变压器(PowerElectronicTransformer,国海军和美国电力科学研究院(EPRI)的研究小组PET)得到了越来越多的关注,很多学者对PET的先后提出了一种固态变压器[2,3],KoosukeHarada实现方案进行了研究[1～8],目前已制作出可用于配等人也提出了一种智能变压器[4],他们通过对高频电网络的实验室样机[5,7]。技术的使用,使变压器体积减小,实现恒压、恒流、功本文中先对的基本理论和实现方案进行PET率因数校正等功能。分析和论述,在此基础上提出两种新的实现方案,并早期的PET的理论和实现研究由于受当时电对其中一种进行了仿真研究,结果表明,PET可保力电子器件和功率变换技术发展水平的限制,所提证原副方良好的电压、电流波形,控制特性好。出的各种设计方案均未能实用化,特别是在可用于1PET的基本原理和研究现状实际输配电系统(10kV以上)的PET的研究方面进展不大。进入20世纪90年代,国外在这一研究领111基本原理域中取得了一些新进展,提出了新的技术方案,并制的设计思路源于具有高频连接的PETACöAC作了与配电系统电压等级相当的实验室样机。最先变换电路[9],其基本原理见图1,即通过电力电子变是美国德州A&M大学提出了一种基于直接ACö换技术将变压器原方的工频交流输入信号变换为高AC变换的PET的结构[5],见图2。这种PET的首频信号经高频变压器耦合到副方后再经电力电子,,要设计目标是减小变压器体积和重量并提高其整体变换还原成工频交流输出。因高频变压器起隔离和效率,其工作原理为:工频信号先被变换为中频信号变压作用,因铁心式变压器的体积与频率成反比,所(600Hz～112kHz)后通过中频隔离变压器耦合到以高频变的体积远小于工频变压器,其整体效率高。其副方,中频信号随后又被同步还原为工频信号。为的具体实现方案分两种形式一是在变换PET:了减小器件开关过程中由于电流突变造成的过电中不含直流环节,即直接ACAC变换[1～6],其原理ö压,该方案采用了一种4级开关控制策略,可使功率是:在高频变压器原方进行高频调制,在副方同步解X湖北省自然科学基金资助项目(2001ABB026)2003年10月高电压技术第29卷第10期·5·器件在无吸收电路的条件下安全换向。图2中的中这种变压器的工作过程为:输入三相电源的线频隔离变压器采用了常规的硅钢铁心变压器。试验电压通过功率开关S1,S2和S3被调制成高频交流表明,对