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(tài)變壓器(s01id state transformer)，是一種基于大功率電力電子變換技術實現(xiàn)電力系統(tǒng)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(xiàn)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(xiàn)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(jīng)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(xiàn)方案又可分為兩種形式：一種是在變換過程中不含直流環(huán)節(jié)，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(huán)節(jié)，如圖2(b)所示。含直流環(huán)節(jié)的實現(xiàn)方式具備良好的控制特性。通過PWM調制技術可實現(xiàn)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(fā)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(xiàn)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(lián)。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(shù)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(wěn)態(tài)特性仿真
E陽穩(wěn)態(tài)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(jīng)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(tǒng)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(jīng)PWM整流控制，輸入電壓、電流基本同相位.輸入功率因數(shù)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(wěn)態(tài)特性仿真結果
Fig.4 Results of steady-state characteristic simulation
3.2動態(tài)特性仿真
為了驗證E門的動態(tài)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(xù)2個周期;在1.06 s時電壓峰值比額定值降低10%，持續(xù)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(xù)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(shù)為0.5的負載投切到功率因數(shù)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(shù)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(xiàn)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(tài)特性仿真結果表明.EPT具有電能質量調節(jié)器的功能，可以作為～種新型的電能質量調節(jié)裝置。
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