電子電力變壓器EPT(Electronic Power Trans—former)，又稱(chēng)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(shù)實(shí)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(lái)在電能變換和傳遞領(lǐng)域內重要的研究成果之一。本文對EPT的基本理論和實(shí)現方案進(jìn)行了論述，并對作者在文獻[3]中提出的一種新的EPT實(shí)現方案進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(shí)現方案又可分為兩種形式：一種是在變換過(guò)程中不含直流環(huán)節，即直接AC—AC變換，如圖2(a)所示;另一種是在變換過(guò)程中存在直流環(huán)節，如圖2(b)所示。含直流環(huán)節的實(shí)現方式具備良好的控制特性。通過(guò)PWM調制技術(shù)可實(shí)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(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(shí)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(jìn)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(jìn)行了仿真研究。為了不失一般性，仿真時(shí)高頻變壓器原方采用了2個(gè)輸入模塊進(jìn)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(tài)特性仿真
E陽(yáng)穩態(tài)特性如圖4所示。當輸入單相工頻電壓時(shí)：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(tài)特性仿真結果
Fig.4 Results of steady-state characteristic simulation
3.2動(dòng)態(tài)特性仿真
為了驗證E門(mén)的動(dòng)態(tài)特性，本文對以下幾種情況進(jìn)行了仿真研究：輸入電壓波動(dòng)±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(dòng)±10%
輸人電壓如圖5(a)所示，在時(shí)刻為l s時(shí)電壓峰值比額定值增加10%，持續2個(gè)周期;在1.06 s時(shí)電壓峰值比額定值降低10%，持續2個(gè)周期。分析得輸出電壓(如圖5(b)所示)波動(dòng)約為1.9%。從仿真結果可知，當輸入電壓波動(dòng)±10%時(shí)，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(shuō)明當輸入電壓含20%的5，7次諧波時(shí)，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(shí)刻開(kāi)始，持續3個(gè)周期，之后恢復正常。當輸入電壓波動(dòng)+100%，即2倍電壓沖擊時(shí)，輸出電壓(如圖7(b)所示)波動(dòng)最大約為11.5%;對輸入電壓波動(dòng)+20%進(jìn)行仿真，此時(shí)，輸出電壓波動(dòng)最大約為3%。
圖5輸入電壓波動(dòng)±10%時(shí)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(shí)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(shí)的仿真結果
Fig.7 Simulative results with twice impact on input voltage
以上仿真說(shuō)明當輸入電壓有較大波動(dòng)時(shí)。輸出電壓波動(dòng)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(guò)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(shí)刻為l s)。
圖8負載投切過(guò)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(gè)周期后就恢復正常。仿真說(shuō)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(shí)現方案。并對一種新的EPT拓撲結構進(jìn)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(dòng)態(tài)特性仿真結果表明.EPT具有電能質(zhì)量調節器的功能，可以作為～種新型的電能質(zhì)量調節裝置。
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