传统的电力变压器具有制作工艺简单、可靠性高等优点,在电网中得到广泛应用。但是,它的缺点也十分明显,如体积、重量、空载损耗大;过载时易导致输出电压下降、产生谐波;负载侧发生故障时,不能隔离故障,从而导致故障扩大;带非线性负荷时,畸变电流通过变压器耦合进入电网,造成对电网的污染;电源侧电压受到干扰时,又会传递到负载侧,导致对敏感负荷的影响;使用绝缘油造成环境污染;需要配套的保护设备对其进行保护[1]。 作为一种新型的能量转换设备,与传统的变压器相比,电力电子变压器具有体积小、重量轻、空载损耗小、不需要绝缘油等优点。它是集电力电子、电力系统、计算机、数字信号处理以及自动控制理论等领域为一体的电力系统前沿研究课题,通过电力电子器件和电力电子变流技术,对能量进行转换与控制,以替代传统的电力变压器。 研究电力电子变压器的初衷是为了降低传统变压器的体积和重量。因为,变压器的体积和重量与它的运行频率成反比,借助于电力电子技术提高其变换频率,就可减小体积和重量。美国海军于20世纪70年代末至80年代初,首先对其进行了研究[2],美国电科院于1995年也进行了相关研究[3]。以上2个项目研究,试验样机都不实用,因为它们采用的是降压型变换器(Buck),不能很好地抑制输入的谐波电流,而且变压器输入和输出是不隔离的[1]。20世纪90年代末,美国密苏里大学在ABB和爱默生公司资助下对电力电子变压器进行了研究,完成了10 kVA,7 200 V/240 V的实验样机,但仅实现了基本的电压变换功能和对输入的功率因数控制。另外,设计时为减小对开关器件的应力,输入采用多个变流器串联工作,使系统的可靠性大大降低,当其中任意一个器件出现故障都会导致工作异常。 ...... |
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