《電力電子變壓器控制系統(tǒng)綜述》2200字

電力電子變壓器控制系統(tǒng)綜述1.1定義電子變壓器又稱電子電力變壓器，這是一種通過(guò)使用電力電子技術(shù)從而實(shí)現(xiàn)能量之間傳輸和功率相互轉(zhuǎn)換的新型變壓器。在分析電子變壓器的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)之后，我們可以得到如下理論：我們口中的電力電子變壓器其實(shí)也就是實(shí)現(xiàn)了電力電子相互轉(zhuǎn)換技術(shù)與高頻轉(zhuǎn)換技術(shù)的融合，這也就設(shè)計(jì)出了兩種擁有不同的電力特性的電力之間進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換的設(shè)備。這里所指的電力的特性主要是指電壓（或電流）的幅度，頻率，相位，相數(shù)，相序和波形等。1.2工作原理變壓器的基本功能有能量傳輸、電力轉(zhuǎn)換以及系統(tǒng)分離。而我們所研究的電力電子變壓器是一種將能將電子轉(zhuǎn)換器與高頻變壓器兩種結(jié)構(gòu)結(jié)合的設(shè)備。因?yàn)橄到y(tǒng)中所使用的設(shè)備在體積容量和壓力承受方面會(huì)低于傳統(tǒng)電力傳輸系統(tǒng)，所以在今后的研究中，電子變壓器應(yīng)該會(huì)先應(yīng)用于配電方面。主電路和控制電路兩部分組成了電力電子變壓器的電子轉(zhuǎn)換器。在配電系統(tǒng)變壓器中，我們將與電源側(cè)連接的功率電子轉(zhuǎn)換器的相應(yīng)繞組和高頻變壓器定義為初級(jí)側(cè)，以保持與傳統(tǒng)電源變壓器的一致性。將與功率電子轉(zhuǎn)換器對(duì)應(yīng)的高頻變壓器相連的繞組定義為次級(jí)側(cè)。兩者通過(guò)高頻變壓器連接。工作原理如下：在初級(jí)側(cè)，由于功率電子轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行，工頻母線的高壓變成了高頻交流方波。換句話說(shuō)，就是將電壓的頻率升高，導(dǎo)致初級(jí)側(cè)起到升高電壓頻率的作用。芯材飽和度、磁通密度、繞組最大允許溫升對(duì)于變壓器的體積來(lái)說(shuō)，是三個(gè)比較大的影響因素，所以如果一個(gè)變壓器的磁通密度處在高飽和的狀態(tài)，那么它的體積也會(huì)變大。由于鐵心材料的飽和磁通密度與變壓器的工作頻率成反比，因此初級(jí)電力電子轉(zhuǎn)換器的高頻效應(yīng)提高了鐵心材料的利用率，并節(jié)省了變壓器和變壓器所占的空間。這是電力電子變壓器相對(duì)于傳統(tǒng)電力變壓器的優(yōu)勢(shì)之一。1.3電力電子變壓器控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)基本的變壓器控制系統(tǒng)電路模型有以下幾個(gè)組成部分：交流電源、變壓器、電阻、電壓測(cè)量、電流測(cè)量、有功和無(wú)功計(jì)算、示波器、函數(shù)計(jì)算；而相對(duì)復(fù)雜的控制系統(tǒng)中，就會(huì)在這些組成部分基礎(chǔ)上加入平均值計(jì)算、多功能橋式電路、三電平橋、三相RLC串聯(lián)負(fù)載等等。1.3.1變壓器變壓器是電力系統(tǒng)的組成部分之一，它的電磁特性會(huì)主導(dǎo)電力系統(tǒng)的整體性能和運(yùn)行。高精確性、便捷性、重復(fù)性，這三個(gè)“性”是電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)的相對(duì)于過(guò)去系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，這三點(diǎn)優(yōu)勢(shì)也在電力的系統(tǒng)規(guī)劃、系統(tǒng)保護(hù)、系統(tǒng)控制中起著決定性的作用。單相變壓器MATLAB的單相變壓器模型有兩個(gè)，一個(gè)是線性模型（如圖1），一個(gè)是考慮了鐵心飽和效應(yīng)的模型（如圖2），線性模型與飽和模型相比，圖1單相變壓器線性模型圖2單相變壓器鐵心飽和效應(yīng)模型只是減少了反應(yīng)鐵心飽和特性的參數(shù)。模型有三個(gè)繞組，一個(gè)為一次繞組，兩個(gè)為二次繞組。如果設(shè)置第二個(gè)二次繞組中漏感和電阻的參數(shù)L3、R3為零，那么模型二次側(cè)就只有一個(gè)繞組，并且模型圖標(biāo)也會(huì)隨之改變（如圖3）。圖3單相變壓器三相變壓器MATLAB的三相變壓器模型總共有10個(gè)，分布在電器元件模塊庫(kù)和其他電器模塊庫(kù)的三相模塊子集中。其中比較常用的兩個(gè)有：其中一個(gè)有一組三相輸入，一組三相輸出，稱為三相兩繞組變壓器（如圖4）。圖4三相兩繞組變壓器另一個(gè)是一組三相輸入，兩組三相輸出，稱為三相三繞組變壓器（如圖5）。圖5三相繞組變壓器這種變壓器模型實(shí)際上是由多個(gè)單相變壓器模型根據(jù)不同的連接組要求鏈接而成的，因此三相變壓器的參數(shù)設(shè)置與單相變壓器相同。在三相變壓器參數(shù)中，變壓器容量、電壓、頻率使用伏安、伏、赫茲這三個(gè)單位進(jìn)行展示，同時(shí)，線電壓有效值被電壓所采用。1.3.2三相電源\t"/item/%E4%B8%89%E7%9B%B8%E7%94%B5%E6%BA%90/_blank"三相交流電源（如圖6）：由三個(gè)振動(dòng)幅度相等，頻率相同，相位依次互差一定角度的交流電路組成。它是由三相\t"/item/%E4%B8%89%E7%9B%B8%E7%94%B5%E6%BA%90/_blank"交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的。日常生活中所用的\t"/item/%E4%B8%89%E7%9B%B8%E7%94%B5%E6%BA%90/_blank"單相交流電，實(shí)際上是由\t"/item/%E4%B8%89%E7%9B%B8%E7%94%B5%E6%BA%90/_blank"三相交流電的一相提供的，由單相交流電源已經(jīng)很少采用。三相交流電比單相交流電具有許多優(yōu)勢(shì)。它在發(fā)電，傳輸和分配以及將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。例如，制造三相發(fā)電機(jī)和變壓器比相同容量的單相發(fā)電機(jī)和變壓器節(jié)省更多的材料，并且具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和優(yōu)越的性能。例如，由相同材料制成的三相電動(dòng)機(jī)，與單項(xiàng)電動(dòng)機(jī)比起來(lái)，具有比它更大的容量。對(duì)于相同的傳輸，相比單相傳輸線，三相傳輸線可以節(jié)省25％的有色金屬，并且功率損耗小于單相傳輸線。圖6三相交流電源1.4經(jīng)濟(jì)與社會(huì)意義通過(guò)將電力電子變壓器與三相電力電子變壓器的已有拓?fù)溥M(jìn)行對(duì)比，可發(fā)現(xiàn)其具有以下的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)。（1）三相結(jié)構(gòu)，提高電壓質(zhì)量由于用于高壓交流側(cè)的MMC設(shè)備是三相交流電，因此三相之間存在一條公共交流母線。如果電力電子變壓器采用三相結(jié)構(gòu)，則直流母線沒(méi)有低頻波動(dòng)，因此無(wú)需再使用二倍頻濾波器可以有效地改善電壓質(zhì)量。（2）減少高壓變頻器數(shù)量由于電力電子變壓器的每個(gè)相都需要6個(gè)高壓逆變器，所以三相共需要18個(gè)高壓逆變器，但是觀察電力電子變壓器時(shí)，只有10個(gè)高壓逆變器是必需的。因此，在電網(wǎng)中使用電力電子變壓器可以減少高壓逆變器的數(shù)量，這可以增加功率密度并降低電力電子變壓器的成本。（3）減少開(kāi)關(guān)數(shù)量在電網(wǎng)上安裝電力電子變壓器可以有效減少電子開(kāi)關(guān)和變壓器的數(shù)量，并且投資可以顯著提高直流電壓的質(zhì)量。同時(shí)，電力電子變壓器還具備以下社會(huì)意義：（1）既能對(duì)交流電網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)，也能與直流電源連接。（2）其采用高頻變壓器