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配电网电力电子变压器仿真探究
配电网电力电子变压器仿真探究 摘要：作为一种新型智能变压器，电力电子变压器具备重量轻、体积小、可改 善电能质量、输电方式灵活等多方面优势，近年来电力电子变压器的广泛应用也 与其优势存在直接联系，基于此，本文简单分析了电力电子变压器，并详细论述 了电力电子变压器仿真及分析，希望由此能够为相关业内人士带来一定启发。关键字：配电网；
电力电子变压器；
仿真 电力电子变压器的发展离不开电力电子技术的进步支持，许多新型电力电 子变压器拓扑结构也因此大量涌现。相较于存在体积重量大、无法有效隔离故障、 空载损耗高等缺陷的传统变压器，电力电子变压器可更好服务于智能电网建设， 而为了尽可能发挥电力电子变压器优势，正是本文围绕配电网电力电子变压器仿 真开展具体研究的原因所在。
一、电力电子变压器 （一）基本原理 电力电子变压器存在AC/AC、AC/DC/AC两种拓扑结构，其中AC/DC/AC 型拓扑结构具备单独解耦控制、存在两个直流环节的优势，高频变压器、一二次 电力电子变换器属于AC/DC/AC拓扑结构电力电子变压器的主要构成，一二次电 力电子变换器在其中主要负责工频交流电与高频方波的相互转化。值得注意的是， 电力电子变压器的体积与自身频率成反比。
（二）拓扑结构 电力电子变压器属于配电网领域的重要配电设备，进行高压向低压转换以 满足用电设备使用需要属于电力电子变压器的主要作用。为保证电力电子变压器 较好服务于配电网运行，近年来业界围绕高压大功率场合的电力电子变压器应用 开展了大量研究，但同时引发的控制复杂、超调量增大、延迟时间变长等问题开 始成为研究的焦点。
（三）控制器设计 电力电子变压器的控制器主要包括输入级控制器、输出级控制器，本文研 究的电力电子变压器控制器设计采用了定无功功率控制、定交流电压控制（输出级），定无功功率控制和定直流电压控制则用于电力电子变压器输入级，采用两 个单相全桥变换器结构负责中间隔离级的控制，为电力电子变压器输出级控制。
其中，输入级控制的目的是为了控制直流电压恒定并保证功率因素为1，输出级 控制则是为了阻碍无功功率传播并保证输出电压恒定，因此前者采用了双闭环控 制策略（电压外环电流内环），后者则采用了为负荷提供正弦工频电压设计。
二、电力电子变压器仿真及分析 （一）仿真设置 选择了本文研究的AC/DC/AC型拓扑结构电力电子变压器作为仿真研究 对象。结合电力电子变压器实际，仿真分析将应用基于电力系统电磁暂态仿真软 件PSCAD实现，仿真设计如下所示：（1）输入级双环控制PI调节器。外环直流 电压控制积分时间常数为0.008s、比例系数为5，无功控制积分时间常数为10s、 比例系数为2，无功电流控制积分时间常数为0.5s、比例系数为1.5.（2）SPWM 调制方式。为减少谐波污染，采用SPWM调制方式用于输入输出级，载波比取99、 三角载波频率为4950Hz，输入级调制深度为0.87，输出级调制深度为0.8125，换 流电感为7mH、直流电感为5600μF。（3）中间隔离级单相全桥变换器。调制波 频率为1000Hz、载波频率为1000Hz，负荷有功为0.5MW、无功为0.4MVar。
（二）稳态运行仿真 开展稳态运行仿真，可发现电力电子变压器稳态运行下二次侧电压相位明 显超前电流，而一次侧电压电流基本同相位，深入分析可发现，电力电子变压器 一次侧功率因数接近1（＞0.98），二次侧负载功率因数为0.78，由此可断定电源 正输送有功功率至负载侧，这说明电力电气变压器的应用实现了负荷无功变动的 有效隔离，电网受到的影响被降到最低。
（三）负荷投切仿真 在系统运行到1s时，三相负荷有功、三项负荷无功分别由500kW、400kVar 突增至600kW与450kVar，而当系统运行到1.1s时，三相负荷有功、三项负荷无功 则恢复到500kW、400kVar。由此围绕一二次侧三相参数变化开展分析不难发现， 负荷投入后电力电子变压器二次侧电流有所增加，但这一增加会在负荷切除恢复， 同时负荷投切还会带来持续时间较短的输出电压波动，约为0.02~0.03s，由此可 直观了解电力电子变压器具备的优秀抗负荷扰动能力，电力电子变压器因此可较好服务于电能质量调节。
（四）暂态仿真以及谐波仿真 在系统运行到1s时，网侧、负荷侧分别发生持续时间为0.04s的三相对称接 地短路，前者三项接地短路时负荷侧三相电压瞬间下降为0，且故障切除后负荷 上增加了短路时的巨大能量，三相电压瞬时值因此出现了显著增加，这一增加于 0.1s后恢复且网侧电压没有在暂态过程中发生变化，后者三项接地短路时负荷侧 电压始终保持恒定，由此可发现电力电子变压器在故障传播隔离层面具备的优秀 表现；
分析负荷侧发生不对称短路时电力电子变压器两侧电压情况、含有谐波时 电力电子变压器两侧电压情况，可发现网侧电压在两种状况下均为标准的正弦波 电压，电力电子变压器的应用优势由此得到了更好证明。结合仿真可确定本文研 究的电力电子变压器能够实现有功无功解耦控制，且能够满足网侧功率因数的灵 活调节需要，网损降低、故障隔离、电能质量提升也将由此实现。
三、结论 综上所述，基于配电网电力电子变压器仿真具备较高现实意义，在此基础 上，本文涉及的仿真设置、稳态运行仿真、负荷投切仿真、暂态仿真以及谐波仿 真等内容，则提供了可行性较高的配电网电力电子变压器仿真路径，而为了保证 仿真质量，电力电子变压器理论研究不完善现状必须得到重视。
