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中国配电变压器的历史回顾与发展趋势1.引言1.1 概述随着中国电力行业的快速发展，配电变压器作为电力系统中不可或缺的重要组成部分，起着将高压电能变成适用于用户使用的低压电能的关键作用。
配电变压器不仅在电力系统中起到了稳定电力供应的重要作用，而且在能源节约和环境保护方面也具有巨大潜力。
本文旨在回顾中国配电变压器的历史发展，并展望未来的发展趋势。
通过对配电变压器起源与发展历程的探讨，我们能够更好地了解其技术演进与应用场景，以及当前中国配电变压器面临的现状与挑战。
在配电变压器的起源与发展历程中，我们将探讨其起源于电力系统建设的初期，并经历了多次技术革新与更新换代的过程。
从最初的油浸式变压器到现代的干式变压器和无油变压器，一系列的技术创新推动了配电变压器的性能提升与应用拓展。
同时，我们也将探讨配电变压器的技术演进与应用场景。
随着电力系统的规模不断扩大，配电变压器在城市建设、工业生产、农村电网等领域发挥着重要作用。
新技术的应用，如数字化、智能化等，使得配电变压器能够更好地适应不同环境和需求，提高电网的稳定性和安全性。
然而，当前中国配电变压器也面临着一些挑战。
城市化进程中的电力需求快速增长，给电网设备带来了巨大压力；旧有配电变压器设备老化、能效低下也需要及时更新换代；如何有效提高配电变压器的运维管理和故障检修也是一个亟待解决的问题。
为了进一步推动中国配电变压器的发展，我们需要关注未来的发展趋势。
随着能源技术的进步和能源结构的调整，配电变压器将朝着节能、环保、智能化的方向发展。
新材料、新工艺的应用将提高配电变压器的效率和可靠性；智能化的监控与管理系统将实现对配电变压器的远程监控和故障预警。
总之，本文将通过对中国配电变压器的历史回顾与发展趋势的探讨，希望能够更好地了解其在电力系统中的作用和发展前景，并为推动我国电力行业的可持续发展提供有益的参考。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将按照以下结构进行论述中国配电变压器的历史回顾与发展趋势：第一部分：引言- 1.1 概述：对配电变压器的定义和作用进行简要介绍，说明其在电力系统中的重要性和应用范围。
中国变压器发展历史概述中国变压器发展历史概述引言：变压器是电力传输和配电系统中不可或缺的设备，它的出现和发展为电力产业的进步和发展做出了巨大的贡献。
本文将对中国变压器的发展历史进行概述，从早期的简单变压器到现代化高技术水平的变压器制造业，探讨中国在这一领域的成就和进展。
第一部分：早期的简单变压器早期，中国电力产业的发展相对较慢。
20世纪初，大部分的电力系统还只是简单的局部供电网络，变压器的使用也相对有限。
然而，随着中国工业的迅速发展，对电力的需求急剧增加，也催生了变压器技术的进步和发展。
最早期的变压器是基于简单的原理设计的，主要用于电力的传输和分配。
这些变压器通常由铁芯和线圈组成，通过变换电流的电压来实现对电力的传输和转换。
然而，由于当时的技术水平和材料限制，这些早期的变压器存在着体积庞大、效率低下和损耗大的问题。
第二部分：现代化的变压器制造业的发展随着技术的不断进步，中国的变压器制造业逐渐实现了现代化的发展。
首先，材料和制造工艺的改进使得变压器的体积和重量得到了显著减小。
新材料的应用和高效的线圈设计使得变压器的效率得到了大幅提高，降低了能源损耗，节约了电力资源。
其次，先进的技术和生产设备的引入，使得中国的变压器制造业能够生产高品质的变压器产品。
自动化生产线和质量控制系统确保了产品的一致性和可靠性。
中国的变压器制造企业还注重研发和创新，不断推出符合市场需求的新产品和解决方案。
第三部分：中国变压器行业的国际竞争力如今，中国的变压器制造业已经成为全球范围内领先的产业之一。
中国的变压器制造企业在技术水平、生产能力和产品质量上都取得了巨大的进步。
首先，中国的变压器制造企业凭借先进的技术和经验积累，设计和生产出了一系列高性能、高可靠的变压器产品。
这些产品具有较高的效率、较低的能耗和较长的使用寿命，得到了国内外市场的广泛认可。
其次，中国的变压器制造企业通过不断提升自身的竞争力，成功进军国际市场。
它们与国际大型能源公司合作，参与国际电力项目，并成功竞标了多个国际项目。
干式变压器现状及其未来发展趋势综述干式变压器在世界范围内得到迅速发展，时间要追朔到20世纪中后期，至今只有半个世纪。
随着我国现代化建设的发展，城乡电网负荷不断增加。
上世纪90年代干式变压器在我国得以广泛应用。
随着城乡电网建设和改造、西部大开发的步伐加快、北京申办2008年奥运会的成功，长江三峡水利工程开始发电，干式变压器面临着新的发展机遇，其产销量必将有新的飞跃。
近来，有关干式变压器的现状及其发展趋势的文章见诸各报刊，这些对技术、工艺的研究讨论对于干式变压器的发展是十分有益的。
借此，我们也谈谈一些看法。
1、我国干式变压器的现状20世纪80年代末，干式变压器从国外进入中国。
至今每年以超过20%的增长率迅猛发展。
2002年全国产销量约18,000MVA，成为世界上干变不销量最大的国家之一。
据有关部门不完全统计，全国干式变压器生产厂有50多家，但其发展很不平衡：产销量排前五名的厂，约占全国总产销量的62%，前十名厂约占全国总产销量的80%；年产量在100MVA以上的厂有21家（面对如此激烈的市场竞争，年产量在100MVA以下的厂，求得生存和发展是极其艰难的）。
目前，全球产销量第一的厂商为顺德特种变压器厂，从全球范围看，我国的干式变压器生产技术和生产工艺已经达到世界领先水平，并且拥有自主的知识产权，具有很强的竞争力。
2002年产销量已超4,200MVA，加入WTO之后，随着开放程度的进一步提高，这一领域出现了更为广阔的市场空间。
下面介绍我国干变在节能降噪、向多领域多用途发展、智能化等方面赶超世界先进水平的概况。
1.1 损耗干式变压器的革新，主要集中在节能、环保、性能参数的优化等方面。
特别是在变压器的损耗及声级水平这些世界性课题的研究上，我国已经取得诸多可喜的成绩。
为了降低损耗，采取了一系列措施，如：选购优质低耗的晶粒取向冷轧硅钢片，先进的硅钢片剪切线，阶梯步进铁心接缝，合理的铁心、线圈结构，不迭上轭等先进工艺以及计算机三维优化设计等，使其新系列产品损耗值达到世界先进水平：SC（B）10新系列比现行国标《干式变压器技术参数和要求》（GB/T10228）空载损耗P0下降33%，负载损耗平均下降15%，总损耗平均下降约19%。
探析变压器产业及技术现状和发展趋势标题：变压器产业的现状、技术发展及趋势分析
1.引言
变压器作为电力系统中的重要组成部分，其作用是将电能在不同电压之间进行转换。
随着电力工业的不断发展，变压器产品不仅在电力系统中得到广泛应用，也逐渐涉足其他行业，如石油、化工、冶金等。
本章将介绍变压器产业的背景和基本原理。
2.变压器市场的现状和趋势
本章将分析变压器产业链的结构和现状，介绍变压器市场的规模和竞争格局，并预测未来变压器市场的发展趋势。
2.1变压器产业链结构
2.2变压器市场规模和竞争格局
2.3变压器市场的发展趋势
3.变压器技术的发展
本章将从技术角度探讨变压器的发展趋势，并重点介绍高性能和节能变压器技术的创新方向。
3.1高性能变压器技术
3.2节能变压器技术
3.3智能变压器的应用前景
4.未来变压器产业的展望
通过对变压器产业的现状和技术发展进行分析，本章将展望未来变压器产业的发展趋势，并提出一些建议。
4.1变压器产业的发展趋势
4.2变压器技术的改进方向
4.3建议与展望
结论：本文综合分析了变压器产业的现状和技术发展，提出了未来变压器产业的发展趋势和可能的改进方向。
变压器作为电力系统中必不可少的组成部分，在电力工业和其他行业中具有着广泛的应用前景。
通过技术创新和市场拓展，变压器产业有望实现更大的发展和进步。
电力变压器行业现状及发展趋势摘要：自改革开放以来，我国社会和经济的发展越来越快，我国电力工业规模也迅速壮大起来，电力变压器的使用也快速增长。
在电能的传输和配送过程中，电力变压器是能量传输转换的关键，是国民经济各行各业和千家万户能量来源的基础，是电网中最关键的设备。
基于此，本文主要阐述了变压器行业发展现状、电力变压器发展趋势、加强变压器日常运行管理方面的策略，以供参考。
关键词：电力变压器；现状；趋势；策略电力变压器是发、输、变、配电系统中的重要设备之一，其性能、质量直接关系到电力系统运行的可靠性和运营效益。
自改革开放以来，为满足我国电力工业的发展建设需要，电力变压器行业得到了较快发展。
一、变压器行业发展现状1.1原材料价格波动较大众所周知，变压器生产的主要原材料为硅钢片、电磁线、变压器油等，近年来这些原材料价格持续暴涨，导致产品成本激增。
在产品售价受调控，不能合理提价的情况下，企业的生存、行业的发展必将受到严重威胁。
1.2缺乏有力监管国家质检总局公布的2012年第三季度监督抽查结果显示，在全国12个省、直辖市29家企业生产的29种电力变压器产品中，发现有6种产品不符合相关标准的要求，合格率80%。
这一结果基本上体现了目前国内电力变压器行业的质量水准。
国家电网、南方电网都已有计划淘汰在网运行的落后变压器，逐渐增强监督检查力度。
而终端用户采购方面却缺乏有效的指导和监督，终端用户注重成本投入，如采购S9等低价高损耗变压器，而这一部分也占了电力用户增长的很大部分。
这将造成了电力系统内的资源严重浪费。
1.3行业集中度低，总体技术水平不高变压器市场容量较大，但是由于技术壁垒较低，生产厂家众多，且企业规模小，导致行业集中度低。
目前，我国有能力生产500kV级变压器的企业15家以上，主要包括特变电工、西电变压器、保定天威变压器、ABB、阿海珐等企业，其中国产自行独立生产技术水平较先进国家相比还有一定差距，总体技术水平还有待提高；而国内能生产220kV级变压器的企业超过30家；能生产110kV级变压器的企业120家以上；生产干式变压器企业约有120家；生产箱变企业有800~1000家。
#科普园地#电力电子变压器及其发展综述Summary of Development of Power Electronic Transformer潘诗锋,赵剑锋(东南大学电气系,江苏南京210096)摘要:介绍了电力电子变压器的优点、工作原理、目前研究状况。
指出了用电力电子变压器解决电能质量问题是今后的发展趋势,拓宽了电力电子变压器的应用场合,使得其不但可以使用在对能量转换装置的体积、重量有特殊要求的场合,如航海、航空、航天等领域,还可以为电能质量敏感负荷供电。
它是建设/绿色电网0/数字电网0的关键设备之一,对其进行研制和使用可取得巨大的经济和社会效益。
关键词:电力电子变压器;电能质量;绿色电网;数字电网中图分类号:TM41文献标识码:E文章编号:1009-0665(2003)06-0052-03收稿日期: 2003-06-28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]。
国内外变压器的现状及发展一、国内变压器的现状变压器作为电力系统中的重要设备，承担着电能传输、变换和分配的重要任务。
在国内，变压器行业经历了近几十年的发展，已经取得了长足的进步。
在变压器的技术上，国内厂商通过引进和消化国外先进技术，不断提升了变压器的技术水平。
如今，国内变压器已经能够生产出高压、大容量的超高压变压器，满足了国内电网建设的需求。
同时，国内厂商还逐步实现了变压器的数字化控制，提高了变压器的运行效率和安全性。
在变压器的产能上，国内厂商已经形成了一定的规模。
目前，国内变压器的生产能力大大提升，能够满足国内电力系统的需求，并且还有一定的出口量。
国内变压器企业通过不断扩大产能和提高产能效率，为国内外用户提供了稳定可靠的变压器产品。
在变压器的质量上，国内厂商逐渐提高了产品的质量水平。
通过引进先进的质量管理体系和技术标准，国内变压器企业在产品设计、生产和运行过程中，严格控制每一个环节，确保产品的质量可靠。
同时，国内厂商还注重产品的售后服务，提供及时、有效的技术支持，满足用户的需求。
二、国外变压器的现状国外变压器市场一直处于相对成熟和稳定的状态。
在国外，变压器行业已经形成了一定的规模，并且拥有先进的技术和管理经验。
在技术上，国外变压器企业拥有世界领先的技术水平。
他们不断推陈出新，研发新型变压器，如超导变压器、智能变压器等。
这些高科技产品在提高电能传输效率和降低能耗方面具有明显的优势，受到了广泛的应用。
在产能上，国外变压器企业已经形成了一定的产能规模。
他们通过持续的技术创新和设备升级，提高了生产效率，降低了生产成本。
他们还通过国际贸易和合作，不断开拓和拓宽市场，提高了变压器的销售额和利润。
在质量上，国外变压器企业严格执行质量标准，保证产品质量。
他们注重产品的设计和制造过程中的每一个细节，力求做到精益求精。
同时，他们还注重售后服务，为用户提供全方位的技术支持和服务。
三、国内外变压器的发展趋势随着电力系统的不断发展和电力需求的增加，国内外变压器市场都面临着一些共同的发展趋势。
电力电子变压器技术研究综述一、本文概述随着电力电子技术的快速发展，电力电子变压器（Power Electronic Transformer, PET）作为一种新型的电力变换设备，正逐渐在电力系统中得到广泛应用。
本文旨在对电力电子变压器技术的研究进行全面的综述，以期为相关领域的研究人员提供有益的参考。
本文将首先介绍电力电子变压器的基本原理和结构，阐述其在电力系统中的作用和优势。
接着，文章将重点分析电力电子变压器在电能质量控制、电网接入、分布式能源系统等方面的应用，探讨其在实际运行中的性能表现和存在的问题。
本文还将对电力电子变压器的关键技术进行深入研究，包括但不限于：高效能电能变换技术、宽频带电磁兼容技术、智能化控制技术等。
通过对这些关键技术的分析，本文旨在揭示电力电子变压器技术的发展趋势和潜在挑战。
本文将对电力电子变压器的未来研究方向进行展望，以期推动该领域的技术创新和应用发展。
通过本文的综述，我们期望能够为电力电子变压器的进一步研究和发展提供有益的启示和借鉴。
二、电力电子变压器的基本原理与特点电力电子变压器（Power Electronic Transformer, PET）是一种基于电力电子技术的新型变压器，它结合了传统变压器和电力电子技术的优点，具有许多独特的特性。
其基本原理主要基于电力电子转换器和控制系统，实现对电压、电流和功率的灵活控制和调节。
PET的基本原理可以分为三个部分：输入级、隔离级和输出级。
输入级通常采用AC/DC或AC/AC变换器，将输入的交流或直流电能转换为适合后续处理的直流电能。
隔离级则通过高频变换器实现电能的隔离和传输，同时实现电压和电流的灵活调节。
输出级则负责将高频电能转换回交流电能，以供用户使用。
灵活性和可控性：电力电子变压器可以通过控制系统实现对电压、电流和功率的灵活控制和调节，从而满足各种复杂的电力需求。
高效率：电力电子变压器采用高频变换技术，使得其转换效率远高于传统变压器，降低了能源浪费。
电力变压器最新发展趋势及现状电力变压器是发、输、变、配电系统中的重要设备之一，它的性能、质量直接关系到电力系统运行的可靠性和运营效益。
一、电力变压器品种（一）配电变压器我国中小型配电变压器最初是以绝缘油为绝缘介质发展起来的；进入20世纪90年代，干式变压器在我国才有了很快的发展。
（1）油浸式配电变压器S9系列配电变压器，S11系列配电变压器，卷铁心配电变压器，非晶合金铁心变压器。
为了使变压器的运行更加完全、可靠，维护更加简单，更广泛地满足用户的需要，近年来油浸式变压器采用了密封结构，使变压器油和周围空气完全隔绝，从而提高了变压器的可靠性。
目前，主要密封形式有空气密封型、充氮密封型和全充油密封型。
其中全充油密封型变压器的市场占有率越来越高，它在绝缘油体积发生变化时，由波纹油箱壁或膨胀式散热器的弹性变形做补偿。
（2）干式变压器干式变压器由于结构简单，维护方便，又有防火、难燃等特点，我国从20世纪50年代末即已开始生产，但近10来年才开始大批量生产。
干式变压器种类很多，主要有浸渍绝缘干式变压器和环氧树脂绝缘干式变压器两类。
（二）箱式变压器箱式变压器具有占地少，能伸入负荷中心，减少线路损耗，提高供电质量，选位灵活，外形美观等特点，目前在城市10Kv、35kV电网中大量应用。
我国目前所使用的箱式变压器，主要是欧式箱变和美式箱变，前者变压器作为一个单独的部件，即高压受电部分、配电变压器、低压配电部分三位一体。
后者结构分为前后两部分，前部分为接线柜，后部分为变压器油箱，绕组、铁心、高压负荷开关、插入式熔断器、后备限流熔断器等元器件均放置在油箱体内。
目前有些厂家，已将卷铁心变压器移置到箱式变压器中，使箱式变压器体积和质量都有所减小，实现了高效、节能和低噪声级。
（三）高压、超高压电力变压器目前，我国已具备了110kV、220kV、330kV和500kV高压、超高压变压器生产能力。
超高压变压器的绝缘介质仍以绝缘油为主，根据电网发展的需要，变压器的生产技术正在不断提高。
电力电子变压器介绍0、刖言电力电子变压器（Power Electronic Transformer简称PET）作为一种新型的能量转换设备，与传统的变压器相比，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。
1、基本原理PET的设计思路源于具有高频连接的AC/AC变换电路，其基本原理见图1,即通过电力电子变换技术将变压器原边的工频交流输入信号变换为高频信号，经高频变压器耦合到副边后，再经电力电子变换还原成工频交流输出。
因高频变压器起隔离和变压作用，因铁心式变压器的体积与频率成反比所以高频变的体积远小于工频变压器，其整体效率高。
输人高频高频输出图1电力电子变压器基本原理框图PET的具体实现方案分两种形式：一是在变换中不含直流环节，即直接AC/AC变换，其原理是：在高频变压器原边进行高频调制，在副边同步解调；二是在变换中存在直流环节，通常在变压器原边进行AC/AC变换，再将直流调制为高频信号经高频变压器耦合到副边后，在副边进行DC/AC变换。
比较两种方案，后种控制特性良好，通过PWM 调制技术可实现变压器原副边电压、电流和功率的灵活控制, 有望成为今后的发展方向。
2、研究现状自1970 年美国GE 公司首先发明了具有高频连接的AC/AC 变换电路后, 很多科研工作者对各种不同结构的具有高频连接的AC/AC 变换器进行了深入的探讨和研究, 并提出了PET 的概念。
美国海军和美国电力科学研究院(EPRI)的研究小组先后提出了一种固态变压器结构，Koo suke Harada 等人也提出了一种智能变压器, 他们通过对高频技术的使用, 使变压器体积减小, 实现恒压、恒流、功率因数校正等功能。
早期的PET的理论和实现研究由于受当时电力电子器件和功率变换技术发展水平的限制, 所提出的各种设计方案均未能实用化, 特别是在可用于实际输配电系统(10kV以上)的PET的研究方面进展不大。
电力电子变压器研究综述李璟摘要：电力电子变压器(PET ) 是一种采用电力电子变换器和高频开关变压器的电能传输装置。
首先，介绍了电PET 的基本工作原理及其研究现状。
其次，介绍了发展过程中出现的几种典型拓扑结构。
再次，对PET 的控制方法进行了总结。
最后，对将来PET 的应用及发展做出了展望。
关键词：电力电子变压器 电力系统 控制 拓扑0 引言PET 除了具有传统电力变压器电能变换与传输功能外，其突出优点在于体积小、重量轻，通过变压器原、副方电压源变换器对其交流侧电压幅值和相位的实时控制，可以实现变压器原、副方电压、电流和功率的灵活调节，在暂态过程中控制性能良好，本身具有断路器的功能，无需传统的变压器继电保护装置等[1~3]。
因此PET 具备解决电力系统相关问题的潜力，应用前景广阔。
随着电力系统朝着智能电网不断发展，PET 也受到越来越多的专家学者的关注。
1 PET 基本工作原理电力电子变压器是一种将电力电子变换技术和基于电磁感应原理的电能变换技术相结合,实现将一种电力特征的的电能转变为另一种电力特征的电能的静止电气设备。
[4]上述电力特征包括电压或者电流的幅值、相位、相序、波形、频率和相数等。
它的主要功能包括变压、变流、电气隔离、能量传递和电能控制。
在结构上,电力电子变压器主要包括两个部分:高频变压器和电力电子变换器。
电源接到一次侧时,电力电子变换器1将输入的工频交流电变换成高频交流电,高频交流电经高频变压器耦合后与这电力电子变换器2相连接,通过电力电子变换器2输出到负载上。
图1电力电子变压器中电力电子变换器的主要功能是实现电压或者电流的频率控制、相位控制和谐波控制；电力电子变压器中的高频变压器主要功能是电压等级的变换和电气隔离。
变压器容量S 可以表示为下式：m e c B A A J f K S ******=22.2 (1)式中K 为铜导线饱和因数；f 为励磁频率（Hz ）；c A 、e A 分别表示为铁芯和绕组导线面积（m 2）；J 为导体中的电流密度（2/m A ）；m B 为最大磁通密度(T)。
电力电子变压器研究综述一、本文概述随着可再生能源的快速发展和智能电网的逐步推进，电力电子变压器（Power Electronic Transformer, PET）作为一种新型的电能转换设备，正受到越来越多的关注。
电力电子变压器不仅能够实现传统变压器的电压和电流变换功能，还具备更加灵活和智能的电能质量控制能力，为现代电力系统的稳定运行和高效管理提供了有力支持。
本文旨在对电力电子变压器的研究进行综述，全面梳理其发展历程、基本原理、关键技术、应用现状以及未来发展趋势。
文章将回顾电力电子变压器的诞生背景和发展历程，阐述其在现代电力系统中的重要地位。
文章将详细介绍电力电子变压器的基本工作原理，包括其拓扑结构、控制策略以及电能转换过程等。
在此基础上，文章将重点关注电力电子变压器的关键技术，如宽禁带半导体材料的应用、高效冷却技术、电磁兼容设计等，并分析这些技术对提升电力电子变压器性能的重要作用。
文章还将对电力电子变压器的应用现状进行梳理，包括在可再生能源并网、智能电网、微电网等领域的应用实例和效果分析。
通过对比分析，文章将展示电力电子变压器在提高电能质量、增强系统稳定性、促进可再生能源消纳等方面的优势。
文章将展望电力电子变压器的未来发展趋势，探讨其在新型电力系统中的潜在应用前景和可能面临的挑战。
通过本文的综述，读者可以对电力电子变压器的研究现状和发展趋势有更加全面和深入的了解，为相关领域的研究和应用提供有益的参考和借鉴。
二、电力电子变压器的基本原理与结构电力电子变压器（Power Electronic Transformer，简称PET）是一种新型的电能转换与传输设备，它将传统电力变压器的功能与电力电子技术的优势相结合，为现代电力系统提供了更加灵活、高效的解决方案。
PET的基本原理和结构是其在电力系统中发挥作用的关键。
基本原理上，电力电子变压器利用电力电子技术实现电能的高效转换和传输。
它首先通过整流器将输入的交流（AC）电转换为直流（DC）电，然后通过逆变器将直流电再转换回交流电。
电力电子变压器原理现状应用场合介绍电力电子变压器（Power Electronics Transformer，PET）是一种结合了电力电子技术与变压器的新型电力转换装置。
它通过使用电力电子器件，能够实现高效率的电力转换，并具有可调性和可控性的特点，可以适用于多种电力系统应用场合。
电力电子变压器的原理是基于通过电力电子器件实现的电力转换原理。
它主要由直流侧和交流侧组成。
在直流侧，电力电子变压器通过电力电子器件（如IGBT、MOSFET等）实现可控的直流电压源。
在交流侧，电力电子变压器通过PWM（Pulse Width Modulation）调制技术，控制电力电子器件的开关周期和占空比，实现对输出交流电压波形和频率的调节。
通过这种方式，电力电子变压器能够实现对电压进行变换、调节和控制。
电力电子变压器的现状可以分为实验室研究和实际应用两个方面。
在实验室研究方面，科研人员进行了大量的理论分析和仿真研究，并取得了一定的成果。
目前已经研究出多种不同的拓扑结构和控制策略，如MMC （Modular Multilevel Converter）、HVDC（High Voltage Direct Current）、MC（Matrix Converter）等。
这些研究成果为电力电子变压器的实际应用提供了理论基础和实验验证。
在实际应用方面，电力电子变压器已经在一些特定的场合得到了应用。
例如，它可以用于电力系统中的电压和频率调整、电力质量改善等方面。
此外，电力电子变压器还可以用于电动汽车充电站、可再生能源发电系统等领域。
由于电力电子变压器具有高效能、小体积、可调性强等特点，它能够提高电能利用率，减小设备体积，提高工作效率，并且能够适应不同应用场合的电力转换需求。
电力电子变压器的应用场合可以分为传统电力系统和新能源系统两个方面。
在传统电力系统方面，电力电子变压器可以用于变频调速、无功补偿、过电压保护等方面。
例如，它可以用于电力系统中的HVDC输电、FACTS（Flexible Alternating Current Transmission System）等方面。
#科普园地#电力电子变压器及其发展综述Summary of Development of Power Electronic Transformer潘诗锋,赵剑锋(东南大学电气系,江苏南京210096)摘要:介绍了电力电子变压器的优点、工作原理、目前研究状况。
指出了用电力电子变压器解决电能质量问题是今后的发展趋势,拓宽了电力电子变压器的应用场合,使得其不但可以使用在对能量转换装置的体积、重量有特殊要求的场合,如航海、航空、航天等领域,还可以为电能质量敏感负荷供电。
它是建设/绿色电网0/数字电网0的关键设备之一,对其进行研制和使用可取得巨大的经济和社会效益。
关键词:电力电子变压器;电能质量;绿色电网;数字电网中图分类号:TM41文献标识码:E文章编号:1009-0665(2003)06-0052-03收稿日期: 2003-06-28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 kV A,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。
美国威斯康星)麦迪逊大学与ABB公司合作,德克萨斯农机大学也于20世纪90年代末对电力电子变压器进行了研究[4,5],但以上工作只对其电压变换的功能进行了分析和研究。
目前,国际上对电力电子变压器的研究处于初级阶段,还有许多相关的理论和实际问题需要研究。
要达到实用化,功能上还需进一步完善。
国内还未见到进行相关研究的报道。
1 工作原理电力电子变压器主要由初、次级功率变换器以及联系二者之间的高频变压器组成。
从电力电子变压器的输入输出特性看,相当于交/交变换。
其基本工作原理为输入的工频电压经过原边变换器调制为高频交流电压,通过高频变压器耦合至副边,再通过副边的功率变换器将其转换为所要求的电压。
图1为单相电力电子变压器原理示意。
图1中所有的开关都为双向开关,即由两个IGBT和二极管相对连接,可以使电流双向流动。
原边开关SW1、SW2、SW3、SW4和副边开关SW1c、SW2c、SW3c、SW4c分别工作在同步状态。
在高频变压器原边换流开关SW1、SW2、SW3和SW4的交替导通下,工频交流电被调制成高频电压,该高频电压经过变压器耦合到副边,再经过副边换流开关SW1c和SW2c以及SW3c和SW4c交替导通换流之后,还原成工频的交流电。
图2为高频变压器原边的电压仿真波形。
3 研究现状目前,国际上对电力电子变压器的研究总体上处于起步阶段,已有的文献报道也仅仅完成了小功率的实验样机[1~5]。
图3为目前文献中出现的几种电力电子变压器主电路结构。
52 2003年11月江苏电机工程Jiangsu Electrical Engineering 第22卷第6期图1 单相电力电子变压器原理示意图2 高频变压器原边电压波形图3(a)由24个开关管、二极管和高频变压器组成,电路复杂、损耗较大。
另外,为了避免两相之间有短时短路,其控制策略也较复杂。
文献[5]中提出的一种四步开关控制策略能够避免相间短路的出现,但算法较复杂。
图3(b)所示的主电路由3个输入电感、三相PWM变换器、桥式逆变器、高频变压器、桥式整流器、三相逆变器及2个直流电容组成。
其工作原理为:工频交流电经过三相PWM变换器变换为直流,直流电压经过桥式逆变器变换为高频交流电压输入到变压器原边,然后耦合到高频变压器副边、经过一个全桥整流器变为直流电压、再通过三相逆变器输出三相交流电压。
这种结构的电力电子变压器与图3(a)所示的主电路相比减少了4个功率管,可实现交流侧功率因数为1的控制,但经过的变换环节太多,损耗较大。
图3(c)为采用反激型变换器的电力电子变压器。
该结构设计的出发点是基于ac-ac直接变换的思想,避免过多的中间阶段,使结构简化,从图中也可看出,整个装置的开关器件只有6个,大大少于前面两种结构。
其开关控制采用PWM控制策略,当工作于一定的占空比D时,输出电压和输入电压的关系式为:Vo=D1-DVi(1)其工作原理为:当开关断开时,电源对电感和电容充电,能量存储于电感和电容中;当开关导通时,电感向变压器原边绕组放电,能量高度耦合到副边绕组,对副边电容充电,同时对负载供电;当开关断开时,副边的电容也继续对负载供电。
该电路的另一个特点是电源侧的电感和电容组成了LC滤波器,适当的设计可以滤除电源侧的电压谐波,能在一定程度上解决电能质量的问题。
但是这种结构不能用于大功率的场合。
图3 电力电子变压器主电路结构示意4 发展趋势及关键问题对电力电子变压器进行研究的一个重要趋势是通过电力电子变压器解决电能质量问题,即电力电子变压器既具备传统变压器的功能,如电能传输、隔离、变换等,又具有抑制谐波双向流动、防止负载侧出现故障影响电源电压、输出电压可以有直流分量、消除电压跌落、升高,以及过电压、欠电压等电源侧电压的干扰对53潘诗锋等:电力电子变压器及其发展综述负荷的影响,对各种电量进行监测、显示、分析处理来判断各种异常情况对其自身和系统进行保护,并给出报警信号和故障类型等优点。
目前,电能质量问题造成的经济损失巨大,据估计每一次电能质量问题使生产流水线中断或重新启动可能造成平均30万~100万美元的损失[6]。
美国每年由于电能质量问题造成200亿美元的损失[7]。
然而,系统即使按最大可靠性设计也无法避免电能质量问题的发生。
采用电力电子变压器来解决电能质量问题有最佳的性能价格比。
因为,其他任何一种方法除了需要补偿设备外,还要配备与负荷等容量的传统变压器和相应的保护设备。
相当于把传统变压器及其配套的监测、保护设备和配电型静止同步补偿器、动态电压恢复器、电力有源滤波器、综合电能质量调节器等电能质量补偿装置的功能合二为一,可大大降低成本。
目前,基于/用户电力技术0的补偿设备还没有得到广泛地应用,其主要原因就是成本问题,而使用电力电子变压器,可有效地解决这对矛盾。
使得电力电子变压器不但可以使用在对能量转换装置的体积、重量有特殊要求的场合,如航海、航空、航天等领域,也可为电能质量敏感负荷供电,如造纸厂、纺织厂、挤塑机、生产精密机械的汽车零件制造、大型泵体锻造企业以及半导体制造业、银行、电信、军事、医疗、化工领域等。
针对以上发展趋势,需要对以下两方面深入研究:(1)对适合于电力电子变压器的各种电路拓扑进行深入研究。
因为,为了使电力电子变压器早日应用,应当从提高可靠性、降低损耗着手。
而目前所使用的电路结构复杂、可靠性低、损耗大。
(2)对电力电子变压器控制策略加以研究,得出能同时完成能量转换和解决电能质量的问题功能的控制策略,即如何将电能传输、隔离、变换、保护和改善电能质量问题的功能合而为一。
5 结论及展望电力电子变压器具有广阔的使用前景,一方面,可以使用在对能量转换装置的体积、重量有特殊要求的场合,如航海、航空、航天等领域;另一方面,可以为电能质量敏感负荷供电,如造纸厂、纺织厂、挤塑机、生产精密机械的汽车零件制造、大型泵体锻造企业以及半导体制造业、银行、电信、军事、医疗、化工领域等。
因此,电力电子变压器是建设/绿色电网0/数字电网0的关键设备之一,对其进行研制和使用可以取得巨大的经济和社会效益。
正如开关电源已受到广泛应用一样,随着技术的成熟,电力电子器件性能的提高、成本的降低,在5~10年内电力电子变压器必将在多个领域内得到极为广泛的应用。
参考文献:[1] Ronan E R,Sudhoff S D,Glover S F,Galloway D L.Application of Power Electronics to the Distribution Transformer[J].IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition,2000,(2):861-867. [2] Brooks J L.Solid State Transformer Concept Development[M]. Naval Material Command,civil Engineering Laboratory,Naval con- struction Battalion Ctr.,Port Hueneme,CA,1980[3] EPRI TR-105067.Proof of the Principle of the Solid-State Trans- former the AC/AC Switch Mode Regulator[M].San Jose State Un-i versity,prepared for Electrical Power Research Institute,Final Re- port,Aug.1995.[4] Manjrekar M D,Kieferndorf R,V enkataramanan G.Power Electronic Transformers for Utility Applications[J].IEEE Industry ApplicationsConference,2000,(4):2496-2502.[5] Moonshilk Kang,Prasad N Enjeti,Ira J Pitel.Analysis and design ofElectronic Transformers for Electric Power Distribution System[J].IEEE Transactions on Power Electronics,1999,(14):1133-1141.[6] Zbigniew Wolanski,Boon Teck Ooi.Conceptual Study of a ShuntPower Quality Compensator[J].IEEE Transactions on Power Deliv-ery,1996,(11):1059-1064.[7] Brumsickle W E,Schneider R S,Luckjiff G A,Divan D M,Mc-Granaghan,M F,Dynamic Sag Correctors:Cost-Effective IndustrialPower Line Conditioning[J].IEEE Transactions on Industry Appl-ications,Jan/Feb,2001,(371):212-217.作者简介:潘诗锋(1980-),男,江苏南京人,硕士研究生,主要从事电力电子技术在电力系统中的应用的研究;赵剑锋(1972-),男,浙江临海人,副教授,博士,主要从事电力电子技术在电力系统中的应用和电能质量问题的研究。
