电力电子变压器建模方法及控制技术研究

电力系统中的电力电子变压器技术研究引言：近年来，随着电力需求的不断增长，电力系统的稳定性和效率成为了重要关注的领域。

在电力系统中，变压器是一个不可或缺的核心组件。

传统的变压器在能量传递和调节方面存在一些限制，于是电力电子变压器技术应运而生，为电力系统的进一步发展提供了新的解决方案。

本文将重点研究电力电子变压器技术在电力系统中的应用与发展。

一、电力电子变压器的概述电力电子变压器（Power Electronic Transformer，PET）是一种依靠电力电子器件进行功率变换和调节的新型变压器。

与传统变压器相比，PET具有更大的灵活性和可控性。

不仅能够实现电力系统中的能量传递和电压调节，还能够对电流进行精确控制。

PET的主要组成部分包括变压器核心、电力电子开关和控制器等。

二、电力电子变压器的工作原理电力电子变压器的工作原理基于电力电子开关的控制和调节。

电力电子开关根据输入信号实现对电压和电流的精确控制，从而改变了能量传递和调节方式。

PET通过改变开关器件的通断状态和导电周期，可以实现电流的高频调制和升降变换，从而改变输出电压的倍数和频率。

三、电力电子变压器在电力系统中的应用1. 新能源接入和分布式发电随着新能源技术的快速发展，如风能和太阳能等，电力系统中新能源的接入始终是一个挑战。

传统变压器往往无法适应新能源的动态变化和多样化输出特性，而电力电子变压器则可以通过其精确的控制能力实现对新能源的有效管理和平稳接入。

2. 智能电网和能量存储电力电子变压器在智能电网中的应用也日益增多。

智能电网需要对多种能源进行管理和优化调度，而PET可以通过其可调节的电流输出和高效能量变换能力，实现对能量的高效存储和传输。

此外，PET还能通过电力电子开关的频率变换，将直流储能系统转换为交流输出，实现了不同储能系统之间的互联互通。

3. 电动汽车充电设备随着电动汽车的普及，电动汽车充电设备也成为电力系统中的关键环节。

传统的充电设备对电压的调节和电流的稳定性要求较高，而电力电子变压器可以通过高频调制和变换实现对电动汽车的精确充电，提高充电效率和充电速度。

1/63高频电力电子电路的建模与控制目录2/63绪论半桥电路的小信号建模与双闭环控制器设计双管反激变换器的建模与控制器设计3/634/63高频电力电子电路的建模与控制5/63按传输信号的种类，可以分为：稳态模型、小信号模型、大信号模型。

稳态模型—求解稳态工作点小信号模型—分析低频交流小信号分量在变换器中的传递过程。

大信号模型—对变换器仿真，研究不满小信号条件的系统特性。

思路：①各变量在一个开关周期内求平均；②平均变量表示为：直流分量与交流小信号分量之和；③消去直流分量，得到只含小信号分量的表达式；④对小信号分量表达式线性化处理。

6/63满足三个假设：1、低频假设：交流小信号的频率fg 应该远远小于变换器的开关频率fs；2、小纹波假设：变换器的转折频率f0远远小于开关频率fs；(变换器的低通滤波器的转折频率f)3、小信号假设：交流分量的幅值必须远远小于直流分量。

7/63建立小信号线性解析模型的基本思路：⑴、对变换器的各变量求平均值；⑵、分解平均变量，求得静态工作点及交流小信号状态方程；⑶、对小信号状态方程进行线性化处理。

⑷、根据解析模型建立交流小信号等效电路模型⑸、进行分析（低频动特性）建模方法：1、状态空间平均法；2、开关元件平均模型法；3、开关网络平均模型法。

8/631、状态空间平均法：用状态方程的形式对基本建模法的建模过程加以整理，即可得到：状态空间平均法。

2、开关元件平均模型法：直接对开关元件的变量求平均，采用受控源构成原开关元件的等效电路。

3、开关网络平均模型法：对开关网络的端口变量求平均，采用受控源构成开关网络的等效电路。

开关元件平均模型法：9/63对开关元件直接进行分析对开关元件的电压、电流变量在一个开关周期内求平均，以该平均变量为参数的受控源代替原开关元件，得到等效的平均参数电路—（同时包含了直流分量与交流分量的作用，称为大信号等效电路）。

指导思想：求平均、分离扰动、线性化。

开关元件平均模型法建模的基本过程：①建立变换器的平均变量等效电路。

新型电力电子变压器中的MMC与DC-DC变换器拓扑与控制策略研究新型电力电子变压器中的MMC与DC-DC变换器拓扑与控制策略研究随着电力系统的快速发展，电力电子器件在电力传输和分配中的应用也越来越广泛。

特别是电力电子变压器作为变压器的一种替代技术，因其高效率、小体积和可调节的特点，受到了广泛关注。

MMC（Modular Multilevel Converter）和DC-DC变换器作为电力电子变压器的两个重要组成部分，在其拓扑结构和控制策略中有着重要的作用。

MMC是一种多电平换流器，通过将多个H桥单元级联构成，能够实现高精度的电压和电流控制。

而DC-DC变换器则通过控制开关管的通断状态，将输入的直流电压转换为输出所需的直流电压。

在新型电力电子变压器中，MMC和DC-DC变换器可以结合使用，将输入的交流电压转换为直流电压，再通过DC-DC变换器将直流电压转换为输出所需的直流电压。

这种结合使用的拓扑结构不仅可以提高电力电子变压器的性能，还可以减少谐波和电磁干扰。

在拓扑结构的选择上，MMC和DC-DC变换器可以采用串联结构或并联结构。

串联结构中，MMC和DC-DC变换器可以按照传统的串联方式连接，其中MMC用于实现电压的调节，DC-DC 变换器用于实现电压的变换；而在并联结构中，MMC和DC-DC 变换器可以通过并联方式连接，将MMC的输出电压直接输入到DC-DC变换器中进行变换。

具体选择哪种结构，需要根据实际的应用需求和系统的特点进行综合考虑。

在控制策略方面，对MMC与DC-DC变换器的控制策略进行研究是非常重要的。

对MMC的控制策略可以通过调节每个H桥单元的开关状态来实现，从而控制输出电压和电流；对DC-DC 变换器的控制策略可以通过调节开关管的通断状态来实现，从而控制输出电压和电流。

在控制时，需要考虑到电力电子变压器的快速动态响应、高精度控制和电磁兼容性等方面的要求。

在研究中，可以采用模拟仿真和实验验证的方法来验证MMC与DC-DC变换器在电力电子变压器中的拓扑和控制策略的有效性。

电力电子系统的建模与仿真研究一、引言随着工业化和信息化不断推进，电力电子成为了近些年来的热点研究领域之一。

电力电子技术是指在电力系统中对电能进行转换、控制和调节等过程中应用的电子技术，其所涉及到的领域包括功率电子器件、电磁兼容、系统控制等方面。

在电力电子系统的设计与开发过程中，建模与仿真技术已经发挥了重要的作用，本文将对电力电子系统建模与仿真研究进行探讨。

二、电力电子系统建模技术电力电子系统建模是指对于电力电子系统的各个组成部分进行抽象和模拟，以期能够得到该系统的整体性能和特性。

电力电子系统建模技术可以分为两类：物理建模技术和黑盒建模技术。

1.物理建模技术物理建模技术是指基于物理原理和电路等的数学模型对电力电子系统进行建模。

比如，对于交流变电站来说，可以利用电机理论及变压器的等效电路进行模拟。

物理建模技术适用于系统结构相对稳定和系统的单元较为清晰的情况下，能够更精确地反映工程实际应用。

2.黑盒建模技术黑盒建模技术是指将某些受控系统作为整体，而不考虑其内部结构和机制，将系统的输入和输出关系进行数学描述。

黑盒建模技术适用于系统内部结构复杂、组成部分很多或者对系统行为知识不够充分或不可预知的情况。

常用的黑盒建模技术包括ARMA、ARIMA、ARMAX、Gray Box等。

三、电力电子系统仿真技术电力电子系统仿真技术是指将建模结果转化为可以数字化处理的仿真模型，开展电力电子系统行为的数字化仿真分析。

在电力电子系统设计中，利用仿真技术可以预测系统性能、分析系统的优化方案和研究系统的控制策略。

电力电子系统的仿真技术包括离散时间仿真与连续时间仿真。

1.离散时间仿真离散时间仿真是指将一个连续时间的电路模拟器在存在离散时间的情况下进行仿真。

使用离散时间仿真可以很好地处理数值误差的问题。

通常，离散时间仿真适合于模拟具有整数时节性的系统。

离散时间仿真主要有的两种方法是事件驱动仿真和固定时间间隔仿真。

2.连续时间仿真连续时间仿真是指基于微分方程或者差分方程的模型对电力电子系统进行仿真。

电力电子器件的建模与控制随着电力电子技术的不断发展，电力电子器件在工业、航空、船舶、军事等领域中的应用日益广泛。

电力电子器件的建模与控制是电力电子技术的重要研究方向。

本文将从建模与控制两个方面对电力电子器件进行探讨。

一、电力电子器件的建模建立电力电子器件的数学模型是研究电力电子器件必不可少的一步。

通过建模，可以分析电路的性能、控制器的设计和控制策略的优化。

下面将介绍常用的电力电子器件的建模方法。

1.硅控整流器模型硅控整流器是一种常见的电力电子器件。

硅控整流器的模型可使用平均值模型来建立。

该模型假设输电电压和输出电流是恒定的，并考虑了开关器件的导通与关闭时间。

该模型的参数包括输入电压、输出电流、开关器件的电阻和电容等参数。

2.IGBT模型IGBT是一种常见的功率晶体管。

IGBT的模型可使用双极性晶体管模型来建立。

该模型假设管子中的电荷可以被充电和放电，并将管子的行为分为两个状态：导通状态和截止状态。

该模型的参数包括输电电压、支路电阻、门控电源电压、漏极电流等参数。

3.电容模型电容是一种基本的电力电子器件。

电容的模型可以使用电容模型来建立。

该模型假设电容器可以储存电荷，并导致电势差的变化。

该模型的参数包括电容量、电势差、储能能量等参数。

二、电力电子器件的控制通过控制器对电力电子器件进行控制，可以实现对电路的控制和优化。

在控制器的设计与开发过程中，我们通常需要考虑以下三个方面的内容：1.控制器的输出控制器的输出是控制电路的关键。

输出应具有良好的稳定性和准确性，并且应相应地响应输入信号。

2.控制器的输入控制器的输入是从传感器、计算机或其他控制器获得的信号。

输入信号应被正确识别和处理，并被传递给控制器以支持合理的控制策略。

3.控制器的策略为实现良好的控制性能，必须实施合理的控制策略。

控制策略应该基于目标性能指标，例如输出电流和功率，恰当地融合传感器技术、控制算法和装置等。

总结电力电子器件的建模与控制是电力电子技术发展的关键。

电力电子变压器技术研究综述李鹏飞摘要：随着智能电网、能源互联网等未来电网技术的快速发展，能实现变压、电气隔离、功率调节与控制、可再生能源接入等多种功能的电力电子变压器(也称为固态变压器、智能变压器等)，相关理论和技术的研究得到了越来越广泛的关注。

但是，从总体而言，PET的大规模推广应用还有诸多问题需要解决。

关键词：电力；电子变压器技术1引言电力电子变压器一般至少包括传统交流变压器的电压等级变换和电气隔离功能，此外，还包括交流侧无功功率补偿及谐波治理、可再生能源/储能设备直流接入、端口间的故障隔离功能以及与其他智能设备的通讯功能等。

需要说明的是，本文主要针对具有高压交流端口的PET相关技术进行分类研究。

2电力电子变压器的基本原理初级功率变换器、次级功率变换器以及联系初级和次级功率变换器的高频变压器来共同构成电力电子变压器。

根据电力电子变压器的输入和输出这种特点来看，也就是电力电子变压器的交交变换，电力电子变压器的基本工作原理就是输入的工频电压利用原边变换器，将工频电压转换为高频电压，利用高频变压器耦合到副边，最后再利用副边功率变换器将电压转换成所需要的高频交流电压；对电力电子变压器要减小它的体积，来增加电力电子变压器的工作频率；为了把工频交流电转换成高频交流电，这就需要使用合适的电力控制方案和现代电力电子技术，最终能够使电力电子变压器逐步的过渡成小型变压器和轻型变压器。

3电力电子变压器的优势针对传统变压器存在的上述种种缺陷和不足，近几年来国内外的科研人员提出了一种新型的变压器，即电力电子变压器PET，又被称作固态变压器SST或电子电力变压器EPT。

与传统电力变压器一样，电力电子变压器可以实现电压变换、电气隔离和电能传输，而且，它还可对其两侧的电能进行控制，对输入级电流波形和相位进行灵活而有效地控制，使输入级保持单位功率因数运行，提高运行效率，大大减小无功损耗，同时可以在输入级非正常运行时，保持三相输出电压波形的稳定与良好，另外，它重量轻、占地小，没有变压器油、不会对环境构成威胁，而且还可以瞬间关断故障电流，所以其继电保护装置相较于传统电力变压器更加简化，此外，它本身既有直流环节又有交流环节，方便各种分布式电源的接入，还可以直接进行直流供电。

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。