摘要：当前电网建设不断完善，要提升配电网的运行效率，必须要尽可能降低配电网中的节点电压偏差。而要实现对于阶段电压的精准把握，可以通过使用电力电子变压器实现，借助电力电子变压器的一次侧和二次侧电力电子变换器的脉宽调制控制，达到对于其一次侧和二次侧潮流的方法的改变。因此，可以通过构建含分布式电源、储能源件以及包括电力电子变压器的有源配电网无功优化模型，使用粒子群优化算法进行计算。根据仿真结果分析，得出含有电力电子变压器的有源配电网无功优化后网损情况明显要小于载调压变压器的网损情况，前者的节点电压和额定值之间的偏差也明显较小，比载调压变压器更具有优势，说明了电力电子变压器在有源配电网无功优化中的应用效果更好，能够有效提升有源配电网的无功调节能力，促进有源配电运行效率的不断提升。本文分析了电力电子变压器的基本原理，并分析其在有源配电网无功优化中的具体应用。
关键词：电力电子变压器；有源配电网；无功优化
随着智能电网的发展以及可再生能源的广泛应用，现有配电网的功率传输特性发生了根本改变，可再生能源和电动汽车的接入，使得电力网络功率从原来的单方向变为双向流动，有源配电网因此形成。还有就是分布式电源波动大，造成配电网电压得不到稳定，使用传统变压器已经不能确保快速反应，不利于电压控制效率的提升。电压的有效控制至关重要，需要用到性能更好的电压控制设备，这种电压控制设备需要同时具备快速的反应能力和较宽的调节范围，这使得电力电子变压器得以研制成功并得到广泛应用。
1.电力电子变压器的基本原理
1.1拓扑结构
目前，电力电子变压器分为两种拓扑结构，一种是基于CHB结构的拓扑，另一种是基于MMC结构的拓扑。其中，基于MMC结构的电力电子变压器能够大大减少高频变压器和功率开关的数量，具有良好质量和体积优点，其应用市场较好，因此，这种结构的电力电子变压器也是目前有源配电网无功优化中应用最为广泛的电力电子变压器。这种电力电子变压器可以分为输入级、输入级以及隔离级，其中输入级为MMC结构，子模块选用半桥子模块，隔离级采用双有源桥结构，包含原副边H桥以及高频变压器，输出级选用三相四线制逆变器，中性线经低压直流电容中点接地。
1.2仿真建模
本文以PSCA仿真平台构建如下图所示的电力电子变压器仿真模型。其中输入级MMC采用半桥子模块，采用基于DQ变换的定中压直流电压双环解耦控制策略，采取最近电平逼近的调制方案，且使用了排序法对子模块电容实施均压。隔离级的双有源桥是通过串联谐振的双H桥组成，所有的双有源桥通过输入串联、输出并联的方法连接起来，中压侧的每个变换器能够借助低压侧并联的变换器实现能量的转换，所以能够保持中压直流侧电容CM和低压直流侧电容CL上的电压的平衡。原副边H桥选择采取开环的控制策略，对应的功率开关触发脉冲同相位。输出级三相逆变器选择双闭环解耦控制方案以及SPWM调制方法。
2.电力电子变压器在有源配电网无功优化中的应用
现阶段，已经开发使用的电力电子变压器装置主要包括固态开关设备、补偿器以及有源滤波等装置，下面就介绍几种常见的电力电子变压器在有源配电网无功优化中更多应用：
2.1补偿器
电力电子变压器中的补偿器按照连接方式的不同可以分为串联补偿器、并联补偿器、串、并联补偿器。其中串联补偿器装置主要发挥对于系统和负荷的有效隔离功效，所以也能看作是面向负荷的补偿方式，其主要是用来防止类似电压波动、不平衡和高次谐波等不正常的协调运行对于负荷产生的不利影响。这种给串联装置只对特定负荷给予补偿，因此它的容量主要由负荷容量大小以及要求补偿的范围来决定，在配电系统中，使用串联同步补偿器可以在线路侧电压出现较大变化情况下，系统中的逆变器输出电压能够在毫秒时间范围内作出响应，实现异常电压和正常电压之间电压差的补偿，确保有源配电网中的电压保持稳定状态，维护电网的正常有序运行。就算出现短时间的供电中断现象，串联补偿器还能够从其储能装置中获取一定的能量，实现对于负荷电力的补偿。
而并联补偿器主要是通过和负荷并联达到控制负荷产生的高次谐波、无功、闪变以及不队称等对系统具有不利影响的因素的作用，因此也能成并联补偿器为面向整个系统的补偿方法。和串联补偿器不同，并联补偿器的容量以及其对称性能改善效果主要受负荷的运行状态影响，系统的容量也会对其产生一定的影响。在使用并联补偿器中，多使用它来抑制负荷引起的闪变和高次谐波。
串并联补偿器各自有各自的优点和缺陷，因此，为了弥补两者的不足，实现优势互补，在有源配电网无功优化中常常将两种补偿器搭配起来使用，既能实现面向系统，又可以面向负荷。就拿上述提到的串联同步补偿器来说，将它用于向三相逆变器共用一个中间直流环节，这时装置能够通过三相整流器从系统中获取平衡的有功功率，再通过对输出的分享控制向不平衡负荷输出各自所需的功率，将不平衡负荷带来的不利影响降到最低直至消除。
2.2有源滤波器
有源滤波器是利用电力电子控制器实现对于谐波的电力电子设备的控制目标，有源滤波器早在20世纪70年底初就被提出来，到80年代，电力电子技术快速发展，随着相关研究的进一步深入，有源滤波器得到了越来越广泛的应用，尤其是在工业中，有源滤波器在工业有源配电网无功优化中的应用更为普遍。
有源滤波器的使用原理相对来说比较简单，就是通过检测电路，将非线性负荷电流分解成基波分量和谐波分量，然后通过注入和负载谐波分量相同但是方向相对的补偿电流，以达到对于非线性负荷对于电网的不利影响的消除目标。有源滤波器也可以有串联和并联之分，分别面向系统和负荷发挥补偿功效。其中并联有源滤波器主要是通过对非线性负荷所产生的谐波电流进行补偿，使得流入电力系统的电流成为正弦。而串联有源滤波器借助向系统注入补偿电压，确保符合两端电压成为正弦。现对于无源滤波器来说，有源滤波器优势显著，但是因为其使用成本较高，因此无法实现广泛应用。
结论：电力电子变压器因其独有的优势在有源配电网无功优化中的应用越来越广泛，随着相关研究技术的进一步优化，将会成为有源配电网中应用最广泛的变压器之一，对于有源配电网性能的提升具有促进作用。
参考文献：
[1]马勇.电力电子变压器在有源配电网无功优化中的应用[J].居业,2018(02):115-116.
[2]杨涛,刘君,曾华荣,杨佳鹏,杨斌,王建华,季振东.一种适用于10 kV配电网的混合式电力电子变压器仿真研究[J].电器与能效管理技术,2017(22):22-29+49.
[3]周廷冬,徐永海.基于MMC的配电网电力电子变压器故障特性分析[J].电工电能新技术,2017,36(05):34-41.
[4]张祥龙,周晖,肖智宏,张伟,伍迪.电力电子变压器在有源配电网无功优化中的应用[J].电力系统保护与控制,2017,45(04):80-85.
[5]葛云霞,李勇,韩继业,段义隆,曹一家,唐伟斌.PET接入10kV有源配电网的谐振稳定评估及输入阻抗优化[J].电力系统及其自动化学报,2017,29(02):1-6+55.
论文作者:杨佳强,赵莹,张银庆,朱彦罗
论文发表刊物:《电力设备》2018年第14期
论文发表时间:2018/9/12
标签：电力论文; 电压论文; 电子变压器论文; 负荷论文; 配电网论文; 滤波器论文; 补偿器论文; 《电力设备》2018年第14期论文;