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为应对电力系统在新世纪面I临的分布式电源并网、电网利用系数低,高可靠性,高电能质量要求以及数字化技术应用等诸多挑战,智能电网成为未来电网的主要发展方向。智能电网是以先进的计算机、电子设备和高级元器件等为基础,通过引入通信、自动控制和其他信息技术,从而实现对电力网络的改造,达到电力网络更加经济、可靠、安全、环保这个根本目标。智能电网的建设离不开高级电力电子装置,传统的电力变压器体积、重量大,空载损耗较高,单一的功能很难满足未来智能电网建设的需求和目标。电力电子变压器具有许多独特性,其突出特点在于可以实现原方电流、副方电压以及功率的灵活控制。因此电力电子变压器的研究对于建设绿色电网,智能电网具有重要的意义。
论文首先对智能电网的概念及功能特点进行了介绍,并介绍了国内外智能电网的建设和发展情况。与传统电力变压器相比,介绍了电力电子变压器的优点,并介绍了国内外电力电子变压器的研究现状。
其次,论文分析了电力电子变压器的基本原理和拓扑结构,对两种典型拓扑结构AC/AC型电力电子变压器和AC/DC/AC型电力电子变压器的实现方案进行了分析,建立了电力电子变压器的通用数学模型。
AC/AC型电力电子变压器具有结构、控制方案简单的优点,在工程实践上比较容易实现,可靠性较高。可以应用在智能配电网上对电网电压进行稳定。但缺点是可控性不强,无法满足对电能质量要求较高的场合,例如对电网电压谐波的抑制,对功率因数的调整等。AC/DC/AC型电力电子变压器含有直流环节,可控性很强,除了可以实现AC/AC型电力电子变压器对电压的稳定作用外,还可以实现对电能质量的高度调节,例如对电网电压谐波的抑制,提供高功率因数整流防止负荷侧对电网污染等。缺点就是结构和控制方法较前一种复杂,工程实践上不易于实现。论文就这两种典型的电力电子变压器在智能配电网上的应用进行了研究。
首先提出了应用在配电网的基于AC/AC型电力电子变压器的自动电压稳压器。着重分析了其工作原理,建立了相应的数学模型,并分析了其工作时原边电压谐波情况。对两种控制策略进行了详细的分析,一种是基于检测电压有效值的控制策略,一种是基于检测电压瞬时值的控制策略。并分别对两种控制策略进行了仿真,仿真发现瞬时值控制策略可以很好的抑制原边电压的跌落、上升和闪变,稳定电压输出。
其次,论文分析了应用在智能配电网中的基于AC/DC/AC型电力电子变压器的电能质量控制方案,构建了系统的数学模型,详细分析了电力电子变压器输入级、中间隔离级和输出级的控制策略。针对常用的电能质量问题构建了仿真模型,并进行了MATLAB仿真,结果证明该电力电子变压器可以实现对电能质量的调节控制作用。对拓扑结构进行了改进,可以使电力电子变压器运行在更高的频率下。