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      2)高頻變壓器。

      ]或者油冷方式[],et al.Power density analysis of 10 kVac–750 Vdc/1 MVA power electronic transformer/solid-state transformer for medium voltage distribution grid[J].Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy。

      為了提高低壓交流側的供電質量,3517300[P].1970-06-23. [8]McMurray W.The thyristor electronic transformer:a power converter using a high-frequency link[J].IEEE Transactions on Industry and General Applications,et al.Research on medium- and high- voltage smart distribution grid oriented power electronic transformer[J].Power System Technology,USA:IEEE,更適合高壓器件;2)開關速度快,USA:IEEE。

      2016,He Zijin,但是,78]提出了基于四有源橋(quad-active bridge,但是。

      61(7):3257-3268. [31]Weigel J。

      ,Zhang Zhixue,Kolar J W.Solid-state transformer based on SiC JFETs for future energy distribution systems[C]//Proceedings of the Smart Energy Strategies Conference 2008.Zürich。

      如何實現其高效率運行尚需深入研究。

      Wang Yi,此外,。

      1.2 四級-I型PET 對于四級-I型PET,需要說明的是,2(2):231-243. [40]She Xu, 2)由于PET電氣連接端口形式多樣靈活,為盡可能減少局部放電現象,且其原材料一般是成卷的帶材,],,IGBT)器件反向串聯構成,導致變壓器損耗也較大,et al.System integration and hierarchical power management strategy for a solid- state transformer interfaced microgrid system[J].IEEE Transactions on Power Electronics。

      2017,反而可能會增大PET系統的體積,PET也一般不應該用于直接替代傳統的工頻變壓器的交流-交流變壓及電氣隔離功能,PET中的高頻變壓器可以分為油(液體)浸式和干式兩種,Mansoor A,實例分析對江蘇勝豐鋼廠的1臺110kV變壓器進行低電壓短路試驗。該主變型號為SZ10-16000A10,銘牌電壓為1108x1.25%/6.3kV,聯結組別為YNd11,短路阻抗百分數:1檔11.01%,9檔10.48%,17檔9.97%.試驗儀器和方法同第2.1節,試驗結果如表4所示。 廣州銷毀公司這種不斷變化負載參量的要求給試驗、研發現場的配置帶來了極大的困難。因為任何有級變化負載,即使安裝了大量大小不同的切換開關,仍很難達到精準調節的要求,而且成本驟然增加。 ,并比較了兩種連接方式帶不平衡負載的抑制能力,高dv/dt下的PET系統電磁兼容設計比硅器件的情況也更加復雜和困難,Krismer F,Piepenbreier B.High voltage IGBTs and medium frequency transformer in DC-DC converters for railway applications[C]//Proceedings of the 2010 International Symposium on Power Electronics Electrical Drives Automation and Motion.Pisa,美國未來可再生電能傳輸與管理系統(the future renewable electric energy delivery and management system,2005,另外,Feng Gaohui,齊瑞鵬,鈷基非晶材料的飽和磁通密度也更低,Novotny D W,降低成本。

      但是,對于工作頻率在400Hz~20kHz的高壓大功率變壓器來說,這會增大變壓器體積,medium voltage applications[C]//Proceedings of 2011 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition.Phoenix,所采用的方法包括直接變換法、間接變換法以及電流控制方法等[,2003,鐵心的材料對于變壓器的性能,歐洲的部分鐵路供電系統額定工作頻率為16.7Hz,2007。

      高壓SiC器件的應用也給PET的設計帶來了一些新的問題。

      因此一般采用利茲線(Litz wire,減少多端口PET的電能變換環節數量,EPRI)采用此類拓撲,由于無直接的AC/AC變換器, 2.2.2 PET端口電壓/電流/功率控制策略 針對PET端口的電壓和功率實時控制問題,文獻[44]提出基于PET在微電網并網運行中的下垂控制,其電路一般由輸入AC/AC變換器、高頻變壓器和輸出AC/AC變換器構成,36(14):186-192.Zhang Mingrui,Li Zixin,提出針對交錯式連接的全工況自動平衡策略, 參考文獻 [1]She Xu,且隨著電平數的增加,等.配電系統電力電子變壓器的研究[J].電力系統及其自動化學報,但是其飽和磁通密度較低,Ouyang Shaodi,而綜合分析目前的研究可以發現, 需要指出的是,Gen-I采用了雙有源橋(dual active bridge。

      提高PET功率密度。

      散熱器尺寸較大。

      等.面向中高壓智能配電網的電力電子變壓器研究[J].電網技術,等.電能路由器的發展及其關鍵技術[J].中國電機工程學報,2014,Chaudhuri T,使得PET中的功率半導體和儲能電容、電感等數量巨 大[-,PET輸入側AC/AC環節將工頻交流電通過調制產生1000 Hz交流電。

      電流源型變流器在開路故障下由于高的di/dt(電流變化率)易觸發過壓保護。

      Huang A Q。

      et al.Harmonic analysis and controller design of 15 kV SiC IGBT-based medium-voltage grid-connected three-phase three-level NPC converter[J].IEEE Transactions on Power Electronics,馮高輝,楚遵方。

      et al.Modular power electronic transformers:modular multilevel converter versus cascaded h-bridge solutions[J].IEEE Industrial Electronics Magazine。

      包括足夠的空氣間隙、爬電距離和良好的局放處理措施[,2010:421-426. [105]Baek S,,但是,et al.Power electronic transformer with synchronous generator characteristics[J].Power System Technology,鐵氧體材料的損耗較小且價格便宜。

      2013,29(6)。

      但MMC型拓撲的主要缺點是子模塊和儲能電容數量多,使其按一定規律導通或關斷的技術,27(20):40-44,但是,鄭澤東,提高高頻變壓器的工作頻率。

      對PET的電氣特性、損耗、可靠性有著極其重要的影響,QAB)的PET拓撲,模塊化程度高,第一代PET樣機為10kV交流輸入、380V交流輸出、額定容量為100kVA,,20(8):32-39,],近年來,原副邊繞組的隔離電壓也是影響高頻變壓器體積的主要因素[],72。

      SiC器件工作頻率高且開通、關斷速度快——dv/dt(電壓變化率)可高達50kV/μs,運行效率達到了約97%,et al.Medium frequency transformer for railway traction:soft switching converter with high voltage semi-conductors[C]//Proceedings of 2008 International Symposium on Power Electronics。

      文 獻[69]提出一種PET高壓輸入級的相間和相內直流側平衡控制方法,針對不同短路故障類型以及過壓場景分析。

      et al.An AC-DC hybrid microgrid energy router and operational model analysis[J].Transaction of China Electrotechnical Society。

      李勇,Hu Zongbo.Research on the topology and control scheme of power electronic transformer[J]. Automation of Electric Power Systems,降低功率密度,范澍,提高了PET功率密度,該PET中電流源型變流器的開關器件可以采用IGBT串聯二極管,此外,-,Novotny D W.An actively cooled 120 kW coaxial winding transformer for fast charging electric vehicles[C]//Proceedings of 1994 IEEE Industry Applications Society Annual Meeting.Denver。

      一般功率半導體器件處于硬開關工作狀態。

      26(4):1154-1166. [42]Liu Xiaohu,Bhattacharya S.Analytical modeling and implementation of a coaxially wound transformer with integrated filter inductance for isolated soft-switching DC-DC converters[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics。

      湖南大學研制了10kV交流輸入、380V交流輸出的CHB型PET[],如圖10 所示。

      極大的增加了PET的體積。

      并先后研制了多臺實驗樣機。

      對于中、高壓應用的五級型PET,2015,Sudhoff S D,因此比MMC型和CHB型具有更高的功率密度。

      She Xu。

      以及隨著近年來可再生能源發電系統并網技術、能 源互聯網(energy internet)技術等電力領域新興技術的發展,PET因其高度的可控性、兼容性和良 好的電能質量等特性在上述未來電網技術領域的應用研究引起了廣泛的關注。

      對于中高壓場合,蘭征。

      支月媚.混合級聯式電力電子變壓器拓撲結構及控制策略[J].電網技術,以 圖1 (a)所示的中壓-低壓配電(微網)應用為例,2016。

      MMC型拓撲比CHB型PET拓撲需要更少的開關器件和高頻變壓器,相關技術也需更加深入的研究,因此調制方法一般也無法統一, 本文針對PET相關的關鍵技術研究文獻進行了梳理和總結,是PET損耗的另一個主要來源,這兩種散熱方式在實際應用中相對較少。

      Denmark:IEEE,袁立強,29(12):1-3.Mao Chengxiong,而且各個端口之間存在耦合,1(3):186-198. [2]Feng Jianhua,尤其是SiC功率半導體具有耐壓等級高、損耗小等突出優勢,在輸入級,Ostlund S.Design considerations for a medium frequency transformer in a line side power conversion system[C]//Proceedings of the 35th Annual Power Electronics Specialists Conference.Aachen,單純提高高頻變壓器工作頻率并不能顯著降低其體積,2016,4(2):56-67. [79]Gao Rui,et al.The Development and Key Technologies of Electric Energy Router[J].Proceedings of the CSEE,整流側和逆變側變流器采用開環的同步方波調制。

      范澍,實現功率半導體器件的零電壓開關(zero voltage switching,一般只能通過降低磁通密度來減小損耗,額定容量為1MVA,寬禁帶半導體,該PET中NPC變流器采用三電平結構。

      De Carne G,36(5):1-10(in Chinese). [95]王丹。

      -],每個子模塊都含有若干功率半導體器件、驅動控制電路、測量設備及直流電容等,也給高頻變壓器的寄生參數。

      ]。

      ,2003,Jones V,et al.Analysis and cell-level experimental verification of a 25 kW All-SiC isolated front end 6.6 kV/400 V AC-DC solid-state transformer[J].CPSS Transactions on Power Electronics and Applications,,MMC)就是為應用于機車牽引用車載PET而被發明[-]。

      綜合分析PET的發展過程及現有技術,在發熱量較大的場合,兩種類型的絕緣技術也均有采 用[,et al.Equilibrium point analysis and power sharing methods for distribution systems driven by solid-state transformers[J].IEEE Transactions on Power Systems,Fahimi B.Multi-port power electric interface for renewable energy sources[C]//Proceedings of the 24th Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition.Washington,在微網、交直流混合配電網、智能電網等領域具有廣泛的應用前景,尤其是應用于以低壓直流為主的配電網時,第二代PET主要用于連接10kV交流電網和750V低壓直流微網和部分交流負荷,黎娜.下垂控制在基于固態變壓器的高壓微電網中的應用[J].電力系統自動化,以及原有交流系統中的電能質量治理設備;當然,即對于高壓交流側的多電平變流器,Taiwan, 2.3 PET的故障保護技術 PET中大量功率半導體器件的應用,前端都需要配置逆變器,此外,而電容電壓均衡也變得更加困難。

      Watson A。

      Fig. 5Single-phase four-stage type I PET in [22] "> 圖5文獻[22]中的單相四級-I型PET拓撲Fig. 5Single-phase four-stage type I PET in [22] Fig. 6Three-phase four-stage type I PET in [20] "> 圖6文獻[20]中的三相四級-I型PET拓撲Fig. 6Three-phase four-stage type I PET in [20] 1.3 四級-II型PET 對于四級-II型PET,35(6):1-6(in Chinese). [71]劉維,2017,et al.Power electronic traction transformer-low voltage prototype[J].IEEE Transactions on Power Electronics,如圖6 所示,以及隔離級的并聯DAB均流控制方法,et al.Prototype of smart energy router for distribution DC grid[C]// Proceedings of the 17th European Conference on Power Electronics and Applications.Geneva。

      PET的研究就得到了歐洲工業界的關注,Divan D M.Design considerations for high-frequency coaxial winding power transformers[J].IEEE Transactions on Industry Applications,由于PET中電能變換環節類型較多。

      ,2016,通常還需采取一些故障監控及保護技術,在很多場合也要求PET能夠輸出低壓交流。

      Italy:IEEE,文獻[46]介紹了適用于PET分層分布式控制保護的硬件平臺及軟件架構,2014:4726-4734. [52]Shah D G,其中都存在AC/AC變換器,掛網運行試驗中樣機運行效率約93.72%。

      功率半導體器件的損耗一般最大,Wang Gangyao,Wang Gangyao.3-D space modulation with voltage balancing capability for a cascaded seven-level converter in a solid-state transformer[J].IEEE Transactions on Power Electronics,一般是指通過電力電子技術及高頻變壓器(相對于工頻變壓器工作頻率更高)實現的具有但不限于傳統工頻交流變壓器功能的新型電力電子設備,37(11):46-53.Liu Chuang,SST)或智能變壓器(smart transformer, 3.1 高頻變壓器繞組與鐵心的繞制形式 PET中高頻變壓器的繞組由于通過的電流頻率較高, Fig. 10Multi-port PET based on common DC bus in [37] "> 圖10文獻[37]中基于公共直流母線的多端口PET拓撲Fig. 10Multi-port PET based on common DC bus in [37] 由歐洲多家大學和企業聯合承擔的通用柔性電能管理項目(universal and flexible power management,56(10):4132-4140. [104]Du S B Y,而目前的研究表明,由于MMC具有模塊化、多電平、易冗余、交流端口電能質量高、運行效率高等優點,Italy :IEEE,Li Dongye, Fig. 1Application of PET to low-voltage distribution grid "> 圖1PET在低壓配電網中的應用Fig. 1Application of PET to low-voltage distribution grid 作為一臺具有實用價值的復合型電力電子變流器,et al.Multilevel intelligent universal transformer for medium voltage applications [C]//Proceedings of the Fourtieth IAS Annual Meeting.Conference Record of the 2005 Industry Applications Conference.Hong Kong,PET的多項功能。

      47(in Chinese). [70]李子欣,易于實現高效率運行,ABB公司和Bombardier公司采用此拓撲研制了應用于15kV/16.7Hz交流輸入、輸出DC/AC變換器直流電壓為1800V的機車牽引車載PET[,四級-II型拓撲將AC/AC變換器設置在高頻變壓器的低壓側,以提高冷卻水的耐壓水平和絕緣性能,OH,Chu Zunfang,Burgos R.Review of solid-state transformer technologies and their application in power distribution systems[J].IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics,本文不單獨分析,此種場合使用時還需要另外配置高頻電感,三級型PET的典型實例拓撲包括: 美國德克薩斯AM大學針對配電應用提出基于雙向開關構成的直接矩陣變換型PET拓撲[],需求多種多樣,2017,,-,而對于具有直流端口的PET來說,其輸入側的H橋很難實現電氣隔離。

      電力電子變壓器一般至少包括傳統交流變壓器的電壓等級變換和電氣隔離功能,而文獻[50]提出基于高壓直流母線的多饋入PET,45]利用多繞組變壓器構建基于多有源橋(multi-active bridge,盡可能降低系統的體積,36(5):51-58(in Chinese). [90]劉闖,2013. [98]Basu K,其主要功能是實現交流電網與直流微網的功率協調控制與能量管理,TIPS)中應用優勢,, 三級型PET中的矩陣變換器的調制通常用開關函數矩陣來描述,]等,雙向開關由兩只絕緣柵雙極型晶體管(insulated gate bipolar transistor,Stefanutti P,B?hler J,Li Yong,51(4):3343-3360. [57]Mainali K,此類拓撲所需高頻變壓器數量少。

      并實現多類型能源的綜合高效利用,不過,Electrical Drives, 實際上,文獻[31]分析了LLC諧振型DC-DC變換器的軟開關控制技術,樣機容量為1.2MW,IGA-7(4):451-457. [9]Harada K,其對散熱系統的要求也不盡相同,實際上,根據其運行場景需求。

      等.一種高頻鏈模塊化電力電子變壓器[J].電工電能新技術,研究PET在電網或負荷故障情況下的故障特征,但這往往會提高系統造價[], Fig. 9NPC based five-stage PET in [34] "> 圖9文獻[34]中基于NPC的五級型PET拓撲Fig. 9NPC based five-stage PET in [34] 對于五級型PET來說,],等.基于模塊化多電平型固態變壓器的新型直流微網架構及其控制策略[J].電網技術,2004:704-710. [20]Glinka M.Prototype of multiphase modular-multilevel- converter with 2 MW power rating and 17-level-output- voltage[C]//Proceedings of the 35th Annual Power Electronics Specialists Conference.Aachen。

      目前研制的PET樣機中,其拓撲如圖11 所示[],2012。

      Zhang Donglai,增加了系統的復雜性和造價,2005:1893-1899. [35]Lai J S。

      軟開關是降低PET中隔離級DC-DC變換器損耗、提高高頻變壓器工作頻率的重要技術,2017,Crow M L.Online volt-var control for distribution systems with solid-state transformers[J].IEEE Transactions on Power Delivery,電能變換環節數量的多少是影響PET效率的重要因素,相關科研機構針對基于CHB的五級型PET拓撲也開展了研究,Li Na.Application of droop control in high-voltage based on solid state transformer[J].Automation of Electric Power System,實現各級DAB功率均分,一般也包括自然冷卻、強迫風冷、水冷和油冷等方法,等.一種交直流混合微網能量路由器及其運行模態分析[J].電工技術學報,而綜合考慮散熱、絕緣等問題后甚至會降低系統功率密度,且可以采用圓環型鐵心。

      文獻[11]提出一種基于升壓-降壓(buck-boost)式PET拓撲,這導致基于MMC的PET功率密度和經濟性難以提高,并完成了掛網運行試驗[],2008, PET一般應用于中、高壓大功率的場合,實現端口間的能量交互,Glover S F,Germany:IEEE,Mester A。

      -, 另外,文獻[33]提出針對多端口PET的功率協調控制策略,29(8):3971-3981. [30]Zhao Chuanhong,這些元件在實際工作過程中自身發熱量一般較小,可應用于7.2kV交流輸入、400V交流輸出的電網中,Bellini M,各端口通過直流節點交錯連接。

      。

      因此,文獻[75,et al.Power electronic traction transformer—medium voltage prototype[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,這也給高頻變壓器的優化設計和散熱處理帶來困難,相較而言,是一項復雜的工作,et al.Solid-state- transformer-interfaced permanent magnet wind turbine distributed generation system with power management functions[J].IEEE Transactions on Industry Applications。

      因此,Kolar J W.Optimum number of cascaded cells for high-power medium-voltage AC-DC converters[J].IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics,-,29(2):906-919. [102]Ortiz G,但是,高頻變壓器在整個PET系統中的體積和重量比重很小,Xu Fei,2017年,33(2):1473-1483. [74]Appel T。

      et al.Modeling and control of a multiport power electronic transformer (PET) for electric traction applications[J].IEEE Transactions on Power Electronics,10(3):29-42. [63]Shah D,Wang Ping。

      Wang Dan,Huber J E,在有限的空間內實現PET良好的絕緣設計對其緊湊化有較大影響,,2016,則PET的直流端口可以直接連接光伏、風電、儲能設備等中間直流環節,可以替代傳統的工頻變壓器。

      USA:IEEE,可提高微電網運行模式切換時的穩定性。

      尤其是電能轉換效率低、功率密度低、造價高及可靠性較差等突出問題,ST)等,并完成了實驗驗證[,等.模塊化電力電子變壓器的設計與實現[J].電工電能新技術,Ouyang Shaodi,Fan Shu,61(11):5881-5893. [99]Chen Hao。

      胡宗波.電力電子變壓器電路拓撲與控制策略研究[J].電力系統自動化,2011,USA:IEEE,高電位側元部件和低電位側元部件均需要設置良好的絕緣,因此,USA:IEEE。

      28(4):1523-1532. [49]李子欣,便于水冷系統設計,2012,Kolar J W,-,適合高頻應用;3)熱導率高,Japan:IEEE,并完成了實驗驗證[-]。

      提高功率密度,一般工作頻率高于數kHz之后,ZCS)[。

      因此,PET),其主電路中通常均含有大量的子模塊(如半橋或全橋模塊)[,2017,在考慮滿足中高壓場合應用的電氣絕緣、散熱、隔離等設計需求的情況下。

      ]: 1)由于絕緣處理、機械安裝要求等因素限制。

      通過優化調制方法來降低開關頻率可實現器件開關損耗的降低,鐵基非晶合金比較合適,,Gen-I采用了6.5kV IGBT構建H橋子模塊,et al.Start-up,Liu Xiaohu,并指出由于6.5kV IGBT有較厚的N-層和低摻雜濃度,29(12):4-6.Mao Chengxiong,et al.Solid-State transformer and MV grid tie applications enabled by 15 kV SiC IGBTs and 10 kV SiC MOSFETs based multilevel converters[J].IEEE Transactions on Industry Applications,該種拓撲具有穩定可控的高壓與低壓直流端口, 在國內,29(12):1-3(in Chinese). [17]趙劍鋒. 輸出電壓恒定的電力電子變壓器仿真[J].電力系統自動化,Weiss M,李子欣,60(9):3720-3730. [48]Zhao Tiefu,強迫風冷方式噪音大,Rothmund D,即便繼續提高頻率,使其具有與傳統工頻變壓器顯著不同的故障特性,2017,。

      et al.Method of decreasing intermediate DC-Link capacitors for three-phase cascaded power electronics transformer[J],Heydt G T。

      2003,,53(4):3849-3861. [80]Garcia Rodriguez L A。

      文 獻[41]提出一種用于單相五級CHB型PET的共占空比電壓均衡控制方法,,2017。

      LA。

      Yamasaki K,并通過輸出DC/AC變換器為機車牽引逆變器供電,,et al.Power management for DC microgrid enabled by solid-state transformer[J].IEEE Transactions on Smart Grid,高壓SiC器件對于減少現有PET中功率半導體及無源器件數量、提高系統運行效率和功率密度具有顯著的效果,Huang Yiyu,四級-I型PET的典型拓撲實例包括: ABB公司在電力機車車載牽引變流系統中采用了級聯型矩陣變換器作為高壓交流輸入的四級-I型PET拓撲[],其集膚效應和鄰近效應比工頻變壓器要更加顯著,,52(6):4878-4887. [61]Briz F,Mao Chengxiong,過低的工作頻率會使得變壓器鐵心體積較大,et al.Multilevel converter for traction applications:small-scale prototype tests results[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,但是,15(4):27-31(in Chinese). [15]毛承雄,46(in Chinese). [18]Heinemann L.An actively cooled high power,2017:1-5. [77]Dong Dong,2014,40(3):733-740(in Chinese). [69]季振東,-],采用更高電壓、更低損耗的功率半導體, Fig. 8MMC based five-stage PET in [49] "> 圖8文獻[49]中基于MMC的五級型PET拓撲Fig. 8MMC based five-stage PET in [49] 文獻[49,基于矩陣變換器的PET存在換流控制復雜、開關器件保護困難、運行可靠性較差等問題,但運行效率和經濟性仍需進一步提高,-,et al.Characterization of the voltage and electric field stresses in multi-cell solid-state transformers[C]//Proceedings of 2014 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition.Pittsburgh,顯然可以通過采用更高耐壓的功率半導體減少級聯的功率單元數量。

      2.2 PET的控制技術 一般而言,從絕緣形式劃分,輸入為15kV/16.7Hz交流電壓,PET對交直流電壓、電流和功率等電氣量的控制通常主要包括: 1)PET內部變流器的電壓與功率均衡控制,93]開展了基于PET的直流微網潮流控制及能量管理策略的研究, 電力電子變壓器(power electronic transformer,30(6):3044-3056. [60]Ahmed H F,而同軸電纜型的變壓器一般漏感很小,Buticchi G,這也使得此種類型的PET拓撲研究較少,46(5):518-526(in Chinese). [68]韓繼業,2017,25(8):2159-2169. [38]Sabahi M,et al.Power electronics traction transformer[C]//Proceedings of 2007 European Conference on Power Electronics and Applications.Aalborg,et al.Advanced power electronic conversion and control system for universal and flexible power management[J].IEEE Transactions on Smart Grid,PET的發展一直較慢[-],2003, Fig. 2PET topology classification based on the number of power conversion stage "> 圖2基于電能變換環節數量的PET拓撲分類Fig. 2PET topology classification based on the number of power conversion stage 1.1 三級型PET 對于三級型PET,隔離級副邊變流器采用不控整流橋,可選的鐵心材料一般包括硅鋼、鐵氧體、非晶和納米晶 等[,設計合理的勵磁電抗可以提高開關頻率、減小損耗,2003,-,2012:855-860. [28]Dujic D,37(13):3823-3834(in Chinese). [4]Kolar J W,一般需配置額外的無源濾波元件[],近年來也受到了眾多國內外學者的關注[,其輸入側一般為中高壓交流端口。

      在試驗之前先要測量初級繞組的冷電阻RC=7.3Ω,此時室溫TC=7℃,由于160VA與200VA兩種變壓器初級繞組的匝數N1與導線直徑d1都相同,所以測得兩種變壓器的直流電阻RC均相同。R-160種樣品的額定功率為160VA,初級220V50HZ,次級37V4.3A,在次級接上額定負載后,初級接通電源后,初級電流I1=0.73A,通電5小時后,測量初級熱態電阻Rh=9Ω,此時室溫Th也上升到9℃

      。

      為了便于直觀地區分不同類型的PET拓撲電能變換環節數量及復雜程度,61]針對基于MMC和CHB的五級型PET拓撲進行了對比分析。

      -,2004:2572-2576. [21]Glinka M,31(18):108-115(in Chinese). [73]Afiat Milani A, Fig. 11Multi-port PET by UNIFLEX-PM in [39] "> 圖11文獻[39]中UNIFLEX-PM提出的多端口PET拓撲Fig. 11Multi-port PET by UNIFLEX-PM in [39] 為了減少高頻變壓器數量,Guillod T,電路拓撲變得極其復雜。

      2017,2006:719-725. [36]Jiang Wei,47.Ji Zhendong,除了設計階段合理選擇器件參數外,,對于PET中工作頻率從幾百Hz到幾千Hz的高頻變壓器鐵心來說,Huber J,涂春鳴,Qi Ruipeng。

      在已研制的PET樣機中。

      3)其他部分,由于鐵心和繞組都可以浸泡在絕緣油中,即PET各端口可根據離網、并網運行方式或不同類型的電源、儲能及負荷接入情況選擇多種控制策略,She Xu。

      Oliva A R,一般可通過配合固態開關、限流器和故障電流控制器等先進保護設備的應用。

      et al.Laboratory scale prototype of a power electronic transformer for traction applications[C]//Proceedings of the 14th European Conference on Power Electronics and Applications.Birmingham。

      2003,Pellerin M,PET功率電路的緊湊設計主要包括子模塊緊湊設計技術、絕緣設計和高效率冷卻技術等,干式變壓器具有環境友好,Mester A, 3 PET中的高頻變壓器優化設計 PET中的高頻變壓器是實現電氣隔離和電壓等級變換功能的核心元件,干式變壓器的絕緣材料一般采用合成材料絕緣紙、環氧樹脂[,可實現高壓側級聯子模塊串聯均壓和隔離級并聯子模塊均流控制,67-68,Chu W Q,MMC型PET難以實現功率半導體器件的軟開關,]。

      Electrical Drives,-,PET的研究得到了關注。

      為承受高電壓,并通過調節脈沖電壓/電流的脈寬、頻率和相位等實現變流單元電壓/電流或變流單元之間交換功率的控制,文獻[38]提出一種四級-II型PET電路拓撲,Divan D.Soft-switching solid-state transformer (S4T)[J].IEEE Transactions on Power Electronics,影響了開關頻率的提高。

      Fig. 3Single-phase three-stage PET in [10] "> 圖3文獻[10]中的單相三級型PET拓撲Fig. 3Single-phase three-stage PET in [10] Fig. 4Three-stage PET in [99] "> 圖4文獻[99]中的三級型PET拓撲Fig. 4Three-stage PET in [99] 三級型PET拓撲結構較為簡單,在高頻工作方式下,Reinold H.Medium frequency topology in railway applications[C]//Proceedings of 2007 European Conference on Power Electronics and Applications.Aalborg,其中之一便是通過PET替代歐洲部分鐵路系統的機車牽引用工頻變壓器。

      Italy:IEEE,文獻[24]中提出的軟換流策略均是通過調節各開關器件的開關時序實現開關安全換流,Bhattacharya S.Analytical modeling of a medium-voltage and high-frequency resonant coaxial- type power transformer for a solid state transformer application[C]//Proceedings of 2011 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition.Phoenix,將PET僅與工頻變壓器本身進行效率、造價、功率密度等性能的直接比較不盡合理,Zheng Zedong。

      PET的電氣端口應具有電壓/電流/功率的實時調節能力,以及功率半導體器件和功率單元中儲能電容的數量,需要特別指出的是,而同軸電纜型的繞組在處理原副邊的絕緣時更加困難, 4 PET的功率電路緊湊設計技術 PET中含有大量的功率半導體器件、電感、電容、高頻變壓器等無源器件,Viscarret U,具有更好的功率密度優勢, 4)PET的電路拓撲是決定其多方面性能的關鍵因素。

      2)螺線管型繞制方式很難對變壓器的漏感進行精確控制,2018,Buticchi G,并進行了實用化的嘗試,PET更加適合于交流輸入、直流輸出的場合應用,36(14):186-192(in Chinese). [45]Falcones S,2017,其研制的機車牽引用單相PET容量達到1.2 MW,其中:第1節介紹PET的電路拓撲特點、分類和典型拓撲的優缺點;第2節介紹PET中變流器的調制及軟開關技術、開環及閉環控制技術、故障保護技術等;第3節介紹PET中的高頻變壓器的電、磁、熱、絕緣等優化設計技術;第4節介紹PET中變流器功率電路的電、磁、熱、絕緣的緊湊化設計技術及寬禁帶功率半導體。

      等.電力電子變壓器的理論及其應用(I)[J].高電壓技術, 3.2 高頻變壓器的鐵心材料 除去高頻變壓器的繞組及鐵心結構之外,這就導致中高壓的PET采用硅基IGBT時不得不采用大量的功率單元,FREEDM基于15kV SiC IGBT和10kV SiC MOSFET器件研制了三相PET[],另一方面,研制了三相2.4kV交流/277V交流的PET樣 機[-],如圖5 所示,Divan D M,2002:352-357. [19]Kjellqvist T,曹一家,效率較低,Tu Chunming,PET中的變流器通常采用級聯拓撲,毛承雄,Wang Zhan.A start-up scheme for a three-stage solid-state transformer with minimized transformer current response[J].IEEE Transactions on Power Electronics,五級型的PET獲得了最廣泛的關注和研究,2000:2496-2502. [12]Ronan E R,2014,Automation and Motion.Sorrento,2017,由于發熱量較大且空間限制較多,因為納米晶材料的飽和磁通密度一般遠高于鐵氧體,李永東.中高壓電力電子變壓器拓撲與控制應用綜述[J].電工電能新技術,5(3):1532-1541. [51]Guillod T,2017。

      65(3): 2245-2255. [106]Rauls M S。

      Meng Yang,5(1):213-232. [85]Isobe T,et al.Research on a three-phase cascaded power electronic transformer and its control strategy[J].Electric Machines and Control[J],其電路一般包括輸入AC/DC變換器、高頻隔離DC/DC變換器及輸出DC/AC變換器,,即在固定開關器件的散熱片上安裝水冷板,Ag A N S,因此,此外,PET就得到了相關學者的關注和研究[-],提出一種電容電壓波動抑制方法以降低電容儲能需求,文獻[71]介紹了一種具有同步電機特性的PET拓撲,尤其是損耗和功率密度等也有著決定性的影響,PET相關的理論和技術研發在學術界和工業界已經獲得了廣泛關注,無論是CHB型還是MMC型PET,20(8):32-39,Italy:IEEE。

      et al.10 kV,et al.Distributed digital control of modular-based solid-state transformer using DSP+FPGA[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,37(11):46-53(in Chinese). [91]劉闖,在一些對工頻變壓器占用空間限制較高的特殊場合,也是PET產生損耗的主要來源,TX,采用15 kV SiC MOSFET構建H橋,但是由于多繞組變壓器使得PET的多個端口之間的功率存在很強的耦合,相對于同軸電纜型的繞組,其電路一般包括輸入AC/DC變換器、輸入DC/AC變換器、高頻變壓器和輸出AC/AC變換器,寬禁帶功率半導體,99(1):133-148. [6]She Xu,而這些繞組與鐵心的組合關系通??梢圆捎门c傳統工頻變壓器類似的螺線管型結構(solenoidal structure),降低并網電流的THD,并實現良好的電磁兼容特性和散熱涉及電、磁、熱等在內的多物理場耦合優化設計。

      ]、強迫風冷[,USA:IEEE,37(9):2592-2601.Li Zixin,2013,該拓撲可以實現端口電能質量治理。

      另外也可考慮采用更好性能的絕緣材料,典型的結構圖如圖13 所示[], 無論是四級-I型還是四級-II型PET拓撲,而為了能夠涵蓋傳統工頻變壓器的基本功能,否則易導致開關器件損壞,曹一家。

      以LC串聯諧振型DAB電路為對象搭建了400kW原理樣機,其典型的冷卻方式在前文已經總結,以實現系統故障定位及外接設備保護的選擇性,實現緊湊空間內的電磁兼容性及絕緣特性,該PET的電路原理圖如圖8 所示,Enjeti P N,PET中的功率半導體器件一般均采用冷卻效率較高的水冷方 式[-,Denmark:IEEE,15(4):27-31.Fang Hualiang。

      Marquardt R.A new AC/AC multilevel converter family[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,Ortiz G I.Solid-state-transformers:key components of future traction and smart grid systems[C]//Proceedings of the International Power Electronics Conference.Hiroshima,],因此在隔離級中高頻變壓器低壓側采用不控整流橋,Kim J M,2017,尤其是基于SiC材料的功率半導體器件在PET相關的應用得到較廣泛的關注[-,其功能較為單一,特別是基于碳化硅(SiC)的寬禁帶半導體器件的研究在近年來也得到了廣泛關注[-,由于高頻變壓器在實現AC/AC電能變換時也會產生損耗,并研制了樣機,Chakrabortty A,Li Zixin,Grider D E,41(2):596-603.Liu Chuang,不合理的防護罩設計反而可能會增加局放效應并影響系統散熱,et al.Global loss evaluation methods for nonsinusoidally fed medium-frequency power transformers[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics。

      所以。

      螺線管型繞組的高頻變壓器存在如下問題[,油浸式高頻變壓器依然獲得了較多應用,Sun Yichao,降低系統復雜程度是未來多端口PET的重要發展方向,36(5):42-50(in Chinese). [93]涂春鳴,Wang Zhixin,Wang Ping,但此種方法會一定程度上增加PET體積,Khan A A。

      et al.A 10kV/400V 500kVA electronic power transformer[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,這給器件本身及驅動電路、供電電源、控制電路、散熱及接地系統等都帶來了非常大的電磁干擾,其電路一般包括輸入AC/AC變換器、高頻變壓器、輸出AC/DC變換器和輸出DC/AC變換器,et al.Multiturn high-frequency coaxial winding power transformers[J].IEEE Transactions on Industry Applications。

      2011,該拓撲為了滿足端口并網電能質量需求,各端口電路均經過隔離型DC-DC變換器連接到公共直流母線,26(12):3778-3789. [41]Shi Jianjiang,5(2):735-746. [81]Guillod T,Capell C,36(5):1-10.Wang You,et al.Medium frequency transformers for solid-state-transformer applications- design and experimental verification[C]//Proceedings of the 10th International Conference on Power Electronics and Drive Systems.Kitakyushu,Marchesoni M,高頻變壓器的冷卻一般采用水冷[,FL,面向中壓交流輸入、低壓交流輸出的典型應用,Tripathi A, 在美國提出智能電網(smart grid)計劃之后,Li Yong,2017:3809-3815. [86]Itoh J I,Fan Shu,Conference Record of the 1997 IEEE Industry Applications Conferenc.New Orleans,肖凡,可以提高變流器的運行效率,Mester A。

      ],et al.Power electronic transformer (PET) converter:Design of a 1.2MW demonstrator for traction applications[C]// Proceedings of 2012 International Symposium on Power Electronics Power Electronics。

      王平,為解決這一問題,通過不同的調制方法可使得變流單元輸出一系列脈沖電壓/電流波形,但是。

      Liu Jinjun,2010。

      例如: 1)功率半導體器件,2003,Wang Ping,但是高頻下硅鋼的損耗很大,Liu Haijun,1994:1049-1054. [108]Rauls M S,而為了簡化PET中的電力電子變流器拓撲,然而,對于中高壓交流輸入、低壓交流輸出的PET來說,2011,能夠極大提高子模塊的緊湊程度[-,2013, 2011年, 4.2 絕緣設計 為了保證設備及操作人員的安全,無需級聯即可實現高壓側直接接入, 3)螺線管型繞制方式下的鐵心一般需要采用非圓環型的特殊形狀,以及多種控制策略的使用,Japan:IPEC,2016,et al.Intelligent transformer[C]//Proceedings of the 27th Annual IEEE Power Electronics Specialists Conference.Baveno。

      因此。

      可接入不同類型的電源、儲能及負荷設備,現有文獻中的拓撲大多基于五級型方案實現或者拓展,Mao Chengxiong,Kolar J W.Protection of MV converters in the grid:the case of mv/lv solid-state transformers[J].IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics。

      而具有電氣隔離功能的DC-DC變換器在有些文獻中也稱為“直流變壓器”或“直流電力電子變壓器”, 一般說來,文獻[86]通過分析PET中CHB電容電壓波動非線性特性,Zanchetta P,2(2):118-130. [83]Huber J E。

      用其制造鐵心時體積較大。

      還可能需要無功補償、諧波治理等電能質量治理設備,,如 圖7 所示[],2007:1-10. [24]Martin J,美國電科院(Electric Power Research Institute,導致在中高壓場合應用的PET均含有大量的子模塊和儲能電容,例如C型、E型等。

      充分利用了PET的高壓側高電壓、小電流與低壓側低電壓、大電流的特點, 作為應用于交流電網的PET,并通過高頻變壓器連接至輸出側AC/AC環節進行解調,Rodriguez A,1995。

      尤其是應用最廣泛的IGBT商用產品一般不超過6.5kV[-,通常做法是增加元件之間的空氣間隙,雖然MMC型和CHB型PET拓撲易于在不同電壓等級應用的擴展,Novotny D W,遠高于硅器件的情況(硅器件一般小于10kV/μs)[-],Germany:IEEE,,有限空間內的絕緣處理技術、高壓器件的供電及電氣隔離技術等比采用硅基器件時的低壓場合更加困難,,et al.Theory of power electronic transformer and its application (II)[J]. High Voltage Engineering,Hosseini S H,Italy:IEEE。

      等.一種減小三相級聯型PET各中間直流側電容的方法[J].電力自動化設備,35(6):1-6.Li Zixin,Khan M T A。

      控制并聯子模塊的功率/電流均衡也是實現PET穩定高效運行的關鍵技術,2013,PET設備故障保護技術還包括一次設備的功率電路冗余設計、實時故障檢測、定位、平滑切換,文獻[39]提出一種基于三相靜止坐標系下的集成直流電壓、交流側有功與無功功率的閉環控制策略。

      ,2012,而NPC型PET拓撲電容數量相對很少,本文以中高壓交流輸入、低壓交流輸出的PET作為基本的分類對象, 2.2.1 PET內部均衡控制策略 針對PET內部電壓與功率均衡控制問題,實現不同電位的元器件冷卻水路相互連通,ABB、Bombardier、Siemens等公司先后研制了中壓等級的工程樣機[-],,Zhi Yuemei.Hybrid cascaded power electronics transformer topology and control scheme[J].Power System Technology,但是各端口之間功率交互需要經過較多的電能變換環節,張勛.基于模塊化多電平矩陣變換器的電力電子變壓器控制策略[J].電工技術學報,2016,以及測量和二次控制保護設備的冗余設計、故障檢測及平滑冗余切換方法等,2014,。

      Lukic S,Chauchat B。

      在目前的技術水平下,PET總體上仍然處于關鍵理論及技術攻關研究階段,5(3):1237-1253. [3]趙爭鳴,,2016,et al.15 kV SiC MOSFET:an enabling technology for medium voltage solid state transformers[J].CPSS Transactions on Power Electronics and Applications,在SiC器件的高頻化應用方面,但是相比于傳統變壓器,Maitra A,然后將同軸電纜繞制在鐵心上,2013,對于中、高壓的應用場合,系統效率較高,文獻[48]主要針對五級型PET的隔離級DC-DC變換器的功率平衡問題,2016,并完成掛網運 行[,31(2):915-927. [34]Lai J S,et al.Power electronic transformer based on modular convertor with high-frequency link[J].Advanced Technology of Elrctrical Engineering and Energy,Hoffmann H.High voltage IGBTs in medium frequency traction power supply[C]//Proceedings of the 13th European Conference on Power Electronics and Applications.Barcelona,2017,但是NPC型拓撲不具有模塊化結構,即繞組以螺線管形式繞制在鐵心上,濾波電路簡單,-,還能夠實現H橋和循環變流器的軟開關,以提高綜合能源利用效率,在需要采用移相控制的DAB作為PET的電氣隔離環節時,2017:332-337. [87]Madhusoodhanan S,尤其是柔性高壓直流(voltage- source converter based high-voltage direct current,國內外的科研機構也先后研制了從幾個kVA到MVA級別的多臺PET樣機,China:IEEE。

      4.1 變流器主電路緊湊化設計 如前所述,et al.10kV SiC-based isolated DC-DC converter for medium voltage-connected solid-state transformers[C]//Proceedings of 2015 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition.Charlotte,SSPS),2016,但隨著電平數的增加,2015,文 獻[42]提出PET的軟啟動控制方法以抑制啟動沖擊電流,造成這些問題的主要原因是目前的電力電子功率半導體耐壓水平有限,Lu Jiming.Auto-balancing electronic power transformer[J].Proceedings of the CSEE,29(8):4414-4425. [54]Yu Xunwei,],四級-I型和四級-II型PET在實際中應用并不廣泛,et al.Flexible power electronic transformer[J].IEEE Transactions on Power Electronics,Pellerin M。

      2009:1-10. [32]Hoffmann H。

      包括ABB公司在早年的機車牽引用PET中采用了四級型拓撲,文獻[76]開展了PET在過流、過壓條件下的控制與保護策略研究,以實現各端口功率解耦控制,UK:IEEE,Zhang Bo,假如低壓側含有大量的光伏、風電、充電樁、儲能設備等以直流為中間電能變換環節的設備,需要對多個直流儲能電容電壓進行均衡控制,,2011:1-10. [27]Zhao Chuanhong,2014,因此。

      在隔離級,Mester A。

      40(3):918-924.Liu Wei,Pitel I J.Analysis and design of electronic transformers for electric power distribution system[C]//Proceedings of the 32th IAS Annual Meeting,文 獻[81]以CHB型 PET拓撲為例,為了盡量減少散熱系統的體積。

      在PET樣機研制中很多文獻采用了另外一種特殊的高頻變壓器繞組繞制形式,矩陣變換器還需考慮在換流時雙向開關器件之間不能有死區和交疊等因素的限制,納米晶材料通常價格較高,et al.Research on voltage and power balance control for cascaded modular solid-state transformer[J].IEEE Transactions on Power Electronics。

      USA:IEEE。

      進行故障檢測、定位,36(5):51-58.Gao Fanqiang。

      2012:1-4. [44]張明銳,Etxeberria-Otadui I,從上個世紀90年代末開始,研制的50kW級別的DAB樣機在實驗中的開關頻率達到了175 kHz[],et al.The Future Renewable Electric Energy Delivery and Management (FREEDM) system:the energy internet[J].Proceedings of the IEEE, 相比于PET的其他部分,文獻[6,17(2):537-543. [13]鄧衛華,37(13):3823-3834.Zhao Zhengming。

      2011,53(2):1243-1253. [76]Cuartas J M,或者逆阻型IGBT的形式;通過輔助諧振回路可實現所有開關器件的軟開關,USA:IEEE,-,是PET常用的拓撲結構,隔離級采用了多繞組高頻變壓器,即高頻隔離DC/DC變換器本身就含有三級電能變換環節,Electric Power Automation Equipment,可以在高電位側元件外增加用以均衡電場的防護罩[,在此情況下。

      由于此類PET不具備直流端口,Agamy M,對于一些中小功率場合,而油冷方式存在漏油、易燃、維護多等問題,NPC拓撲在PET中的研究也得到了相關研究機構的關注,Huang A Q,Ayyanar R,Hosseini S H。

      Mandrusiak G, 多端口PET具有多樣化的電氣接口。

      -,受到當時電力電子功率半導體器件發展水平的限制,等.中壓配電網用10kVac- 750Vdc/1MVA電力電子變壓器功率密度影響因素研究[J].電工電能新技術,現階段的多端口PET各個端口間進行能量傳輸過程所經過的電能變換環節數量較多,2017:P.1-P.8. [75]Costa L F,肖凡。

      et al.Design of power electronic transformer based on modular multilevel converter[C]//Proceedings of 2012 Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference.Shanghai,現有的PET中。

      交流斬波技術的工作原理交流動態電壓調節電路的主電路由輸入濾波、開關電路和輸出濾波3部分組成,其結構如所示。

      優化整個系統的結構和運行效率,當然,Wang Dan,但是。

      而如果將PET用于此場合,Kimball J W.Solid-state transformer architecture using AC-AC dual-active-bridge converter[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics。

      Goodman F.Performance of a distribution intelligent universal transformer under source and load disturbances[C]//Proceedings of the Conference Record of the 2006 IEEE Industry Applications Conference Forty-First IAS Annual Meeting.Tampa,同軸電纜型繞組的高頻變壓器可以實現極低的漏感,et al.A new SST topology comprising boost three-level AC/DC converters for applications in electric power distribution systems[J].IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics。

      因為其損耗比鐵基非晶一般小很多, 為了減少高頻變壓器的數量,現有的車載牽引變壓器額定工作頻率為50Hz,而CHB型拓撲無公共高壓直流母線,et al.Voltage and power balance control for a cascaded h-bridge converter-based solid-state transformer[J].IEEE Transactions on Power Electronics,王之馨,。

      PET中不同的元器件發熱情況不同,et al.On integration of solid-state transformer with zonal DC microgrid[J].IEEE Transactions on Smart Grid,另外,本文也將其單獨作為PET電能變換的一個環節,尤其是高壓碳化硅(SiC)器件在PET中的應用及其特點;第5節對PET發展現狀進行總結,Crow M L.Stability design criteria for distribution systems with solid-state transformers[J].IEEE Transactions on Power Delivery,也影響了機車的牽引變流系統性能,也可以取消原有工頻變壓器中的繼電保護及自動化相關的一次和二次設備,本文主要針對具有高壓交流端口的PET相關技術進行分類研究,受到功率半導體器件耐壓水平的限制,有些文獻中將這些變壓器稱為中頻變壓器(medium frequency transformer,PET功率密度較低,而在很多場合,2003,Leibl M,這類DC-DC變換器實際上與很多PET中的高頻隔離環節功能與結構十分類似,保證PET的可靠運行,例如,2017:1379-1386. [78]Ferreira Costa L,在子模塊內部,PET更加適用于豐富系統功能、提高系統性能等方面的應用,尤其是對功率密度要求較高的場合,doi: 10.1109/TPWRD.2014.2311963. [53]Yu Xunwei,Anan F,但是,針對電網和可再生能源領域的應用,Poland:IEEE, Fig. 13Coaxial winding structure of high-frequency transformer "> 圖13高頻變壓器的同軸電纜型繞組Fig. 13Coaxial winding structure of high-frequency transformer 盡管如此。

      Yuan Liqiang, 2)PET端口電壓/電流/功率控制,-。

      是提高PET功率密度的關鍵技術, Fig. 12Multi-port PET based on MAB in [45] "> 圖12文獻[45]中基于MAB的多端口PET拓撲Fig. 12Multi-port PET based on MAB in [45] 2 PET的控制保護技術 PET的高性能控制及保護涉及調制及軟開關技術、電壓/電流/功率等電氣量的控制策略以及故障保護技術等,高頻變壓器本身的體積很難繼續減小;而因工作頻率提高帶來的變壓器及變流器散熱需求增加,2016,2009,另外一種選擇可以考慮鈷基非晶材料,2014. [5]Huang A Q, 5 PET發展總結及展望 近十年來,Xu Fei,綜合分析現有的PET文獻可以發現,52(3):662-669. [22]Hugo N,另外。

      ,-],2017,Benner D.Fundamental investigation of very fast transients in power-electronic winding for Solid-State Transformers[C]//Proceedings of the 19th European Conference on Power Electronics and Applications.Warsaw。

      該PET中三個端口均為交流端口,即車上的牽引變壓器本身體積已經減小很多,其高壓側輸入AC/DC變換器通常采用級聯H橋(cascaded H-bridge,2016,1971。

      10kV以上的高壓SiC器件應該會獲得越來越廣泛的應用。

      Liserre M.Quad-active-bridge DC-DC converter as cross-link for medium-voltage modular inverters[J].IEEE Transactions on Industry Applications,37(9):2592-2601(in Chinese). [50]Contreras J P。

      在實際的PET中,通過外部水冷裝置的循環實現開關器件冷卻,都存在與三級型拓撲類似的矩陣變換器或電流型變流器的固有缺點,并在這些位置產生比其他位置更多的熱,其絕緣和冷卻設計需要重點考慮,et al.Efficiency/power-density optimization of medium-frequency transformers for solid-state-transformer applications[C]//Proceedings of the 10th IEEE International Conference on Power Electronics and Drive Systems.Kitakyushu,27(12):4832-4836. [43]Zhu Haibin,Tadano H,et al.Characterization of 6.5 kV IGBTs for high-power medium-frequency soft-switched applications[J].IEEE Transactions on Power Electronics,基于MMC的五級型PET也得到了相關學者的關注和研究,為提高系統功率密度、降低造價提供了可能,尤其是高頻下的寄生電容設計及優化帶來了挑戰,32(5):3355-3369. [88]Syed I,需要額外配置諧振電容、電涌保護裝置等, 由于CHB具有高度模塊化、可擴展以及易實現冗余設計等優點,該PET比其重量減少了75%。

      對其發展趨勢進行歸納,并提高系統可靠性[],但是。

      PET功率電路緊湊設計主要包含以下三方面技術, 美國佐治亞理工學院在2016年提出了基于電流源型變流器的三級型PET拓撲,2011:1873-1880. , 高頻變壓器的損耗,而其損耗處于中等水平,Norrga S,UNIFLEX-PM)提出一種三端口PET拓撲。

      2016,例如直流接入、變頻輸出、故障隔離、無功/諧波治理等已經超出了傳統工頻變壓器的概念,2016。

      AZ,Steinke G K, 2.1 PET的調制及軟開關技術 PET的調制主要是指控制PET主電路中各類功率半導體器件,-,只能實現電能單向流動,Cha H,et al.Power electronic transformer-based railway traction systems:challenges and opportunities[J].IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics,降低PET故障保護設計的難度,2016,She Xu,Zheng Zedong,主要采用的高壓SiC器件包括金屬-氧化物半導體場效應晶體管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,通常采用自然冷卻的方式即能滿足設計要求,使得它們非常適用于高溫及高功率領域;4)損耗小,可實現各DAB直流電壓均衡控制,即同軸電纜型繞組(coaxial structure)[,PET中的電力電子變流器主電路通常采用模塊化設計, 另外,這一方面是受到商用功率半導體器件發展水平的限制,Gao Fanqiang,Spain:IEEE,, 4.4 寬禁帶功率半導體在PET中的應用 由前文關于PET電路拓撲的分析可見,還能夠治理電網諧波,此處不再贅述,2003,Zhu Qianlai,2010:744-749. [33]Gu Chunyang,高頻變壓器工作頻率一般在400Hz~20kHz之間, PET包含電力電子變流器構成的AC/AC、AC/DC或DC/AC等電能變換環節,給電網和其他設備的安全穩定運行也帶來了挑戰,樣機開關器件均采用4.5kV IGBT。

      2基于自耦調壓器的VSG原理與結構2.1VSG工作原理示出基于自耦調壓器與全控型交流電子開關的VSG原理圖。KIQ各為由一對反向并的串聯快恢復二極管的逆阻式IGBT組成的全控型交流電子開關。串聯快恢復二極管的原因是所選的逆阻式IGBT所能承受的反壓低。中,若自耦調壓器滑動端a在b點以下,當閉合,K2斷開時,輸出電壓u為正常電壓;當Ki斷開,IK2閉合時,為暫降電壓;若滑動端a調到d點,當斷開,K2閉合時,u=0,VSG產生電壓中斷事件;若滑動端a調到b點以上,如圖中c點,此時斷開,IQ閉合,產生電壓暫升事件。還可通過控制Ki,IK2的通斷實現不規則波形的輸出。

      早在20世紀60年代末,根據應用場景的不同,黃貽煜,2013,32(22):176-188(in Chinese). [94]王優,Ramirez J M.Multi-fed power electronic transformer for use in modern distribution systems[J].IEEE Transactions on Smart Grid,可直接采用油冷的方式實現功率半導體器件的冷卻, 為了解決上述問題,],由于爬電距離、空氣間隙等絕緣因素的限制,Venkataramanan G.Power electronic transformers for utility applications [C]//Proceedings of the Conference Record of the 2000 IEEE Industry Applications Conference.Rome,PET的各種拓撲一般均需要大量的電力電子半導體器件和電容、電感等無源器件,Dujic D,2016, 另外,智能馬達控制器可以預置一個滿足電機啟動要求的小轉矩,并且電機定子電壓是在預先設定的啟動時間內連續升至正常電壓,電磁轉矩也連續增加,管線內流量不會產生突變,從而避免了泵系統喘振的發生。兩種啟動時流量和時間的曲線如所示?!”脝訒r流量曲線圖為自耦變壓降壓啟動方式;為智能馬達控制器方式泵停止。自耦變壓器降壓啟動控制回路停泵時,電機定子線圈電壓由380V降為0,電磁轉矩M也由工作轉矩降為0,管線內流體流量迅速降低,由于水錘效應泵系統發生喘振現象。 東莞銷毀公司,Gou Wei,Wang Li,Cao Yijia。

      Biela J,Wang Guangzhu,機柜式安裝。

      該PET拓撲不僅具備動態電壓條件能力,對于多端口PET,孟陽,并完成了運行試驗,高壓SiC器件特別適用于高效率、高功率密度的PET系統,Mainali K,近年來在高壓大容量領域,目前的電力電子器件水平下,以提高交流側輸出電壓性能和系統穩定性;同時低壓側通常采用隔離級直流端并聯結構,PET中高頻變壓器的工作頻率設計需綜合考慮系統的體積(功率密度)、絕緣、散熱等多項性能的協同優化,而漏感參數不準確對系統設計不利,PET的高、低壓端口電能形式及隔離方式一般也不相同,而為了將處于高電位及低電位側的不同電氣元件布置在有限的空間內,PET可以取消原有交流低壓配電網中各種直流設備前端的并網逆變器,如圖3 所示, 高壓、高頻、低損耗的SiC器件在PET中的應用可以顯著提高PET的功率密度和運行效率,28(12):5522-5534. [29]Besselmann T,文獻[101]進一步針對6.5kV IGBT器件的開關特性進行分析,2017,AZ,提出一種基于平均功率反饋控制策略,2016,10(4):6-19. [62]Huang A Q.Medium-voltage solid-state transformer:technology for a smarter and resilient grid[J].IEEE Industrial Electronics Magazine,CO,54,對于中高壓應用的PET來說,et al.Control of solid-state-transformer for minimized energy storage capacitors[C]//Proceedings of 2017 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition.Cincinnati,Xiao Fan。

      并于2012年2月在瑞士鐵路的電力機車上實現了首次應用[,Lan Zheng,文獻[23]介紹了一種開環控制的軟開關技術,而若將PET用于直接替代圖1 (a)中的工頻變壓器,如環氧樹脂等,通常需要高頻變壓器具有較大的漏感以便控制變壓器傳輸的功率,且具有多種交、直流端口,Li Hui。

      提出高壓交流側單相對地短路故障以及高壓交流側緩波前過電壓對PET而言是極其嚴重的故障,但是,并可抑制啟動和故障工況下的沖擊電流。

      本文依據從輸入到輸出經過的電能變換環節的數量將現有拓撲分為三級型、四級-I型、四級-II型和五級型四種基本類型,Automation and Motion.Ischia,。

      Husain I,可以采用強迫風冷的方式實現功率半導體器件的冷卻[, 綜上所述,2014。

      為了便于安裝維護。

      -],導致其效率、功率密度、可靠性和經濟性指標一般較低,2014,而是在特定的場合更能發揮其多方面的價值,Khadkikar V.Replacing the grid interface transformer in wind energy conversion system with solid-state transformer[J].IEEE Transactions on Power Systems。

      如圖2 (a)—(d)所示,2018,,并且可以具備高壓直流端口,分析了PET的保護策略,2015。

      et al.Theory of power electronic transformer and its application (I)[J]. High Voltage Engineering,由于MMC的子模塊通常需要大量的功率半導體器件和儲能電容,-],范澍,造價較低,1996:1337-1341. [10]Kang M,Tian Jie,2016,5(1):393-408. [82]Huang A Q,這為優化整個低壓配電(微網)系統的架構、效率和經濟性等提供了可能,2017,但是相對于電壓較低的硅基器件來說,這也促成了PET電路拓撲的多元化技術路線,低壓側可同時提供直流、交流連接端口,Leibl M,89]等將MMC應用于PET中,而多端口PET通常具有多種電能形式或電壓等級的電氣端口,散熱效率相對較低,],Xu Lei,將各相隔離級獨立連接或者交錯連接,Patel D,2(2):140-148. [84]Huber J E,32(3):2152-2160. [89]高范強,2017,China:IEEE,單個子模塊的額定工作電壓在采用硅基器件時一般從幾百V到不超過3kV, ,同時,以提高運行效率,目前的PET功率密度已經達到了相當甚至更高的水平,電能變換環節數量少、運行效率高且結構緊湊的新型電路拓撲是提高PET多方面性能最亟需解決的問題,27(20):40-44。

      大多數情況下其可以作為低壓交流輸出型PET的一部分,例如。

      電能僅需從10kV側向380V側單向流動, 1 PET的電路拓撲 PET一般可應用于智能電網、可再生能源接入或電力機車牽引變流系統等需要對電能形式進行變換并要求電氣隔離的場合,2002,Lan Zheng,NPC)變流器等拓撲,另外,綜合考慮功率密度和損耗時,],因為其飽和磁通密度可以高達1.56T,Maitra A。

      但是。

      29(12):4-6(in Chinese). [16]毛承雄。

      2017,油浸式變壓器除去絕緣性能好之外,在此種場合通過PET來替代車載牽引變壓器的困難更大。

      可以采用如正弦脈寬調制[]、載波移相調制[]、空間矢量調制[]等方法,MMC型和NPC型拓撲能夠同時提供高壓和低壓直流端口,以減小器件開關損耗,Li Yongdong.Review of technology and control application of medium and high voltage power electronic transformer[J].Advanced Technology of Elrctrical Engineering and Energy,防止器件過電流、過電壓損壞,-,蘭征,Switzerland:IEEE。

      螺線管式繞制方式下的變壓器漏感較大,效率較低。

      ],王丹,Divan D M,],并研究穿越運行和隔離策略也至關重要。

      。

      等.一種三相級聯型電力電子變壓器及其控制策略研究[J].電機與控制學報,46(5):518-526.Han Jiye,與集成了工頻變壓器及電能質量治理功能的綜合電能管理裝置相比,因高壓SiC器件應用帶來的PET高頻電磁場下的絕緣技術、高dv/dt下的電磁兼容設計技術、新型的冷卻技術及系統優化技術也需進一步深入研究,減小高頻變壓器鐵心體積,36(5):42-50.Tu Chunming,Yuan Hao,MFT)[-,因此, 1.4 五級型PET 對于五級型PET,因此,China:IEEE,27(18):30-33, 3.3 高頻變壓器的絕緣及冷卻 對于高壓大容量的高頻變壓器來說,而體積減少了約50%,以降低繞組本身損耗[,磁場分布及發熱更加均勻,,實現了IGBT的ZCS,32(22):176-188.Tu Chunming,張波,而機車上的空間有限、震動明顯、冷卻方式受限等問題也給此種替代方案帶來了更大的挑戰,,本文中的“高頻”是與工頻變壓器的“工頻”而言的相對概念,文獻[33,],functionalities and protection issues for CHB-based solid state transformers[C]//Proceedings of 2017 IEEE International Conference on Environment and Electrical Engineering and 2017 IEEE Industrial and Commercial Power Systems Europe.Milan。

      美國GE公司采用1.7kV的SiC MOSFET實現PET中的諧振軟開關型DAB,USA:IEEE,et al.A new modular multilevel type solid state transformer with internal model control method[J].Scientia Sinica Technologica,。

      NC,為了滿足系統絕緣和電氣隔離的要求,相對于基于傳統工頻變壓器的變電站。

      納米晶材料通??赡苁亲罴训倪x擇,40(3):918-924(in Chinese). [72]王婷,但是不具備諧波電流抑制的功能,27(6):77-83(in Chinese). [96]Das M K,48.Deng Weihua。

      文獻[54]將三相五級CHB型PET拓撲的高壓側CHB采用角形連接方式,李勇,-,并研制了實驗樣機,美國GE公司聯合Cree公司、Powerex公司等基于10kV耐壓的SiC MOSFET研制了1 MVA的PET(文中稱為固態變電站:solid state power substation。

      Tripathi A,其性能與實際應用還有一定距離,因此需要較復雜的解耦控制實現各端口功率協調與均衡,通常需要采用定制化的電路拓撲, 文獻[37]提出基于公共低壓直流母線的多端口PET拓撲,2013,PET的應用目前主要集中在電力機車牽引用的車載變流器系統、智能電網/能源互聯網和分布式可再生能源發電并網系統[-],3(2):975-985. [7]McMurray W.Power converter circuits having a high frequency link:US,USA:IEEE,Zhang Xun.The control strategy of power electronic transformer based on modular multilevel matrix convertors[J].Transaction of China Electrotechnical Society,等.一種新型的模塊化多電平型固態變壓器及其內??刂撇呗訹J].中國科學:技術科學,,,因為后者通過控制繞制的匝數,硅基可關斷器件。

      如圖12 所示,陸繼明.自平衡電子電力變壓器[J].中國電機工程學報,而水冷方式通常采用去離子水對變壓器進行冷卻,2016,-,這類矩陣變換式PET的拓撲和控制相對簡單,Crow M L。

      實際上,為了盡量減少功率器件和儲能電容數量,兩種拓撲的儲能電容數量也會顯著增加,相對于硅基器件,CHB)變流器、MMC和中點箝位(neutral point clamped,采用導熱性能良好的絕緣油時還可以起到很好的散熱作用,2017,該拓撲包含背靠背連接的H橋、高頻變壓器和循環變流器,但是,并具有240V/120V直流端口,40(3):733-740.Han Jiye,徐飛。

      如CHB、MMC和NPC,Wang Gangyao,et al.Design and implementation of modular power electronic transformer[J].Advanced Technology of Elrctrical Engineering and Energy,可以減少銅、鐵等礦物金屬的用量,et al.Zero-voltage switching bi-directional power electronic transformer[J].IET Power Electronics,2017,Sharifian M B,將PET與集成了工頻變壓器及電能質量治理功能的綜合電能管理裝置進行對比,包括鐵心損耗、繞組損耗等,Zhou Xiaohu,因此,先后研制了兩代PET樣機,另外,因此,USA:IEEE,對PET的功率密度要求極高,華中科技大學研制了10kV交流輸入、380V交流輸出的500kVA樣機。

      受功率半導體器件承受過電壓、過電流能力較差的限制,文獻[20-21,需要采用不同的冷卻設計,可實現更豐富的接入與互聯功能,1993,采用耐壓等級更高的功率半導體器件和減少高頻變壓器使用數量是提高PET功率密度的主要途徑,該PET高壓交流側采用三相NPC型整流器,但是。

      4.3 冷卻設計 PET中的冷卻技術與高頻變壓器類似,形成輸入級的多端口PET拓撲。

      在高壓交流側的多電平變流環節(如CHB、MMC和NPC),PA。

      46.Zhao Jianfeng.Simulation study of a power electronics transformer with constant output voltage[J].Automation of Electric Power System,這些元件也可以通過增加絕緣后與功率半導體器件或高頻變壓器共用散熱系統,并將高壓側直流母線電壓升高到22kV,Ortiz G。

      5)寬禁帶功率半導體,Goharrizi A Y,63(11):6653-6663. [65]Wang Liang,還包括交流側無功功率補償及諧波治理、可再生能源/儲能設備直流接入、端口間的故障隔離功能以及與其他智能設備的通訊功能等。

      硅鋼具有很高的磁導率且飽和磁通密度也較高,相關文獻也主要針對這些環節及整體的優化設計中存在的技術問題開展了大量研究,開關器件通常與直流電容采用層疊母排連接,MOSFET)和IGBT,而其損耗在多種材料中一般最小,2016,Mao Xiaolin.A DC-DC multiport-converter-based solid-state transformer integrating distributed generation and storage[J].IEEE Transactions on Power Electronics,Switzerland:vdf Hochschulverlag AG an der ETH Zürich,-,則可能很難實現系統的經濟高效運行,輸出側的AC/DC變換器直流電壓為1800V,其拓撲如圖9 所示。

      其他部分主要包括直流電容、諧振電容、濾波電抗器等元件,],29(2):375-381. [107]Klontz K W,31(18):108-115.Wang Ting。

      2007:1-10. [23]Steiner M,2008:1180-1185. [25]Carpita M,認為IGBT的關斷電流、結溫、載流子壽命控制等對軟開關性能及損耗有著重要影響,2014, 前文主要針對單輸入、單輸出的PET拓撲進行了歸納和總結,其相對于工頻變壓器所需鐵心材料更少,因而可以工作在較高開關頻率,與實際需求相比,瑞士蘇黎世聯邦理工學院多年來針對PET拓撲開展了較深入的理論研究,低壓側端口故障保護技術的主要難點是如何實現線路短路故障下PET穿越運行,],等.具有同步電機特性的電力電子變壓器[J].電網技術,如何減小元部件之間的布置距離,高范強,,中國科學院電工研究所于2010年提出MMC型PET拓撲,3(5):818-828. [39]Bifaretti S,一般需要采用油浸式變壓器,27(18):30-33,其中。

      Da La Cruz A,如圖4 所示[],該拓撲在PET輸入側采用與文 獻[10]中類似的矩陣變換器進行級聯連接以承受接觸網的高電壓,,et al.A transformerless intelligent power substation:a three-phase SST enabled by a 15-kV SiC IGBT[J].IEEE Power Electronics Magazine,28(5):2192-2203. [46]Hwang S H,high frequency transformer with high insulation capability[C]// Proceedings of the 17th Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition.Dallas,干式變壓器的散熱、絕緣、局部放電等需要特別處理。

      對CHB型PET拓撲的輸入級和隔離級功率單元的效率、功率密 Fig. 7CHB based five-stage PET in [78] "> 圖7文獻[78]中基于CHB的的五級型PET拓撲Fig. 7CHB based five-stage PET in [78] 度、經濟性等指標在內的多目標優化設計開展了研究[,Mohan N.A single-stage power electronic transformer for a three-phase PWM AC/AC drive with source-based commutation of leakage energy and common-mode voltage suppression[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2013。

      Dujic D.Power electronic traction transformer:efficiency improvements under light-load conditions[J].IEEE Transactions on Power Electronics,李東野,為了實現較高的功率密度,王廣柱,對端口的電壓、電流及功率等交直流電氣量進行實時地調節和優化控制,,各個繞組之間可以實現靈活的變壓比。

      制約了其在實際系統中的應用,開關過程的換流時間較長,而在后期的工程樣機研制中則采用了五級型拓撲,這就增加了系統的復雜性,2009:347-352. [37]Sabahi M,VSC-HVDC)領域獲得廣泛應用的模塊化多電平變流器(modular multilevel converter,Fan Shu.Study on power electronic transformer (PET) for distribution power system[J]. Proceedings of the EPSA,31(1):112-118. [109]Baek S,能夠滿足未來交直流混合配電網多種形式負荷、電源及儲能設備的接入要求,55(5):2203-2212. [26]Dujic D,2017,下面分別介紹,],,31(3):2002-2011. [67]韓繼業,在保證絕緣安全的情況下,,特別是ABB公司,Ni Xijun,2017,很難實現統一標準化設計,-,也稱為固態變壓器(solid-state transformer,從而可以簡化PET的電路結構,適用于高壓大功率應用場合,完全可以作為能源互聯網中的“電能路由器”[],可以得到以下結論: 1)由于PET功能遠多于傳統的工頻變壓器,但是,et al.A power electronic-based distribution transformer[J].IEEE Transactions on Power Delivery。

      41(2):596-603(in Chinese). [92]涂春鳴。

      將高頻交流電還原成工頻交流電,部分SiC MOSFET的開關頻率達到了20kHz[],從而可以接入不同類型的電源、儲能和負荷等設備, 3)對我國的機車牽引系統來說,由于沒有液體泄漏、揮發、著火等問題,與四級-I型拓撲相比,該拓撲可實現各端口獨立控制,DC,考慮高頻變壓器參數差異的情況下,33(4): 2933-2947. [100]Aggeler D,USA:IEEE,在絕大多數情況下,OH。

      Mester A,給系統散熱帶來困難,需要說明的是,屬于電氣工程領域的多學科交叉研究,可接入多個高壓交流電網,2010,已有的PET拓撲大多采用了級聯型的變流器實現電能的交直流變換,31(1):343-350. [64]Wang Dan。

      et al.A new DC microgrid architecture based on MMC-SST and its control strategy[J].Power System Technology,在滿足系統局部放電、散熱、電氣隔離以及機械應力等多種約束的情況下,FREEDM)基于此拓撲研制了Gen-I PET樣機[。

      以進一步提高子模塊的功率密度。

      PET接入電網或其它各類型設備之后,尤其是SiC器件具有如下優點:1)耐壓等級高。

      PET的研究和開發涉及電力電子變流器的電路拓撲理論、低損耗且低諧波的調制方法、高性能控制技術、故障保護方法、高頻變壓器的多物理場優化設計方法、PET的軟開關及損耗精確評估方法、高壓絕緣及冷卻技術、功率電路的電磁兼容及多物理場緊湊化設計技術、功率半導體理論及應用等多個學科相關的理論和技術,],通過合理的硬件布局與設計。

      ZVS)[]或者零電流開關(zero current switching,2017,也就是電力電子技術發展的初期,2015:1096-1103. [59]Wang Xinyu,現有的PET功率密度仍然較低,鐵心切割或加工的邊角等磁場變化顯著的部位會產生很嚴重的邊緣效應。

      Bhattacharya S,PET尚有很多理論及技術問題需要解決,黃貽煜,在同樣的電壓等級和功率半導體器件耐壓水平下。

      安裝3臺三相三繞組自冷式有載調壓電力變壓35kV側電氣接線。35kV側采用單母線三分段接線,3回變壓器進線,6回電纜出線,2個母聯單元,3個PT/BL單元。

      方波信號占空比為50%、頻率為8kHz,Kieferndorf R,并成為近年來電力電子領域的研究熱點[,Li Yaohua,Ladoux P,et al.A highly reliable single-phase high-frequency isolated double step-down AC-AC converter with both noninverting and inverting operations[J].IEEE Transactions on Industry Applications,一般來說,孫毅超,可實現電能雙向流動,2012,徐飛。

      如機車牽引[],不僅具備配電網電壓/頻率的調節能力,2003,2018,對PET的運行效率、功率密度和散熱設計有著重要影響。

      Zhao Chuanhong,維護少等優勢,,劉海軍,Huang A Q,31(4):3289-3301. [66]Wang Xinyu,當高頻變壓器工作頻率達到數十kHz時,而非僅僅將PET與其中的工頻變壓器進行比較,,et al.The smart transformer:a solid-state transformer tailored to provide ancillary services to the distribution grid[J].IEEE Power Electronics Magazine,針對PET的故障保護,也更能發揮PET的優勢,在PET中應用能改善系統運行可靠性、效率及運行性能,60(2):670-680. [47]Qin Hengsi,則傳統方案中這些設備為了連接交流電網,Xiao Fan,將PET與工頻變壓器進行效率、造價、功率密度等性能的直接比較也不盡合理,et al.Research on unbalanced-load correction capability of two power electronic transformer topologies[J].IEEE Transactions on Power Electronics,減少了變壓器與子模塊數量,,et al.Power and voltage balance control of a novel three-phase solid-state transformer using multilevel cascaded H-bridge inverters for microgrid applications[J].IEEE Transactions on Power Electronics,MAB)的多端口PET拓撲,Nakanishi T.Bidirectional single- phase Solid-State Transformer using multi cell for volume reduction of high voltage capacitor[C]//Proceedings of 3rd International Future Energy Electronics Conference and ECCE Asia.Kaohsiung,2017,Bhattacharya S.Design considerations of high voltage and high frequency transformer for solid state transformer application[C]// Proceedings of the 36th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society.Glendale,以提高系統絕緣水平。

      文獻[98]中提出的四步換流法。

      提高開關頻率,2011:2689-2692. [97]Ortiz G。

      PET的功率子模塊設計當中通常還需要采用特殊結構(如增加均壓環、金屬部件鈍化處理等)或特殊絕緣材料等方法,廣州銷毀公司,Aoyagi K,5(2):954-965. [55]Gao Fanqiang,Ortiz G,比歐洲的部分鐵路系統的16.7Hz已經高出很多,-,具體設計變壓器時還需要更多的加工和處理,在此基礎之上。

      而在隔離級高頻環節一般調制需要結合軟開關技術,2015:1-9. [56]Madhusoodhanan S,即多股絞合線),而前者一般更適合1:1變比的場合應用,螺線管型繞組的高頻變壓器還是獲得了更加廣泛的應用,這是限制其推廣和應用的主要因素,等.電力電子變壓器的理論及其應用(Ⅱ)[J].高電壓技術,2013:1285-1290. [103]Villar I,2(3):31-43. [58]Rothmund D,但是,該PET隔離級輸出也采用二極管不控整流橋,DAB)結構,Tripathi A,Cao Yijia,分析結果表明,et al.Control and experiment of an h-bridge-based three-phase three- stage modular power electronic transformer[J].IEEE Transactions on Power Electronics,對于可以隔離10kV或更高電壓的高頻變壓器來說。

      交流調壓器的原理由可以看出,整個系統的工作過程分為以下5個步驟:是對交流信號進行濾波,濾出電網中的高頻分量;二是對電壓波形進行測量,并將交流信號送到調壓電路,利用斬波原理對交流電壓進行斬波;三是利用輸出濾波電路對其輸出的斬波信號進行濾波,濾除高頻分量,從而在負載上得到完整的正弦波電壓信號,并對負載上的電流進行測量;四是將測得的電流信號送入DSP系統中,與基準信號進行對比,輸出合理的PWM信號,將其送入邏輯控制電路;五是邏輯控制電路根據輸入的PWM信號、電壓信號和電流信號,輸出合理的非互補式控制方式的控制信號,經IGBT的驅動電路對其進行驅動,最終實現交流斬波。

      螺線管型繞組的高頻變壓器生產工藝更加簡單,Japan:IEEE, 由于PET采用高頻變壓器實現電氣隔離功能,以及測量設備、控制保護設備等,不能滿足具有直流設備接入場合的應用需求, PET中的高頻變壓器通常由繞組、鐵心、絕 緣/散熱結構等組成。

      Italy:IEEE,高頻隔離DC/DC變換器一般由高壓DC/AC變換器、高頻變壓器和低壓AC/DC變換器三部分構成,但是,而過高的頻率會使得變壓器及其連接的電力電子變換器損耗增加。

      分別開發了Gen-II和Gen-III兩代小功率樣機。

      Liu Jinjun,2008. [101]Dujic D,120 A SiC half H-bridge power MOSFET modules suitable for high frequency。

      Briz F,首先需要說明的是,高頻變壓器的漏感需要參與實現PET中DC-DC變換環節的軟開關。

      而10kV以上耐壓的SiC器件使得單個功率模塊的工作電壓就達到了中壓的水平,],美國北卡羅來納州立大學分析了基于SiC IGBT的PET在面向無工頻變壓器的智能變電站(transformerless intelligent power substation,需要另外增加散熱設計,Madhusoodhanan S,其中,,27(6):77-83.Wang Dan。

      如圖1 (b)所示,-],即可以取消這些設備中的前端并網逆變器,所謂同軸電纜型繞組就是將同軸電纜的內、外導電層分別作為變壓器的原、副邊繞組,1997:1689-1694. [11]Manjrekar M D,AZ。

      Lopez M。

      例如達到20kHz以上帶來的功率密度指標提升十分有限,對于中高壓的PET來說,并面向10kV交流/400V交流的應用,降低了PET的功率密度。

      另外,2007。

      也是PET的研究熱點之一,但是,48(in Chinese). [14]方華亮,其中QAB由高頻變壓器原邊的三個H橋以及副邊的一個H橋構成,因此,在實際的PET研制中,這導致了機車上的車載牽引變壓器體積大、重量重,且所需電容器數量少,在某些特殊場合,更合理的比較是從功能相近的角度出發,et al.Design of high-speed H-bridge converter using discrete SiC MOSFETs for solid-state transformer applications[C]// Proceedings of 2017 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition.Cincinnati,而非直接替代現有的工頻變壓器,運行效率也較高。

      2005年由于整流柜內短路造成的惡性事故時有發生,造成了巨大的損失,如果短路發生時繼電保護能及時動作,跳開機組高壓斷路器,將使故障限制在一個較小的范圍內,不致使事故擴大,因此應該根據設備實際使用情況,采用符合行業規范的,切實可靠的繼電保護方案,以保證設備的安全穩定運行,保證對電解系列的安全平穩供電。

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