论文总字数：23520字

摘 要

变压器是电力系统中应用最多最广泛的一种电力设备，几乎随处可见。这些年来传统的变压器并没有太多的发展，工作原理和基本功能都没有发生变化。然而，随着电力系统的高速发展和智能电网的提出，电网的规模日益巨大，结构更加复杂，稳定性问题变得更加重要，人们对变压器的性能开始有了越来越多的要求。

电力电子变压器是在普通变压器的基础上，引入电力电子变换技术，从而可以灵活的控制原副两边的电压和电流。电力电子变压器比起常规的变压器有很多优点，可以完成很多常规变压器不能完成的任务。它能够适应电网的发展要求，有很大的发展潜力。

本文对电力电子变压器的工作原理进行了分析，对不同类型的电力电子变压器进行了比较。介绍了几种典型的电力电子变压器的拓扑结构和相应的优缺点。分析了交/直/交型电力电子变压器，对其建立了通用的数学模型，根据它的三级电路环节提出了控制方案。在MATLAB/Simulink上建立了电力电子变压器的模型，进行仿真实验，结果验证了电力电子变压器确实能够改善电能质量，有很大的开发价值。

关键词：电力电子, 变压器, PWM, 整流, 逆变

Abstract

Transformer is widely used as an electrical equipment in power system, it almost can be find in everywhere. Over the years, the traditional transformer hasn’t got development, its working principle and basic function have not changed. However, with the rapid development of power system and smart grid, the grid scale is huge, the structure is more complex, the problem about stability is more and more important. This leads to that people have more and more requirements for transformers.

Power electronic transformer is based on the normal transformer, it uses the power electronic conversion technique to flexibly control the magnitude and phase angle of voltage in both of the primary side and the secondary side. Power electronic transformer has many advantages over the normal transformer. It can be used to accomplish many tasks which other transformers can’t accomplish. It could adapt to the development of the grid, has great potential for development.

In this paper, the working principle of power transformer is analyzed, and the different types of power electronic transformer are compared. I introduce several kinds of typical topological structure of PET and the corresponding advantages and disadvantages. The power electronic transformer with AC/DC/AC is analyzed, and its general mathematical model is established, according to its three-level circuit, the control schemes are proposed. The model of power electronic transformer is built on MATLAB/Simulink and the results of simulation experiment verify that power electronic transformer can improve power quality , PET has great development value.

KEYWORDS: power electronics, transformer, PWM, rectification, contravariant

目 录

摘要 2

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究电力电子变压器的背景及其意义 1

1.2国内外研究现状 3

1.3 本文的主要工作 4

第二章 电力电子变压器的拓扑结构 6

2.1电力电子变压器的工作原理 6

2.2 AC/DC/AC变换的PET拓扑结构 7

2.3 本章小结 9

第三章 电力电子变压器的数学模型 10

3.1 电压源变换器的通用数学模型 10

3.2 交/直/交型电力电子变压器的通用数学模型 13

3.3 本章小结 14

第四章 电力电子变压器的控制策略 15

4.1 输入环节的控制策略 15

4.2 中间隔离环节的控制 19

4.3输出环节的控制 19

4.4本章小结 20

第五章、电力电子变压器的仿真 21

5.1 电力电子变压器仿真模型的建立 21

5.2 电力电子变压器的输入输出特性 22

5.3 本章小结 25

第六章 结论 26

6.1 本文工作的总结 26

6.2 下一步的工作 26

致谢 27

参考文献 28

第一章 绪论

1.1 研究电力电子变压器的背景及其意义

在现今的世界中，整个社会的正常运作离不开一个能够稳定高效运行的电力系统。随着科技与经济的迅速发展，电力系统也在发生着巨大的变化。伴随着智能电网的发展和普及，线路网络的进步，空间的距离已经限制不住电网的规模，市和市之间，省与省之间，大型甚至超大型的电网开始形成，大规模的电网对于安全稳定的要求自然也更高。

变压器是电力系统之中最常用，最基本也是最重要的电气设备，主要作用是实现电压的升降变化和系统的电气隔离，被广泛的应用在电网的各个方面，数量巨大。变压器的原理是电磁感应现象，在19世纪30年代，法拉第研究电磁感应实验的实验设备就是现在变压器的雏形，它已经具备了组成变压器的基本要素：一个封闭的铁芯和两个独立的线圈，人们以此为基础，一步一步研究发展产生了现在的变压器系统。最初的变压器铁芯材料选用的是普通的碳素钢材，这种变压器的传递效率低，能量损耗大。接着开始采用热轧钢片作为铁芯，但效率依然不高，后来采用了磁滞损耗更低的硅钢，再加上叠片技术的进步和非晶合金材料的使用，电力变压器的损耗被大幅度的降低。另一方面，除了变压器的铁芯改良，变压器的绝缘和冷却技术也有了大幅度的改进。在最初，电力变压器的冷却介质采用的是空气，用空气来冷却的效果很不理想。在20世纪初，采用矿物油来实现绝缘，提高了变压器的绝缘等级，而且也采用了加装风扇来帮助冷却，提高了变压器的温度等级。后来，为了减少污染和易燃等问题，采用难燃的油或树脂来代替矿物油，变压器开始越来越具有实用性。

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