摘 要：电力电子变压器是一种基于电力电子技术和高频电磁感应原理而实现传统电力变压器电气量变换、能量传递以及系统隔离等功能的装置，与传统变压器相比具有体积小、可控性强等优点，适合应用于智能电网领域。现首先介绍电力电子变压器的基本原理，然后对电力电子变压器的基本电路拓扑进行了总结，最后针对三相高压、大功率应用场合归纳出两种不同结构的电路拓扑，并对其优劣势进行了分析。
关键词：电力电子变压器;电力电子技术;高频电磁感应;电路拓扑
1 基本原理
电力电子变压器(Power Electronic Transformer，PET)又称为固态变 压 器(Solid-State Transformer，SST)或柔 性 变 压器(Flexible Transformer，FT)，是一种基于电力电子技术和高频电磁感应原理而实现传统电力变压器电气量变换、能量传递以及系统隔离等功能的装置，一般由电力电子变换器和高频变压器构成。如图1所示，电力电子变压器的基本原理是将工频交流电通过原边电力电子变换器转换为高频的交流电，然后通过高频变压器耦合到副边，再经副边电力电子变换器还原为工频交流电。
2 基本电路拓扑
2.1 交-交型电路拓扑图2为交-交型电力电子变压器的实现结构图，其工作原理为：输入的工频交流信号在原边直接被调制为高频交流电，经高频变压器耦合到副边后，被直接解调还原为工频交流电。在这一过程中，原方的调制和副方的解调必须同步。交-交型电路拓扑是电力电子变压器早期研究的重点，结构简单，所需开关器件较少，效率高，能有效减小变压器的体积和重量，但不能对电能质量进行改善。
2.2 交-直-交型电路拓扑图4为交-直-交型电力电子变压器的实现结构图，其工作原理为：输入的工频交流电经原边整流电路变换为直流电，直流电经原边逆变电路变换为高频交流电，高频交流电经高频变压器耦合到副边，经副边整流为直流电，再经逆变电路还原为工频交流电输出。其中原边逆变电路与高频变压器和副边整流电路组合形成隔离型直流变换电路，所以交-直-交型电力电子变压器电路拓扑可分为整流电路、直流变换电路和逆变电路三级结构，典型电路拓扑如图5所示。
3 高压大功率电力电子变压器拓扑
受限于电力电子器件制造水平，电力电子变压器的基本电路拓扑仅适用于电压等级较低、功率较小的场合，而在高压、大功率条件下需要采用模块化多电平或模块级联等方式实现。
3.1 基于模块化多电平的电路拓扑图6为基于模块化多电平的电力电子变压器三相电路拓扑，其中输入级为两电平整流电路，采用模块化多电平方式实现。此种方式等效开关频率高，谐波特性好，但控制复杂，模块均压和换流抑制较难实现，且器件数量较多，造成成本较高。
3.2 基于模块级联的电路拓扑图7为基于模块级联的电力电子变压器三相电路拓扑，将输入整流电路和直流变换电路看作一个模块，每相输入侧都采用多个模块级联方式，每个模块的直流输出侧并联后经三相逆变电路变换为交流电。此种方式对器件耐压、一致性等要求不高，整体等效开关频率高，谐波特性好，但控制复杂，模块内直流电压存在二倍频分量，且器件数量较多，整体成本较高。
4 结语
本文对电力电子变压器的特点和基本原理进行了概述，根据有无中间直流环节将电力电子变压器的基本拓扑分为交-交型结构和交-直-交型结构两类，并对两类拓扑结构进行了研究，结合电网实际应用场合，针对高压大功率的电力电子变压器拓扑进行了研究，并对比分析其各自特点。电力电子变压器与传统变压器相比具有体积小、可控性强等优点，随着电力电子技术和现代控制技术的不断发展，电力电子变压器的优势将更加明显，其在电力系统中将有广阔的应用前景。
[参考文献]
[1] 陈启超，纪延超，潘延林，等.配电系统电力电子变压器拓扑结构综述[J].电工电能新技术，2015，34(3)：41-48.
[2] 卢子广，赵刚，杨达亮，等.配电网电力电子变压器技术综述 [J].电力系统及其自动化学报，2016，28(5)：48-53.
《电力电子变压器主电路拓扑研究》来源：《机电信息》，作者：董长城，王志刚， 骆 健， 俞拙非。
