《配电网智能电力变压器研制》

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项目背景和技术原理:在电网中,变压器是电能转换的最基本的元件,但常规变压器难以对供电可靠性的提高和电能质量的改善做出贡献。该项目研制开发了一种把电压变换、频率变换、动态无功补偿和电能质量控制等功能集于一身的智能配电设备,称为电力电子变压器(也称固态变压器),其包括前级整流级(高压侧)、中间隔离级、后级逆变级(低压侧)。前级整流级并入电网时,级联H桥变流器将输入的交流电变换为直流,并保持其直流侧电压稳定;中间隔离级将前级直流侧直流电调制为高频方波并通过高频变压器耦合至其副边,并解调还原为直流;通过后级逆变级对直流电进行逆变,最终获得用户所需要的交流电。硬件电路上基于AC/DC/AC变换的结构,利用IPM功率模块来构造变流器,并且采用高压级串联低压级并联的模块化串并联技术。控制器基于DSP与FPGA协同控制,通过DSP计算占空比数据,FPGA进行载波移相调制。主要技术功能:额定功率10kVA以上。具有并网功能。具有无功补偿功能。具有逆变功能。逆变输出电压和频率可调。与国内外同类技术比较:配电网智能电力变压器是一种新型的电力设备,国内外相关标准较少,如相关电压等级、主电路结构、技术参数、测试要求等都没有明确,缺乏可操作性。仅提级相关功能,如具备电能变换和电能质量控制,可以实现能源流和信息流的双向流动,国外有文献称之为智能电力路由器(smart power router)。成果的创造性、先进性:采用载波移相PWM调制技术,不仅具有传统变压器变压、隔离和能量传递的功能,同时也实现了能量双向流动,无功补偿,电能质量控制、可再生能源和能量储存设备接入等期望功能,同时提高了前级整流级的电压等级和低压级的电流等级以适应高压大功率从场合。该项目在解决PWM变流器换流模式优化、大功率电力电子电路逆变、驱动及保护技术的基础上,基于级联H桥变流器结构的配电网智能电力变压器系统设计,同时实现电能转换和解决电能质量问题;基于DSP/FPGA协同控制的级联型多电平智能电力变压器,实现控制电路集成化。作用意义:配电网智能电力变压器作为一种新型的电力设备,是未来配电网配电用电的发展方向,用于智能配电网可实现逆变器接口即插即可(热插拔),在新能源接入、用户电力定制等方面有技术优势明显,市场需求巨大,具有市场推广价值。

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