对电子电力变压器在光伏发电系统中应用的探讨

　　〔摘要〕随着我国经济的不断腾飞，对于电力的需求日益增加，传统能源如煤、石油、天然气等不仅储量有限，还会由于燃烧对环境造成极为严重的污染，因此开发、利用新能源势在必行。在这一大环境下，世界各国都在发展新能源技术，其中光伏发电技术由于技术性能非常优秀早已经步入了人们的视野。传统的工频变压器由于重量大、体积大、操控不灵活，所以在光伏发电系统中，人们越发依赖电子电力变压器，而且在其使用过程中，人们发现其对现代电力系统的作用越发明显，它的应用与现代电力系统的要求相契合。笔者在本文中对电子电力变压器结构进行描述后，着重强调了电子电力变压器在光伏发电系统中的应用以及使用的优点进行了详细的论述，以期为我国光伏发电系统的进一步发展提供参考性意见。
　　〔关键词〕电子电力变压器；光伏发电系统；特点；结构；应用
　　前言
　　从上个世纪八十年代开始，石油危机逐渐走入了人们的视野，西方发达国家早已经将能源问题的解决方法投入到新能源的开发上来，并且毫不吝啬地动用大量人力、物力在此项目中，当然作为其中重要项目之一的光伏发电技术也名列其中，并在该项目的研究过程中取得了长足的进步。着眼于现代，并放眼全球不难发现光伏发电的应用范围极广，并渐趋在电力市场中以替代能源的角色出场。
　　一、我国光伏发电系统的现状
　　虽然我国的光伏发电系统于近年来才开始发展，但是已经获得了良好的结果。我国最早研发的光伏发电系统是为了解决卫星供电问题才开始进行的，但是从上个世纪九十年代开始，国家越发认识到光伏产业的重要性，与此同时，光伏发电项目正式位居于国家科技攻关计划中。这一项目的开展并非纸上谈兵，北京和深圳作为光伏发电首先试行的地区，首当其冲地应用了光伏屋顶发电系统。2013年，全年我国新增装机容量达到了11。3GW，世界排名第一，并且预计未来5年均新增装机量不会低于10GW，这些实际的数据已经证明光伏发电市场的主战场已经从欧洲转移到了亚洲。我国也在2005年就通过了《中华人民共和国可再生能源法》，并且在2009年通过了《中华人民共和国可再生能源法修正案》，这些法律法规给予光伏发电系统以强有力的政策支持，对于整个光伏发电系统来说，这无疑是国家给光伏发电系统颁发的的有效王牌，光伏发电的道路也必定因国家的政策扶持而越发平坦。2014年我国光伏发电建设规模在综合考虑各地区资源条件、发展基础、电网消纳能力以及配套政策措施等因素基础上确定，全年新增备案总规模1400万千瓦，其中分布式800万千瓦，光伏电站600万千瓦。
　　二、电子电力变压器的基本机构
　　电子电力变压器能够有效地将高频变压器与电力电子变换器结合在一起，与此同时，它能够有效地完成电能的传输和变换。因此电子电力变压器的主要有高频变压器和电力电子转换器构成，其中前者主要的作用就是实现一次侧和二次侧的隔离与电压等级的转换；而后者主要的作用就是实现波形的控制，例如：谐波、频率、相位以及幅值的控制。
　　与常规的电力变压器相比，电子电力变压器通过对电力电子变换器的控制，使其不仅具有变换电压等级、隔离电气的作用，还能够控制系统的谐波、频率、相位以及幅值，能够更加自由的变换电能形式。现阶段，电子电力变压器的实现方案并不单一，就电平数而言就有多电平、三电平以及两电平等多重选择；就相数而言，其选择也不再受一种选择的桎梏，因为它有三项和单相之分。此外，按照是否含有直流，又可以将其分为两类，一种是含有直流环节的电子电力变换器，常称其为ACDCAC型电子电力变压器，如下图1；另一种是不存在直流环节的电子电力变换器，常称其为直接ACAC型电子电力变压器如下图2。
　　三、光伏发电系统中电子电力变压器的应用现状及技术优点
　　近些年来，光伏发电的应用范围逐年扩大，它在电力系统中的作用也是举足轻重、缺其不可的。与传统电源形式相比，光伏发电具有电源形式多样化、输出电压与频率随机性和波动性较大、分布广等特点。采用不同的变压器，光伏发电系统所呈现的结果是截然不同的。在并入电网中如若采用工频变压器，其所需要的成本就会相对较高、占用的体积也会相对较大，若要保证电能质量就必须配置额外的调压、调频设备才可以，这其中不乏逆变效率低等劣势。而将电子电力变压器应用于光伏发电系统，它不仅可以灵活地将各种分布式电源接入到电力系统中，对逆变、整流环节也会起到很好的控制作用，与此同时，调压、调频等效果也会渐趋达到理想状态。这样一来，诸多调压、调频设备的安装步骤就可以省去，以此实现降低成本的目的。
　　当电力系统发生短路故障时，光伏系统的功率、电流以及电压都会受到影响而发生变化，但是光伏系统的输出电流会逐渐增大，因此，即使发生故障，电子电力变压器的应用也可以将系统电压很好地稳定住。在故障排除、恢复到正常以后，其系统的状态将完全恢复到故障前。因此说，通过电子电力变压器的应用，可以灵活调节有功和无功输出，使得光伏系统不需要在电网出现故障时退出运行，并且能够保持短暂的并网运行状态。待系统恢复正常后，光伏发电系统又可以向电网输出功率，但是在事故状态下，光伏发电系统的输出功率并不稳定，具有一定的波动性。
　　在光伏发电系统中应用电子电力变压器，具有下列三项优点，分别是：
　　1电子电力变压器能够使光伏系统并网结构更加紧凑。由于电子电力变压器的应用，可以通过其变换电能形式的功能，取消掉光伏入网所需要的变换器，这就实现了将整个光伏并网结构紧凑化的目的。由于电子电力变压器应用的时高频变压器，相对于传统的工频变压器来说，其体积更加小巧，可以使光伏并网系统的体积进一步缩小，并且使整个系统的结构更加紧凑。
　　2电子电力变压器不仅含有交流变换环节，还含有直流交变环节，而且通过电子电力变压器的应用，还可以使光伏系统的并网方式更加灵活。鉴于光伏系统不仅可以在交流母线处入网，也可以在直流母线处并网，因此说其并网的形式更加灵活多样。在应用电子电力变压器的基础上，如果可以将储能元件安装于直流环节，就可以更加方便的实现除储能元件的介入。
　　3由于电子电力变压器兼备交直流环节，因此可以直接接入到光伏发电系统，这就能够实现了并网电源形式的多样化，能够更好地实现供电形势的互补。此外，应用了电子电力变压器的光伏发电系统，其功率、电流以及电压都能够满足并网要求。但是由于仅含有少量的谐波，电压和电流都是标准的正弦波。
　　四、结论
　　综上所述，电子电力变压器作为一种重要设备在光伏发电系统中的应用已经逐步走入正轨，已经能够从部分上解决能源紧缺的现状，因此其具有非常广阔的发展前景。为了更好地实现电子电力变压器在光伏发电系统中的应用，笔者先对电子电力变压器在光伏发电系统中的应用及优点进行了详细的论述，希望能够起到促进其发展的最终目的，逐步解决我国能源紧缺的现状。
　　参考文献
　　〔1〕李胜和，张璐琪。浅析电子电力变压器在光伏发电系统中的应用〔J〕。电力系统自动化，2005，29（16）：6671。
　　〔2〕魏世金，刘旭东。刍议电子电力变压器在电力系统中的应用趋势〔J〕。水电能源科学，2007，25（5）：135138。