以色列Elspec公司中国代表处 邓剑琪

　　华北电力大学新能源电网研究所 袁敞

　　浙江大学电力电子技术研究所 吕征宇

　　清华大学能源互联网研究院 赵东元

　　1 邓剑琪（以色列Elspec公司）提出问题和进行建议

　　关于电力电子变压器PET，因为高频变压器的工作频率一般大于10kHz，在输出侧的负载是空载和满载的不同情况下，通过高频变压器的电流也是不同的，进而会导致高频变压器上的压降也是不一样，工作频率越高这样的差别会更加的明显，如果我们去做输出侧负载的突加或突减试验，因为高频变压器在满载的时候有比较大的压降（或者说变压器的特性比较软），这样会导致在输出侧会有大的瞬时电压跌落或者瞬时电压上升，如果依靠PI调节去改变调制波的占空比，其响应时间肯定是不够的。

　　我在汕头会议上和浙江大学的吕征宇老师也讨论过，他说如果变压器原边是电流型，副边是电压型（在直流侧并联一个电容），用电容来抵消电感的存在是可以解决这个问题的，但是我觉得在变压器大功率传输的情况下，这个电容是否需要比较大、是否会影响系统特性。我也和清华大学的赵东元老师讨论过，根据以前了解的文献来看，会有另一个反馈环节提高响应速度，一般是前馈控制，效果怎样需要试验数据来证明。

　　2 袁敞（华北电力大学新能源电网研究所）问题分析

　　这个问题是电力电子电路中的共性问题，即依靠电力电子电路所实现的可控电源是有内阻的，因此在负荷突变的情况下就会出现输出电压幅值的波动。如何解决这个问题，以基本的Buck电路（图1）为例，当负荷瞬态变化时，若输出电容不够大，输出电感上也会产生压降，从而使得输出电压波动。

　　而常规的解决方法也恰如浙大和清华的老师所述，分为两种方式：一、增大输出电容，负荷瞬态变化所需要的能量几乎全部由电容提供。其代价是体积增大、功率密度下降，也提高了成本;二、减小输出电感，提升电路反馈控制速率，使得电路的响应速率与负荷变化的速率相当，从而有效控制输出电压。其代价就是输出电流纹波增大，相应的磁性元件损耗增加，电路效率下降，同时对于控制系统也提出了较高要求。虽然这两种方式各有利弊，但整体而言已经足以应对大多数不太极端的负荷变化。

　　若考虑负荷变化速率特别快、变化量特别大的特殊应用，则还需要拓扑优化（如交错并联等）等其他方式来提升电路性能，可以参考一类典型应用——电压调整模块（VRM）。

　　现有对于电力电子变压器的研究尚处于重点研究拓扑形态、控制方式等层面，关于负荷的瞬态极端变化对于电力电子变压器工作特性的影响，其理论价值和实际意义，可能会是在此之后受到关注的问题。

　　3 邓剑琪（以色列Elspec公司）一点想法

　　对于电力电子变压器工程化的研究，包括过电压的限值、高频带来的振动噪音、以及传导和辐射的电磁兼容问题，这些都是很重要的。我个人觉得除了从拓扑形态、控制方式进行研究外，对于变压器高频传输部分也要进行研究，在中压配电由于绝缘水平的限制，提高频率不一定显著减少PET的体积，是否可以降低开关频率，或者增加磁通密度减少匝数，进而减少变压器的阻抗。

　　如果是传统的高频变压器直接载波输出、副边没有一个变流环节，负载突变时尖峰过电压是发生在高频变压器的输出侧;如果是如图2的AC-DC-AC型、副边又有一个变流环节，负载突变时尖峰过电压是发生在副边变流环节的输出侧，这个时候功率和能量流动是怎样的，控制策略是主要针对哪一个变流环节（尽快降低副边输出环节的调制比），这个也希望能和大家一起探讨。

　　4 吕征宇（浙江大学电力电子技术研究所）问题分析

　　对于上图的情况，负载突变时尖峰过电压的本质通常分为两种状况：一、突然断电造成输出电感能量无法正常泄放（这种情况在直流中也是存在的，只不过DC Link电容通常较大，往往不太严重）。对于此，必须限制输出电感的大小，或是为电感能量找到泄放回路。这个需要用硬件解决。二、交流输出的双环控制回路的电流给定调整反应太慢，这需要针对性地改进反馈控制特性，“尽快降低副边输出环节的调制比”;或是加过压封闭PWM的紧急措施。相对而言，这些可以用软件来解决。

　　5 吕征宇（浙江大学电力电子技术研究所）一点想法

　　常规变压器的阻抗，或者说漏阻抗是决定变压器特性软硬的因素，通常增加铁芯的磁密可以降低漏阻抗的相对压降比例。因高频变压器的磁密往往较低，其漏阻抗问题比较突出。然而要修正这一问题，可以通过有源与无源两个思路来解决问题，以下是五点想法：

　　（1）首先从无源出发，电子变压器应选取磁密比较高的磁材例如非晶材料，而原副边传递功率的工作波形频率尽量压到10kHz以内，如是则漏阻抗问题会对减轻。

　　那么频率更高不好么？由于绝缘问题、功率半导体器件问题，目前实在没有必要进一步提升工作频率了。

　　（2）若从有源方案出发，则办法会多一些。其一：建议采用类似于弹簧变换器的思路，在副边用电容器储存部分能量，在副边负载突变的情况下提供能量，即用来作为能量吞吐的部件。这一能量不用很大，因为通过原边的逆变电路控制调节，也可以增加能量的供应。电容的储能只要能够覆盖调节的带宽就可以了，较快的调节速率对应较小的储能。其二：通过将副边负载信息加工，直接改变原边的控制脉冲，可以抑制副边的电压变化幅度;结合副边电容储能，则效果更好。我感觉“其二”会比较好，代价更低。

　　（3）电子变压器的拓扑采取多个变压器复合还是单个变压器为妥呢？从高压来看还是单个为妥，尽管多个变压器的电路似乎更现实一些，但我感觉应用前景不好，应该发展高压变流线路、用单个非晶变压器（类似于传统结构），这是个关键性的问题，决定了今后发展的基因。

　　（4）高频化的前景如何呢？主要限制在于变压器的磁材。目前来看非晶特性是一大限制，若是能够把非晶特性用到位，应该已经很不错了。为了降低变压器的损耗，应向其灌入正弦信号，或者尽量减少非正弦成分——这方面电力电子电路大有可为，则可以进一步提升非晶的可用频率上限。

　　（5）总的来说，适应于传统变压器的结构，采用正弦型高频逆变。其关键技术在于提供低谐波的高压电力电子变流拓扑（类似于MMC这类，采用这类拓扑，当前的功率半导体的开关频率的限制已经不是主要的了）。

　　6 赵东元（清华大学能源互联网研究院）一点想法

　　电力电子变压器工程化需要考虑的另一个重要因素是，PET的检修运维技术和运行成本。目前来看，相对于传统变压器，PET不仅仅是初期投资大，而且运行成本高和运维复杂。例如，装置运行5年后，如果评价PET（尤其是电力电子器件）的状态。这些因素都会影响电力电子变压器PET的推广应用。