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基于變頻變壓器的異步聯(lián)網(wǎng)和潮流控制 
(發(fā)布日期：2014-5-7 14:06:21) 來(lái)源：
 
    傳統(tǒng)的異步聯(lián)網(wǎng)大多采用 HVDC 背靠背換流站來(lái)實(shí)現(xiàn)，控制兩個(gè)電網(wǎng)之間的功率交換，并能阻斷一側(cè)電網(wǎng)事故對(duì)另一側(cè)電網(wǎng)的影響。但是當(dāng)一端電網(wǎng)的短路容量較低時(shí)， 傳統(tǒng)的HV DC容易發(fā)生換相失敗。隨著大功率可控關(guān)斷型電力電子器件的不斷發(fā)展，電壓源換流器型直流輸電 ( VSC-HVDC)  在高壓直流輸電中得到了應(yīng)用。采用 VSC — HVDC的異步電網(wǎng)互聯(lián)，沒有換相失敗的問(wèn)題，能向弱系統(tǒng)供電，同時(shí)由于采用了 P WM 技術(shù)，諧波大大降 低。但是與傳統(tǒng)的高壓直流輸電相比，其相對(duì)較高的運(yùn)行損耗仍是需要解決的問(wèn)題。  

最近，美國(guó)通用電氣公司開發(fā)了一種新型異步聯(lián)網(wǎng)裝置——變頻變壓器 ( v a r i a b l e   f r e q u e n c y   f f a n s —  f o r me r ， VF T)，并在加拿大和美國(guó)的多個(gè)變電站投入運(yùn)行。國(guó)內(nèi)有學(xué)者將 VF T稱為 “ 面對(duì)面”  型異步聯(lián)網(wǎng)裝置。與傳統(tǒng)的H VDC背靠背換流站相比，VF T控制簡(jiǎn)單，造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用少，沒有諧波問(wèn)題，能夠向無(wú)源網(wǎng)絡(luò)供電。

本文介紹了變頻變壓器基本結(jié)構(gòu)，對(duì)VFT異步聯(lián)網(wǎng)和傳輸功率控制的基本原理進(jìn)行了深人的研究， 推導(dǎo)了VFT穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型，并根據(jù) VFT的運(yùn)行原理設(shè)計(jì)了VFT的轉(zhuǎn)矩控制器 ，通過(guò)基于 PSCAD／EMTDC的數(shù)字仿真，驗(yàn)證了VFT的動(dòng)態(tài)性能。

1、變頻變壓器的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理 
變頻變壓器是一個(gè)二次側(cè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的三相兩繞組變壓器， 其結(jié)構(gòu)與具有轉(zhuǎn)子繞組的異步電機(jī)相似，其核心器件由旋轉(zhuǎn)變壓器、直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)和集電器組成。旋轉(zhuǎn)變壓器通過(guò)定子和轉(zhuǎn)子繞組之間的磁耦合來(lái)傳遞功率， 直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)用于控制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速； 集電器由滑環(huán)和電刷組成，用于傳導(dǎo)旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子三相繞組和轉(zhuǎn)子端電網(wǎng)靜止母線的電流。  


2、VF T非同步聯(lián)網(wǎng)和潮流控制仿真研究 
為了驗(yàn)證所建模型的正確性和所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的有效性，在電磁暫態(tài)仿真軟件 PSCAD／ EMTDC  中搭建如圖 1 所示 VFT系統(tǒng)。 兩個(gè)交流電網(wǎng)用戴維南等效電源表示，系統(tǒng)的電阻和電感分別為 0.4Q  和 0.002 H， 其額定線電壓分別為 5 0 0 k V和 2 2 0 k V； 為體現(xiàn) V F T異步聯(lián)網(wǎng)的性能， 將定子端電網(wǎng)頻率取為6 0   H z ，轉(zhuǎn)子端電網(wǎng)頻率為 5 0   H z 。變壓器 T 1 變比5 0 0k V／2 0 k V， 變壓器 T 2變比2 2 0 k V／2 0 k V， 均 為 Y／ D連接；V F T定、轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)比為 1 。  


變頻變壓器作為一種可控的雙向輸電設(shè)備，與傳統(tǒng)的 HV DC背靠背換流站相比，VF T控制簡(jiǎn)單，能夠向無(wú)源網(wǎng)絡(luò)供電，能夠克服所連接電網(wǎng)頻率上的限制，通過(guò)調(diào)節(jié)兩端系統(tǒng)的相角關(guān)系而連續(xù)地控制流過(guò)潮流的大小和方向。同時(shí)，變頻變壓器不僅可以用于異步聯(lián)網(wǎng)，也適用于同步電網(wǎng)的功率傳輸控制，可以說(shuō) V F T是一種新型的 F AC T S裝置，因此擁有良好的發(fā)展前景。本文針對(duì)變頻變壓器的運(yùn)行和控制原理，設(shè)計(jì)了 VF T 的轉(zhuǎn)矩控制器。基于P S C AD ／ E MT D C的仿真結(jié)果表明， V F T能夠連接兩個(gè)頻率不同的異步電網(wǎng)，并有效地控制電網(wǎng)要傳輸?shù)墓β剩且环N性能優(yōu)良的異步聯(lián)網(wǎng)裝置，可以作為異步電網(wǎng)互聯(lián)的另一種選擇。
 
株洲市科達(dá)電機(jī)技術(shù)有限公司
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