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基于變頻變壓器的異步聯(lián)網和潮流控制 
(發(fā)布日期：2014-5-7 14:06:21) 來源：
 
    傳統(tǒng)的異步聯(lián)網大多采用 HVDC 背靠背換流站來實現(xiàn)，控制兩個電網之間的功率交換，并能阻斷一側電網事故對另一側電網的影響。但是當一端電網的短路容量較低時， 傳統(tǒng)的HV DC容易發(fā)生換相失敗。隨著大功率可控關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用。采用 VSC — HVDC的異步電網互聯(lián)，沒有換相失敗的問題，能向弱系統(tǒng)供電，同時由于采用了 P WM 技術，諧波大大降 低。但是與傳統(tǒng)的高壓直流輸電相比，其相對較高的運行損耗仍是需要解決的問題。  

最近，美國通用電氣公司開發(fā)了一種新型異步聯(lián)網裝置——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)，并在加拿大和美國的多個變電站投入運行。國內有學者將 VF T稱為 “ 面對面”  型異步聯(lián)網裝置。與傳統(tǒng)的H VDC背靠背換流站相比，VF T控制簡單，造價和運行費用少，沒有諧波問題，能夠向無源網絡供電。

本文介紹了變頻變壓器基本結構，對VFT異步聯(lián)網和傳輸功率控制的基本原理進行了深人的研究， 推導了VFT穩(wěn)態(tài)運行的數(shù)學模型，并根據(jù) VFT的運行原理設計了VFT的轉矩控制器 ，通過基于 PSCAD／EMTDC的數(shù)字仿真，驗證了VFT的動態(tài)性能。

1、變頻變壓器的結構和運行原理 
變頻變壓器是一個二次側可以轉動的三相兩繞組變壓器， 其結構與具有轉子繞組的異步電機相似，其核心器件由旋轉變壓器、直流驅動電機和集電器組成。旋轉變壓器通過定子和轉子繞組之間的磁耦合來傳遞功率， 直流驅動電機用于控制轉子的轉速； 集電器由滑環(huán)和電刷組成，用于傳導旋轉變壓器轉子三相繞組和轉子端電網靜止母線的電流。  


2、VF T非同步聯(lián)網和潮流控制仿真研究 
為了驗證所建模型的正確性和所設計的控制系統(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)。 兩個交流電網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)網的性能， 將定子端電網頻率取為6 0   H z ，轉子端電網頻率為 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備，與傳統(tǒng)的 HV DC背靠背換流站相比，VF T控制簡單，能夠向無源網絡供電，能夠克服所連接電網頻率上的限制，通過調節(jié)兩端系統(tǒng)的相角關系而連續(xù)地控制流過潮流的大小和方向。同時，變頻變壓器不僅可以用于異步聯(lián)網，也適用于同步電網的功率傳輸控制，可以說 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。本文針對變頻變壓器的運行和控制原理，設計了 VF T 的轉矩控制器。基于P S C AD ／ E MT D C的仿真結果表明， V F T能夠連接兩個頻率不同的異步電網，并有效地控制電網要傳輸?shù)墓β剩且环N性能優(yōu)良的異步聯(lián)網裝置，可以作為異步電網互聯(lián)的另一種選擇。
 
株洲市科達電機技術有限公司
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