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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) 來源：

傳統(tǒng)的異步聯(lián)網(wǎng)大多采用 HVDC 背靠背換流站來實(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，其相對較高的運(yùn)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(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)，并在加拿大和美國的多個(gè)變電站投入運(yùn)行。國內(nèi)有學(xué)者將 VF T稱為 “ 面對面” 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控制簡單，造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用少，沒有諧波問題，能夠向無源網(wǎng)絡(luò)供電。

本文介紹了變頻變壓器基本結(jié)構(gòu)，對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)變壓器通過定子和轉(zhuǎn)子繞組之間的磁耦合來傳遞功率，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控制簡單，能夠向無源網(wǎng)絡(luò)供電，能夠克服所連接電網(wǎng)頻率上的限制，通過調(diào)節(jié)兩端系統(tǒng)的相角關(guān)系而連續(xù)地控制流過潮流的大小和方向。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 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(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。

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