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基于变频变压器的异步联网和潮流控制

发布于:2015-07-18 22:54:18 来自:电气工程/供配电技术 [复制转发]
传统的异步联网大多采用 HVDC 背靠背换流站来实现,控制两个电网之间的功率交换,并能阻断一侧电网事故对另一侧电网的影响。但是当一端电网的短路容量较低时, 传统的HV DC容易发生换相失败。随着大功率可控关断型电力电子器件的不断发展,电压源换流器型直流输电 ( VSC-HVDC) 在高压直流输电中得到了应用。采用 VSC — HVDC的异步电网互联,没有换相失败的问题,能向弱系统供电,同时由于采用了 P WM 技术,谐波大大降 低。但是与传统的高压直流输电相比,其相对较高的运行损耗仍是需要解决的问题。

最近,美国通用电气公司开发了一种新型异步联网装置——变频变压器 ( 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),并在加拿大和美国的多个变电站投入运行。国内有学者将 VF T称为 “ 面对面” 型异步联网装置。与传统的H VDC背靠背换流站相比,VF T控制简单,造价和运行费用少,没有谐波问题,能够向无源网络供电。

本文介绍了变频变压器 基本结构,对VFT异步联网和传输功率控制的基本原理进行了深人的研究, 推导了VFT稳态运行的数学模型,并根据 VFT的运行原理设计了VFT的转矩控制器 ,通过基于 PSCAD/EMTDC的数字仿真,验证了VFT的动态性能。

1、变频变压器的结构和运行原理
变频变压器 是一个二次侧可以转动的三相两绕组变压器, 其结构与具有转子绕组的异步电机相似,其核心器件由旋转变压器、直流驱动电机和集电器组成。旋转变压器通过定子和转子绕组之间的磁耦合来传递功率, 直流驱动电机用于控制转子的转速; 集电器由滑环和电刷组成,用于传导旋转变压器转子三相绕组和转子端电网静止母线的电流。


2、VF T非同步联网和潮流控制仿真研究
为了验证所建模型的正确性和所设计的控制系统的有效性,在电磁暂态仿真软件 PSCAD/ EMTDC 中搭建如图 1 所示 VFT系统。 两个交流电网用戴维南等效电源表示,系统的电阻和电感分别为 0.4Q 和 0.002 H, 其额定线电压分别为 5 0 0 k V和 2 2 0 k V; 为体现 V F T异步联网的性能, 将定子端电网频率取为6 0 H z ,转子端电网频率为 5 0 H z 。变压器 T 1 变比5 0 0k V/2 0 k V, 变压器 T 2变比2 2 0 k V/2 0 k V, 均 为 Y/ D连接;V F T定、转子绕组匝数比为 1 。


变频变压器作为一种可控的双向输电设备,与传统的 HV DC背靠背换流站相比,VF T控制简单,能够向无源网络供电,能够克服所连接电网频率上的限制,通过调节两端系统的相角关系而连续地控制流过潮流的大小和方向。同时,变频变压器不仅可以用于异步联网,也适用于同步电网的功率传输控制,可以说 V F T是一种新型的 F AC T S装置,因此拥有良好的发展前景。本文针对变频变压器的运行和控制原理,设计了 VF T 的转矩控制器。基于P S C AD / E MT D C的仿真结果表明, V F T能够连接两个频率不同的异步电网,并有效地控制电网要传输的功率,是一种性能优良的异步联网装置,可以作为异步电网互联的另一种选择。
这个家伙什么也没有留下。。。

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