基于广东变压器的异步联网和潮流控制

基于广东变压器的异步联网和潮流控制

     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器件的不断发展，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——广东变压器 ( 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。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。     本文介绍了广东变压器基本结构，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、广东变压器的结构和运行原理 广东变压器是一个二次侧可以转动的三相两绕组广东变压器， 其结构与具有转子绕组的异步电机相似，  其核心器件由旋转广东变压器、直流驱动电机和集电器组成。旋转广东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，用于传导旋转广东变压器转子三相绕组和转子端电网静止母线的。   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 。广东变压器 T 1 变比5 0 0k V／2 0 k V， 广东变压器 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 。       广东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，广东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。本文针对广东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。