[cityanme]变压器厂家异步联网措施展示出新颖功能

　　1异步联网措施展示出新颖功能近几年，北美、欧洲等地区的一些发达国家中连续发生了几起重大停电事故，引起人们的严重关注。从对事故的调研分析中，加深了人们对电力系统动态行为和一些电力设备潜在性能的认识，如对电力系统异步联网设施（包括高压直流输电HVDC）功能和效益的新认识。电力系统异步联网设施的功能可进一步归纳为：①用以将2个异步电网互联运行，并隔断一网事故对另一网的影响；②减少故障电流、降低开关的遮断容量；③减轻或调整电力市场的阻塞现象；④降低和挽救电网中电压失稳的危险；⑤降低交流电网中难于克服的环流；⑥增大并列交流线的输送能力和交流电网的运行稳定性；⑦以快速控制能力，抵御电网中电流和功率的突变和振荡，增强电网的抗干扰和防事故能力，并对连锁事故起到“防火墙”作用；⑧事故时并不立即断开，仍能输送一定功率，支持相邻电网的运行。从上述归纳可以看出，异步联网设施功能中有一半是新认识的性能。

　　对电力系统异步联网设施，除了已发展50多年的高压直流输电HVDC“背靠背”装置外，后又出现了功能更良好的轻型HVDC（VSC－HVDC）构成的“背靠背”装置，它们皆基于由电力电子器件组成的换流器技术。近，实现异步联网的技术措施有了重大进展，出现了一种性能优良的机电型异步联网装置，即“面对面”式基于变频商洛干式变压器（VFT）的新装置。其应用发展快速，已引起广泛关注，2“背靠背”和“面对面”型异步联网装置的区别2.1“背靠背”直流输电“背靠背”直流输电与常规直流输电相比在功能上是有区别的，前者仅负担异步互联任务，而后者要兼有大功率、长距离的输电任务。仅从联网功能看，“背靠背”直流输电与常规直流输电相比具有如下优点：①由于两侧换流器皆安装于同一阀厅内，换流站设备相应减少，换流站结构相对简化，有利于实现模块化设计，使换流站的造价可降低约20％。②因无直流线路，没有通信延时，使控制系统动作更快，也使保护系统得到简化。③由于无直流线路，换流站的损耗很小，可更快速而方便地控制直流电压和电流，以进行无功功率或交流电压的控制，有利于提高电网的稳定性和对低频振荡的阻尼能力。

　　当对“背靠背”直流输电和“背靠背”轻型直流输电进行比较时，则后者具有更优良的性能。如更好的黑启动性能以及更好的有功和无功控制能力等，结构也更加简化。此功能的发挥皆源于后者采用了新一代的电力电子器件绝缘栅双极晶闸管（IBGT）所组成的自换相型电压源换流器（VSC）的原故。

　　2.2“面对面”式异步联网装置“面对面”式异步联网装置省略了“背靠背”式异步联网装置的中间直流变换环节，从而使两侧的交流电网“面对面”

　　地互联在一起。这种非电气的电磁互联关系是依靠一个可旋转的商洛干式变压器实现的。它的基本结构是一台新型大功率的绕线式电动机，其定子和转子上各有3组绕组，分别与送受端的两侧电网相互联接。转子由另一直流电动机以及其电力电子型的拖动系统进行转动的快速调节，以满足互联关系中对频率、电流、电压和功率变化双向调节的需求。

　　这种由美国GE公司设计的新型“面对面”式双向异步互联装置，其首台设备于2003年10月投产，用作将加拿大魁北克的Langlois变电站与美国纽约的电网互联，设计容量为200MW，先运行了单台100MW的设备。第2台新型“面对面”式双向异步互联装置用于将美国德克萨斯州Laredo地区的变电站与墨西哥北部边境的138kV／CFE电网进行互联，目前正处入安装阶段，预计将于2007年早期投产。

　　上述2个项目皆用作国际联网的用途，同时第2个项目被北美电力可靠性协会（NERC）机构批准为2003年东北部大事故后制订的一系列“可靠性必备出路（RMR）策略项目”之一，属于NERC监管的一项战略防御项目。

　　2.3变电站结线和VFT的结构第2台“面对面”式异步互联装置的变电站结线图如所示，它在两国相应电网间起异步互联的作用；VFT的本质是一台可运行于任一相角的连续变位的移相商洛干式变压器，其全部结构如所示；VFT中定子的安装如图3所示。

　　如果将上述与相应的作比较，可看出2台设备是基本相同的，只是由于互联的电网条件（电交换功率，同时也能快速反应于系统的干扰而维持稳定的功率交换，与有功功率潮流无关。转子本身就随两侧异步运行系统的相角而转动，如果系统有频差，转子将连续转动。即使转子不转动时，马达和拖动系统也能连续施加转矩。当一侧系统中突生干扰时，即产生频率偏移，VFT将以比例于两系统频差的速度转动。如果此时还有交换功率，则VFT会不间断的进行功率交换，并连续维持功率值。

　　经过VFT交换的无功功率值将遵循常规交流电路规则，即由VFT的串联阻抗值和两侧电压的峰值差决定。与电力电子设备不同的是：VFT不产生任何谐波，并与邻近发电机或其他电力设备之间不会产生任何干扰或谐振，且其维修量和备品量更少，运行可靠性更高。

　　关于“面对面”和“背靠背”HVDC的技术经济比较。

　　2.5VFT的动态性能有关VFT的动态性能，已给出了其控制系统和保护系统的描述框图，此外还介绍了其动态仿真分析和现场试验的结果。其中包括双向满功率突调，对电网中故障的反应，孤立系统中大电机跳闸，以及纽约和魁北克电网异步运行时VFT的功率调节等一系列动态过程。完全可供了解美国与墨西哥“面对面”电网互联装置的动态性能时参考。

　　但是，对于第1台和第2台“面对面”电网互联装置，它们所应用电网的具体情况还有些差别。虽然都是在正常运行中自小网（魁北克和墨西哥的CFE电网）向大网（纽约电网和ERCOT电网）送电，但ERCOT受电的Laredo地区却是一个大负荷集中地区，尤其在夏季峰荷时，大量空调负荷的严重影响绝不可忽视，因此，这是一个敏感的电压易崩溃地区。因此在暂态和动态性能研究中必须重视仿真计算中的负荷模型。后结论是2／3的负荷必须采用感应电动机模型，其余1／3采用静态多项式的负荷模型，这样才能进行电压崩溃的研究，而且必须在南德克萨斯州中每一个负荷母线上都采用这种负荷模型才行。

　　动态研究包括送端输电线上的各种N－1校核，其中有三相接地故障和无故障跳闸。几乎所有情况下，事故后过程中都出现明显的电压恢复问题，但各种暂态故障皆形成不了大问题。即使在坏的单项事故情况下，ERCOT也可利用VFT取得充分应变的余地。VFT运行时，经过VFT自CFE向ERCOT电网输送有功和无功功率时的一个典型事故的过渡过程如图4所示；VFT的CFE和ERCOT两侧的电压恢复过程如图5所示，应注意图5中示出事故后电压恢复过程中的延缓现象。

　　可以看出，在事故清除后，突然增大输向受端的有功功率，这将使受端Laredo地区的电压相角不再继续滞后于ERCOT系统。两者之间的电压相角差将形成事故后摇摆中的电压小突降，这是由于感应马达再加速的原因造成的。

　　“面对面”式异步联网装置比“背靠背”式异步联网装置压等级，无功需量等）有差别，才出现少量的差异。证明事隔5年，GE公司并未对“面对面”型异步互联设备再进行新的改进，其结构和技术已基本定型。

　　2.4VFT的稳态性能互联的有功潮流与转子上转矩的方向和大小成正比，此转矩是由拖动马达施加的，它又由一个电力电子型的变速拖动系统进行控制。定子和转子间的功率方向决定于转子上的转矩方向，如无转矩作用于转子，则无任何有功功率穿越。

　　按照运行人员的整定值，其中一闭环功率调节器将保持①?转子母线管道；②?空气外罩；③?三相集电器；④?直流拖动电动机；⑤?直流电动机通风扇；⑥?上部支承架；⑦?定子母线管道；⑧?旋转商洛干式变压器风扇；⑨?定子铁心；⑩?转子铁心；?绕组接线；?下部推力撑座

　　还具有另一巨大优越性，即前者即使在零交换功率状态下也能正常供给无功功率，但后者则会完全关断。“面对面”式异步联网装置的这种能力在电压降低的情况下更加有用，它会在事故后电压恢复过程中决定是否引发电压崩溃。有关这一点，魁北克和GE公司在技术规范中有明确规定；而且得到了大量仿真计算的验证和投产后发生的一些电网事件的证实。

　　3结束语（1）对异步互联设施和装置在电网事故过程中的作用有了进一步的认识，已形成了人们对其应用的广泛重视，将进一步促进其实际应用。

　　（2）GE公司研制并安装运行于2处国际联网的“面对面”异步联网设备，以其设计、研究和运行经验证明，这是一种新型的、性能优良的异步联网设备。

　　（3）基于VFT的“面对面”异步联网装置的运行性能明显优于2种“背靠背”式HVDC装置。

　　（4）我国在局部电网互联、大区异步互联电网的末稍电网互联、存在严重稳定性问题的电网中插入“隔离”环节、海岛电网与陆上电网互联以及风电电网接入主网等情况下，都可以综合研究比较上述3种异步联网设备的适应性能，以求得优化方案。

　　（5）VFT机组的大容量现在为100MW，从联网需求来看，应研制200MW机组，以扩大其适用范围。

　　（6）在由电力电子器件构成的拖动系统中加入相应的动态辅助控制功能，就会使基于VFT的“面对面”式互联装置成为一种动态旋转式（非静止型）的柔性交流输电系统（FACTS）的柔性控制装置，这将从根本上扩充FACTS技术的含义。