电网准异步互联中的可旋转变压器技术研究

摘要

随着我国电力系统的发展，大区性电网将逐步互联，系统规模将进一步扩大。但全国联网在带来巨大经济利益的同时，也对大电网互联的电力系统运行带来一系列的新问题，选择合适的电网互联方式值得研究。
　　目前主要的电力系统异步联网设施，除了已发展50多年的高压直流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。近几年，实现异步联网的技术措施有了新的进展，出现了一种性能优良的机电型异步联网装置，即“面对面”式基于变频变压器（Variable Frequency Transformer,VFT）的新装置。该装置已引起广泛关注，有必要对其特性进行详细研究。
　　本文根据VFT装置的基本原理，建立了这一新型设备的数学模型，并进行将其应用于不同电网运行状况下的特性分析。分析的特性主要包括VFT装置对电网异步互联、传输功率稳定控制、故障隔离等方面的影响与作用。分析表明，VFT装置具有独特而良好的电网异步互联性能。
　　为考察VFT装置与其它可行互联设备特性的差异，论文将VFT装置与“背靠背”直流输电和统一潮流控制器（UPFC）装置进行对比分析。分析表明，VFT装置一定程度上具有的优势，可为电网异步互联提供一种新的选择。
　　从电力系统一次调频出发，论文最后提出了VFT辅助一次调频的控制策略，并设计了VFT辅助一次调频控制器，探讨了VFT对电网一次调频的辅助作用；同时，建立了考虑系统自身调频过程的微型电网与大系统并联运行模型，用于研究VFT在微型电网与大系统并联运行时的积极作用。
　　论文研究结果表明，VFT装置对于电网异步互联，提供了一种新的可供选择的方式。VFT装置在能够保持区域电网间实现异步互联的同时，可对区域电网或微型电网考虑调频过程的动态性能改善发挥积极作用。
　　本文工作得到国家自然科学基金项目（50877014）的资助。

目录

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摘 要

Abstract

目 录

绪 论

1.1 本课题的研究目的和意义

1.2 国内外现状与发展综述

1.2.1 电网互联现状

1.2.2 背靠背直流异步互联技术的研究和应用情况

1.2.3 面对面交流异步互联技术的研究和应用情况

1.2.4 FACTS装置在电网互联中的研究和应用情况

1.3 相关研究格局和展望

1.4 本文主要研究内容

第2章 VFT建模与仿真分析

2.1 引言

2.2 VFT基本结构与工作原理

2.3 VFT模型的建立

2.3.1 VFT数学模型

2.3.2 VFT仿真模型构建

2.4 VFT运行特性仿真分析

2.4.1 两侧系统同步时的运行特性

2.4.2 两侧系统异步时的运行特性

2.4.3 当两侧系统发生短路故障时

2.5 本章小结

第3章 VFT与其它设备互联特性的对比分析

3.1 引言

3.2 VFT与背靠背直流互联特性的对比分析

3.2.1 背靠背直流互联技术概述

3.2.2 HVDC仿真模型构建

3.2.3 HVDC特性仿真分析

3.2.4 仿真结论

3.2.5 背靠背直流装置与VFT装置的特性对比

3.3 VFT与统一潮流控制器互联特性的对比分析

3.3.1 统一潮流控制器概述

3.3.2 UPFC仿真模型构建

3.3.3 UPFC特性仿真分析

3.3.4 仿真结论

3.3.5 UPFC装置与VFT装置的特性对比

3.4 本章小结

第4章 VFT辅助一次调频特性分析

4.1 引言

4.2 VFT辅助系统一次调频特性分析

4.2.1 电网一次调频模型

4.2.2 VFT辅助系统一次调频的模型

4.2.3 VFT辅助系统一次调频特性仿真分析

4.2.4 仿真结论

4.3 VFT应用于微网时的特性仿真分析

4.3.1 微型电网带小负荷运行工况

4.3.2 微型电网侧负荷不断增长工况

4.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢