電力電子變壓器PET（PowerElectronicTrans-former）是一種通過電力電子變換實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)中的電壓變換和能量傳遞的新型變壓器3"3.PET的突出特點(diǎn)在于通過變壓器原、副方電壓源變換器對其交流側(cè)電壓幅值和相位的實(shí)時控制，可以實(shí)現(xiàn)變壓器原、副方電壓、電流和功率的靈活調(diào)節(jié)。因此，PET可以滿足未來電力系統(tǒng)很多新的要求，包括：整合各種交直流分布式電源、更高的穩(wěn)定性、更加靈活的輸電方式、實(shí)現(xiàn)電力市場下對功率潮流的實(shí)時控制等。我國地域廣，主要電源點(diǎn)與主要負(fù)荷區(qū)距離遠(yuǎn)，因此需要高壓、大容量遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)，如西電東送工程等，如果能實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)勵磁和PET的綜合協(xié)調(diào)控制，將有望大幅度提高遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　　利用PET提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性在原理上與柔性交流輸電系統(tǒng)器件統(tǒng)一潮流控制器UPFC（UnifiedPowerFlowController）不同，本文提出在遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)的線路中間通過PET接入另一電力系統(tǒng)的方案（該系統(tǒng)容量可以較小或是一個發(fā)電站）。由于PET易于實(shí)現(xiàn)功率雙向流動，因此可以通過優(yōu)化的控制策略，有效提高遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)振蕩阻尼和穩(wěn)定性。而UPFC是利用電力電子裝置對線路潮流進(jìn)行控制4，5.UPFC由串聯(lián)變換器和并聯(lián)變換器組成，它們的直流側(cè)由一個公共電容連接，其中串聯(lián)變換器實(shí)現(xiàn)有功和無功控制，并聯(lián)變換器提供有功或吸收串聯(lián)變換器的有功及向接入點(diǎn)注入無功。

　　本文首先對系統(tǒng)進(jìn)行簡化，把PET等效為一個可控電壓源，然后建立發(fā)電機(jī)和PET構(gòu)成的電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，系統(tǒng)狀態(tài)方程中的狀態(tài)變量分別為發(fā)電機(jī)功角、角速度、機(jī)端電壓，控制量為發(fā)電機(jī)勵！！0！通過-，3/0坐標(biāo)變換m，得到：的新方法，建立如口圖I1所示的模型塍」shingHo，磁電壓、可控電壓源的幅值和相角，在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出了PET和發(fā)電機(jī)勵磁的比較優(yōu)協(xié)調(diào)控制規(guī)律。仿真結(jié)果表明，本文所提出的控制器在系統(tǒng)發(fā)生擾動情況下大幅度地提高了系統(tǒng)阻尼，改善了系統(tǒng)的電壓特性，提高了系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。

　　1PET工作原理PET的設(shè)計(jì)思路來自于一種具有高頻連接的AC/AC變換電路%6，其基本工作原理如所示。

　　圖中高頻變壓器起隔離和變壓作用，由于鐵芯式變壓器的體積與頻率成反比，所以高頻變壓器的體積遠(yuǎn)小于常規(guī)工頻變壓器，同時其整體效率高。從目前的研究成果看，PET的具體實(shí)現(xiàn)方案又可分為兩種形式：一種是在變換過程中不含直流環(huán)節(jié)，即直接AC/AC變換%.3，其原理是在高頻變壓器原方進(jìn)行高頻調(diào)制，在副方同步解調(diào)；另一種是在變換過程中存在直流環(huán)節(jié)，通常是在變壓器原方進(jìn)行AC/DC變換，將直流調(diào)制為高頻信號經(jīng)高頻變壓器耦合到副方后，在副方進(jìn)行DC/AC變換。兩種方案相比，由于后一種方式具備良好的控制特性，通過脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)可實(shí)現(xiàn)變壓器原、副方電壓、電流和功率的靈活控制，有望成為今后的發(fā)展方向。

　　PET物理模型假設(shè)PET原方接無窮大系統(tǒng)，系統(tǒng)母線電壓為！"！0，并且其電壓大小和相位均保持不變；副方接到輸電線路中間，其端電壓為！！a-.PET原方與無窮大系統(tǒng)間的交換功率為i，副方的輸出功率為2，2，不計(jì)PET中間環(huán)節(jié)器件的損耗，=%），由到無窮大系統(tǒng)發(fā)出或吸收的功率不受限制，可知PET副方電壓相角！）、幅值！2均可任意變化，即相當(dāng)于可控電壓源。所以，當(dāng)PET?側(cè)接無窮大系統(tǒng)時，另一側(cè)可以等效為一個可控電壓源。

　　2PET和發(fā)電機(jī)勵磁的比較優(yōu)協(xié)調(diào)控制器設(shè)計(jì)性能的1含PET的單機(jī)無窮大系統(tǒng)PET副方接在輸電線路中間，原方連接到無窮大系統(tǒng)，根據(jù)上面分析可把PET等效為可控電壓源，其幅值和相位分別為！。和！。由PWM調(diào)制原理可知中通過控制調(diào)制度（和調(diào)制角可以調(diào)節(jié)副方電壓幅值！2和！2的大小，即可調(diào)節(jié)可控電壓源電壓幅值！。和相位！的大小，從而實(shí)現(xiàn)對有功和無功的調(diào)節(jié)。根據(jù)所建立的模型設(shè)計(jì)一種PET與發(fā)電機(jī)勵磁的比較優(yōu)協(xié)調(diào)控制器，實(shí)現(xiàn)PET與系統(tǒng)的功率雙向傳輸，從而改善系統(tǒng)電壓和發(fā)電機(jī)功角等特性。設(shè)線路總長度為），PET的位置與線路始端的距離為卩）。

　　單機(jī)無窮大系統(tǒng)發(fā)電機(jī)采用三階實(shí)用模型，機(jī)械功率恒定，線路忽略分布電容及損耗，可列寫如下微分方程：網(wǎng)絡(luò)在同步坐標(biāo)/壓源幅值；！為PET等值電壓源相位角；'='"2+將網(wǎng)絡(luò)方程實(shí)部、虛部分開有再由得到：的解。

　　變換后比較終可得比較優(yōu)協(xié)調(diào)控制器的控制規(guī)律為Au=-'AZ 3仿真研宄為了分析在各種擾動下各狀態(tài)量及PET與系統(tǒng)交換功率的變化狀況，本文對如所示單機(jī)無窮大系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究。

　　=0.0；線路參數(shù)為-，0=0.1625，-n==0.35；仿真中采用三階發(fā)電機(jī)模型，狀態(tài)變量X=（w）。發(fā)電機(jī)-PET組的初始運(yùn)行狀態(tài)為1= 1.0，1'=0.6，2'=0.4（未標(biāo)單位的為標(biāo)么值）。為不失一般性，仿真中假設(shè)PET接在線路的中間，即/3=0.5，仿真中研究了下列不同擾動下的系端電壓值5%階躍后的系統(tǒng)響應(yīng)。仿真結(jié)果如所示。

　　b.擾動2%擾動2為=0.5s時發(fā)電機(jī)機(jī)端三相對地短路，0.1s后切除。仿真結(jié)果如所示。

　　制性擾動rt究1了發(fā)局lish峋冊氣獄機(jī)錢理對p地S后應(yīng)1et從圖中可以看出，本文所提出的PET和發(fā)電機(jī)勵磁的比較優(yōu)協(xié)調(diào)控制器在三相短路故障情況下可快速平息系統(tǒng)擾動，同時短路后系統(tǒng)電壓很快恢復(fù)。

　　綜合以上仿真結(jié)果可以看出，發(fā)電機(jī)功角、電壓以及PET與系統(tǒng)之間的交換功率在擾動后振蕩幅度很小，能夠迅速恢復(fù)穩(wěn)定。因?yàn)镻ET能夠?qū)崿F(xiàn)對電壓、電流和功率的靈活調(diào)節(jié)，通過發(fā)電機(jī)勵磁和PET的比較優(yōu)協(xié)調(diào)控制，可根據(jù)系統(tǒng)的需要，實(shí)現(xiàn)PET與系統(tǒng)之間功率的迅速交換和雙向流動，提高了系統(tǒng)阻尼，有效抑制了擾動下系統(tǒng)的振蕩，使其迅速恢復(fù)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，從而大幅度提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。

　　4結(jié)論本文提出一種通過PET改善電力系統(tǒng)動態(tài)特性的新方法，依據(jù)PET的功率特性，把PET并接入遠(yuǎn)距離輸電線路的中間實(shí)現(xiàn)和另一系統(tǒng)相連，并且在此基礎(chǔ)上建立了PET和同步發(fā)電機(jī)勵磁的比較優(yōu)協(xié)調(diào)控制器。控制器中的控制量分別為發(fā)電機(jī)勵磁電壓、等效可控電壓源的電壓幅值和相角，狀態(tài)量為發(fā)電機(jī)的功角、角速度、機(jī)端電壓。

　　仿真結(jié)果表明，該方法有著良好的效果，通過比較優(yōu)協(xié)調(diào)控制，在擾動下表現(xiàn)出了很好的性能，有效地提高了擾動條件下的系統(tǒng)阻尼。本文的研究顯示了PET應(yīng)用于電力系統(tǒng)的巨大潛力，同時為提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性提供了一種可行的方法。