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　　1異步聯網措施展示出新穎功能近幾年，北美、歐洲等地區的一些發達國家中連續發生了幾起重大停電事故，引起人們的嚴重關注。從對事故的調研分析中，加深了人們對電力系統動態行為和一些電力設備潛在性能的認識，如對電力系統異步聯網設施（包括高壓直流輸電HVDC）功能和效益的新認識。電力系統異步聯網設施的功能可進一步歸納為：①用以將2個異步電網互聯運行，并隔斷一網事故對另一網的影響；②減少故障電流、降低開關的遮斷容量；③減輕或調整電力市場的阻塞現象；④降低和挽救電網中電壓失穩的危險；⑤降低交流電網中難于克服的環流；⑥增大并列交流線的輸送能力和交流電網的運行穩定性；⑦以快速控制能力，抵御電網中電流和功率的突變和振蕩，增強電網的抗干擾和防事故能力，并對連鎖事故起到“防火墻”作用；⑧事故時并不立即斷開，仍能輸送一定功率，支持相鄰電網的運行。從上述歸納可以看出，異步聯網設施功能中有一半是新認識的性能。

　　對電力系統異步聯網設施，除了已發展50多年的高壓直流輸電HVDC“背靠背”裝置外，后又出現了功能更良好的輕型HVDC（VSC－HVDC）構成的“背靠背”裝置，它們皆基于由電力電子器件組成的換流器技術。近，實現異步聯網的技術措施有了重大進展，出現了一種性能優良的機電型異步聯網裝置，即“面對面”式基于變頻變壓器（VFT）的新裝置。其應用發展快速，已引起廣泛關注，2“背靠背”和“面對面”型異步聯網裝置的區別2.1“背靠背”直流輸電“背靠背”直流輸電與常規直流輸電相比在功能上是有區別的，前者僅負擔異步互聯任務，而后者要兼有大功率、長距離的輸電任務。僅從聯網功能看，“背靠背”直流輸電與常規直流輸電相比具有如下優點：①由于兩側換流器皆安裝于同一閥廳內，換流站設備相應減少，換流站結構相對簡化，有利于實現模塊化設計，使換流站的造價可降低約20％。②因無直流線路，沒有通信延時，使控制系統動作更快，也使保護系統得到簡化。③由于無直流線路，換流站的損耗很小，可更快速而方便地控制直流電壓和電流，以進行無功功率或交流電壓的控制，有利于提高電網的穩定性和對低頻振蕩的阻尼能力。

　　當對“背靠背”直流輸電和“背靠背”輕型直流輸電進行比較時，則后者具有更優良的性能。如更好的黑啟動性能以及更好的有功和無功控制能力等，結構也更加簡化。此功能的發揮皆源于后者采用了新一代的電力電子器件絕緣柵雙極晶閘管（IBGT）所組成的自換相型電壓源換流器（VSC）的原故。

　　2.2“面對面”式異步聯網裝置“面對面”式異步聯網裝置省略了“背靠背”式異步聯網裝置的中間直流變換環節，從而使兩側的交流電網“面對面”

　　地互聯在一起。這種非電氣的電磁互聯關系是依靠一個可旋轉的變壓器實現的。它的基本結構是一臺新型大功率的繞線式電動機，其定子和轉子上各有3組繞組，分別與送受端的兩側電網相互聯接。轉子由另一直流電動機以及其電力電子型的拖動系統進行轉動的快速調節，以滿足互聯關系中對頻率、電流、電壓和功率變化雙向調節的需求。

　　這種由美國GE公司設計的新型“面對面”式雙向異步互聯裝置，其首臺設備于2003年10月投產，用作將加拿大魁北克的Langlois變電站與美國紐約的電網互聯，設計容量為200MW，先運行了單臺100MW的設備。第2臺新型“面對面”式雙向異步互聯裝置用于將美國德克薩斯州Laredo地區的變電站與墨西哥北部邊境的138kV／CFE電網進行互聯，目前正處入安裝階段，預計將于2007年早期投產。

　　上述2個項目皆用作國際聯網的用途，同時第2個項目被北美電力可靠性協會（NERC）機構批準為2003年東北部大事故后制訂的一系列“可靠性必備出路（RMR）策略項目”之一，屬于NERC監管的一項戰略防御項目。

　　2.3變電站結線和VFT的結構第2臺“面對面”式異步互聯裝置的變電站結線圖如所示，它在兩國相應電網間起異步互聯的作用；VFT的本質是一臺可運行于任一相角的連續變位的移相變壓器，其全部結構如所示；VFT中定子的安裝如圖3所示。

　　如果將上述與相應的作比較，可看出2臺設備是基本相同的，只是由于互聯的電網條件（電交換功率，同時也能快速反應于系統的干擾而維持穩定的功率交換，與有功功率潮流無關。轉子本身就隨兩側異步運行系統的相角而轉動，如果系統有頻差，轉子將連續轉動。即使轉子不轉動時，馬達和拖動系統也能連續施加轉矩。當一側系統中突生干擾時，即產生頻率偏移，VFT將以比例于兩系統頻差的速度轉動。如果此時還有交換功率，則VFT會不間斷的進行功率交換，并連續維持功率值。

　　經過VFT交換的無功功率值將遵循常規交流電路規則，即由VFT的串聯阻抗值和兩側電壓的峰值差決定。與電力電子設備不同的是：VFT不產生任何諧波，并與鄰近發電機或其他電力設備之間不會產生任何干擾或諧振，且其維修量和備品量更少，運行可靠性更高。

　　關于“面對面”和“背靠背”HVDC的技術經濟比較。

　　2.5VFT的動態性能有關VFT的動態性能，已給出了其控制系統和保護系統的描述框圖，此外還介紹了其動態仿真分析和現場試驗的結果。其中包括雙向滿功率突調，對電網中故障的反應，孤立系統中大電機跳閘，以及紐約和魁北克電網異步運行時VFT的功率調節等一系列動態過程。完全可供了解美國與墨西哥“面對面”電網互聯裝置的動態性能時參考。

　　但是，對于第1臺和第2臺“面對面”電網互聯裝置，它們所應用電網的具體情況還有些差別。雖然都是在正常運行中自小網（魁北克和墨西哥的CFE電網）向大網（紐約電網和ERCOT電網）送電，但ERCOT受電的Laredo地區卻是一個大負荷集中地區，尤其在夏季峰荷時，大量空調負荷的嚴重影響絕不可忽視，因此，這是一個敏感的電壓易崩潰地區。因此在暫態和動態性能研究中必須重視仿真計算中的負荷模型。后結論是2／3的負荷必須采用感應電動機模型，其余1／3采用靜態多項式的負荷模型，這樣才能進行電壓崩潰的研究，而且必須在南德克薩斯州中每一個負荷母線上都采用這種負荷模型才行。

　　動態研究包括送端輸電線上的各種N－1校核，其中有三相接地故障和無故障跳閘。幾乎所有情況下，事故后過程中都出現明顯的電壓恢復問題，但各種暫態故障皆形成不了大問題。即使在壞的單項事故情況下，ERCOT也可利用VFT取得充分應變的余地。VFT運行時，經過VFT自CFE向ERCOT電網輸送有功和無功功率時的一個典型事故的過渡過程如圖4所示；VFT的CFE和ERCOT兩側的電壓恢復過程如圖5所示，應注意圖5中示出事故后電壓恢復過程中的延緩現象。

　　可以看出，在事故清除后，突然增大輸向受端的有功功率，這將使受端Laredo地區的電壓相角不再繼續滯后于ERCOT系統。兩者之間的電壓相角差將形成事故后搖擺中的電壓小突降，這是由于感應馬達再加速的原因造成的。

　　“面對面”式異步聯網裝置比“背靠背”式異步聯網裝置壓等級，無功需量等）有差別，才出現少量的差異。證明事隔5年，GE公司并未對“面對面”型異步互聯設備再進行新的改進，其結構和技術已基本定型。

　　2.4VFT的穩態性能互聯的有功潮流與轉子上轉矩的方向和大小成正比，此轉矩是由拖動馬達施加的，它又由一個電力電子型的變速拖動系統進行控制。定子和轉子間的功率方向決定于轉子上的轉矩方向，如無轉矩作用于轉子，則無任何有功功率穿越。

　　按照運行人員的整定值，其中一閉環功率調節器將保持①?轉子母線管道；②?空氣外罩；③?三相集電器；④?直流拖動電動機；⑤?直流電動機通風扇；⑥?上部支承架；⑦?定子母線管道；⑧?旋轉變壓器風扇；⑨?定子鐵心；⑩?轉子鐵心；?繞組接線；?下部推力撐座

　　還具有另一巨大優越性，即前者即使在零交換功率狀態下也能正常供給無功功率，但后者則會完全關斷。“面對面”式異步聯網裝置的這種能力在電壓降低的情況下更加有用，它會在事故后電壓恢復過程中決定是否引發電壓崩潰。有關這一點，魁北克和GE公司在技術規范中有明確規定；而且得到了大量仿真計算的驗證和投產后發生的一些電網事件的證實。

　　3結束語（1）對異步互聯設施和裝置在電網事故過程中的作用有了進一步的認識，已形成了人們對其應用的廣泛重視，將進一步促進其實際應用。

　　（2）GE公司研制并安裝運行于2處國際聯網的“面對面”異步聯網設備，以其設計、研究和運行經驗證明，這是一種新型的、性能優良的異步聯網設備。

　　（3）基于VFT的“面對面”異步聯網裝置的運行性能明顯優于2種“背靠背”式HVDC裝置。

　　（4）我國在局部電網互聯、大區異步互聯電網的末稍電網互聯、存在嚴重穩定性問題的電網中插入“隔離”環節、海島電網與陸上電網互聯以及風電電網接入主網等情況下，都可以綜合研究比較上述3種異步聯網設備的適應性能，以求得優化方案。

　　（5）VFT機組的大容量現在為100MW，從聯網需求來看，應研制200MW機組，以擴大其適用范圍。

　　（6）在由電力電子器件構成的拖動系統中加入相應的動態輔助控制功能，就會使基于VFT的“面對面”式互聯裝置成為一種動態旋轉式（非靜止型）的柔性交流輸電系統（FACTS）的柔性控制裝置，這將從根本上擴充FACTS技術的含義。