移相变压器（移相升压器）

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移相变压器也称为移相升压器、相角调节变压器、相角调节器 (PAR) 或移相器。

移相变压器是一种特殊的变压器，用于电力传输网络中控制系统中无功功率的流动。它是智能电网系统的重要组成部分，因为它可以控制电网中功率的流动。

阅读本章，全面了解移相变压器的结构、工作原理、优点和应用。

输电网络中功率流控制理论

在交流输电网络中，传输线路中的功率流与发端和收端电压相位角差的正弦成正比。

因此，可以通过操纵相位角来控制通过传输线的功率流。为了执行此操作，使用移相变压器或移相升压器。

移相变压器简介

移相变压器 (PST) 是一种专门设计的电气变压器，用于三相交流输电网络中控制通过线路的无功功率流动。

移相变压器的这种操作基于操纵发端和收端电压之间的相位角差。移相变压器主要用于在网络中分配总功率，以防止单个线路过载，并提高整个输电网络的稳定性和效率。

在输电网络中，移相变压器通常执行以下功能：

• 它允许操作员精确控制通过传输线的无功功率流动，并使其独立于发电。
• 通过将功率重新路由到可用的并联电路，它可以防止传输线和其他设备过载。
• 它还可以提高输电网络的输电容量。

移相变压器的结构

典型的移相变压器由两个独立的变压器单元组成，即串联变压器单元和并联变压器单元。这两个单元连接在一起，如下图所示。

从该电路图可以看出，并联变压器的主绕组连接在三相输电线上，副绕组连接到串联变压器的主绕组。此外，串联变压器单元的副绕组与输电线串联连接。

移相变压器的工作原理

移相变压器的主要功能是调节输电网络中输入和输出电压之间的相位角。这种调整有助于控制传输线中的无功功率流动。下面详细解释了移相变压器执行无功功率流控制的工作原理。

并联变压器单元的主绕组连接在输电线的各相之间，因此它产生一个输出电压，该输出电压相对于电源电压相移 90°（正交）。

然后将并联变压器单元的移相输出电压提供给串联变压器单元。由于串联变压器单元的副绕组与输电线各相串联连接，因此增加了移相分量。因此，输电线的总输出电压是电源电压和并联变压器产生的 90° 或正交分量的矢量和。

可以通过调节并联变压器单元副绕组上的分接头连接来控制正交分量的幅值。

工作模式

根据系统条件，移相升压器可以以以下两种模式运行：

• 升压模式 - 在这种工作模式下，输入和输出电压之间的相位角增加。在这种模式下，向负载的无功功率流动得到提升。
• 降压模式 - 在这种模式下，相位角减小，导致向负载的无功功率流动减少。

移相变压器的功能

移相变压器是智能电网输电系统中的重要组成部分。移相变压器的主要功能是控制和管理传输线中的无功功率流动。

这里解释了移相变压器的一些主要功能：

• 功率流控制 - 这是移相变压器的主要功能。PST 控制输电系统中向负载的无功功率或有功功率的流动。此功能可优化传输线的运行并防止过载情况。
• 负载平衡 - 移相变压器还有助于平衡所有并联传输线上的负载，以避免网络中任何一条线路过载。
• 相位角差调整 - 移相变压器调整传输线输入和输出电压之间的相位角差。这可以控制有功功率的流动，并实现有效的电力传输。
• 热过载保护 - 通过控制功率流并防止电力线过载，移相变压器可以保护系统设备免受过热和故障的影响。
• 有效管理高压和大功率系统 - 移相变压器可以处理大量的电压和功率。因此，它们用于有效地管理高压输电系统。

移相变压器的类型

根据结构和运行特性，移相变压器可分为以下主要类型：

直接移相变压器 (Direct PST)

以下是直接 PST 的一些重要特征：

• 它具有 3 核设计。
• 其绕组以适当的方式布置以实现所需的相移。
• 与其他变压器相比，直接移相变压器设计简单。
• 它主要用于需要简单相角调整和功率流控制而无需任何复杂性的输电系统。

间接移相变压器 (Indirect PST)

以下几点突出了间接移相变压器的一些重要特征：

• 它使用两个独立的变压器单元，即串联变压器单元和可变分接励磁单元。
• 可变分接励磁单元用于修改正交电压输出的幅值。
• 串联变压器单元用于以适当的相位角将正交电压添加到电源电压中。
• 间接移相变压器提供更精确和灵活的相位角、电压幅值和功率流控制。
• 因此，这些变压器主要用于需要精确功率流控制的复杂输电系统。

非对称移相变压器 (Asymmetrical PST)

非对称移相变压器的重要特征如下：

• 此移相变压器产生的输出电压相对于电源电压具有不同的幅值和相位角。
• 此变压器允许对输出电压的特性进行更高的调整。
• 非对称 PST 主要用于需要特定电压特性的工业和专业电力传输系统。

对称移相变压器 (Symmetrical PST)

以下是对称移相变压器的重要特征：

• 对称移相变压器产生的输出电压与电源电压具有相同的幅值，但具有不同的相位角。
• 与非对称 PST 相比，对称 PST 设计更简单，效率更高。
• 它主要用于需要相角调整而无需改变线路电压的标准输电系统。

移相变压器测试

在移相变压器上，我们必须进行各种测试以确定其健康状况并确保其预期功能。移相变压器的测试是一个重要的过程，以确保其可靠性。通常，一些测试在制造商场所的测试实验室中进行，而另一些则在安装现场进行。

以下是我们必须对移相变压器进行的一些常见测试，以评估其状况 -

• 匝数比测试 - 此测试旨在根据设计规范验证变压器的匝数比。
• 绕组电阻测试 - 它用于确定初级和次级绕组的电阻，并评估移相变压器绕组中任何类型的故障或缺陷。
• 相移测试 - 此测试用于检查移相变压器是否在输入和输出电压之间产生所需的相移。
• 励磁电流测试 - 此测试在移相变压器上进行，以确定变压器在空载条件下汲取的电流值。

移相变压器的优点

移相变压器在电力传输系统中使用时具有多种优点。下面列出了在传输系统中使用移相变压器的一些常见好处 -

• 移相变压器使电网运营商能够管理由于互联的多个传输路径而产生的环路潮流。这有助于减少线路的效率低下和过载。
• 移相变压器可以重新路由电力潮流并防止某些输电线路过载。
• 移相变压器还有助于在所有并联线路之间均衡分配电力，并最大限度地降低任何单个线路过载的风险。
• 它还可以提高输电系统的整体电力潮流容量，并减少安装新线路的需求。
• 移相变压器提供了改进传输系统中资源利用率的经济方法，并减少了对新基础设施安装和所需资本的需求。
• 移相变压器通过优化电力潮流和减少线路过载来提高输电系统的可靠性。
• 移相变压器降低了输电线路热过载的风险，从而延长了其使用寿命。它也导致最少的维护需求。

移相变压器的应用

以下是移相变压器在电力系统中的一些常见应用 -

• 它用于传输系统以控制输电线路中的有功功率流量。
• 它也用于相角移相，以提高输电网容量的利用率。
• 它还用于解决不可预测的供应问题。
• 移相变压器还用于各种先进的电力系统应用中，例如提高容量变电站、在变电站内共享备用电源、改进负荷管理和稳定性等。

结论

移相变压器或正交升压器是一种专门设计的变压器，通过调整输入和输出电压之间的相角来提高传输系统的电力潮流容量和稳定性。这种变压器用于智能电网以管理传输网络中的有功功率流量。它是智能电网传输系统的重要组成部分，因为它将传统能源和可再生能源整合到一个电网中。

现在让我们进入下一章，了解智能电网的另一个重要组成部分，即插电式混合动力汽车 (PHEV)。