移相變壓器（移相升壓器）

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移相變壓器也稱為移相升壓器、相角調節變壓器、相角調節器 (PAR) 或移相器。

移相變壓器是一種特殊的變壓器，用於電力傳輸網路中控制系統中無功功率的流動。它是智慧電網系統的重要組成部分，因為它可以控制電網中功率的流動。

閱讀本章，全面瞭解移相變壓器的結構、工作原理、優點和應用。

輸電網路中功率流控制理論

在交流輸電網路中，傳輸線路中的功率流與發端和收端電壓相位角差的正弦成正比。

因此，可以透過操縱相位角來控制透過傳輸線的功率流。為了執行此操作，使用移相變壓器或移相升壓器。

移相變壓器簡介

移相變壓器 (PST) 是一種專門設計的電氣變壓器，用於三相交流輸電網路中控制透過線路的無功功率流動。

移相變壓器的這種操作基於操縱發端和收端電壓之間的相位角差。移相變壓器主要用於在網路中分配總功率，以防止單個線路過載，並提高整個輸電網路的穩定性和效率。

在輸電網路中，移相變壓器通常執行以下功能：

• 它允許操作員精確控制透過傳輸線的無功功率流動，並使其獨立於發電。
• 透過將功率重新路由到可用的並聯電路，它可以防止傳輸線和其他裝置過載。
• 它還可以提高輸電網路的輸電容量。

移相變壓器的結構

典型的移相變壓器由兩個獨立的變壓器單元組成，即串聯變壓器單元和並聯變壓器單元。這兩個單元連線在一起，如下圖所示。

從該電路圖可以看出，並聯變壓器的主繞組連線在三相輸電線上，副繞組連線到串聯變壓器的主繞組。此外，串聯變壓器單元的副繞組與輸電線串聯連線。

移相變壓器的工作原理

移相變壓器的主要功能是調節輸電網路中輸入和輸出電壓之間的相位角。這種調整有助於控制傳輸線中的無功功率流動。下面詳細解釋了移相變壓器執行無功功率流控制的工作原理。

並聯變壓器單元的主繞組連線在輸電線的各相之間，因此它產生一個輸出電壓，該輸出電壓相對於電源電壓相移 90°（正交）。

然後將並聯變壓器單元的移相輸出電壓提供給串聯變壓器單元。由於串聯變壓器單元的副繞組與輸電線各相串聯連線，因此增加了移相分量。因此，輸電線的總輸出電壓是電源電壓和並聯變壓器產生的 90° 或正交分量的向量和。

可以透過調節並聯變壓器單元副繞組上的分接頭連線來控制正交分量的幅值。

工作模式

根據系統條件，移相升壓器可以以以下兩種模式執行：

• 升壓模式 - 在這種工作模式下，輸入和輸出電壓之間的相位角增加。在這種模式下，向負載的無功功率流動得到提升。
• 降壓模式 - 在這種模式下，相位角減小，導致向負載的無功功率流動減少。

移相變壓器的功能

移相變壓器是智慧電網輸電系統中的重要組成部分。移相變壓器的主要功能是控制和管理傳輸線中的無功功率流動。

這裡解釋了移相變壓器的一些主要功能：

• 功率流控制 - 這是移相變壓器的主要功能。PST 控制輸電系統中向負載的無功功率或有功功率的流動。此功能可最佳化傳輸線的執行並防止過載情況。
• 負載平衡 - 移相變壓器還有助於平衡所有並聯傳輸線上的負載，以避免網路中任何一條線路過載。
• 相位角差調整 - 移相變壓器調整傳輸線輸入和輸出電壓之間的相位角差。這可以控制有功功率的流動，並實現有效的電力傳輸。
• 熱過載保護 - 透過控制功率流並防止電力線過載，移相變壓器可以保護系統裝置免受過熱和故障的影響。
• 有效管理高壓和大功率系統 - 移相變壓器可以處理大量的電壓和功率。因此，它們用於有效地管理高壓輸電系統。

移相變壓器的型別

根據結構和執行特性，移相變壓器可分為以下主要型別：

直接移相變壓器 (Direct PST)

以下是直接 PST 的一些重要特徵：

• 它具有 3 核設計。
• 其繞組以適當的方式佈置以實現所需的相移。
• 與其他變壓器相比，直接移相變壓器設計簡單。
• 它主要用於需要簡單相角調整和功率流控制而無需任何複雜性的輸電系統。

間接移相變壓器 (Indirect PST)

以下幾點突出了間接移相變壓器的一些重要特徵：

• 它使用兩個獨立的變壓器單元，即串聯變壓器單元和可變分接勵磁單元。
• 可變分接勵磁單元用於修改正交電壓輸出的幅值。
• 串聯變壓器單元用於以適當的相位角將正交電壓新增到電源電壓中。
• 間接移相變壓器提供更精確和靈活的相位角、電壓幅值和功率流控制。
• 因此，這些變壓器主要用於需要精確功率流控制的複雜輸電系統。

非對稱移相變壓器 (Asymmetrical PST)

非對稱移相變壓器的重要特徵如下：

• 此移相變壓器產生的輸出電壓相對於電源電壓具有不同的幅值和相位角。
• 此變壓器允許對輸出電壓的特性進行更高的調整。
• 非對稱 PST 主要用於需要特定電壓特性的工業和專業電力傳輸系統。

對稱移相變壓器 (Symmetrical PST)

以下是對稱移相變壓器的重要特徵：

• 對稱移相變壓器產生的輸出電壓與電源電壓具有相同的幅值，但具有不同的相位角。
• 與非對稱 PST 相比，對稱 PST 設計更簡單，效率更高。
• 它主要用於需要相角調整而無需改變線路電壓的標準輸電系統。

移相變壓器測試

在移相變壓器上，我們必須進行各種測試以確定其健康狀況並確保其預期功能。移相變壓器的測試是一個重要的過程，以確保其可靠性。通常，一些測試在製造商場所的測試實驗室中進行，而另一些則在安裝現場進行。

以下是我們必須對移相變壓器進行的一些常見測試，以評估其狀況 -

• 匝數比測試 - 此測試旨在根據設計規範驗證變壓器的匝數比。
• 繞組電阻測試 - 它用於確定初級和次級繞組的電阻，並評估移相變壓器繞組中任何型別的故障或缺陷。
• 相移測試 - 此測試用於檢查移相變壓器是否在輸入和輸出電壓之間產生所需的相移。
• 勵磁電流測試 - 此測試在移相變壓器上進行，以確定變壓器在空載條件下汲取的電流值。

移相變壓器的優點

移相變壓器在電力傳輸系統中使用時具有多種優點。下面列出了在傳輸系統中使用移相變壓器的一些常見好處 -

• 移相變壓器使電網運營商能夠管理由於互聯的多個傳輸路徑而產生的環路潮流。這有助於減少線路的效率低下和過載。
• 移相變壓器可以重新路由電力潮流並防止某些輸電線路過載。
• 移相變壓器還有助於在所有並聯線路之間均衡分配電力，並最大限度地降低任何單個線路過載的風險。
• 它還可以提高輸電系統的整體電力潮流容量，並減少安裝新線路的需求。
• 移相變壓器提供了改進傳輸系統中資源利用率的經濟方法，並減少了對新基礎設施安裝和所需資本的需求。
• 移相變壓器透過最佳化電力潮流和減少線路過載來提高輸電系統的可靠性。
• 移相變壓器降低了輸電線路熱過載的風險，從而延長了其使用壽命。它也導致最少的維護需求。

移相變壓器的應用

以下是移相變壓器在電力系統中的一些常見應用 -

• 它用於傳輸系統以控制輸電線路中的有功功率流量。
• 它也用於相角移相，以提高輸電網容量的利用率。
• 它還用於解決不可預測的供應問題。
• 移相變壓器還用於各種先進的電力系統應用中，例如提高容量變電站、在變電站內共享備用電源、改進負荷管理和穩定性等。

結論

移相變壓器或正交升壓器是一種專門設計的變壓器，透過調整輸入和輸出電壓之間的相角來提高傳輸系統的電力潮流容量和穩定性。這種變壓器用於智慧電網以管理傳輸網路中的有功功率流量。它是智慧電網傳輸系統的重要組成部分，因為它將傳統能源和可再生能源整合到一個電網中。

現在讓我們進入下一章，瞭解智慧電網的另一個重要組成部分，即插電式混合動力汽車 (PHEV)。