專利名稱：具有多個水平旋轉(zhuǎn)變壓器的可變頻率變壓器及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可變頻率變壓器(VFT)，并且更具體地涉及VFT中的旋轉(zhuǎn)變壓器布置、 控制以及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
可變頻率變壓器通常用于將一個電力網(wǎng)連接到另一個電力網(wǎng)上。兩個電力網(wǎng)傳送 處于可能不同的頻率、相位和電壓下的交變電流(AC)。VFT提供兩個電力網(wǎng)之間的受控交 流(AC)通路。VFT將來自于一個電力網(wǎng)的AC電力轉(zhuǎn)換成適用于另一電力網(wǎng)中的AC電力的 頻率、相位和電壓?？勺冾l率變壓器為以可調(diào)的相位角工作的連續(xù)移相變壓器。VFT可以是雙向電流 傳輸裝置，該裝置轉(zhuǎn)換來自于第一電力網(wǎng)的AC電流用于第二電力網(wǎng)，且反之亦然。VFT通常 包括在轉(zhuǎn)子和定子上具有三相繞組的旋轉(zhuǎn)變壓器。用于旋轉(zhuǎn)變壓器的集電極(集電器)在 三相轉(zhuǎn)子繞組與同VFT相關(guān)的靜止導(dǎo)線(例如，母線)之間傳導(dǎo)電流。驅(qū)動馬達和驅(qū)動系 統(tǒng)調(diào)整VFT中的轉(zhuǎn)子相對于VFT定子的旋轉(zhuǎn)位置，以控制流過VFT的AC電力的大小、頻率、 相位和方向。VFT中的旋轉(zhuǎn)變壓器通常為諸如用于水力發(fā)電的單個大型變壓器。這些變壓器在 水平平面內(nèi)圍繞大的垂直軸旋轉(zhuǎn)。盡管常規(guī)的可變頻率變壓器已布置成在變電站并聯(lián)以形 成電力網(wǎng)之間的大型異步互連，但這些并聯(lián)變壓器是作為單獨的變壓器進行工作和經(jīng)受控 制的。變壓器很大，而用于變壓器的軸也很大。由于大型變壓器具有很長的垂直軸，故VFT 需要具有很高頂棚(ceiling)的特殊建筑物。VFT通常為相對較高的大型裝置，因為它們通常包括具有垂直旋轉(zhuǎn)軸的大型旋轉(zhuǎn) 變壓器。常規(guī)VFT通常需要昂貴的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)來支承變壓器，且收容在特殊的較高建筑物 中。VFT可安裝在兩個電網(wǎng)之間的變電站處。這些變電站通常很遠，且不容易接近以便構(gòu)造 VFT0對于在很遠的變電站處安裝VFT的建造成本可能很龐大。

發(fā)明內(nèi)容
已經(jīng)研發(fā)出一種可變頻率變壓器的異步電力變壓器，其包括多個相對較小的旋轉(zhuǎn) 機器，例如，使用大型馬達技術(shù)代替水力發(fā)電機技術(shù)而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)變壓器，該多個相對較小的 旋轉(zhuǎn)機器相結(jié)合地將來自于一個電力網(wǎng)的AC電力轉(zhuǎn)換成與另一個電力網(wǎng)兼容的AC電力。 多個較小的旋轉(zhuǎn)機器連接成成組的并聯(lián)機器，且共同受到控制而形成單個可變頻率變壓
ο—種可變頻率變壓器，包括多個旋轉(zhuǎn)變壓器，其分別包括轉(zhuǎn)子繞組、定子繞組和 驅(qū)動馬達；第一并聯(lián)電路，其包括并聯(lián)布置的旋轉(zhuǎn)變壓器中的至少兩個，且具有連接到第一 并聯(lián)電路中的至少兩個旋轉(zhuǎn)變壓器中的各個的第一繞組上的隔離電路斷路器，其中，第一 繞組為轉(zhuǎn)子繞組或定子繞組，以及連接到第一并聯(lián)電路中的各旋轉(zhuǎn)變壓器的各第二繞組上 的單獨的同步電路斷路器，其中，第二繞組為并非第一繞組的轉(zhuǎn)子繞組或定子繞組；第二并
4聯(lián)電路，其包括并聯(lián)布置的旋轉(zhuǎn)變壓器中的至少兩個，且具有連接到第二并聯(lián)電路中的至 少兩個旋轉(zhuǎn)變壓器中的各個的第一繞組上的隔離電路斷路器，以及連接到第二并聯(lián)電路中 的各旋轉(zhuǎn)變壓器的各第二繞組上的單獨的同步電路斷路器；第一主變壓器，其具有可連接 到第一電力網(wǎng)上的第一繞組和可連接到第一并聯(lián)電路和第二并聯(lián)電路中的隔離電路斷路 器上的至少一個次級繞組；第二主變壓器，其具有可連接到第二電力網(wǎng)上的第一繞組和可 連接到第一并聯(lián)電路和第二并聯(lián)電路中的各同步電路斷路器上的至少一個次級繞組；以及 控制系統(tǒng)，其可操作地連接到同步電路斷路器、隔離電路斷路器以及用于各旋轉(zhuǎn)變壓器的 驅(qū)動馬達中的各個上。一種可變頻率變壓器，包括多個旋轉(zhuǎn)變壓器，其分別包括轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子繞組、定子繞 組和驅(qū)動馬達，其中，驅(qū)動馬達使轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子繞組以由控制系統(tǒng)所確定的旋轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)動；第 一并聯(lián)電路，其包括并聯(lián)布置的旋轉(zhuǎn)變壓器中的至少兩個，且具有連接到第一并聯(lián)電路中 的至少兩個旋轉(zhuǎn)變壓器中的各個的第一繞組上的隔離電路開關(guān)，其中，第一繞組為轉(zhuǎn)子繞 組或定子繞組，以及連接到第一并聯(lián)電路中的各旋轉(zhuǎn)變壓器的各第二繞組上的單獨的同步 電路開關(guān)，其中，第二繞組為并非第一繞組的轉(zhuǎn)子繞組或定子繞組；第二并聯(lián)電路，其包括 并聯(lián)布置的旋轉(zhuǎn)變壓器中的至少兩個，且具有連接到第二并聯(lián)電路中的至少兩個旋轉(zhuǎn)變壓 器中的各個的第一繞組上的隔離電路開關(guān)，以及連接到第二并聯(lián)電路中的各旋轉(zhuǎn)變壓器的 各第二繞組上的單獨的同步電路開關(guān)；第一主變壓器，其具有可連接到第一電力網(wǎng)上的第 一繞組和可連接到第一并聯(lián)電路和第二并聯(lián)電路中的隔離電路開關(guān)上的至少一個次級繞 組；第二主變壓器，其具有可連接到第二電力網(wǎng)上的第一繞組和可連接到第一并聯(lián)電路和 第二并聯(lián)電路中的各隔離電路開關(guān)上的至少一個次級繞組；以及控制系統(tǒng)，其可操作地連 接到同步電路開關(guān)、隔離電路開關(guān)和用于各旋轉(zhuǎn)變壓器的驅(qū)動馬達中的各個上。一種方法，用于在將第一電力網(wǎng)中的交變電流(AC)電力轉(zhuǎn)換成用于第二電力網(wǎng) 的AC電力的可變頻率變壓器中使旋轉(zhuǎn)變壓器同步，該方法包括閉合第一隔離電路斷路器 以將第一電力網(wǎng)連接到第一并聯(lián)電路上，且按順序使第一并聯(lián)電路中的多個旋轉(zhuǎn)變壓器中 的各個同步，其中，各旋轉(zhuǎn)變壓器通過控制應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子上的驅(qū)動馬達而同步， 以及在各旋轉(zhuǎn)變壓器同步時，閉合同步電路斷路器以將同步的旋轉(zhuǎn)變壓器連接到第二電力 網(wǎng)上，以及在使第一并聯(lián)電路中的旋轉(zhuǎn)變壓器與第二電力網(wǎng)同步之后，閉合第二隔離電路 斷路器以將第一電力網(wǎng)連接到第二并聯(lián)電路上，且按順序使第二并聯(lián)電路中的多個旋轉(zhuǎn)變 壓器中的各個同步，其中，各旋轉(zhuǎn)變壓器通過控制應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子上的驅(qū)動馬達 而同步，以及在各旋轉(zhuǎn)變壓器同步時，閉合同步電路斷路器以將同步的旋轉(zhuǎn)變壓器連接到 第二電力網(wǎng)上。


圖1為具有可變頻率變壓器的電力變電站的示圖，該可變壓頻率變壓器布置成將 聯(lián)接到變電站上的一個電力網(wǎng)的電力轉(zhuǎn)換到聯(lián)接在變電站上的另一個電力網(wǎng)中。圖2為布置成聯(lián)接兩個電力網(wǎng)的可變頻率變壓器的第一實施例的電學(xué)簡圖。圖3和圖4提供了用于使可變頻率變壓器中的變壓器同步的示例性控制序列的流 程圖。圖5為布置成聯(lián)接兩個電力網(wǎng)的可變頻率變壓器轉(zhuǎn)換器的第二實施例的電學(xué)簡圖。零件清單10電力變電站12可變頻率變壓器14，16 電力網(wǎng)18旋轉(zhuǎn)機器20，21用于旋轉(zhuǎn)機器的鋼框架22框架和機器位于其上的建筑物的地基24建筑物26主變壓器28VAR 組(bank)30控制建筑物32圖2所示的VAR34，36，38，40 旋轉(zhuǎn)變壓器42，44旋轉(zhuǎn)變壓器的并聯(lián)電路45輔助電力電路46電力導(dǎo)線47電路斷路器48隔離電路斷路器50控制系統(tǒng)52旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子53旋轉(zhuǎn)變壓器的定子54同步電路斷路器56驅(qū)動馬達57開關(guān)58驅(qū)動系統(tǒng)60同步序列62使主變壓器通電64使輔助電力電路和驅(qū)動馬達電路通電66斷開隔離電路斷路器和同步電路斷路器68選擇一對旋轉(zhuǎn)變壓器使其啟動70閉合用于所選一對旋轉(zhuǎn)變壓器的隔離電路斷路器72驅(qū)動馬達使所選一對中的第一變壓器相對于電力網(wǎng)同步74閉合用于第一變壓器的同步電路斷路器以連接到電力網(wǎng)上76驅(qū)動馬達使所選一對中的第二變壓器與電力網(wǎng)同步78閉合用于第二變壓器的同步電路斷路器以將第一對連接到電力網(wǎng)上80閉合用于第二對變壓器的隔離電路斷路器82驅(qū)動馬達使第二對變壓器中的第一變壓器同步84閉合用于第一變壓器的同步電路斷路器以連接到電力網(wǎng)上86驅(qū)動馬達使第二電路對中的第二變壓器同步
88閉合用于第二變壓器的同步電路斷路器以連接到電力網(wǎng)上90變壓器用作可變頻率變壓器100圖5中所示的VFT的第二實施例102主變壓器104,106成對的旋轉(zhuǎn)變壓器
具體實施例方式圖1為具有可變頻率變壓器12的電力變電站10的示圖，該可變頻率變壓器12將 來自于聯(lián)接到變電站上的一個電力網(wǎng)14(圖中示為高壓線)的電力轉(zhuǎn)換到聯(lián)接在變電站 上的另一電力網(wǎng)16(圖中示為高壓線)中。可變頻率變壓器12包括兩對或多對旋轉(zhuǎn)機器 18 (圖1中示出了四個旋轉(zhuǎn)變壓器)。這些旋轉(zhuǎn)機器18可包括構(gòu)造成作為變壓器工作的轉(zhuǎn)子、定子和驅(qū)動馬達。例如， 旋轉(zhuǎn)機器可為常規(guī)的工業(yè)馬達，如通常在制造工廠使用或用于海洋船舶推進的25兆瓦 (MW)的馬達。各旋轉(zhuǎn)機器的轉(zhuǎn)子軸可為水平的。旋轉(zhuǎn)機器可安裝在位于變電站中的建筑物 24的矩形地基22上的一個或多個鋼框架20，21上。各框架20，21均可支承并聯(lián)電路42， 44的其中一個上的旋轉(zhuǎn)機器(例如，兩個)。在建造變電站期間，建筑物24和鋼框架20可預(yù)先制造并運輸?shù)阶冸娬镜慕ㄔ靾?所。建筑物20不必像具有垂直定向轉(zhuǎn)子的常規(guī)VFT所需的建筑物那樣高。由于旋轉(zhuǎn)機器 18優(yōu)選為小于且輕于通常用作VFT的旋轉(zhuǎn)機器，故旋轉(zhuǎn)機器18相對易于運輸和安裝在變電站處。變電站還可包括常規(guī)變電站構(gòu)件，如用于各電力網(wǎng)14，16的主變壓器26，其將來 自各電網(wǎng)的AC電壓電平轉(zhuǎn)換成適于可變頻率變壓器12的電壓電平；無功伏安(VAR)組28， 其用以控制流過變電站的AC電流無功電力；以及控制建筑物30，其收容計算機、傳感監(jiān)測 儀器以及用以控制和監(jiān)測可變頻率變壓器的其它設(shè)備。圖2為布置成聯(lián)接電力網(wǎng)14，16的可變頻率變壓器轉(zhuǎn)換器32的第一實施例的電 學(xué)簡圖。可變頻率變壓器轉(zhuǎn)換器32包括成對布置的四個旋轉(zhuǎn)變壓器34，36，38，40，使得變 壓器34和36布置在第一并聯(lián)電路42中，而變壓器38和40布置在第二并聯(lián)電路44中。在圖2中所示的實施例中，100麗可變頻率變壓器32通過聯(lián)接四個25麗的旋轉(zhuǎn)變 壓器34，36，38和40而形成。各旋轉(zhuǎn)變壓器可具有相同的額定功率容量，例如，25MW。各旋 轉(zhuǎn)變壓器中的轉(zhuǎn)子繞組和定子繞組為三相繞組。主變壓器26分別為具有兩個次級繞組的 三繞組式升壓變壓器。主變壓器26的各次級繞組均連接到旋轉(zhuǎn)變壓器的電路對42，44上。 這些并聯(lián)電路42，44中的各個均在其相應(yīng)的末端聯(lián)接到用于各電力網(wǎng)14，16的主變壓器26 上。電路對42，44因此并未連接到主變壓器的相同次級繞組上。因此，各并聯(lián)電路42，44 經(jīng)由主變壓器26單獨地聯(lián)接到電力網(wǎng)14，16上。并聯(lián)電路42，44并未彼此直接相聯(lián)接。輔助電力經(jīng)由輔助電力電路45供給各并 聯(lián)電路。輔助電力電路連接到一個并聯(lián)電路42的一側(cè)上以及另一個并聯(lián)電路44的相對側(cè) 上，以容許輔助電力來自于兩電網(wǎng)中的任一電網(wǎng)。輔助電力電路可包括隔離變壓器和連桿 電路斷路器47。電路斷路器47通常是斷開的，以及在一個輔助變壓器出現(xiàn)故障時閉合。主變壓器26將各電力網(wǎng)14，16中的AC電壓電平轉(zhuǎn)換成用于旋轉(zhuǎn)機器34，36，38和40的電力電平，例如，13. 8千伏(kV)。VAR組28 (例如，12. 5MVAR并聯(lián)組)有助于提高 在主變壓器26與旋轉(zhuǎn)變壓器的各并聯(lián)電路42，44的終端之間的各電力導(dǎo)線46中的AC電 流的實用功率因數(shù)。單個隔離電路斷路器48提供在旋轉(zhuǎn)變壓器的各并聯(lián)電路42，44的一端處的公共 終端上。閉合隔離電路斷路器48容許來自于一個電力網(wǎng)14的AC電力經(jīng)由主變壓器26流 至與該隔離電路斷路器相關(guān)的并聯(lián)電路中的兩個旋轉(zhuǎn)變壓器中。用于各并聯(lián)電路42，44的隔離電路斷路器連接到各旋轉(zhuǎn)變壓器34，36，38和40的 三相轉(zhuǎn)子繞組52上。來自于電力網(wǎng)14的AC電力可應(yīng)用于轉(zhuǎn)子繞組52上，以驅(qū)動轉(zhuǎn)子和 在各旋轉(zhuǎn)變壓器34，36，38和40的定子繞組53中感生出AC電流。來自于各定子繞組53 的AC電流以適于第二電力網(wǎng)16的同步相位和共同頻率產(chǎn)生。用于各并聯(lián)電路42，44的隔離電路斷路器48由共同的控制系統(tǒng)50控制，其中，控 制系統(tǒng)50可以是計算機系統(tǒng)，其經(jīng)編程用以在將電力網(wǎng)14聯(lián)接到并聯(lián)電路上的啟動序列 中切換隔離電路斷路器，以便使旋轉(zhuǎn)變壓器同步。對于各獨立的旋轉(zhuǎn)變壓器均具有同步電 路斷路器54。各同步電路斷路器54由控制系統(tǒng)控制，且當(dāng)旋轉(zhuǎn)變壓器彼此以及與電力網(wǎng)同 步時，各同步電路斷路器54可在啟動序列期間斷開和閉合。各旋轉(zhuǎn)變壓器34，36，38和40均可包括具有轉(zhuǎn)子繞組52的轉(zhuǎn)子、具有圍繞轉(zhuǎn)子的 定子繞組53的定子，以及驅(qū)動馬達56。轉(zhuǎn)子繞組和定子繞組可為用以傳送通常在電力網(wǎng)中 使用的三相AC電力的三相繞組。驅(qū)動馬達將轉(zhuǎn)矩施加到其相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子上。來 自于驅(qū)動馬達的轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子及其轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)動，該轉(zhuǎn)子繞組具有來自于電力網(wǎng)14的電流。 來自于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)電流場在定子繞組中產(chǎn)生電流，該電流輸出到另一電力網(wǎng)16中。驅(qū)動馬 達56分別由來自于一個電力網(wǎng)的電流供以動力，該電流通過包括隔離變壓器和直流(DC) 驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動系統(tǒng)58進行供送。控制系統(tǒng)50監(jiān)測和控制驅(qū)動馬達，包括設(shè)立施加到旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子上的驅(qū)動 馬達轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)速度?？刂葡到y(tǒng)單獨地調(diào)節(jié)各旋轉(zhuǎn)變壓器中的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度和相位。通 過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器中的轉(zhuǎn)子的速度和相位，控制系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)子相對于定子的旋轉(zhuǎn)位置，且 從而通過變壓器來控制電力大小、電流方向和電流相位。此外，控制系統(tǒng)使各旋轉(zhuǎn)變壓器的 AC電力輸出與其它旋轉(zhuǎn)變壓器的AC電力輸出以及接收電力網(wǎng)同步?？刂葡到y(tǒng)按順序地使 旋轉(zhuǎn)變壓器同步，使得各變壓器與其它變壓器分開同步。圖3和圖4提供了形成可變頻率變壓器12，32的旋轉(zhuǎn)變壓器與電力網(wǎng)同步的示例 性序列60的流程圖。首先，在步驟62，初始斷開隔離電路斷路器和同步電路斷路器。為了 設(shè)立在電力網(wǎng)之間所期望的電力連接，在步驟64使三繞組式升壓主變壓器26通電，這在步 驟66使得輔助電力系統(tǒng)45和驅(qū)動馬達系統(tǒng)58通電。在步驟68，控制系統(tǒng)選擇第一并聯(lián)電路42用以啟動所選電路中的旋轉(zhuǎn)變壓器，且 使這些變壓器與電力網(wǎng)14，16同步。在步驟70，控制系統(tǒng)50閉合用于第一并聯(lián)電路的隔離 電路斷路器48，以使旋轉(zhuǎn)變壓器的電路對42，44中的一個通電。在步驟70，控制系統(tǒng)使所 選的第一并聯(lián)電路42中的第一旋轉(zhuǎn)變壓器34同步。在步驟72，為了使第一變壓器34同 步，控制系統(tǒng)50操作用于第一旋轉(zhuǎn)變壓器的相關(guān)驅(qū)動系統(tǒng)58和驅(qū)動馬達56以使變壓器與 輸出電力網(wǎng)16同步。在步驟74，當(dāng)?shù)谝恍D(zhuǎn)變壓器34同步時，與所選的第一并聯(lián)電路42 相關(guān)的同步電路斷路器54閉合，以便將來自第一旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出電力聯(lián)接到輸出電力
8網(wǎng)16上。在步驟76，當(dāng)?shù)谝恍D(zhuǎn)變壓器34連接到電力網(wǎng)14，16上之后，控制系統(tǒng)50操作驅(qū) 動馬達56和驅(qū)動系統(tǒng)58，以使所選的第一并聯(lián)電路42中的第二旋轉(zhuǎn)變壓器36同步。在步 驟78，當(dāng)?shù)诙D(zhuǎn)變壓器36已經(jīng)與第一變壓器34同步時，控制系統(tǒng)閉合所選的第一并聯(lián)電 路42中的第二同步電路斷路器54。在步驟80，在第一并聯(lián)電路42的變壓器34，36已經(jīng)啟動且相對于彼此以及電力網(wǎng) 同步之后，控制系統(tǒng)50閉合第二隔離電路斷路器48，以便將電力網(wǎng)14聯(lián)接到所選的第二并 聯(lián)電路44上，且使旋轉(zhuǎn)變壓器38，40通電?？刂葡到y(tǒng)50操作驅(qū)動馬達和驅(qū)動系統(tǒng)，以便使 所選的第二并聯(lián)電路44中的第一旋轉(zhuǎn)變壓器38同步。在步驟82，第一旋轉(zhuǎn)變壓器38同步 以在定子繞組處產(chǎn)生AC電力，該AC電力具有與所選的第一并聯(lián)電路42中的同步變換裝置 (transform)的輸出相同的頻率、電壓和相位，且與第二電力網(wǎng)16兼容。在步驟80中使第 一旋轉(zhuǎn)變壓器同步之后，在步驟84，控制系統(tǒng)50閉合聯(lián)接到該變壓器38上的同步電路斷路 器54，以便將變壓器連接到第二電力網(wǎng)16上。在步驟86，使第二并聯(lián)電路44中的第二旋轉(zhuǎn)變壓器40也同步，以便從其定子繞組 輸出頻率、相位和電壓與其它同步變壓器34，36和38相同的AC電力。旋轉(zhuǎn)變壓器40通過 使用由控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)的相關(guān)驅(qū)動馬達和驅(qū)動系統(tǒng)而同步。在步驟88，當(dāng)同步時，控制系統(tǒng)閉 合用于第二旋轉(zhuǎn)變壓器40的同步電路斷路器，以便將變壓器的輸出聯(lián)接到第二電力網(wǎng)16 上。在步驟90，當(dāng)各旋轉(zhuǎn)變壓器34，36，38和40同步且電路斷路器48，54閉合時，旋轉(zhuǎn)變壓 器相結(jié)合而用作單個可變頻率變壓器，以便將來自于一個電網(wǎng)14的AC電力轉(zhuǎn)換成應(yīng)用于 另一電網(wǎng)16的AC電力。圖5為布置成聯(lián)接兩個電力網(wǎng)14，16的可變頻率變壓器的第二實施例100的電學(xué) 簡圖。第二實施例具有與圖2中所示的第一 VFT實施例相同的一些構(gòu)件，且這些構(gòu)件共用 共同的參考標(biāo)號，且參照圖2進行描述。在第二實施例中，VFT 100通過相應(yīng)的二繞組式主 變壓器102聯(lián)接到各電力網(wǎng)上。VFT 100包括在二繞組式變壓器102之間并聯(lián)連接的四個 25MW旋轉(zhuǎn)變壓器34，36，38和40，以形成100MW可變頻率變壓器互連。正如第一實施例那樣，旋轉(zhuǎn)變壓器成對104，106地布置，其中，各對變壓器的轉(zhuǎn)子 連接到隔離電路斷路器48上。與第一實施例中一樣，還存在單獨的同步電路斷路器54，其 聯(lián)接到各旋轉(zhuǎn)變壓器的定子上。正如第一實施例那樣并如之前結(jié)合圖3和圖4所述，用于使VFT100通電和同步的 序列包括首先閉合用于一對104變壓器的隔離電路斷路器48，且通過控制用于各變壓器的 驅(qū)動馬達56和驅(qū)動系統(tǒng)58而使第一變壓器同步，且之后使第二變壓器同步。當(dāng)各變壓器 34，36同步時，控制系統(tǒng)50閉合對應(yīng)的同步電路斷路器54以將變壓器的定子輸出連接到電 力網(wǎng)16上。在第一對104變壓器聯(lián)接到電力網(wǎng)16上之后，用于第二對106變壓器的隔離 電路斷路器48閉合，且獨立的旋轉(zhuǎn)變壓器38，40按順序同步，而且其相應(yīng)的同步電路斷路 器54閉合以將各變壓器聯(lián)接到電力網(wǎng)14和16上。還有體現(xiàn)本文所示公開內(nèi)容的用以形成VFT的其它旋轉(zhuǎn)變壓器構(gòu)造。例如，三個 旋轉(zhuǎn)變壓器可布置為與一個隔離電路斷路器和三個同步電路斷路器并聯(lián)的單元。兩個或三 個旋轉(zhuǎn)變壓器的這些單元可與其它單元相結(jié)合用以形成具有五個、六個或更多個獨立旋轉(zhuǎn) 變壓器的VFT。在其它實施例中，隔離電路斷路器可連接到用于各旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子繞組上，而同步電路斷路器可連接到各并聯(lián)電路中的旋轉(zhuǎn)變壓器的定子繞組上。此外，各獨立旋轉(zhuǎn)變壓器的尺寸可選為用以降低采購成本和工作成本。電力網(wǎng)之 間的總體VFT互連尺寸因此便基于所需的電力互連尺寸，而并非直接取決于獨立旋轉(zhuǎn)變壓 器的尺寸。通過結(jié)合如本文所公開的較小的旋轉(zhuǎn)變壓器，可變頻率變壓器可形成為具有且額 定值等于這些較小旋轉(zhuǎn)變壓器的合成額定值。相比于具有一個或數(shù)個大型旋轉(zhuǎn)變壓器的常 規(guī)VFT，通過結(jié)合相對較小的獨立旋轉(zhuǎn)變壓器，可實現(xiàn)采購成本和建造成本方面的優(yōu)點。盡管已結(jié)合當(dāng)前認作是最為實用和優(yōu)選的實施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解，本 發(fā)明不限于所公開的實施例，而相反的是，其旨在涵蓋包括在所附權(quán)利要求的精神和范圍 內(nèi)的多種修改和同等布置。
10
權(quán)利要求
一種可變頻率變壓器(12，32，100)，包括多個旋轉(zhuǎn)變壓器(34，36，38，40)，其分別包括轉(zhuǎn)子繞組、定子繞組和驅(qū)動馬達；第一并聯(lián)電路(42，104)，其包括并聯(lián)布置的所述旋轉(zhuǎn)變壓器中的至少兩個，且具有連接到所述第一并聯(lián)電路中的至少兩個所述旋轉(zhuǎn)變壓器中的各個的第一繞組(52)上的隔離電路斷路器(48)，其中，所述第一繞組為所述轉(zhuǎn)子繞組或所述定子繞組，以及連接到所述第一并聯(lián)電路中的用于各所述旋轉(zhuǎn)變壓器的各第二繞組(53)上的單獨的同步電路斷路器(54)，其中，所述第二繞組為并非所述第一繞組的所述轉(zhuǎn)子繞組或所述定子繞組；第一主變壓器(26，102)，其具有可連接到第一電力網(wǎng)(14)上的第一繞組和可連接到所述第一并聯(lián)電路中的所述隔離電路斷路器上的至少一個次級繞組；第二主變壓器(102)，其具有可連接到第二電力網(wǎng)(16)上的第一繞組和可連接到所述第一并聯(lián)電路中的各所述同步電路斷路器上的至少一個次級繞組，以及控制系統(tǒng)(50)，其可操作地連接到所述同步電路斷路器(54)、所述隔離電路斷路器(48)以及用于各所述旋轉(zhuǎn)變壓器的驅(qū)動馬達(56)中的各個上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變頻率變壓器，其特征在于，所述可變頻率變壓器還包括可連接到所述第二并聯(lián)電路(44，106)中的所述隔離電路斷路器(48)上的所述第一主變壓器(26，102)的至少一個次級繞組，以及可連接到所述第二并聯(lián)電路(44，106)中的各所述同步電路斷路器(54)上的所述第二 主變壓器的至少一個次級繞組。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可變頻率變壓器，其特征在于，所述第一主變壓器(26，102) 和所述第二主變壓器(26，102)均包括所述至少一個次級繞組中的第一個和第二個，其中， 所述第一并聯(lián)電路(42)連接到所述第一主變壓器和所述第二主變壓器中的各個的第一次 級繞組上，以及所述第二并聯(lián)電路(44，106)連接到所述第一主變壓器和所述第二主變壓 器中的各個的第二次級繞組上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變頻率變壓器，其特征在于，所述控制系統(tǒng)(50)包括經(jīng)編 程用以執(zhí)行存儲在所述控制系統(tǒng)中的計算機可讀介質(zhì)上的程序的計算機，其中，所述程序 通過控制用于各旋轉(zhuǎn)變壓器的所述驅(qū)動馬達并切換所述隔離電路斷路器和所述同步電路 斷路器以按順序使各所述旋轉(zhuǎn)變壓器同步(60)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變頻率變壓器，其特征在于，所述第一繞組(52)為所述旋 轉(zhuǎn)繞組，以及所述第二繞組(53)為所述定子繞組。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變頻率變壓器，其特征在于，各所述旋轉(zhuǎn)變壓器(34，36， 38,40)的額定功率輸出大致是相同的。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可變頻率變壓器，其特征在于，用于所述第一并聯(lián)電路(42， 104)中的所述旋轉(zhuǎn)變壓器(34，36，38，40)的驅(qū)動馬達(56)可電性地連接到所述第一主變 壓器(26)的至少一個次級繞組上，以及用于所述第二并聯(lián)電路(44，106)中的所述旋轉(zhuǎn)變 壓器的驅(qū)動馬達可電性地連接到所述第二主變壓器(26)的至少一個次級繞組上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變頻率變壓器，其特征在于，所述第一電力網(wǎng)(14)工作的 AC電力所具有的電力電平、頻率和相位中至少一個不同于所述第二電力網(wǎng)(16)工作的AC 電力。
9.一種用于在將第一電力網(wǎng)(14)中的交變電流(AC)電力轉(zhuǎn)換成用于第二電力網(wǎng)(16)的AC電力的可變頻率變壓器(28，32，100)中使旋轉(zhuǎn)變壓器(34，36，38，40)同步的方 法，所述方法包括閉合第一隔離電路斷路器(48)以將所述第一電力網(wǎng)連接到第一并聯(lián)電路(42，104) 上，且按順序使所述第一并聯(lián)電路中的多個旋轉(zhuǎn)變壓器(34，36)中的各個同步，其中，通過 控制應(yīng)用于所述旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子(52)上的驅(qū)動馬達(56)而使各旋轉(zhuǎn)變壓器同步，以及 在各旋轉(zhuǎn)變壓器同步時，閉合同步電路斷路器(54)以將同步的所述旋轉(zhuǎn)變壓器連接到第 二電力網(wǎng)(16)上，以及在使所述第一并聯(lián)電路中的所述旋轉(zhuǎn)變壓器相對于所述第二電力網(wǎng)同步之后，閉合 第二隔離電路斷路器(48)以將所述第一電力網(wǎng)連接到第二并聯(lián)電路(44，106)上，且按順 序使所述第二并聯(lián)電路中的多個旋轉(zhuǎn)變壓器(38，40)中的各個同步，其中，通過控制應(yīng)用 于所述旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子上的驅(qū)動馬達而使各旋轉(zhuǎn)變壓器同步，以及在各旋轉(zhuǎn)變壓器同步 時，閉合同步電路斷路器(52)以將同步的所述旋轉(zhuǎn)變壓器連接到所述第二電力網(wǎng)上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，控制系統(tǒng)(50)包括經(jīng)編程用以執(zhí)行存儲 在所述控制系統(tǒng)中的計算機可讀介質(zhì)上的程序的計算機，其中，所述程序通過控制用于各 旋轉(zhuǎn)變壓器的所述驅(qū)動馬達并切換所述隔離電路斷路器和所述同步電路斷路器而按順序 使各所述旋轉(zhuǎn)變壓器同步(60)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，閉合各所述隔離電路斷路器(58)是指將 連接到所述第一電力網(wǎng)上的主變壓器(26，102)的次級繞組連接到所述第一并聯(lián)電路和所 述第二并聯(lián)電路中的一個中的各所述旋轉(zhuǎn)變壓器中的轉(zhuǎn)子繞組上，以及閉合各所述同步電 路斷路器(54)是指將相應(yīng)旋轉(zhuǎn)變壓器的定子繞組連接到與所述第二電力網(wǎng)相連的主變壓 器的繞組上。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一電力網(wǎng)(14)工作的AC電力所 具有的電力電平、頻率和相位中至少一個不同于所述第二電力網(wǎng)(16)工作的AC電力。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有多個水平旋轉(zhuǎn)變壓器的可變頻率變壓器及方法。一種可變頻率變壓器包括多個旋轉(zhuǎn)變壓器，其分別包括轉(zhuǎn)子繞組、定子繞組和驅(qū)動馬達；第一并聯(lián)電路，其包括并聯(lián)布置的至少兩個旋轉(zhuǎn)變壓器，且具有分別連接到其各旋轉(zhuǎn)變壓器的第一繞組和第二繞組上的隔離電路斷路器和單獨的同步電路斷路器；第一主變壓器，其具有可連接到第一電力網(wǎng)上的第一繞組和可連接到第一并聯(lián)電路中的隔離電路斷路器上的至少一個次級繞組；第二主變壓器，其具有可連接到第二電力網(wǎng)上的第一繞組和可連接到第一并聯(lián)電路中的各同步電路斷路器上的至少一個次級繞組；以及控制系統(tǒng)，其可操作地連接到同步電路斷路器、隔離電路斷路器和各旋轉(zhuǎn)變壓器的驅(qū)動馬達中的各個上。
文檔編號H02J3/38GK101938139SQ201010221458
公開日2011年1月5日 申請日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月25日
發(fā)明者P·E·馬肯 申請人:通用電氣公司