【電抗器廠家】電抗器之新型磁控電抗器的研究 一、摘要：磁閥式可控電抗器是在磁飽和式可控電抗器基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,可隨電網(wǎng)傳輸功率的變化而自動(dòng)平滑調(diào)節(jié)自身的容量，當(dāng)電網(wǎng)傳輸功率較大時(shí)，電抗器運(yùn)行在空載或小容量狀態(tài);當(dāng)電網(wǎng)傳輸功率很小或空載時(shí)，電抗器自動(dòng)增大容量補(bǔ)償對(duì)地電容無功，能夠限制工頻電壓升高。在很大程度上提高了電網(wǎng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益。本文介紹了一種新型磁控電抗器的結(jié)構(gòu)，并對(duì)其進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模。該電抗器運(yùn)用兩級(jí)飽和電抗器來抑制諧波。通過諧波抑制效果，可見雙級(jí)飽和可控電抗器的總諧波含量明顯低于單級(jí)飽和可控電抗器。
二、關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；電抗器；兩級(jí)飽和電抗器；諧波抑制
三、引言
可控電抗器對(duì)電力系統(tǒng)有著非常重要的作用，磁閥式可控電抗器能隨著傳輸功率的變化自動(dòng)平滑地調(diào)節(jié)自身容量，在線路傳輸大功率時(shí)，運(yùn)行在小容量范圍內(nèi)，當(dāng)線路輕載或空載時(shí)，它會(huì)增大容量而呈現(xiàn)出深度的補(bǔ)償效應(yīng)，能夠起到降低工頻電壓升高的作用。這就在很大程度上提高了電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，可控電抗器的控制研究一直是電力系統(tǒng)方面研究的重點(diǎn)。傳統(tǒng)磁控電抗器應(yīng)用于單相情況時(shí)[1]，如電氣化鐵路動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置、可調(diào)消弧線圈等時(shí)，由于缺乏3 次諧波補(bǔ)償回路而產(chǎn)生較大的諧波，為進(jìn)一步減少磁控電抗器在單相應(yīng)用條件下的諧波，本文提出一種新型可抑制3 次諧波的雙級(jí)磁控飽和電抗器。
四、傳統(tǒng)磁閥式可控電抗器的原理
“磁閥”的概念是前蘇聯(lián)學(xué)者在直流助磁式飽和電抗器基礎(chǔ)上于1986 年提出的，使可控電抗器的理論向前發(fā)展了一大步。圖1 為磁閥式可控電抗器原理圖。
如圖1所示，電抗器鐵芯磁路由大面積段A 和小面積段AS(長度為l)串聯(lián)而成。因?yàn)樵诖砰y式可控電抗器的整個(gè)容量調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，大面積段鐵芯的工作狀態(tài)始終處于磁特性的未飽和線性區(qū)，其磁阻相對(duì)小面積段鐵芯很小，故予忽略。在電抗器的整個(gè)容量調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，大截面段始終工作于未飽和線性區(qū)，僅有小截面段鐵心磁路飽和，且飽和程度很高[2]。在磁控電抗器的工作鐵心柱上分別對(duì)稱的繞有兩個(gè)線圈，其上有抽頭，它們之間接有可控硅T1、T2，不同鐵心的上下兩個(gè)主繞組交叉鏈接后并聯(lián)至電源，續(xù)流二極管D 接在兩個(gè)線圈的中間。當(dāng)磁控電抗器主繞組接至電源電壓，在可控硅兩端感應(yīng)出1%左右的系統(tǒng)電壓。在電源電壓正半周觸發(fā)導(dǎo)通可控硅T1，形成圖2a 所示的等效電路。在后回路中產(chǎn)生直流控制電流；在電源電壓負(fù)半周觸發(fā)導(dǎo)通可控硅T2，形成圖2b 所示的等效電路[3]。
五、新型磁控電抗器的結(jié)構(gòu)
為了減小工作繞組對(duì)控制回路的影響，減少工作電流的諧波含量，擴(kuò)大電抗器調(diào)節(jié)深度，降低可控電抗器的體積和成本，減少漏磁損耗及偏磁磁化容量，提出一種新型磁控電抗器結(jié)構(gòu),如圖3 所示。這種結(jié)構(gòu)的突出特點(diǎn)是鐵芯的邊柱上布置了兩級(jí)減小截面的部分，這兩部分為鐵芯磁化區(qū)，它們工作在不同的飽和度下，可有效降低工作電流諧波含量。同時(shí)其鐵芯中間柱上還存在空氣隙0 δ ，該氣隙的存在使偏磁強(qiáng)度下的工作電流波形進(jìn)一步改善，更為關(guān)鍵的是使得可控電抗器的響應(yīng)速度顯著提高，有效的減小所需磁化容量，并使其伏安特性在較低工作電壓時(shí)仍接近線性。工作繞組有三個(gè)線包組成，分別布置在兩個(gè)邊柱和中間柱上，直流控制繞組分別放置在兩個(gè)邊柱上，兩繞組反串聯(lián)，使得工頻感應(yīng)電壓相互抵消，在忽略交直流繞組電阻的情況下，控制回路的感應(yīng)電流將將為零。直流控制繞組布置在兩側(cè)交流工作繞組內(nèi)部，所有繞組均為圓繞組，鐵芯也為圓柱形。中間柱空氣隙分段布置在中柱交流繞組的內(nèi)部。減小截面的部分分多段布置在邊柱上，這種布置的目的是為了提高空間利用系數(shù)，減小漏磁通。
六、兩級(jí)飽和電抗器減小諧波機(jī)理研究
兩級(jí)飽和可控電抗器鐵芯結(jié)構(gòu)如圖5所示，繞組鐵芯由三段不同面積的鐵芯串聯(lián)組成。圖中bA為大截面段鐵芯面積，sA為小截面段鐵芯面積，長度為1l，mA為中截面段鐵芯面積，長度為2l。雙擊飽和指在磁控電抗器的整個(gè)容量調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，不僅小截面進(jìn)入飽和狀態(tài)，中截面也進(jìn)入飽和狀態(tài)，大截面段始終工作在磁路未飽和狀態(tài)[4][5][6][7][8]。圖5為兩級(jí)結(jié)構(gòu)鐵芯等效磁特性，由兩端斜率不同的曲線組成，分別對(duì)應(yīng)兩種不同的磁導(dǎo)率，可推導(dǎo)出對(duì)應(yīng)兩種不同磁通密度。
圖7為在該設(shè)計(jì)條件下的3 次諧波抑制效果圖，可見當(dāng)中截面進(jìn)入飽和工作區(qū)后，電抗
器輸出電流中3次諧波含量大大減小不到1%，這是因?yàn)樾〗孛娈a(chǎn)生的3次諧波電流與中截面產(chǎn)生的3次諧波電流相位相反，互相抵消。圖8為單級(jí)飽和可控電抗器與兩級(jí)飽和可控電抗器總諧波含量的比較，可見雙級(jí)飽和可控電抗器的總諧波含量明顯低于單級(jí)飽和可控電抗器。
七、結(jié)論
本文從減小磁控電抗器自身諧波含量的基礎(chǔ)上，研究了一種新型的磁控電抗器的結(jié)構(gòu)。并對(duì)該新型可控電抗器的數(shù)學(xué)模型及諧波產(chǎn)生原因進(jìn)行分析研究。對(duì)比諧波抑制效果表明，通過設(shè)置兩級(jí)飽和區(qū)可以大大減小磁控電抗器產(chǎn)生的3 次諧波含量。 |
