【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)，并對其進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模。該電抗器運(yùn)用兩級飽和電抗器來抑制諧波。通過諧波抑制效果，可見雙級飽和可控電抗器的總諧波含量明顯低于單級飽和可控電抗器。
二、關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；電抗器；兩級飽和電抗器；諧波抑制
三、引言
可控電抗器對電力系統(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、兩級飽和電抗器減小諧波機(jī)理研究
兩級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，分別對應(yīng)兩種不同的磁導(dǎo)率，可推導(dǎo)出對應(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為單級飽和可控電抗器與兩級飽和可控電抗器總諧波含量的比較，可見雙級飽和可控電抗器的總諧波含量明顯低于單級飽和可控電抗器。
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。對比諧波抑制效果表明，通過設(shè)置兩級飽和區(qū)可以大大減小磁控電抗器產(chǎn)生的3 次諧波含量。 |
