[发明专利]一种基于磁通可控的新型可调电抗器

说明书

技术领域

本发明属于电力系统自动化领域，具体涉及一种基于磁通可控的新型可调电抗器，用于电抗需要可调的系统及装置中。

背景技术

电抗器是电力系统中应用相当广泛的装置，随着电力系统的迅猛发展，对电抗器的性能要求越来越高，在许多领域希望并联或串联的电抗器的电抗值可根据需要实时调节，这些领域包括无功补偿、电机启动、消弧线圈和电力系统的潮流控制等。早期的无功补偿采用并联电容器、调相机等方案，其中并联电抗器阻抗固定，无法动态跟踪负荷无功功率的变化，调相机损耗和噪音大，动态响应慢；因此一般都采用无级可调的电抗器和固定或分组投切的电容器支路并联，构成静止无功补偿装置SVC。常规的电机起动电抗器不能调节，如果串联在定子电路中的起动电抗器可以实现无级可调，在大容量轻载起动中就可以实现平滑调节电动机的外施电压，从而实现电动机的软启动。应用于电力系统中的消弧线圈实际上就是一个电抗值无级可调的电抗器，因为对地电容可能是变化的，为了在出现接地故障时，流经消弧线圈的感性电流与对地电容电流在故障时尽量抵消，实际中需使消弧线圈的电抗值按照一定的失谐度与对地电容的容抗值相匹配。所有这些领域实际上都要求有一个阻抗可以无级调节的电抗器。

目前使用较多的可调电抗器有以下5种：(1)调节电抗器抽头，(2)调节电抗器气隙，(3)直流助磁式：包括裂芯式和磁阀式等，(4)晶闸管控制电抗器(TCR)、可控串联电容补偿器(TCSC)中采用调节晶闸管触发角的方式，(5)基于磁通可控的可调电抗器。

采用调节电抗器抽头方案成本很低，调节方便，但电感量无法连续调节；调节电抗器气隙方案电感量可以连续调节，结构也简单，但是需要较为精密的机械传动装置，响应慢，噪声也很大。

直流助磁式：专利申请号200810064535.X的“直流磁通控制型可调可控电抗器”，这种可调电抗器有可靠性高、响应速度快、无级可调等优点。但长期正常运行时，铁芯处于磁饱和状态、损耗大、噪声大，谐波较大，而且很难通过磁饱和使电抗器的电抗值变得很小。

TCR、TCSC中采用调节晶闸管触发角的方式：专利号200410060664.3的“一种变压器式可调电抗器及其构成的静止无功补偿器”，这种可调电抗由于采用晶闸管调触发角的方式改变电感量，因此必然产生谐波污染。

基于磁通可控的可调电抗器：本申请者在《中国电机工程学报》2003年第23卷第2期上发表的“基于磁通可控的可调电抗器新原理”解决了谐波大等问题，但存在着对电压相位要求高，闭环控制复杂等缺点。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术存在的问题及缺点，提供一种基于磁通可控的新型可调电抗器，它利用了带气隙变压器磁通可控的特点，具有动态响应速度快、性价比高、控制简单、谐波小等多重优点。

本发明技术方案为：

一种基于磁通可控的新型可调电抗器，由带气隙的串联变压器、电感、电流检测单元、控制和驱动单元和电压型逆变器组成，其特征在于：将所述带气隙的串联变压器一次侧串联在电力系统中组成回路，所述带气隙的串联变压器二次侧与一电感、电压型逆变器串联成回路；电流检测单元一端经电流互感器与所述带气隙的串联变压器的一次侧相连，电流检测单元另一端与控制和驱动单元相连，控制和驱动单元与电压型逆变器相连。电流检测单元检测带气隙的串联变压器一次侧的基波或谐波电流，以该电流作为参考信号，并将参考信号输入到控制和驱动单元，由控制和驱动单元控制和驱动电压型逆变器产生一个电压源施加在带气隙的串联变压器的二次侧，当二次侧施加的电压和一次侧的电流满足相应倍数关系时，且倍数要根据实际需要调节比例系数K值，变压器一次侧呈现一个可调电抗器，改变了施加到带气隙的串联变压器二次侧电压的大小就可以改变一次侧的等效阻抗，从而实现电抗的可调。

本发明还在带气隙的串联变压器的二次侧并联一个电容。

与现有的可调电抗器相比有以下优点：与上述前4种可调电抗器相比，由于变压器中带有气隙，这种可调电抗器没有饱和现象，不产生谐波并可以实现电抗值的无级可调。相比第5种方案，本项目的新型可调电抗器不用进行闭环电流控制，实现起来更简单，而且对电压相位精度要求不是很高，更容易稳定运行。这种新型可调电抗器可以应用到无功补偿，电机启动、消弧线圈和电力系统的潮流控制等领域中。

附图说明

图1为本发明的串联应用实例结构示意图。

图2a为带气隙串联变压器电路图。

图2b为T型等效电路图。

具体实施方式

结合附图对本发明作进一步的描述。