[发明专利]多级正交磁饱和式可控电抗器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电抗器，是一种用于输电、供电和配电系统中的多级正交磁饱和式可控电抗器。

背景技术

可控电抗器作为电力系统中不可替代的重要设备，在补偿容性无功、限制过电压、改善电能质量、降低线路有功损耗等方面发挥着巨大的作用。可控电抗器种类繁多，其中，基于直流磁饱和控制原理的磁控电抗器在可控电抗器中占有相当重要的位置，它们具有可靠性高、控制容量小、电抗值连续可调等优势，但也存在着响应速度慢、谐波含量大的问题。

中国实用新型专利95223137.9“磁阀式可控电抗器”由外部铁心柱、分裂铁心柱、绕组、二极管、可控硅及触发控制装置组成，每相有四个绕组，套在双铁心柱上，每个铁心柱的两线圈分别与同相的另一铁心柱的线圈交叉连接，每柱铁心有一小截面段，起到磁阀的作用，通过抽头自耦接线提供内部电源，并经两个反向连接的可控硅在双铁心柱内产生直流磁通，控制可控硅的触发角可以改变铁心的磁饱和度，从而平滑调节电抗器的容量。其不足之处在于结构复杂，成本高，控制系统复杂，谐波特性差，响应速度慢。

中国发明专利200810011902.X“一种自身取能的快速响应可控电抗器”是一种用于高压电力系统的直流磁控电抗器，其主体部分线圈具有网侧绕组、控制绕组和第三绕组，第三绕组两端并联快速开关，该快速开关的开/闭状态由可控电抗器中控制单元的指令信号控制。该发明采用附加第三绕组的结构形式，通过用快速开关短接第三绕组的方式来满足可控电抗器在故障状态下的快速响应要求，属于该容量下的应急控制，在电抗器其他容量的调节过程中，响应速度仍然很慢，谐波大的问题依然存在。

有鉴于此，本发明提供用于输电、供电和配电系统中的多级正交磁饱和式可控电抗器，以满足工业应用需要。

发明内容

本发明的目的是：针对上述设计的不足，本发明要解决的问题是提供一种调节范围大、谐波特性好、能快速响应的多级正交磁饱和式可控电抗器。

本发明采用的技术方案是：一种多级正交磁饱和式可控电抗器，其主体结构由上铁轭、下铁轭、导磁芯柱、旁轭、工作绕组组成，工作绕组套装在导磁芯柱上，其特征在于：所述导磁芯柱由多个正交磁控铁芯饼和不可控铁芯饼交错排列叠压组成；所述正交磁控铁芯饼由磁控铁芯和绕制在铁芯上的控制绕组构成，励磁电流流过控制绕组，在正交磁控铁芯饼内产生控制磁通，其方向和电抗器的交流主磁通的方向呈90度正交；所述不可控铁芯饼始终处于不饱和状态，正交磁控铁芯饼的磁饱和程度由励磁电流的大小控制。

如上所述的多级正交磁饱和式可控电抗器，其特征在于，所述正交磁控铁芯饼截面面积与不可控铁芯饼截面面积相等或不相等，正交磁控铁芯饼截面形状为圆环形、口字形、日字形或其他任意形状。

如上所述的多级正交磁饱和式可控电抗器，其特征在于，所述正交磁控铁芯饼的组成除了包括磁控铁芯、绕在磁控铁芯上的控制绕组外，还包括相应的保护垫块，所述保护垫块由抗压非磁性材料制成，其厚度以保护控制绕组不受挤压并尽可能薄，大小形状不限。

如上所述的多级正交磁饱和式可控电抗器，其特征在于，所述正交磁控铁芯饼具有三种工作状态：1.深度磁饱和状态，其特性接近于气隙，不会产生谐波；2.无励磁状态，对主磁通无任何影响，也不会产生谐波；3.“半饱和”连续调节状态，工作在这种状态下，电抗器会有谐波产生，但只要控制处于“半饱和”连续调节状态的可控铁芯饼的数量，就能够有效抑制谐波。

如上所述的多级正交磁饱和式可控电抗器，其特征在于，所述可控电抗器采用如下控制方法：在具有多个正交磁控铁芯饼的导磁芯柱里只选择一个正交磁控铁芯饼，使其工作在“半饱和”连续调节状态，而其余的正交磁控铁芯饼则根据电抗器容量调节的需要，迅速调至深度磁饱和状态或无励磁状态，即能实现可控电抗器的无级平滑调节。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1）谐波含量小。电抗器绝大部分容量调节通过导磁芯柱上正交磁控铁芯饼的深度饱和控制和无励磁控制来实现，这两种状态在理论上都不产生谐波，从而克服了直流磁控电抗器谐波大的固有缺点。

2）响应速度快，励磁容量小。采用正交磁化的方法，避免控制绕组与工作绕组之间的磁耦合作用，减小两者之间的能量交换，实现正交磁控段铁芯的快速饱和，从而达到很高的响应速度，它所需要的控制容量也较小。

3）与普通磁控电抗器相比，每相可以节省一柱铁芯，而且交流工作主磁路中（非磁控部分）无直流控制磁通，截面积可以减小，节省了材料成本，体积和重量也减小了，其材料用量与铁芯固定电抗器相当。