[发明专利]一种正交耦合型混合铁芯式超导可控电抗器

说明书

技术领域

本发明属于电抗器技术，具体涉及一种正交耦合型混合铁芯式超导可控电抗器。

背景技术

发展高压、特高压输电是我国电力工业发展的必然趋势，特高压、超高压输电对电网的安全稳定运行及电能质量提出了更高的要求。电网中的无功补偿，可以改善输电系统的稳定性，抑制系统过电压，提高输电能力。可控电抗器是目前在电网中应用最广泛的无功补偿装置之一。可控电抗器是一种特殊的高压或特高压电抗器。通过对传输线路负荷的电抗进行调节来提供连续的无功补偿，控制电网中的无功容量，可降低传输线路的损耗，同时提高传输的有功容量。

传统意义上的可控电抗器有调匝式可控电抗器、调气隙尺寸式可控电抗器、可控硅控制电抗器和饱和电抗器。而应用最为广泛的可控电抗器有两类：可控硅控制电抗器中的晶闸管控制电抗器、饱和电抗器中的磁阀式电抗器。晶闸管控制电抗器由于功率电子的快速发展而得到广泛应用，晶闸管控制电抗器响应速度快，技术较成熟，但是造价高、维护困难、谐波污染较严重，大规模的应用仍受到诸多限制；磁阀式可控电抗器由外部铁心柱、分裂铁心柱、绕组、可控硅及触发装置组成，磁阀处可设计的接近极限饱和，因此电抗器在其线性调节范围内谐波很小，但磁阀磁阻有限，可调范围受到抑制。此外，接线相对复杂，极限饱和下过负载能力较差。

超导可控电抗器是基于超导材料的超导电特性制成的，在低温下运行的超导可控电抗器和传统意义上的可控电抗器相比，具有体积小、重量轻，效率高，阻燃，谐波小等优点，可降低装置的成本和空间，提高系统的稳定性。基于超导材料的超导可控电抗器对电抗的调节主要包括两种方式，一种方式就是不失超型超导可控电抗器，即在电抗器的调节过程中，超导材料不失超，在液氮低温区完成调节；另外一种就是失超型超导可控电抗器，也就是传统意义上的超导故障限流器。

不失超型超导可控电抗器目前应用的不多，分为可连续可调型超导可控电抗器和不可连续可调型超导可控电抗器。目前国内外研究最深入的不连续可调的超导可控电抗器是饱和铁芯型超导可控电抗器。而连续可调不失超型超导可控电抗器的研究还是本学科的前沿研究课题，特别是高压、特高压不失超型可连续可调的超导可控电抗器的研究，在理论和工程实践方面都具有很强的挑战性，目前已初步取得了一些理论成果。

失超型超导可控电抗器是利用超导体的超导态(S)/正常态(N)转变特性。线路正常时，超导体处于超导态，其电抗值非常小；在发生故障时，它转为正常态，也即失超，此时超导电抗器具有很大的电抗，也就实现了电抗的可调。失超型超导可控电抗器在实际中常用来限制故障电流。但失超型超导电抗器的缺点是电抗不能连续可调，而且存在失超保护和失超后的恢复问题，在实际应用中控制起来比较复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种正交耦合型混合铁芯式超导可控电抗器，目的在于大容量连续调节电抗器的输出电抗，以补偿电网的无功功率，实现无功控制调节。

本发明提供了一种正交耦合型混合铁芯式超导可控电抗器，包括：第一磁轭、第二磁轭、工作线圈组、超导励磁线圈组和低温杜瓦装置；所述第一磁轭与所述第二磁轭相互垂直且在所述第一磁轭与所述第二磁轭之间设置有固定长度的气隙，所述工作线圈组绕制于所述第一磁轭上，所述超导励磁线圈组绕于所述第二磁轭上，且所述超导励磁线圈组密封于所述低温杜瓦装置内；工作线圈组与电力系统相连，超导励磁线圈组由励磁电路控制电流大小，第一磁轭、第二磁轭与气隙共同构成工作线圈组磁路，第二磁轭为励磁绕组磁路，同时作为工作线圈组磁路的一部分，低温杜瓦装置内填充有低温液氮，保证超导材料的安全稳定性。

更进一步地，所述第一磁轭包括两个“U”型第一铁芯，两者结构相同且平行布置；所述第二磁轭包括一个“口”型第二铁芯，所述第一铁芯与所述第二铁芯成垂直分布，且在所述第一铁芯与所述第二铁芯之间设置有所述气隙。由于第一磁轭与第二磁轭相互垂直，且在两部分磁轭间增加气隙，因此第一磁轭不需闭合，采用“U”型铁芯。第二磁轭主要提供励磁磁路，采用闭合“口”型铁芯能够降低漏磁，提高励磁效率，因此采用“口”型结构。

更进一步地，第一铁芯由取向硅钢片叠压而成，第一磁轭为工作段铁芯，为减小电抗谐波，需保证磁轭磁导率相对稳定，取向硅钢片在相同磁密情况下磁导率相对较高，饱和程度低，此外，第一铁芯内磁通均为交流磁通，方向与硅钢片电压方向相同，采用取向硅钢片铁芯相对较低，因此工作段铁芯采用取向硅钢片能获得稳定磁导率及较低的铁损。