[发明专利]一种高压直流换流阀用磁控饱和电抗器及直流换流阀

说明书

技术领域

本发明属于直流输电技术领域，涉及一种高压直流换流阀用磁控饱和电抗器及直流换流阀。

背景技术

目前，直流换流阀中的饱和电抗器大多不可控，设计时为了保护晶闸管免受浪涌电流冲击大多留有很大余量，限制了换流阀开关速率，不可控饱和电抗器还存在振动，噪声，发热等问题。

发明内容

为了克服现有技术缺陷，本发明的目的是提供一种高压直流换流阀用磁控饱和电抗器，实现换流阀饱和电感电流上升时间可调，降低饱和电抗器的振动，发热问题。

为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种高压直流换流阀用磁控饱和电抗器，包括饱和电抗器原边线圈和电抗器直流偏磁线圈，在电抗器直流偏磁线圈上加直流电流，通过控制电流大小实现偏磁状态的控制，实现饱和电抗器工作特性的调节。

进一步，饱和电抗器原边线圈和电抗器直流偏磁线圈绕组选用0.5mm漆包铜线绕制而成。

一种高压直流换流阀，换流阀单臂结构包括晶闸管和避雷器，晶闸管和避雷器与饱和电抗器原边线圈相连。

进一步，饱和电抗器原边线圈串联有电阻R2。

进一步，电抗器直流偏磁线圈串联有电阻R1。

进一步，饱和电抗器原边线圈和电抗器直流偏磁线圈铁芯选用铁基非晶合金。

本发明的高压直流换流阀用磁控饱和电抗器及直流换流阀，磁控饱和电抗器包括饱和电抗器原边线圈和电抗器直流偏磁线圈，在饱和电抗器上利用副边线圈加直流电流，通过控制电流大小实现偏磁状态的控制，实现饱和电抗器工作特性的调节。磁控饱和电抗器原理运用于到换流阀中，在晶闸管允许的参数范围内，实现电流上升时间的可控调节，能有效提高换流阀开关速率。

附图说明

图1为本发明中换流阀单臂简化模型

图2为本发明中电抗器铁

图3为本发明中实验电路图

图4为本发明中的电抗器示意图

图5为高压直流换流阀直流偏磁对电感电流上升时间曲线

具体实施方式

为更明清晰确地阐述本发明的目的、技术方案和优点，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明提出的一种高压直流换流阀用磁控饱和电抗器进行清楚、完整地说明。

本发明提出了高压直流换流阀用磁控型饱和电抗器的磁控设计，能够实现电流上升速率的可调节，并减小电抗器的铁损。

换流阀简化模型如图1所示，饱和电抗器包括饱和电抗器原边线圈1和电抗器直流偏磁线圈2，在电抗器直流偏磁线圈2上加直流电流，通过控制电流大小实现偏磁状态的控制，实现饱和电抗器工作特性的调节。本发明在饱和电抗器的磁芯上加上直流偏磁线圈2。未加直流偏置电流时，在图2所示B-H曲线中，饱和电抗器铁芯工作在区域①所示曲线上，通过偏磁线圈加上直流偏磁电流后将铁芯工作状态上移动到阴影区域②。

电抗器的对电流上升速率限制可以通过电感量L计算，针对相同阶跃电压，电感L越大，时间常数越大，电流上升越缓慢，由电抗器的设计理论得知电感量L与铁芯相对磁导率μr及匝数N平方成正比，电感设计好匝数，有效面积及磁路长度都为定值。铁芯相对磁导率与饱和程度有关，因此可以通过直流偏磁调节磁导率，从而改变电感量L，实现电流上升速率的灵活调节。

铁芯中储存的能量正比于B和H的乘积，工作时铁芯的损耗为工作曲线围成的闭合面积，将铁芯工作状态上移后，铁芯磁化退磁曲线围成面积减小，损耗相应减小，从而达到减少电抗器发热目的。

本发明提出将磁控饱和电抗器应用到高压直流换流阀，在实验室中用等效模型电感实验，实验电路如图3所示。该电路DC电流由开关电流工作在限流模式供电，偏磁线圈侧串联电阻为了避免饱和电感和寄生电容产生震荡，饱和电感侧用信号源方波经过功率放大器驱动。电抗器模型铁芯选用铁基非晶合金，B-H回路狭窄，具有高导磁性和低损耗的特点，绕组和偏磁绕组选用0.5mm漆包铜线，示意图如图4所示。两个匝数相等线圈串联缠绕于两侧的磁芯，当偏磁线圈有直流电流经过时，铁芯中形成闭合环形磁场。该磁场与电抗器工作磁场相互叠加使得传感器达到饱和状态。

在图3的实验电路中电抗器边加上经过功率放大的能量方波，调整输出让铁芯工作在不饱和状态，在不同直流偏置电流下观察电流上升波形，即可通过不同上升时间验证直流偏磁对电流上升速率的控制作用。

在实验电路上调整方波电流为10Hz，±0.2A，改变不同偏磁电流，观察电流上升时间，结果如表1和图5所示，结果验证了直流偏磁对电感电流上升时间的影响。虽然是非线性关系，但可以利用其正相关特性实现磁控效果。

表1偏磁电流vs上升时间