專(zhuān)利名稱(chēng)：一種提高磁閥式可控電抗器響應(yīng)速度的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種提高磁閥式可控電抗器響應(yīng)速度的裝置，能夠使磁閥式可控電抗器更好地應(yīng)用于電力系統(tǒng)中對(duì)響應(yīng)速度要求嚴(yán)格的場(chǎng)
口 O
背景技術(shù)：
磁閥式可控電抗器(Magnetically Controlled Reactor,以下簡(jiǎn)稱(chēng)為MCR)以其無(wú)級(jí)可調(diào)、工作穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。其中單相MCR主要用于 電氣化鐵道動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償、消弧線(xiàn)圈；三相MCR可以用于大型電機(jī)軟啟動(dòng)、電力系統(tǒng)電壓控制及其無(wú)功補(bǔ)償?shù)阮I(lǐng)域。然而，由于MCR的特殊結(jié)構(gòu)，使得其響應(yīng)速度與抽頭比δ有關(guān)，響應(yīng)時(shí)間通常在幾十到幾百毫秒。特別是對(duì)于大容量的MCR而言，其抽頭比δ通常很小，使得其響應(yīng)時(shí)間更是達(dá)到了 O. 19 O. 66S。與其他靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置相比，響應(yīng)速度較慢，大大限制了其應(yīng)用的場(chǎng)合，因而提高M(jìn)CR的響應(yīng)時(shí)間便是當(dāng)務(wù)之急。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種提高磁閥式可控電抗器響應(yīng)速度的裝置。它基于IGBT的PWM控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)MCR輸出感性無(wú)功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)并可實(shí)現(xiàn)快速勵(lì)磁；基于大功率電阻和IGBT串聯(lián)構(gòu)成的電路實(shí)現(xiàn)MCR的快速去磁。它無(wú)需增加專(zhuān)門(mén)的快速勵(lì)磁控制電路，只需將MCR本體左右兩端的SCR器件換成IGBT即可。對(duì)于快速退磁電路來(lái)說(shuō)，只需增加一個(gè)大功率電阻及其IGBT控制器件。即保留了 MCR無(wú)功功率連續(xù)可調(diào)、工作安全穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，還克服了其快速性方面的不足，使得MCR的投入和退出電力系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間均小于一個(gè)工頻周期，極大地提高了其快速性。本發(fā)明包括電力系統(tǒng)1、MCR本體2、IGBT直流勵(lì)磁控制電路3和4、快速去磁電路5。MCR本體2的上下兩輸入輸出端接入電力系統(tǒng)I ;MCR本體2中包含兩個(gè)鐵芯，兩個(gè)鐵芯上分別繞有線(xiàn)圈L1和1^2、1^和1^4，四組線(xiàn)圈為交叉并聯(lián)結(jié)構(gòu)，從每個(gè)鐵芯上的上下兩組線(xiàn)圈中間引出抽頭，左邊鐵芯上下兩抽頭之間連接IGBT直流勵(lì)磁控制電路3，右邊鐵芯上下兩抽頭之間連接IGBT直流勵(lì)磁控制電路4 ;四組線(xiàn)圈的交叉連接點(diǎn)之間接有快速去磁電路5。IGBT直流勵(lì)磁控制電路3和4由IGBT、反并聯(lián)在IGBT兩端上起保護(hù)作用的二極管和起阻止電流反向流動(dòng)作用的二極管串聯(lián)構(gòu)成。快速去磁電路5由續(xù)流二極管D8串聯(lián)IGBT4,并在IGBT4兩端反并聯(lián)起保護(hù)作用的二極管D7,再在IGBT4和二極管D8組成的續(xù)流支路兩端并聯(lián)一個(gè)大功率電阻R和二極管D6和IGBT3串聯(lián)構(gòu)成的支路，并在IGBT3兩端反并聯(lián)起保護(hù)作用的二極管D6。與傳統(tǒng)MCR相比，本發(fā)明中MCR的抽頭比根據(jù)具體情況可提高為10% 20%。再將傳統(tǒng)MCR兩端兩抽頭之間的SCR用全控型器件IGBT構(gòu)成的IGBT直流勵(lì)磁控制電路取代，通過(guò)控制IGBT直流勵(lì)磁控制電路中IGBT的導(dǎo)通方式實(shí)現(xiàn)功率連續(xù)可調(diào)和快速勵(lì)磁的目的。再將傳統(tǒng)MCR本體中四組線(xiàn)圈的交叉連接點(diǎn)之間的續(xù)流二極管支路換接成快速去磁電路，通過(guò)適當(dāng)?shù)乜刂瓶焖偃ゴ烹娐分蠭GBT4和IGBT3的通斷達(dá)到快速退磁的目的?；贛CR的快速勵(lì)磁及去磁裝置的工作原理簡(jiǎn)述如下。IGBT直流勵(lì)磁控制電路中的IGBT在開(kāi)始觸發(fā)時(shí)，其門(mén)極所加觸發(fā)脈沖的占空比的值可根據(jù)具體情況設(shè)定為50% 85%，持續(xù)O. 02秒，這期間得到的直流勵(lì)磁電壓，可以達(dá)到快速勵(lì)磁的目的，從而使MCR的輸出電流在一個(gè)工頻周期內(nèi)就達(dá)到系統(tǒng)需要的額定值。
0.02秒后IGBT所加觸發(fā)脈沖的占空比的值恢復(fù)到正常工作時(shí)直流電壓所對(duì)應(yīng)的占空比的值。在IGBT觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)所加觸發(fā)脈沖的具體占空比的值與MCR正常工作時(shí)所需要加載的觸發(fā)脈沖的占空比的值(即MCR所需要輸出的無(wú)功電流值)成一一對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)系。舉例說(shuō)明假如，對(duì)于當(dāng)前MCR所接入系統(tǒng)需要補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率為Q1，要使MCR輸出Ql的無(wú)功功率所對(duì)應(yīng)的飽和度為β I，要使MCR的飽和度達(dá)到β I，則經(jīng)計(jì)算需要使MCR中IGBT的觸發(fā)脈沖的占空比為a。而為了達(dá)到快速勵(lì)磁的目的，則在觸發(fā)IGBT的瞬間，根據(jù)不同場(chǎng)合對(duì)快速性的要求差異，施加給IGBT的觸發(fā)脈沖占空比的選取可為α的不同倍數(shù)，此觸發(fā)脈沖加載O. 02s后，再使觸發(fā)脈沖的占空比恢復(fù)到正常工作所需要的a。這樣便可使MCR所輸出 的無(wú)功電流在一個(gè)工頻周期的時(shí)間內(nèi)達(dá)到額定工作值，達(dá)到快速勵(lì)磁的目的。而當(dāng)MCR停止作用于系統(tǒng)時(shí)，快速去磁電路中與大功率電阻R串聯(lián)的IGBT3先導(dǎo)通，O. 005秒后，與續(xù)流二極管D8串聯(lián)的IGBT4再斷開(kāi)，讓電流流經(jīng)去磁電阻R，實(shí)現(xiàn)快速去磁的作用。去磁電路中確定IGBT3和IGBT4的先后導(dǎo)通是為了防止出現(xiàn)過(guò)大的電流沖擊。當(dāng)需要MCR進(jìn)行下一次無(wú)功補(bǔ)償時(shí)，工作過(guò)程同上，只是所需要的快速勵(lì)磁電壓所對(duì)應(yīng)的IGBT的觸發(fā)脈沖的占空比隨著正常工作時(shí)所需要的觸發(fā)脈沖的占空比而改變。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)需增加專(zhuān)門(mén)的快速勵(lì)磁控制電路，只需將MCR本體左右兩端的SCR器件換成IGBT直流勵(lì)磁控制電路即可。對(duì)于快速退磁電路來(lái)說(shuō)，只需增加一個(gè)大功率電阻及其IGBT控制器件。即保留了 MCR無(wú)功功率連續(xù)可調(diào)，工作安全穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，又極大地提高了 MCR的響應(yīng)速度，使得MCR的投入和退出電力系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間均小于一個(gè)工頻周期。


圖I為本發(fā)明的基于MCR的快速勵(lì)磁及去磁裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。其中，電力系統(tǒng)
1、MCR本體2、第一IGBT直流勵(lì)磁控制電路3、第二 IGBT直流勵(lì)磁控制電路4、快速去磁電路5。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明包括電力系統(tǒng)1、MCR本體2、IGBT直流勵(lì)磁控制電路3和4、快速去磁電路5。MCR本體2的上下兩輸入輸出端接入電力系統(tǒng)I ;MCR本體2中包含兩個(gè)鐵芯，兩個(gè)鐵芯上分別繞有線(xiàn)圈L1和1^2、1^和1^4，四組線(xiàn)圈為交叉并聯(lián)結(jié)構(gòu)，從每個(gè)鐵芯上的上下兩組線(xiàn)圈中間引出抽頭，左邊鐵芯上下兩抽頭之間連接IGBT直流勵(lì)磁控制電路3，右邊鐵芯上下兩抽頭之間連接IGBT直流勵(lì)磁控制電路4 ;四組線(xiàn)圈的交叉連接點(diǎn)之間接有快速去磁電路5。IGBT直流勵(lì)磁控制電路3和4由IGBT、反并聯(lián)在IGBT兩端上起保護(hù)作用的二極管和起阻止電流反向流動(dòng)作用的二極管串聯(lián)構(gòu)成?？焖偃ゴ烹娐?由續(xù)流二極管D8串聯(lián)IGBT4,并在IGBT4兩端反并聯(lián)起保護(hù)作用的二極管D7,再在IGBT4和二極管D8組成的續(xù)流支路兩端并聯(lián)一個(gè)大功率電阻R和二極管D6和IGBT3串聯(lián)構(gòu)成的支路，并在IGBT3兩端反并聯(lián)起保護(hù)作用的二極管D6。如圖I所示。電力系統(tǒng)I的兩端e、f輸入電壓作為MCR的工作電壓。MCR本體2中包含兩個(gè)鐵芯，兩個(gè)鐵芯上分別繞有線(xiàn)圈L1和L2、L3和L4,四組線(xiàn)圈為交叉并聯(lián)結(jié)構(gòu)；從左邊鐵芯上線(xiàn)圈L1和L2中引出抽頭a、b，右邊鐵芯上線(xiàn)圈L3和L4中引出抽頭c、d，并且抽頭a、c的位置上移，b、d的位置下移，即與通常的MCR相比，增大了繞組的抽頭比。在左端抽頭a和b間連接直流勵(lì)磁控制電路3，具體為抽頭a接IGBT1的集電極，IGBT1的發(fā)射極接二極管D2的陽(yáng)極，二極管D2的陰極接抽頭b。并且，用二極管D2反并聯(lián)在IGBT1兩端，對(duì)IGBT1起保護(hù)作用，二極管D2則防止電流反向流動(dòng)。在右端抽頭c和d間連接直流勵(lì)磁控制電路4，具體為抽頭d接IGBT2的集電極，IGBT2的發(fā)射極接二極管D4的陽(yáng)極，二極管D4的陰極接抽頭C。并且，用二極管D3反并聯(lián)在IGBT2兩端，對(duì)IGBT2起保護(hù)作用，二極管D4則防止電流反向流動(dòng)。MCR本體2上下繞組交叉連接點(diǎn)g和h點(diǎn)間連接快速去磁電路5，具體為g點(diǎn)接IGBT4的集電極，IGBT4的發(fā)射極接二極管D8的陽(yáng)極，二極管D8的陰極連接h點(diǎn)。二極管D7反并聯(lián)在IGBT4兩端，對(duì)IGBT4起保護(hù)作用。此支路為MCR的續(xù)流支路。同時(shí)，g和h點(diǎn)間并聯(lián)另一支路，具體為g點(diǎn)接IGBT3的集電極，IGBT3的發(fā)射極接二極管D6的陽(yáng)極，二極管D6的陰極連接快速去磁電阻R的一端，R的另外一端接回h點(diǎn)。二極管D5反并聯(lián)在IGBT3的兩端，對(duì)IGBT3起保護(hù)作用，二極管D6則防止電流反向流動(dòng)。當(dāng)MCR要停止工作時(shí)，IGBT3先導(dǎo)通，O. 005秒后，IGBT4斷開(kāi)，讓電流流經(jīng)去磁電阻R，實(shí)現(xiàn)快速去磁的作用。
本電路中所有IGBT均通過(guò)DSP來(lái)控制，快速去磁電阻R使用大功率高阻值器件。
權(quán)利要求
1.一種提高磁閥式可控電抗器響應(yīng)速度的裝置，其特征在于，包括電力系統(tǒng)(I)、MCR本體(2 )、IGBT直流勵(lì)磁控制電路、快速去磁電路(5 ) ；MCR本體(2 )的上下兩輸入輸出端接入電力系統(tǒng)(I) ;MCR本體(2)中包含兩個(gè)鐵芯，兩個(gè)鐵芯上分別繞有線(xiàn)圈L1和L2、L3和L4，四組線(xiàn)圈為交叉并聯(lián)結(jié)構(gòu)，從每個(gè)鐵芯上的上下兩組線(xiàn)圈中間引出抽頭，左邊鐵芯上下兩抽頭之間連接第一 IGBT直流勵(lì)磁控制電路(3)，右邊鐵芯上下兩抽頭之間連接第二 IGBT直流勵(lì)磁控制電路(4);四組線(xiàn)圈的交叉連接點(diǎn)之間接有快速去磁電路(5);快速去磁電路(5)由續(xù)流二極管D8串聯(lián)IGBT4，并在IGBT4兩端反并聯(lián)起保護(hù)作用的二極管D7，再在IGBT4和二極管D8組成的續(xù)流支路兩端并聯(lián)一個(gè)大功率電阻R和二極管D6和IGBT3串聯(lián)構(gòu)成的支路，并在IGBT3兩端反并聯(lián)起保護(hù)作用的二極管D6。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，IGBT直流勵(lì)磁控制電路由IGBT、反并聯(lián)在IGBT兩端上起保護(hù)作用的二極管和起阻止電流反向流動(dòng)作用的二極管串聯(lián)構(gòu)成。
全文摘要
一種提高磁閥式可控電抗器響應(yīng)速度的裝置，屬于動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù)領(lǐng)域。包括電力系統(tǒng)、MCR本體、IGBT直流勵(lì)磁控制電路、快速去磁電路；MCR本體的上下兩輸入輸出端接入電力系統(tǒng)；MCR本體中包含兩個(gè)鐵芯,兩個(gè)鐵芯上分別繞有線(xiàn)圈L1 和L2、L3和L4，四組線(xiàn)圈為交叉并聯(lián)結(jié)構(gòu)，從每個(gè)鐵芯上的上下兩組線(xiàn)圈中間引出抽頭，左邊鐵芯上下兩抽頭之間連接第一IGBT直流勵(lì)磁控制電路，右邊鐵芯上下兩抽頭之間連接第二IGBT直流勵(lì)磁控制電路；四組線(xiàn)圈的交叉連接點(diǎn)之間接有快速去磁電路。優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)需增加專(zhuān)門(mén)的快速勵(lì)磁控制電路，只需控制IGBT觸發(fā)脈沖的占空比即可實(shí)現(xiàn)快速勵(lì)磁。即保留了MCR無(wú)功功率連續(xù)可調(diào)，工作安全穩(wěn)定，又極大地提高了MCR的響應(yīng)速度。
文檔編號(hào)H01F27/42GK102867629SQ20121037686
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者尹忠東, 劉海鵬, 趙士碩, 李和明 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)