專利名稱：一種多抽頭復(fù)合勵磁型可控電抗器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無功補償技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多抽頭復(fù)合勵磁型可控電抗器。
背景技術(shù)：
近年來，隨著我國電力工業(yè)發(fā)展速度加快，對電能的需要也越來越高。電力系統(tǒng)中的無功功率不直接作為實際消耗之功，但無功功率的變換將引起發(fā)電和輸電設(shè)備上的電壓升降和電能損失。電網(wǎng)無功的不平衡將導(dǎo)致系統(tǒng)電壓的巨大波動，嚴(yán)重時會導(dǎo)致用電設(shè)備的損壞，出現(xiàn)系統(tǒng)電壓崩潰等事故。故無功補償技術(shù)對于提高電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量和挖掘·電網(wǎng)的潛力是十分必要的。目前，并聯(lián)電抗器是電力系統(tǒng)高壓等級中最常見的無功補償裝置之一，但因其存在的固有缺陷，它是不可控的，且它始終并聯(lián)在電網(wǎng)上不予切除，給電網(wǎng)的正常運行帶來負(fù)面影響。當(dāng)線路發(fā)生故障時，并聯(lián)電抗器可以平衡無功功率和抑制線路中的操作過電壓；當(dāng)線路正常運行時，并聯(lián)電抗器就起不了什么作用，相反卻給電力系統(tǒng)帶來大量的過剩無功。可控電抗器是一種特殊的特高壓或超高壓并聯(lián)電抗器，它既能隨著無功功率的變化而自動平滑地調(diào)節(jié)本身的容量，而且能在暫態(tài)過程時起到降低工頻和操作過電壓的作用。常見的晶閘管控制電抗器(TCR)具有響應(yīng)速度快和無級可調(diào)的特點，但TCR的電力電子器件直接工作在高電壓(10-35kV)下，須采用晶閘管串聯(lián)同步觸發(fā)，其均壓難度較大，控制維護(hù)復(fù)雜，可靠性低，損耗大、諧波大，并且制造成本較高，并且不適合用于超、特高壓輸電系統(tǒng)。磁閥式可控電抗器(MCR)是一種建立在磁放大原理上的調(diào)磁路式可控電抗器，其鐵心繞有兩組繞組，通過控制直流電流的大小改變鐵心的磁導(dǎo)率，從而改變電感的大小。相比其它形式的可控電抗器，磁閥式可控電抗器的成本低廉，損耗較小，調(diào)節(jié)范圍較寬，并且可靠性高，使用壽命長，通常超過20年，可以應(yīng)用在10-750kV電網(wǎng)系統(tǒng)中。但傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的磁閥式可控電抗器響應(yīng)速度較慢，在不采取任何措施的情況下，磁閥式可控電抗器從空載到額定容量，響應(yīng)時間長達(dá)500ms甚至更高。周麗霞在標(biāo)題為大容量輸電長線可控并聯(lián)補償與潛供電弧抑制的研究(華北電力大學(xué)博士論文，2009年6月)的論文提出了一種提高控制電壓和充電電容器放電的快速勵磁回路接線，可有效實現(xiàn)對磁閥式可控電抗器的快速勵磁。但這種方法如果要實現(xiàn)對鐵芯的快速充磁和快速放磁，就必須有兩組提供直流源的整流電路和電容器，不僅成本較高，而且控制策略復(fù)雜。專利號為201110066597. 6的中國專利公開了一種復(fù)合勵磁觸發(fā)、雙勵磁繞組MCR型磁控電抗器結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)MCR的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，在每個鐵芯上復(fù)合一組線圈，該兩組線圈反向串聯(lián)連接，并與兩個反向并聯(lián)的可控整流橋電路構(gòu)成回路；通過整流橋電路提供直流助磁，提高磁控電抗器的響應(yīng)速度。這種方法可有效提高磁閥式可控電抗器的響應(yīng)速度，但這種方法需要提供單獨的助磁電源，并且外接直流源由兩組整流電路組成，成本較高，控制策略復(fù)雜。并且整流電路和兩組復(fù)合線圈串聯(lián)，增加了損耗，降低了系統(tǒng)的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供了一種多抽頭復(fù)合勵磁型可控電抗器，響應(yīng)速度快，輸出電流諧波含量低，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。一種多 抽頭復(fù)合勵磁型可控電抗器，包括上軛、下軛以及設(shè)于上下軛間的n對鐵芯，所述的鐵芯上繞有上下兩套繞組，n為電抗器的相數(shù)；每對鐵芯包括鐵芯X和鐵芯Y，鐵芯X上的繞組與鐵芯Y上的繞組通過一套可控組件連接；所述的可控組件包括三個二極管Dl D3、兩個晶閘管Gl G2和四個IGBT管Tl T4 ;其中鐵芯X的上繞組具有兩個抽頭點Al A2，下繞組具有一個抽頭點A3 ;鐵芯Y的上繞組具有一個抽頭點BI，下繞組具有兩個抽頭點B2 B3 ;鐵芯X上繞組的上端點與鐵芯Y上繞組的上端點相連并作為正輸出端子，抽頭點Al與IGBT管Tl的集電極相連，IGBT管Tl的發(fā)射極與二極管Dl的陰極和晶閘管Gl的陽極相連，二極管Dl的陽極與抽頭點A2相連，晶閘管Gl的陰極與二極管D2的陰極、鐵芯X下繞組的上端點、鐵芯Y上繞組的下端點、IGBT管T3的發(fā)射極、IGBT管T4的發(fā)射極和晶閘管G2的陰極相連，二極管D2的陽極與鐵芯X上繞組的下端點和鐵芯Y下繞組的上端點相連，晶閘管G2的陽極與IGBT管T2的發(fā)射極和二極管D3的陰極相連，二極管D3的陽極與抽頭點B2相連，IGBT管T2的集電極與抽頭點B3相連，IGBT管T3的集電極與抽頭點BI相連，IGBT管T4的集電極與抽頭點A3相連，鐵芯X下繞組的下端點與鐵芯Y下繞組的下端點相連并作為負(fù)輸出端子；兩個晶閘管Gl G2和四個IGBT管Tl T4的門極均接收外部設(shè)備提供的開關(guān)控制信號。優(yōu)選地，所有鐵芯的上下繞組均采用工作繞組L ;抽頭點A2至鐵芯X上繞組下端點的繞組La2、抽頭點A3至鐵芯X下繞組上端點的繞組La3、抽頭點BI至鐵芯Y上繞組下端點的繞組Lbl或抽頭點B2至鐵芯Y下繞組上端點的繞組Lb2與工作繞組L的線圈匝數(shù)比為0. 5% 3%;抽頭點Al至鐵芯X上繞組下端點的繞組Lal或抽頭點B3至鐵芯Y下繞組上端點的繞組Lb3與工作繞組L的線圈匝數(shù)比為5% 15%。因為磁閥式可控電抗器容量從空載到額定值時所需的周期數(shù)與匝數(shù)比(P成反比，即11=1-9/29，故1^3與工作繞組L的線圈匝數(shù)比，是Lb2與L匝數(shù)比的5-10倍，可以使電抗器響應(yīng)速度大大減小，且不產(chǎn)生額定的損耗。優(yōu)選地，所述的鐵芯被分成若干段鐵餅，相鄰段鐵餅間通過磁閥隔離；所述的磁閥由若干導(dǎo)磁片和若干磁阻片沿水平方向交替疊加而成；能夠有效降低電抗器輸出電流的諧
波含量。優(yōu)選地，鐵芯上的磁閥分四類磁閥A、磁閥B、磁閥C和磁閥D ;其中所述的磁閥A的橫截面中導(dǎo)磁片與磁阻片的總面積比為I : 2，該類磁閥的總厚度占鐵芯上磁閥總厚度的28% ；所述的磁閥B的橫截面中導(dǎo)磁片與磁阻片的總面積比為I : 1.2，該類磁閥的總厚度占鐵芯上磁閥總厚度的24% ；所述的磁閥C的橫截面中導(dǎo)磁片與磁阻片的總面積比為I : 0.9，該類磁閥的總厚度占鐵芯上磁閥總厚度的26% ；
所述的磁閥D的橫截面中導(dǎo)磁片與磁阻片的總面積比為I : 0.6，該類磁閥的總厚度占鐵芯上磁閥總厚度的22%。這四類磁閥的參雜系數(shù)比例是通過遺傳算法對諧波輸出數(shù)學(xué)模型進(jìn)行優(yōu)化計算后得到的最佳參數(shù)；在電抗器工作時，磁閥中四種磁閥的飽和程度不同，而產(chǎn)生相位不同的諧波電流，通過控制四種磁閥的磁閥個數(shù)含量和飽和材料與磁阻材料的參雜系數(shù)，可使諧波電流互相抵消，并降低了損耗。所述的導(dǎo)磁片采用導(dǎo)磁材料如硅鋼片，所述的磁阻片采用磁阻材料如環(huán)氧樹脂；所述的鐵餅由若干硅鋼片疊片而成。所述的鐵芯上鐵餅的總厚度為50mm IOOmm ;優(yōu)選地，鐵芯上鐵餅的總厚度為50mm ;便于散熱和加工。所述的鐵芯上磁閥的總厚度占鐵芯聞度的5% 20*%。優(yōu)選地，若電抗器為單相，所述的上下軛兩側(cè)豎直設(shè)有旁軛，所述的旁軛被分成若干段，相鄰段間通過氣隙隔離；氣隙的存在可以防止直流空載時電抗器出現(xiàn)的非線性，從而避免因電抗器的非線性而出現(xiàn)的鐵磁諧振。所述的旁軛上氣隙的總厚度占旁軛高度的5% 10%。所述的氣隙采用磁阻材料(如環(huán)氧樹脂)填充構(gòu)成。本發(fā)明的有益技術(shù)效果如下(I)本發(fā)明可控電抗器的本體中，每相加入一個高壓抽頭線圈進(jìn)行復(fù)合勵磁，此線圈進(jìn)行正向助磁，可以在補償容量增加時，加強勵磁強度，提高響應(yīng)速度，當(dāng)系統(tǒng)電流增加到額定值時，通過外部控制單元及時切換到正常工作所需的抽頭比，同時進(jìn)行正向觸發(fā)和關(guān)斷控制。(2)本發(fā)明可控電抗器的本體中，每相加入一個反向的低壓抽頭線圈進(jìn)行反向勵磁，此線圈起快速減小直流磁通的作用，可在所需補償容量減小時，形成反向直流磁通，提 高系統(tǒng)減小直流勵磁的速度，當(dāng)輸出電流減小到所需大小后，通過控制單元及時切換到正常工作所需要的抽頭。(3)本發(fā)明可控電抗器的本體中，每相鐵芯都加入不同類型的磁閥，每種磁閥都由高導(dǎo)磁材料和低導(dǎo)磁材料或磁阻材料并聯(lián)而成，通過遺傳算法優(yōu)化計算出摻疊比例和每種磁閥的個數(shù)，可有效減小輸出電流的諧波含量和損耗，同時為磁閥式可控電抗器通過大的工作電流提供了條件。(4)本發(fā)明芯柱磁閥由高導(dǎo)磁材料及低導(dǎo)磁材料或磁阻材料交替排列，形成并聯(lián)磁路，在電抗器運行時，低導(dǎo)磁材料區(qū)域的漏磁由高導(dǎo)磁材料所吸收，形成漏磁自屏蔽，使因漏磁引起的鐵心雜散損耗、噪音大幅度降低。(5)本發(fā)明單相可控電抗器的每相旁鐵軛中均勻分布若干段氣隙，氣隙的存在可以防止直流空載時電抗器出現(xiàn)的非線性，從而避免因電抗器的非線性而出現(xiàn)的鐵磁諧振。(6)本發(fā)明單相可控電抗器可采用四柱式結(jié)構(gòu)，芯柱主磁通方向相同，通過上下鐵軛及兩個旁軛形成閉合的磁通回路，直流磁通在兩芯柱之間流通，通過上下鐵軛形成閉合磁回路；也可采用六柱式結(jié)構(gòu)，芯柱主磁通方向相同，通過上下鐵軛及四個旁軛形成閉合的磁回路。三相可控電抗器可采用三框六柱式鐵芯結(jié)構(gòu)，芯柱主磁通方向相同，三相主磁通矢量合通過上下鐵軛形成磁回路，直流磁通僅在每相的兩個芯柱之間流動，不會在相間流動。


圖I為本發(fā)明單相可控電抗器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖I的橫截面圖。圖3為磁閥的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為鐵芯上的繞組示意圖。圖5為遺傳優(yōu)化算法的步驟流程圖。 圖6為本發(fā)明三相可控電抗器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為圖6的橫截面圖。圖8為傳統(tǒng)磁閥式可控電抗器的諧波電流隨輸出電流的分布計算示意圖。圖9為本發(fā)明多抽頭復(fù)合勵磁型可控電抗器的諧波電流隨輸出電流的分布計算示意圖。圖10為傳統(tǒng)磁閥式可控電抗器的諧波電流隨時間的仿真波形示意圖。圖11為本發(fā)明多抽頭復(fù)合勵磁型可控電抗器的諧波電流隨時間的仿真波形示意圖。圖12為傳統(tǒng)磁閥式可控電抗器從空載到輸出額定電流暫態(tài)過程的仿真波形圖。圖13為本發(fā)明多抽頭復(fù)合勵磁型可控電抗器從空載到輸出額定電流暫態(tài)過程的仿真波形圖。圖14為傳統(tǒng)磁閥式可控電抗器從空載到輸出額定電流再到空載暫態(tài)過程的仿真波形圖。圖15為本發(fā)明多抽頭復(fù)合勵磁型可控電抗器從空載到輸出額定電流再到空載暫態(tài)過程的仿真波形圖。
具體實施例方式為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及具體實施方式
對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。實施例I如圖I和圖2所示，一種多抽頭復(fù)合勵磁型單相可控電抗器為四柱式結(jié)構(gòu)；其包括上軛2、下軛4、兩旁軛3以及設(shè)于上下軛間的一對鐵芯(X，Y)，鐵芯(X，Y)被分成五段鐵餅11，相鄰段鐵餅11間通過磁閥12(四塊)隔離；鐵餅由若干硅鋼片疊片而成；旁軛3被分成四段，相鄰段間通過氣隙5 (三組)隔離；氣隙5采用環(huán)氧樹脂填充構(gòu)成，三組氣隙的總厚度占旁軛高度的5% ;氣隙的存在可以防止直流空載時電抗器出現(xiàn)的非線性，從而避免因電抗器的非線性而出現(xiàn)的鐵磁諧振。如圖3所示，磁閥12由若干硅鋼片13和若干環(huán)氧樹脂薄片14沿水平方向交替疊加而成；鐵芯(Χ，γ)上的四塊磁閥為四塊不同類別的磁閥磁閥Α、磁閥B、磁閥C和磁閥D ；其中磁閥A的橫截面中硅鋼片13與環(huán)氧樹脂薄片14的總面積比為I : 2，該塊磁閥的厚度占四塊磁閥總厚度的28% ；磁閥B的橫截面中硅鋼片13與環(huán)氧樹脂薄片14的總面積比為I : I. 2，該塊磁閥的厚度占四塊磁閥總厚度的24% ；磁閥C的橫截面中硅鋼片13與環(huán)氧樹脂薄片14的總面積比為I : O. 9，該塊磁閥的厚度占四塊磁閥總厚度的26% ；磁閥D的橫截面中硅鋼片13與環(huán)氧樹脂薄片14的總面積比為I : O. 6，該塊磁閥的厚度占四塊磁閥總厚度的22%。這四類磁閥的參雜系數(shù)比例是通過遺傳算法對諧波輸出數(shù)學(xué)模型進(jìn)行優(yōu)化計算后得到的最佳參數(shù)，該基于遺傳算法的參數(shù)確定流程如圖5所示首先，確定磁閥的種類數(shù)；然后，以諧波電流為目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)造適應(yīng)函數(shù)，通過反復(fù) 執(zhí)行選擇、交叉和變異三個遺傳運算過程，迭代尋優(yōu)，如果不滿足終止條件，返回，進(jìn)行循環(huán)迭代；如滿足，則程序結(jié)束。其中個體數(shù)目取100，最大進(jìn)化代數(shù)取50，最好個體的選擇概率取O. 2，離散精度取O. 01，雜交概率取O. 9，變異概率取O. 05。其中，bet^的物理意義是不同磁閥的飽和程度。在電抗器工作時，磁閥中四種磁閥的飽和程度不同，而產(chǎn)生相位不同的諧波電流，通過控制四種磁閥的磁閥個數(shù)含量和飽和材料與磁阻材料的參雜系數(shù)，可使諧波電流互相抵消，并降低了損耗。本實施方式中，四塊磁閥的總厚度占鐵芯高度的10%，五段鐵餅的總厚度為50mm ;鐵芯通過絕緣帶綁扎，并用雙排螺桿拉緊固定；拉緊螺桿位于線圈外側(cè)，穿過上下夾件。單相電抗器鐵芯柱上的工作繞組產(chǎn)生的交流磁通過上下軛和旁軛閉合，直流繞組產(chǎn)生的直流磁通在兩個鐵芯柱之間流通。如圖4所示，每個鐵芯(X，Y)上繞有上下兩套繞組；鐵芯X上的繞組與鐵芯Y上的繞組通過一套可控組件連接；可控組件包括三個二極管Dl D3、兩個晶閘管Gl G2和四個IGBT管Tl T4 ;其中鐵芯X的上繞組具有兩個抽頭點Al A2，下繞組具有一個抽頭點A3 ;鐵芯Y的上繞組具有一個抽頭點BI，下繞組具有兩個抽頭點B2 B3 ;鐵芯X上繞組的上端點與鐵芯Y上繞組的上端點相連并接入電網(wǎng)的火線，抽頭點Al與IGBT管Tl的集電極相連，IGBT管Tl的發(fā)射極與二極管Dl的陰極和晶閘管Gl的陽極相連，二極管Dl的陽極與抽頭點A2相連，晶閘管Gl的陰極與二極管D2的陰極、鐵芯X下繞組的上端點、鐵芯Y上繞組的下端點、IGBT管T3的發(fā)射極、IGBT管T4的發(fā)射極和晶閘管G2的陰極相連，二極管D2的陽極與鐵芯X上繞組的下端點和鐵芯Y下繞組的上端點相連，晶閘管G2的陽極與IGBT管T2的發(fā)射極和二極管D3的陰極相連，二極管D3的陽極與抽頭點B2相連，IGBT管T2的集電極與抽頭點B3相連，IGBT管T3的集電極與抽頭點BI相連，IGBT管T4的集電極與抽頭點A3相連，鐵芯X下繞組的下端點與鐵芯Y下繞組的下端點相連并接入電網(wǎng)的零線；兩個晶閘管Gl G2和四個IGBT管Tl T4的門極均接收外部設(shè)備提供的開關(guān)控制信號；外部控制設(shè)備由工控機、數(shù)據(jù)采集卡組成、采樣電路、信號調(diào)理電路、脈沖觸發(fā)電路和驅(qū)動電路構(gòu)建，采用LabWindows開發(fā)平臺，采用虛擬儀器的思想和設(shè)計方法，集控制、顯示、數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換為一體，具有測量精度高、可靠性高、靈活性強等特點。每個鐵芯(X，Y)的上下繞組均采用工作繞組L ;抽頭點A2至鐵芯X上繞組下端點的繞組La2、抽頭點A3至鐵芯X下繞組上端點的繞組La3、抽頭點BI至鐵芯Y上繞組下端點的繞組Lbl以及抽頭點B2至鐵芯Y下繞組上端點的繞組Lb2與工作繞組L的線圈匝數(shù)比均為I % ;抽頭點Al至鐵芯X上繞組下端點的繞組Lal以及抽頭點B3至鐵芯Y下繞組上端點的繞組Lb3與工作繞組L的線圈匝數(shù)比均為10%。繞組Lal和繞組Lb3的引出是為了增加直流勵磁速度；繞組La3和繞組Lbl的作用是為了增加直流退磁速度，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化，工控機計算出所需無功、脈沖觸發(fā)電路給出觸發(fā)信號后，電抗器發(fā)出的補償無功可以隨之迅速變化，以滿足快速補償?shù)囊?。系統(tǒng)在不需要快速勵磁時，電抗器采用如下工作方式采樣來的電壓電流信號經(jīng)過信號調(diào)理電路后送入多功能數(shù)據(jù)采集卡，由數(shù)據(jù)采集卡完成AD轉(zhuǎn)換后將數(shù)字量送入工控機，工控機計算出系統(tǒng)需要的無功功率補償量及各次諧波含量等參數(shù)。工控機根據(jù)計算結(jié)果發(fā)出觸發(fā)脈沖，并經(jīng)過多功能數(shù)據(jù)采集卡完成DA轉(zhuǎn)換，送入驅(qū)動電路，從而控制晶閘管Gl和G2的觸發(fā)導(dǎo)通角。電壓正半周觸發(fā)導(dǎo)通晶閘管G1，在線圈中產(chǎn)生自藕直流勵磁電流；電壓負(fù)半周觸發(fā)導(dǎo)通晶閘管G2，在線圈中產(chǎn)生自藕直流勵磁電流；根據(jù)調(diào)節(jié)導(dǎo)通角的大小來調(diào)節(jié)直流勵磁電流導(dǎo)通角越小，產(chǎn)生的直流電流越大，磁閥飽和度越高，電抗器的電感值越小，輸出電流變大；導(dǎo)通角越大，產(chǎn)生的直流電流越小，磁閥飽和度越低，電抗器的·電感值越大，輸出電流變小。系統(tǒng)在需要快速增加勵磁時，電抗器采用如下工作方式工控機根據(jù)所需補償?shù)臒o功功率，給出觸發(fā)脈沖，通過驅(qū)動電路觸發(fā)導(dǎo)通IGBT管Tl和T2，電壓正半周導(dǎo)通Tl，由于線圈繞組Lal被短路，回路中會出現(xiàn)較大的正向自藕直流電流，形成較大正向直流磁通在主鐵芯之間流動，使鐵芯中的磁閥快速飽和，輸出電流迅速增大；電壓負(fù)半周導(dǎo)通T2，由于線圈繞組Lb3被短路，回路中會出現(xiàn)較大的正向自藕直流電流，形成較大正向直流磁通在主鐵芯之間流動，使鐵芯中的磁閥快速飽和，輸出電流迅速增大；當(dāng)系統(tǒng)檢測到電抗器工作電流達(dá)到所需容量時，關(guān)斷全控器件Tl和T2，快速勵磁線圈繞組Lal和Lb3停止工作，同時計算出晶閘管Gl和G2的觸發(fā)導(dǎo)通角，給出觸發(fā)脈沖，并通過驅(qū)動電路觸發(fā)導(dǎo)通晶閘管Gl和G2，電壓正半周導(dǎo)通Gl，形成直流勵磁電流，負(fù)半周導(dǎo)通G2，形成直流勵磁電流，使電抗器工作電流穩(wěn)定在所需值。系統(tǒng)在需要快速退磁時，電抗器采用如下工作方式工控機給出觸發(fā)脈沖，通過驅(qū)動電路觸發(fā)導(dǎo)通全控器件T3和T4，電壓正半周導(dǎo)通T3，由于線圈繞組Lbl被短路，回路中會出現(xiàn)反向自藕直流電流，形成較大反向直流磁通在主鐵芯之間流動，使鐵芯中的磁閥快速退磁，輸出電流迅速減小；電壓負(fù)半周導(dǎo)通T4，由于線圈繞組La3被短路，回路中會出現(xiàn)反向的自藕直流電流，形成反向直流磁通在主鐵芯之間流動，使鐵芯中的磁閥快速退磁，輸出電流迅速減小；當(dāng)系統(tǒng)檢測到電抗器工作電流降低到所需容量時，關(guān)斷全控器件T3和T4，快速退磁線圈繞組Lbl和La3停止工作，同時計算出晶閘管Gl和G2的觸發(fā)導(dǎo)通角，給出觸發(fā)脈沖，并通過驅(qū)動電路觸發(fā)導(dǎo)通晶閘管Gl和G2，使電抗器工作電流穩(wěn)定在所需值。實施例2如圖6和圖7所不,一種多抽頭復(fù)合勵磁型三相可控電抗器為六柱式結(jié)構(gòu)；其包括上軛2、下軛4以及設(shè)于上下軛間的三對鐵芯(X-X’，Y-Y’，Z_Z’)，鐵芯被分成若干段鐵餅，相鄰段鐵餅間通過磁閥隔離；鐵餅由若干硅鋼片疊片而成；磁閥由若干硅鋼片和若干環(huán)氧樹脂薄片沿水平方向交替疊加而成；鐵芯上的磁閥分四類磁閥A、磁閥B、磁閥C和磁閥D ;其中
磁閥A的橫截面中導(dǎo)磁片與磁阻片的總面積比為I : 2，該類磁閥的總厚度占鐵芯上磁閥總厚度的28% ；磁閥B的橫截面中導(dǎo)磁片與 磁阻片的總面積比為I : I. 2，該類磁閥的總厚度占鐵芯上磁閥總厚度的24% ；磁閥C的橫截面中導(dǎo)磁片與磁阻片的總面積比為I : 0.9，該類磁閥的總厚度占鐵芯上磁閥總厚度的26% ；磁閥D的橫截面中導(dǎo)磁片與磁阻片的總面積比為I : 0.6，該類磁閥的總厚度占鐵芯上磁閥總厚度的22%。三對鐵芯(X-X’，Y-Y’，I-V )上均繞有上下兩套繞組，每一對鐵芯的線圈繞制連接方式均與實施例I單相電抗器中的一致，但三對鐵芯的繞組正負(fù)輸出端子引出后呈三角形聯(lián)接，三角形的三個端點對應(yīng)接入三相電網(wǎng)的三相線。本實施方式中，鐵芯上磁閥的總厚度占鐵芯聞度的10 鐵芯上鐵餅的總厚度為50mm ;鐵芯通過絕緣帶綁扎，并用雙排螺桿拉緊固定。三相電抗器每相的工作繞組產(chǎn)生的交流磁通通過其它兩相及上下軛為回路流通，直流繞組產(chǎn)生的直流磁通經(jīng)過梁架6在每相的兩個鐵芯柱之間流通。以下我們根據(jù)諧波分布數(shù)學(xué)模型，計算出傳統(tǒng)磁閥式可控電抗器的諧波電流隨輸出電流的分布如圖8所75,本實施方式多抽頭復(fù)合勵磁型可控電抗器的諧波電流隨輸出電流的變化如圖9所示。建立電抗器樣機仿真模型，仿真得到傳統(tǒng)磁閥式可控電抗器的諧波電流隨時間的分布如圖10所示，本實施方式的多抽頭復(fù)合勵磁型可控電抗器的諧波電流隨時間分布如圖11所示。從圖中可以看出，本實施方式多抽頭復(fù)合勵磁型可控電抗器的3次、5次、7次諧波均不超過2. 7%，遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)磁閥式可控電抗器。且樣機試驗結(jié)果和計算結(jié)果基本吻合，如表I所不；表明本實施方式的多抽頭復(fù)合勵磁型可控電抗器在減小諧波方面有明顯的效果。表I
權(quán)利要求
1.一種多抽頭復(fù)合勵磁型可控電抗器，包括上軛、下軛以及設(shè)于上下軛間的η對鐵芯，所述的鐵芯上繞有上下兩套繞組，η為電抗器的相數(shù)；其特征在于 每對鐵芯包括鐵芯X和鐵芯Y，鐵芯X上的繞組與鐵芯Y上的繞組通過一套可控組件連接；所述的可控組件包括三個二極管Dl D3、兩個晶閘管Gl G2和四個IGBT管Tl Τ4 ;其中 鐵芯X的上繞組具有兩個抽頭點Al Α2，下繞組具有一個抽頭點A3 ;鐵芯Y的上繞組具有一個抽頭點BI，下繞組具有兩個抽頭點Β2 Β3 ; 鐵芯X上繞組的上端點與鐵芯Y上繞組的上端點相連并作為正輸出端子，抽頭點Al與IGBT管Tl的集電極相連，IGBT管Tl的發(fā)射極與二極管Dl的陰極和晶閘管Gl的陽極相連，二極管Dl的陽極與抽頭點Α2相連，晶閘管Gl的陰極與二極管D2的陰極、鐵芯X下繞組的上端點、鐵芯Y上繞組的下端點、IGBT管Τ3的發(fā)射極、IGBT管Τ4的發(fā)射極和晶閘管G2的陰極相連，二極管D2的陽極與鐵芯X上繞組的下端點和鐵芯Y下繞組的上端點相連，晶閘管G2的陽極與IGBT管Τ2的發(fā)射極和二極管D3的陰極相連，二極管D3的陽極與抽頭點Β2相連，IGBT管Τ2的集電極與抽頭點Β3相連，IGBT管Τ3的集電極與抽頭點BI相連，IGBT管Τ4的集電極與抽頭點A3相連，鐵芯X下繞組的下端點與鐵芯Y下繞組的下端點相連并作為負(fù)輸出端子； 兩個晶閘管Gl G2和四個IGBT管Tl Τ4的門極均接收外部設(shè)備提供的開關(guān)控制信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多抽頭復(fù)合勵磁型可控電抗器，其特征在于所有鐵芯的上下繞組均采用工作繞組L ;抽頭點Α2至鐵芯X上繞組下端點的繞組La2、抽頭點A3至鐵芯X下繞組上端點的繞組La3、抽頭點BI至鐵芯Y上繞組下端點的繞組Lbl或抽頭點B2至鐵芯Y下繞組上端點的繞組Lb2與工作繞組L的線圈匝數(shù)比為O. 5% 3% ;抽頭點Al至鐵芯X上繞組下端點的繞組Lal或抽頭點B3至鐵芯Y下繞組上端點的繞組Lb3與工作繞組L的線圈匝數(shù)比為5% 15%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多抽頭復(fù)合勵磁型可控電抗器，其特征在于所述的鐵芯被分成若干段鐵餅，相鄰段鐵餅間通過磁閥隔離；所述的磁閥由若干導(dǎo)磁片和若干磁阻片沿水平方向交替疊加而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多抽頭復(fù)合勵磁型可控電抗器，其特征在于所述的鐵芯上的磁閥分四類磁閥A、磁閥B、磁閥C和磁閥D ;其中 所述的磁閥A的橫截面中導(dǎo)磁片與磁阻片的總面積比為1 : 2，該類磁閥的總厚度占鐵芯上磁閥總厚度的28% ； 所述的磁閥B的橫截面中導(dǎo)磁片與磁阻片的總面積比為1 : 1. 2，該類磁閥的總厚度占鐵芯上磁閥總厚度的24% ； 所述的磁閥C的橫截面中導(dǎo)磁片與磁阻片的總面積比為1 : O. 9，該類磁閥的總厚度占鐵芯上磁閥總厚度的26% ； 所述的磁閥D的橫截面中導(dǎo)磁片與磁阻片的總面積比為1 : O. 6，該類磁閥的總厚度占鐵芯上磁閥總厚度的22%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的多抽頭復(fù)合勵磁型可控電抗器，其特征在于所述的導(dǎo)磁片采用硅鋼片，所述的磁阻片采用環(huán)氧樹脂。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多抽頭復(fù)合勵磁型可控電抗器，其特征在于所述的鐵芯上鐵餅的總厚度為50mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多抽頭復(fù)合勵磁型可控電抗器，其特征在于所述的鐵芯上磁閥的總厚度占鐵芯高度的5% 20%。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多抽頭復(fù)合勵磁型可控電抗器，其特征在于若電抗器為單相，所述的上下軛兩側(cè)豎直設(shè)有旁軛，所述的旁軛被分成若干段，相鄰段間通過氣隙隔離。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多抽頭復(fù)合勵磁型可控電抗器，其特征在于所述的旁軛上氣隙的總厚度占旁軛高度的5% 10%。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的多抽頭復(fù)合勵磁型可控電抗器，其特征在于所述的氣隙采用環(huán)氧樹脂填充構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多抽頭復(fù)合勵磁型可控電抗器，包括上軛、下軛以及設(shè)于上下軛間的n對鐵芯，鐵芯上繞有上下兩套繞組，每對鐵芯包括鐵芯X和鐵芯Y，鐵芯X上的繞組與鐵芯Y上的繞組通過一套可控組件連接；鐵芯X的上繞組具有兩個抽頭點，下繞組具有一個抽頭點；鐵芯Y的上繞組具有一個抽頭點，下繞組具有兩個抽頭點。本發(fā)明可控電抗器本體中，每相加入一個高壓抽頭線圈進(jìn)行復(fù)合勵磁，此線圈進(jìn)行正向助磁，可以在補償容量增加時，加強勵磁強度，提高響應(yīng)速度；同時電抗器本體中每相加入一個反向的低壓抽頭線圈進(jìn)行反向勵磁，此線圈起快速減小直流磁通的作用，可在所需補償容量減小時，形成反向直流磁通，提高系統(tǒng)減小直流勵磁的速度。
文檔編號H01F27/30GK102982985SQ20121053707
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月11日
發(fā)明者陳國柱, 王異凡, 張曙 申請人:浙江大學(xué), 圣航科技股份有限公司