專利名稱：一種多磁閥式可控電抗器的制作方法
—種多磁閥式可控電抗器技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多磁閥式可控電抗器。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展速度加快，對(duì)電能的需要也越來(lái)越高。電力系統(tǒng)中的無(wú)功功率不直接作為實(shí)際消耗之功，但無(wú)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(wú)功的不平衡將導(dǎo)致系統(tǒng)電壓的巨大波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)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(wú)功補(bǔ)償技術(shù)對(duì)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(jí)中最常見(jiàn)的無(wú)功補(bǔ)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(yùn)行帶來(lái)負(fù)面影響。當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，并聯(lián)電抗器可以平衡無(wú)功功率和抑制線路中的操作過(guò)電壓；當(dāng)線路正常運(yùn)行時(shí)，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(lái)大量的過(guò)剩無(wú)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(wú)功功率的變化而自動(dòng)平滑地調(diào)節(jié)本身的容量，而且能在暫態(tài)過(guò)程時(shí)起到降低工頻和操作過(guò)電壓的作用。
傳統(tǒng)可控電抗器調(diào)節(jié)電抗采用手動(dòng)控制和磁控，手控方式的又可分為機(jī)械式和調(diào)氣隙式電抗器，這兩種可調(diào)電抗器響應(yīng)速度慢，操作不靈活。磁控電抗器的原理是通過(guò)改變外加勵(lì)磁電流的大小來(lái)改變鐵芯的磁阻大小而實(shí)現(xiàn)的。顯然，磁阻大，電感??；反之，磁阻小，電感大。改變磁阻的方法有兩種，一種是外加直流勵(lì)磁電流使磁路飽和，稱為它勵(lì)式磁控電抗器，另一種是通過(guò)自身晶閘管整流產(chǎn)生直流控制電流來(lái)改變電抗器鐵芯的飽和度。 磁閥式可控電抗器(MCR)是一種自勵(lì)式可控電抗器,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(guò)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(zhǎng)，通常超過(guò)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具諧波含量較大，在不采取任何措施的情況下，單相磁閥式電抗器的諧波可達(dá)到8%。并且傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的MCR響應(yīng)速度不高，當(dāng)容量較大時(shí)，抽頭比較小，響應(yīng)時(shí)間常常在500ms左右甚至較高。
陳柏超等人在標(biāo)題為單相可控電抗器的一種諧波抑制原理及實(shí)現(xiàn)(中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)》，2002，22 (3))的文獻(xiàn)提出了將兩組工作于不同電磁參數(shù)的電抗器并聯(lián)，通過(guò)實(shí)施協(xié)調(diào)控制，可使每個(gè)電抗器的產(chǎn)生的諧波互相補(bǔ)償，從而使電抗器組的諧波水平降低。這種方法可有效降低單相磁閥式電抗器的諧波含量，但成本較高，控制策略復(fù)雜增加了響應(yīng)時(shí)間，并且體積較大，不適合于室內(nèi)安裝。發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供了一種多磁閥式可控電抗器， 其輸出電流諧波含量低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉。
一種多磁閥式可控電抗器，包括上軛、下軛以及設(shè)于上下軛間的η對(duì)鐵芯，所述的鐵芯被分成若干段鐵餅，相鄰段鐵餅間通過(guò)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；η為電抗器的相數(shù)。優(yōu)選地，鐵芯上的磁閥分四類磁閥Α、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 : 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(guò)遺傳算法對(duì)諧波輸出數(shù)學(xué)模型進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算后得到的最佳參數(shù)；在電抗器工作時(shí)，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(guò)控制四種磁閥的磁閥個(gè)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(shù)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(guò)氣隙隔離；氣隙的存在可以防止直流空載時(shí)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(shù)脂)填充構(gòu)成。本發(fā)明的有益技術(shù)效果如下(I)本發(fā)明的磁閥式可控電抗器的本體中，每相都加入四種不同類型的磁閥，每種磁閥都由高導(dǎo)磁材料和磁阻材料并聯(lián)而成，通過(guò)遺傳算法優(yōu)化計(jì)算出摻疊比例和每種磁閥的個(gè)數(shù)，可有效減小輸出電流的諧波含量和損耗，為磁閥式可控電抗器通過(guò)大的工作電流提供了條件。(2)本發(fā)明的芯柱磁閥由高導(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(yùn)行時(shí)，低導(dǎo)磁材料區(qū)域的漏磁被高導(dǎo)磁材料所吸收，形成漏磁屏蔽，使因漏磁引起的鐵心雜散損耗、噪音大幅度降低。(3)本發(fā)明的多磁閥式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(shí)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。(4)本發(fā)明的單相多磁閥式可控電抗器可采用單相四柱式結(jié)構(gòu)，芯柱主磁通方向相同，通過(guò)上下鐵軛及兩個(gè)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(guò)上下鐵軛形成閉合磁回路；三相電抗器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(guò)上下鐵軛形成磁回路，直流磁通僅在每相的兩個(gè)芯柱之間流動(dòng)，不會(huì)在相間流動(dòng)。


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波形示意圖。
圖9為本發(fā)明多磁閥式可控電抗器的諧波電流隨輸出電流的波形示意圖。
具體實(shí)施方式
為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例I
如圖I和圖2所示，一種多磁閥式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(duì)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(guò)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(guò)氣隙5 (三組)隔離；氣隙5采用環(huán)氧樹(shù)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(shí)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(shù)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(shù)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(shù)脂薄片14的總面積比為1:1.2，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(shù)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(shù)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(guò)遺傳算法對(duì)諧波輸出數(shù)學(xué)模型進(jìn)行優(yōu)化計(jì)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(guò)反復(fù)執(zhí)行選擇、交叉和變異三個(gè)遺傳運(yùn)算過(guò)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(gè)體數(shù)目取100，最大進(jìn)化代數(shù)取50，最好個(gè)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，betan的物理意義是不同磁閥的飽和程度。在電抗器工作時(shí)，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(guò)控制四種磁閥的磁閥個(gè)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。如圖4所示，每個(gè)鐵芯(X，Y)上繞有上下兩組線圈；鐵芯X上繞組中間抽頭，抽頭點(diǎn)至鐵芯X上繞組下端點(diǎn)的線圈匝數(shù)為Nk，該抽頭點(diǎn)與晶閘管Tl的陽(yáng)極相連，晶閘管Tl的陰極與鐵芯X下繞組上端點(diǎn)相連； 鐵芯Y的下繞組中間抽頭，抽頭點(diǎn)至鐵芯Y下繞組上端點(diǎn)的線圈匝數(shù)為Nk，該抽頭點(diǎn)與晶閘管T2的陽(yáng)極相連，晶閘管T2的陰極與二極管的陰極和晶閘管Tl的陰極共連，二極管的陽(yáng)極與鐵芯X上繞組下端點(diǎn)相連；鐵芯X上繞組上端點(diǎn)與鐵芯Y上繞組上端點(diǎn)共連后接入電網(wǎng)的火線，鐵芯X上繞組下端點(diǎn)與鐵芯Y下繞組上端點(diǎn)相連，鐵芯Y上繞組下端點(diǎn)與鐵芯X下繞組上端點(diǎn)相連，鐵芯X下繞組下端點(diǎn)與鐵芯Y下繞組下端點(diǎn)共連后接入電網(wǎng)的零線；兩個(gè)晶閘管的門(mén)極接收外部設(shè)備提供的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。本實(shí)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(guò)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(guò)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(guò)上下軛和旁軛閉合，直流繞組產(chǎn)生的直流磁通在兩個(gè)鐵芯柱之間流通。實(shí)施例2如圖6和圖7所不,一種多磁閥式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(duì)鐵芯(Χ-Χ’，Υ_Υ’，Ζ-Ζ’)，鐵芯被分成若干段鐵餅，相鄰段鐵餅間通過(guò)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(shù)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Α、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 : O. 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 : O. 6，該類磁閥的總厚度占鐵芯上磁閥總厚度的22%。三對(duì)鐵芯(X-X’，Y-Y’，I-V )上均繞有上下兩組線圈，每一對(duì)鐵芯的線圈繞制連接方式均與實(shí)施例I單相電抗器中的一致，但三對(duì)鐵芯的繞組引出后呈三角形聯(lián)接，三角形的三個(gè)端點(diǎn)對(duì)應(yīng)接入三相電網(wǎng)的三相線。本實(shí)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(guò)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(guò)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(guò)梁架6在每相的兩個(gè)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(jì)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所示；本實(shí)施方式多磁閥式可控電抗器的諧波電流隨輸出電流的變化如圖9所示。從圖中可以看出，本實(shí)施方式多磁閥式可控電抗器的3次、5次、7次諧波均不超過(guò)2. 7%，遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)磁閥式可控電抗器。且樣機(jī)試驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算結(jié)果基本吻合，如表 I所示；表明本實(shí)施方式的多磁閥式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
1.一種多磁閥式可控電抗器，包括上軛、下軛以及設(shè)于上下軛間的η對(duì)鐵芯；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(guò)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；η為電抗器的相數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多磁閥式可控電抗器，其特征在于所述的鐵芯上的磁閥分四類磁閥Α、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 : I. 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 : 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I : O. 6，該類磁閥的總厚度占鐵芯上磁閥總厚度的22%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的多磁閥式可控電抗器，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(shù)脂。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多磁閥式可控電抗器，其特征在于所述的鐵芯上鐵餅的總厚度為50mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多磁閥式可控電抗器，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 %。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多磁閥式可控電抗器，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(guò)氣隙隔離。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多磁閥式可控電抗器，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%。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的多磁閥式可控電抗器，其特征在于所述的氣隙采用環(huán)氧樹(shù)脂填充構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種多磁閥式可控電抗器，包括上軛、下軛以及設(shè)于上下軛間的n對(duì)鐵芯；鐵芯被分成若干段鐵餅，相鄰段鐵餅間通過(guò)磁閥隔離；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。本發(fā)明磁閥式可控電抗器的本體中，每相都加入四種不同類型的磁閥，每種磁閥都由高導(dǎo)磁材料和磁阻材料交替疊加而成，形成并聯(lián)磁路，可有效減小輸出電流的諧波含量和損耗，為磁閥式可控電抗器通過(guò)大的工作電流提供了條件；在電抗器運(yùn)行時(shí)，低導(dǎo)磁材料區(qū)域的漏磁被高導(dǎo)磁材料所吸收，形成漏磁屏蔽，使因漏磁引起的鐵心雜散損耗、噪音大幅度降低。
文檔編號(hào)H01F27/24GK102982970SQ201210538618
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)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(guó)柱, 王異凡, 張曙 申請(qǐng)人:圣航科技股份有限公司, 浙江大學(xué)