專利名稱：磁閥式可控電抗器控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電抗器自動化控制系統(tǒng)，尤其涉及一種磁閥式可控電抗器控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
我國幅員遼闊，能源分布不均，“西電東送，南北互供”是我國電力系統(tǒng)發(fā)展的基本國策。這決定了我國電力系統(tǒng)輸電網(wǎng)龐大，存在大量的遠(yuǎn)距離輸電線路。在大電網(wǎng)的條件下，如何將電能從發(fā)電廠安全高效地輸送到配電系統(tǒng)所在的負(fù)荷中心，如何為用戶提供高質(zhì)量的電能，如何有效減小無功對電網(wǎng)的污染，保證電網(wǎng)的安全高效運行成為電氣工程領(lǐng)域最為重要的研究課題之一。輸電系統(tǒng)的無功補償是通過提高有功功率的最大傳輸能力來提高交流系統(tǒng)穩(wěn)定 性，并有利于保持各級電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定。它能改善高壓直流輸電轉(zhuǎn)換終端性能，提高傳輸效率，控制穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)過電壓，避免系統(tǒng)崩潰。串聯(lián)和并聯(lián)無功補償通常用來改善交流電力系統(tǒng)的固有電氣特性。串聯(lián)補償改變的是輸電系統(tǒng)或配電系統(tǒng)的參數(shù)，而并聯(lián)補償改變的是負(fù)載的等效阻抗。二者都可以對系統(tǒng)的無功潮流進行有效控制，從而提高整個交流電力系統(tǒng)的性能。靜止無功補償器(Static Var Compensator-SVC)是國外70年代發(fā)展起來一類快速無功調(diào)節(jié)裝置，已成功地應(yīng)用于電氣化鐵路、冶金、電力、采礦和高能加速器等負(fù)荷的補償上。這類裝置在調(diào)節(jié)的快速性、功能的多樣性、工作的可靠性、投資和運行費用的經(jīng)濟性等方面比同步調(diào)相機具有明顯的優(yōu)勢，能夠獲得較好的技術(shù)經(jīng)濟效益，因而在國內(nèi)外取得了較快的發(fā)展。主流的SVC主要有三類晶閘管投切電容器(Thyristor Switched Capacitor,簡稱TSC),晶閘管控制電抗器(Thyristor Controlled Reactor,簡稱TCR),磁閥式可控電抗器(Magnetic valve Controllable Reactor,簡稱 MCR)。TSC控制簡單，成本較低，并且無諧波電流，適合在電網(wǎng)的低壓負(fù)載端進行分散無功補償。但只能分組投切電容器，不能連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率。TCR可以平滑調(diào)節(jié)容量且響應(yīng)速度較快，在中壓電力線路(6 35KV)的無功補償上得到了大量應(yīng)用。但是TCR是通過控制晶閘管觸發(fā)相位角來直接控制電抗器輸出電流，輸出電流畸變非常嚴(yán)重，波形呈鋸齒形，是一個很大的諧波源，必須和濾波電容器組(Filter Capacitor,簡稱FC)同時運行。TCR的大量使用，會造成電能質(zhì)量的大幅度下降，并且給電網(wǎng)的安全運行帶來新的威脅。此外，TCR系統(tǒng)中晶閘管和電抗器處于同一電壓之下，限制了它在IlOkV及以上電壓等級電網(wǎng)上的應(yīng)用。SVC是當(dāng)前各種無功補償設(shè)備中應(yīng)用最廣泛、技術(shù)最成熟的無功補償設(shè)備?；谌仄骷臒o功補償技術(shù)(SVG、APF)存在器件核心技術(shù)被外國公司壟斷、成本高、高壓應(yīng)用技術(shù)不夠成熟等缺點，在今后一段時間內(nèi)在中高壓領(lǐng)域?qū)⑦€不能取代SVC。在目前主要的三種SVC(TCR、MCR和TSC)中，MCR在中高壓無功補償領(lǐng)域具有明顯的技術(shù)和價格的優(yōu)勢，適合大規(guī)模推廣使用。高性能的控制器能夠使MCR的性能得到大幅度的提高，這使得設(shè)計和開發(fā)一套適合工業(yè)應(yīng)用的高性能MCR控制器成為一件非常有意義的工作。國內(nèi)外研究動態(tài)及存在問題。MCR在國外已有20多年的運行經(jīng)驗，有50多套35 500kV電壓等級的MCR在俄羅斯、獨聯(lián)體國家和巴西的工程中應(yīng)用。2005年俄羅斯已研制出500kV、180Mvar三相磁閥式可控電抗器。由于認(rèn)識到MCR在高壓大功率領(lǐng)域的優(yōu)勢，歐洲許多國家也開始對MCR進行深入的研究。
在國內(nèi)，20世紀(jì)90年代初開展了這方面的研究，已成功地研究出了應(yīng)用于配電網(wǎng)的磁閥式補償裝置和消弧線圈，并在多個電氣化鐵道牽引站中投運。高校也展開了這方面的研究，并獲得了較大進展。相關(guān)單位及廠家對超高壓MCR和超高壓高阻抗變壓器式可控電抗器(Transformer Type Controlled Shunt Reactor,簡稱 TCSR)進行了研究和試生產(chǎn)。2006年4月，相關(guān)單位及廠家聯(lián)合進行110千伏可控電抗器的開發(fā)與應(yīng)用研究。2007年4月，研制出國內(nèi)首臺110千伏MCR，并通過了出廠試驗及相關(guān)型式試驗，6月，完成安裝調(diào)試并投運成功。2006年由廠家研制的500kV三相40Mvar的MCR樣機(裂芯式)通過廠內(nèi)試驗，2007年4月運抵現(xiàn)場并試運行。由于MCR應(yīng)用在國際上屬于較新的技術(shù)，在國內(nèi)尚屬理論階段或試運行階段，尚未大范圍深入展開，許多技術(shù)細(xì)節(jié)并未涉及。造成技術(shù)上還不成熟。具體表現(xiàn)在I、現(xiàn)有電抗器采用鐵質(zhì)油箱，運行時漏磁比較大，，油箱箱壁會產(chǎn)生渦流損耗，必要時還得在箱壁加磁屏蔽，導(dǎo)致油箱體積變大。2、其次，現(xiàn)有的電抗器頂部出線采用出線柱，鐵質(zhì)油箱需要采用2只72kV的高壓套管，這樣油箱高度增加。場強不均壓，容易造成局部放電。3、運行時由于漏磁的存在，鐵質(zhì)油箱的箱底、箱蓋存在過熱現(xiàn)象。4、晶閘管的安裝通常設(shè)置在電抗器外部，電抗器體積較大，對場地和絕緣都提出更高和多的要求，同時也增加安裝工作量。5、現(xiàn)實中電抗器在理論上的分析性工作較多，真正付諸實施的較少，特別是高壓或特高壓領(lǐng)域以及對絕緣有較高要求的領(lǐng)域存在更多的空白。6、在控制器方面，國內(nèi)大部分廠家研究生產(chǎn)的MCR控制器大都是以80C196為核心，存在控制速度慢，采樣精度不夠高，人機界面不夠友好等缺點，嚴(yán)重制約了 MCR性能的發(fā)揮和產(chǎn)品的推廣。此外由于MCR應(yīng)用在國際上屬于較新的技術(shù)，在國內(nèi)尚屬理論階段或試運行階段，尚未大范圍深入展開，造成我國在實施方面技術(shù)上還不成熟。7、現(xiàn)實中電抗器控制器在理論上的分析性工作較多，實施中的設(shè)計方案較為復(fù)雜，多采用光纖通信，接線復(fù)雜，保養(yǎng)維護工序繁瑣，對操作人員業(yè)務(wù)要求高，造成實施和維護難度較高，特別是高壓或特高壓領(lǐng)域?qū)^緣要求有較高要求的情況下，真正付諸實施的較少。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種磁閥式可控電抗器控制系統(tǒng)，它具有設(shè)計合理，運行可靠，高性能、成本低的優(yōu)點。[0024]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用下述技術(shù)方案一種磁閥式可控電抗器控制系統(tǒng)，它包括電抗器和控制器，所述電抗器包括外絕緣筒，所述外絕緣筒上端設(shè)有上端蓋部分，下端與下端蓋部分連接，上端蓋部分包括電抗器高壓端子和上端蓋，下端蓋部分包括電抗器低壓端子，脈沖控制線端子和下端蓋，在下端蓋內(nèi)表面上固定有電抗器主體，所述電抗器主體包括電抗器鐵芯，所述電抗器鐵芯上設(shè)有電抗器主繞組，所述電抗器主繞組分別與電抗器高壓端子、電抗器低壓端子連接，所述電抗器鐵芯上端設(shè)有絕緣支架，絕緣支架上設(shè)有晶閘管組件和脈沖變壓器，所述晶閘管組件與脈沖變壓器連接，脈沖變壓器與脈沖控制線端子連接，所述脈沖變壓器磁通方向與電抗器主繞組磁通方向正交；所述外絕緣筒內(nèi)注有絕緣油；所述控制器包括控制器主體；所述控制器主體與脈沖控制線端子連接。所述上端蓋部分包括由上往下設(shè)置的上端蓋、上法蘭及溫升緩沖氣囊；所述下端蓋部分包括與外絕緣筒下端連接的下法蘭以及與下法蘭連接的下端蓋，所述下端蓋的下部還設(shè)有絕緣底座；所述電抗器低壓端子設(shè)在下法蘭上；所述電抗器高壓端子、電抗器低壓端子與內(nèi)部電抗體主體連接線路中設(shè)有高壓引線套管；所述電抗器高壓端子的高壓端子引 線感應(yīng)耐壓115kV，電抗器低壓端子引線工頻耐壓45kV ;所述外絕緣筒、上端蓋、上法蘭、下端蓋、下法蘭涂有環(huán)氧清漆。所述電抗器主體為自勵式直流電源勵磁控制方式，電抗器鐵芯設(shè)有用于直流磁通流動的鐵芯橫軛，電抗器鐵芯上端設(shè)有絕緣支架，所述高壓引線套管設(shè)在絕緣支架上，在電抗器鐵芯下端設(shè)有與下法蘭及下端蓋固定連接的鐵芯定位組件；所述鐵芯定位組件包括通過與絕緣底座固定連接的角鐵以及在角鐵上設(shè)有的螺栓夾持的電工層壓木。所述電抗器鐵芯為兩個，所述電抗器主繞組包括分別獨立繞制在兩個鐵芯上的兩個主線圈，每個主線圈分為4段，每段為層式結(jié)構(gòu)；兩個鐵芯兩端之間通過橫軛連接。所述電抗器主繞組中還設(shè)有用于低壓外勵磁直流激磁繞組；所述絕緣支架包括固定晶閘管組件的電工層壓木，層壓木通過螺栓夾件與兩個鐵芯上端固定連接，與晶閘管組件控制端連接的脈沖變壓器的脈沖控制線上設(shè)有夾持木件，脈沖控制線與底部引出的脈沖控制線端子連接。所述外絕緣筒為環(huán)氧玻璃絲纏繞筒，絕緣底座為高度500mm的環(huán)氧玻璃絲底座。所述上端蓋邊緣處設(shè)有連接電抗器內(nèi)、外部的出氣孔；所述出氣孔孔道與上端蓋水平面呈-3° -5°夾角；所述出氣孔孔道內(nèi)嵌有非金屬彎管。所述電抗器高壓端子或電抗器低壓端子為出線導(dǎo)電桿，所述出線導(dǎo)電桿一端為出線導(dǎo)電桿螺栓，另一端為出線導(dǎo)電桿固定部；出線導(dǎo)電桿固定部直徑大于出線導(dǎo)電桿螺栓直徑，所述出線導(dǎo)電桿螺栓端設(shè)有兩側(cè)為螺母，螺母之間設(shè)有碟形彈簧、平墊片組合而成的夾線結(jié)構(gòu)，在夾線結(jié)構(gòu)與出線導(dǎo)電桿固定部之間的螺桿上設(shè)有螺母、平墊片和矩形截面密封墊圈，所述出線導(dǎo)電桿固定部上設(shè)有盲孔；盲孔與出線導(dǎo)電桿同軸向，所述盲孔內(nèi)設(shè)有內(nèi)螺紋；所述導(dǎo)電桿接線端鈕上設(shè)有螺桿，所述螺桿與固定端盲孔內(nèi)螺紋配合連接；所述導(dǎo)電桿螺栓34直徑與固定部設(shè)有的盲孔直徑相同；所述導(dǎo)電桿螺栓與固定端盲孔螺紋螺距相同；所述矩形截面密封墊圈為耐油橡膠；所述出線導(dǎo)電桿和導(dǎo)電桿接線端鈕為紫銅鍍錫。所述控制器主體為DSP+ARM架構(gòu)，所述DSP和ARM分別與電源處理模塊連接；DSP和ARM通過雙口 RAM連接；模擬量模塊包括AD芯片，所述DSP輸入端與AD芯片連接，DSP輸出端與電信號輸出模塊連接，所述DSP還與時鐘芯片和非易失性存儲器連接，所述控制器主體中的ARM與上位機通過ARM串行端口或ARM網(wǎng)口通訊；所述DSP與外部狀態(tài)指示燈連接，所述DSP芯片為TMS320F28335 ；DSP處理器還連接JTAG芯片內(nèi)部測試接口 ；所述ARM芯片S3C2410A，所述AD芯片與外部PT和CT連接；所述外部PT和CT用于測量電網(wǎng)中的線電壓和線電流。所述電信號輸出模塊包括絕緣膠木板，在絕緣膠木板設(shè)有接線柱，所述接線柱一端與DSP輸出引腳連接，另一端通過雙絞線或屏蔽線與電抗器中的脈沖變壓器連接。磁閥式可控電抗器控制系統(tǒng)的控制方法，它包括如下步驟I、DSP通過電網(wǎng)的電壓傳感器、電流傳感器進行交流采樣得到當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)；所述電壓傳感器、電流傳感器對電網(wǎng)線路進行線電壓和線電流采集，所述交流采樣中DSP中 采用比較式數(shù)字濾波器和積分式數(shù)字濾波器兩種數(shù)字濾波器串聯(lián)聯(lián)合濾波方式；隨后對濾 波后的線電壓和線電流的進行數(shù)字鎖相倍頻采樣，通過AD轉(zhuǎn)換中斷服務(wù)程序?qū)﹄娋W(wǎng)的線電壓有效值、線電流有效值、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)各狀態(tài)量進行計算；2、通過與ARM連接的觸摸屏操作選擇電壓調(diào)整或功率因數(shù)調(diào)整兩種控制模式之一；采集的線電壓或線電流正弦信號通過過零比較得到同步信號，將過零點同步信號作為移相基準(zhǔn)；DSP計算出當(dāng)前時刻每相應(yīng)該輸出的移相角；所述控制程序包括基于DSP的閉環(huán)控制算法；3、DSP根據(jù)計算的移相角度結(jié)合移相基準(zhǔn)，以及要控制的磁閥式可控電抗器具體為單相或三相，相應(yīng)生成單相或三相觸發(fā)信號觸發(fā)信號，利用電信號脈沖驅(qū)動其中的脈沖變壓器控制磁閥式可控電抗器，脈沖變壓器發(fā)出脈沖串保障磁閥式可控電抗器MCR上相應(yīng)的晶閘管可靠的激發(fā)；所述數(shù)字鎖相倍頻采樣包括I、DSP有捕獲模塊CAP獲取當(dāng)前信號頻率，根據(jù)需要控制的磁閥式可控電抗器具體為單相或三相對捕獲模塊CAP進行取舍使用；所述電力系統(tǒng)頻率為所測線電壓的兩次正向過零點的時間差的倒數(shù)；任意一相線電壓的同步信號輸入到CAPl輸入口上，通過軟件配置，CAPl的硬件捕捉相鄰兩次跳變的時間，即周期T ;從而頻率求為f = 1/T，將其作為基波的電網(wǎng)線電壓信號頻率；通過線電壓信號頻率，同一相的線電流頻率同時得到；Ii、將采樣頻率設(shè)定為采集到的作為基波的電網(wǎng)線電壓或線電流信號頻率的128倍，需要分析的最高次諧波為32次，因此低通濾波器的截至頻率選為50X32 = 3. 2kHz，濾去32次以上的高次諧波，有效地防止采樣混疊現(xiàn)象；Iii、所述數(shù)字鎖相倍頻是由DSP編程實現(xiàn)，因為數(shù)字電路能夠?qū)崿F(xiàn)精確同步輸出，所以省略反饋環(huán)節(jié)，采用開環(huán)設(shè)計原理；此數(shù)字鎖相倍頻也稱之為同相倍頻；當(dāng)同步倍頻信號輸入到AD模塊的ADSOC控制口上；通過軟件設(shè)置，使同步倍頻信號每一次上升沿觸發(fā)一次AD轉(zhuǎn)換，當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束后自動觸發(fā)AD中斷服務(wù)程序；中斷服務(wù)程序中存儲每一次采樣的結(jié)果，然后每128次采樣結(jié)束后進行一次交流采樣計算，按各物理量的離散計算公式，計算出電網(wǎng)的線電壓、線電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)值，通過雙口 RAM與ARM實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，作為控制和顯示的輸入量；所述閉環(huán)控制算法控制器采取了兩種控制策略用戶根據(jù)實際情況，通過觸摸屏操作選擇不同的控制模式；電壓調(diào)整控制模式和功率因數(shù)調(diào)整控制模式；電壓調(diào)整控制模式以電網(wǎng)電壓為控制量，通過提供不同的無功電流，將電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定在給定的工作電壓點上；功率因數(shù)調(diào)整控制模式以電網(wǎng)的功率因數(shù)為控制量，通過提供不同的無功電流，將電網(wǎng)的功率因數(shù)穩(wěn)定在設(shè)定的功率因數(shù)點上；根據(jù)控制原理，若以電壓為控制目標(biāo)，給定電壓調(diào)節(jié)目標(biāo)值，引入電壓負(fù)反饋；通過檢測到的電網(wǎng)電壓U和給定參考電壓Uref進行比較，其偏差輸入到PI調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，PI調(diào)節(jié)器計算出輸出的移相控制角，通過觸發(fā)電路控制MCR的無功功率輸出大小，改變電網(wǎng)電壓；同樣，若要以功率因數(shù)調(diào)整控制模式，給定功率因數(shù)調(diào)節(jié)目標(biāo)值，引入電壓和電流反饋，計算出電網(wǎng)功率因數(shù)作為負(fù)反饋；通過檢測到的電網(wǎng)電壓u和電網(wǎng)電流i，然后計算出功率因數(shù)角(P，和給定參考電壓M進行比較，其偏差輸入到PI調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)；PI調(diào)節(jié)器計算出應(yīng)該輸出的移相控制角，通過觸發(fā)電路控制MCR的無功功率輸出大小，改變電網(wǎng)功率因數(shù)；兩種算法離散化后在DSP上實現(xiàn)；PI調(diào)節(jié)器的時間常數(shù)與MCR本身的響應(yīng)時間常數(shù)相適應(yīng)；采集的線電壓或線電流正弦信號通過過零比較得到同步信號，將過零點同步信號 作為移相基準(zhǔn)，DSP計算出當(dāng)前時刻每相應(yīng)該輸出的移相角度，DSP根據(jù)收到的移相角度和移相基準(zhǔn)，產(chǎn)生觸發(fā)信號，為了可靠觸發(fā)晶閘管，針對脈沖變壓器采用對觸發(fā)脈沖進行軟件同相載波細(xì)分成多個脈沖串的方法觸發(fā)。磁閥式可控電抗器為單相或?qū)⒋砰y式可控電抗器通過組合成為三相，由于外形為絕緣筒，導(dǎo)電出線桿設(shè)置在上、下端蓋的側(cè)面，因此可以疊摞和組合安裝，這在場地空間有限，電氣絕緣要求高的變配電站等電力設(shè)施安放場所是難能可貴的。每相輸出感性無功范圍為0-720kVar，設(shè)計時按照末端即低壓端子引線工頻耐壓15kV (工頻耐壓45kV)，首端即高壓端子引線電壓72kV(感應(yīng)耐壓115kV)設(shè)計。其中末端接勵磁變壓器的輸出端，首端接油浸式空心電抗器。脈沖觸發(fā)屏蔽電纜，便于戶外接線，電抗器控制器對線電壓或線電流正弦信號進行采樣，對線電壓或線電流通過過零比較得到同步信號，將過零點信號作為移相基準(zhǔn)；若磁閥式可控電抗器是組合為單相，DSP根據(jù)采用所得的對應(yīng)相計算的觸發(fā)角度，產(chǎn)生觸發(fā)信號，利用電信號脈沖驅(qū)動其中的脈沖變壓器控制磁閥式可控電抗器，若磁閥式可控電抗器是組合為三相的，DSP計算出當(dāng)前時刻每相應(yīng)該輸出的移相角；DSP根據(jù)計算的移相角度結(jié)合移相基準(zhǔn)，產(chǎn)生觸發(fā)信號，利用電信號脈沖驅(qū)動其中的脈沖變壓器控制磁閥式可控電抗器，脈沖變壓器發(fā)出脈沖串保障磁閥式可控電抗器MCR上相應(yīng)的晶閘管可靠的激發(fā)。晶閘管組件包括與兩個晶閘管以及與它們的門極分別連接的晶閘管觸發(fā)電路，鐵芯定位組件包括用角鐵夾持的電工層壓木，所述角鐵上的螺栓與底座固定連接。本實用新型通過調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)時間，調(diào)整整流直流大小，來控制鐵心的飽和度，從而達(dá)到調(diào)節(jié)鐵心電抗及輸出容量的目的。外絕緣筒采用環(huán)氧玻璃絲纏繞筒，底座為高度500mm的環(huán)氧玻璃絲底座。晶閘管固定在絕緣支架的電工層壓木上，電工層壓木通過螺栓夾件與鐵芯上端固定連接，這樣晶閘管與本體處于絕緣狀態(tài)，保證晶閘管的可靠運行。與晶閘管控制端連接的脈沖變壓器的脈沖控制線上設(shè)有夾持木件，脈沖控制線與底部引出的脈沖控制線端子連接。晶閘管放在油中，其對地絕緣距離縮小。內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計本實用新型容量小，電壓等級高，所以線圈的匝數(shù)多，為了縮小本實用新型的體積。線圈分為4段，每段為層式設(shè)計。這樣大大縮小了器身的體積，并且匝間場強低。局部放電小。磁閥式可控電抗器控制系統(tǒng)的工作原理磁閥式可控電抗器控制系統(tǒng)通過嵌入式控制器對磁閥式可控電抗器(Magneticvalve Controllable Reactor, MCR)的晶閘管的觸發(fā)角進行控制,借助控制回路直流控制電流的激磁來改變鐵芯的磁飽和度，從而達(dá)到平滑調(diào)節(jié)其無功容量輸出的電磁裝置。“磁閥”的概念是前蘇聯(lián)學(xué)者在1986年提出的。通常情況下，它包括每相設(shè)有的四柱鐵芯結(jié)構(gòu)，所述四柱鐵芯結(jié)構(gòu)的中間工作鐵芯柱I和II上分別設(shè)有至少一個小截面段，所述工作鐵芯 柱I的上下至少分別對稱地繞有匝數(shù)相等的線圈A、B、所述工作鐵芯柱II的上下至少分別對稱地繞有匝數(shù)相等的線圈C、D，所述線圈A、B、C、D匝數(shù)均相等；所述的線圈A、B、C、D分別設(shè)有中心抽頭a、b、c、d，所述的中心抽頭a、b分別與晶閘管陽極和陰極連接，所述的中心抽頭c、d分別與晶閘管陰極和陽極連接，線圈A與D、B與C交叉連接后與電網(wǎng)相線并聯(lián)，所述線圈A和C的交叉連接端點側(cè)或B和D交叉連接端點側(cè)之間跨接有續(xù)流二極管，所述續(xù)流二極管陽極位于線圈A或B交叉端點側(cè)上。所述四柱鐵芯采用高導(dǎo)磁冷軋硅鋼片。所述續(xù)流二極管，對晶閘管K1、K2續(xù)流，有利于晶閘管Κ1、Κ2的關(guān)斷，所述晶閘管Κ1、Κ2用于改變控制電流的大小，從而改變磁閥鐵芯的磁飽和度，實現(xiàn)平滑地調(diào)節(jié)可控電抗器的容量。磁閥式可控電抗器控制系統(tǒng)具有一段或多段小截面鐵芯，在整個容量調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，只有小截面鐵芯飽和，其余段均處于未飽和線性狀態(tài)，通過改變小截面段鐵芯的飽和程度來改變電抗器的容量。它基于偏磁可調(diào)原理，即通過改變晶閘管的觸發(fā)角來改變直流勵磁電流的大小，進而改變鐵芯的飽和程度，達(dá)到平滑調(diào)節(jié)無功的目的。低壓外勵磁直流激磁繞組可以彌補內(nèi)部勵磁的不足實現(xiàn)混合方式提供直流磁通。本實用新型有益效果是磁閥式可控電抗器制造工藝簡單，成本低，損耗小，諧波小，電壓適用范圍寬，對于提高電網(wǎng)的輸電能力、調(diào)整電網(wǎng)電壓、補償無功功率以及限制過電壓均有較大的應(yīng)用潛力。相對于長方形鐵質(zhì)變壓器油箱，本實用新型外形尺寸小、美觀、運輸方便。將晶閘管內(nèi)置在電抗器外絕緣筒內(nèi)，簡化接線流程，整體結(jié)構(gòu)緊湊，實施性好。本實用新型克服鐵質(zhì)油箱，油箱箱壁會產(chǎn)生渦流損耗，同時電抗器運行時漏磁比較大，必要時需在箱壁加磁屏蔽，導(dǎo)致油箱體積會變大的不足。其次，本實用新型克服鐵質(zhì)油箱采用2只72kV的高壓套管油箱高度增加的技術(shù)問題。本實用新型采用環(huán)氧玻璃絲油箱，頂部出線采用導(dǎo)電桿出線，由于外形為絕緣筒，導(dǎo)電出線桿設(shè)置在上、下端蓋的側(cè)面，因此可以疊摞和組合安裝，這在場地空間有限，電氣絕緣要求高的變配電站等電力設(shè)施安放場所是難能可貴的，同時本實用新型場強均壓，有效避免造成局部放電。本實用新型油箱箱底與箱蓋不會過熱。避免鐵質(zhì)油箱中，由于漏磁的存在，箱底箱蓋會過熱。本實用新型的增加一個絕緣底座，避免對地放電。

圖Ia為單相MCR的結(jié)構(gòu)示意圖；圖Ib為單相MCR的原理示意圖；圖2為磁閥式可控電抗器控制系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)示意圖；圖3A.為Kl導(dǎo)通時MCR的等效電路不意圖；圖3B.為K2導(dǎo)通時MCR的等效電路不意圖； 圖4A磁閥式可控電抗器的磁路示意圖；圖4B磁閥式可控電抗器磁路等效圖；圖5A磁閥式可控電抗器在磁閥完全關(guān)閉下磁力線分布示意圖；圖5B磁閥式可控電抗器在磁閥完全打開下磁力線分布示意圖；圖5C磁閥式可控電抗器在磁閥部分關(guān)閉下磁力線分布示意圖；圖6為MCR工作狀態(tài)分析仿真示意圖；圖7為MCR工作狀態(tài)仿真結(jié)果示意圖；圖8為磁閥式可控電抗器導(dǎo)電螺桿結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為磁閥式可控電抗器控制器原理示意圖；圖10為DSP鎖相環(huán)原理框圖；圖11為MCR電壓控制模式示意圖；圖12為MCR功率因數(shù)控制模式示意圖；圖13為觸發(fā)信號生成電路原理；圖14A為中斷服務(wù)程序的流程圖；圖14B為中斷服務(wù)程序的流程圖；圖15為控制系統(tǒng)控制方法的流程圖。圖中1.線圈A，2.續(xù)流二極管，3.晶閘管Kl，4.鐵芯柱Ι，5.鐵芯柱ΙΙ，6.電抗器高壓端子，7.密封膠，8.高壓引線套管，9.晶閘管組件，10.絕緣油，11.下法蘭，12.下端蓋，13.電抗器低壓端子，14.絕緣底座，15.上法蘭，16.上端蓋，17.溫升緩沖氣囊，18.脈沖變壓器，19.絕緣支架，20.電抗器鐵芯，21.電抗器主繞組，22.外絕緣筒，23.低壓外勵磁直流激磁繞組，24.鐵芯定位組件，25.脈沖控制線端子，26出氣孔，27.螺母，28.碟形彈簧，29.平墊片，30.矩形截面密封墊圈，31.出線導(dǎo)電桿固定部，32.導(dǎo)電桿接線端鈕，33.螺桿，34.出線導(dǎo)電桿螺栓,35.模擬量模塊,36.上位機,37.電信號輸出模塊,38.外部狀態(tài)指不燈，39.控制器主體，40.電源處理模塊，41.時鐘芯片，42.非易失性存儲器，43. ARM串行端口，44. ARM 網(wǎng)口。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。圖IA為單相MCR的結(jié)構(gòu)圖；圖IB為單相MCR的原理示意圖；本實用新型所述磁閥式可控電抗器為無旁軛結(jié)構(gòu)，構(gòu)成兩鐵芯結(jié)構(gòu)可控電抗器，對照現(xiàn)有的單相磁閥式可控電抗器，往往如圖IA所示設(shè)有旁軛構(gòu)成四柱鐵芯結(jié)構(gòu)，所述鐵芯柱I 4和鐵芯柱II 5上分別設(shè)有至少一個小截面段，所述鐵芯柱I 4的上下分別對稱地繞有匝數(shù)相等的線圈A 1、B、所述工作鐵芯柱II 5的上下至少分別對稱地繞有匝數(shù)相等的線圈C、D，所述線圈A、B、C、D匝數(shù)均相等；所述的線圈A、B、C、D分別設(shè)有中心抽頭a、b、c、d，所述的中心抽頭a、b分別與晶閘管陽極和陰極連接，所述的中心抽頭c、d分別與晶閘管陰極和陽極連接，線圈A I與D、B與C交叉連接后與電網(wǎng)相線并聯(lián)，所述線圈A和C的交叉連接端點側(cè)或B和D交叉連接端點側(cè)之間跨接有續(xù)流二極管2，所述續(xù)流二極管2陽極位于線圈A I或B交叉端點側(cè)上。如同四柱鐵芯采用高導(dǎo)磁冷軋硅鋼片一樣。本實用新型所述續(xù)流二極管2的對晶閘管K1、K2續(xù)流作，有利于晶閘管Kl 3、K2的關(guān)斷，所述晶閘管Kl 3、K2用于改變控制電流的大小，從而改變磁閥鐵芯的磁飽和度，實現(xiàn)平滑地調(diào)節(jié)可控電抗器的容量。圖2表示為磁閥式可控電抗器控制系統(tǒng)示意圖 一種磁閥式可控電抗器控制系統(tǒng)，它包括電抗器和控制器，所述電抗器包括外絕緣筒，所述外絕緣筒22上端設(shè)有上端蓋部分，下端與下端蓋部分連接，上端蓋部分包括電抗器高壓端子6和上端蓋16，下端蓋部分包括電抗器低壓端子13，脈沖控制線端子25和下端蓋12，在下端蓋12內(nèi)表面上固定有電抗器主體，所述電抗器主體包括電抗器鐵芯，所述電抗器鐵芯上設(shè)有電抗器主繞組21，所述電抗器主繞組21分別與電抗器高壓端子6、電抗器低壓端子13連接，所述電抗器鐵芯上端設(shè)有絕緣支架19，絕緣支架19上設(shè)有晶閘管組件9和脈沖變壓器18，所述晶閘管組件9與脈沖變壓器18連接，脈沖變壓器18與脈沖控制線端子25連接，所述脈沖變壓器18磁通方向與電抗器主繞組21磁通方向正交；所述外絕緣筒22內(nèi)注有絕緣油10 ;所述控制器包括控制器主體39 ;所述控制器主體39與脈沖控制線端子25連接。所述上端蓋部分包括由上往下設(shè)置的上端蓋16、上法蘭15及溫升緩沖氣囊17 ;所述下端蓋部分包括與外絕緣筒22下端連接的下法蘭11以及與下法蘭11連接的下端蓋12，所述下端蓋的下部還設(shè)有絕緣底座14 ;所述電抗器低壓端子13設(shè)在下法蘭11上。所述電抗器高壓端子6、電抗器低壓端子13與內(nèi)部電抗體主體連接線路中設(shè)有高壓引線套管8 ;所述電抗器高壓端子6除自身的矩形截面密封墊圈30外可以在外部設(shè)置密封膠7，電抗器高壓端子引線感應(yīng)耐壓115kV，電抗器低壓端子引線工頻耐壓45kV ;所述外絕緣筒22、上端蓋16、上法蘭15、下端蓋12、下法蘭11涂有環(huán)氧清漆。所述電抗器主體為自勵式直流電源勵磁控制方式，電抗器鐵芯設(shè)有用于直流磁通流動的鐵芯橫軛，電抗器鐵芯上端設(shè)有絕緣支架19，所述高壓引線套管8設(shè)在絕緣支架19上，在電抗器鐵芯20下端設(shè)有與下法蘭11及下端蓋12固定連接的鐵芯定位組件24 ;所述鐵芯定位組件24包括通過與絕緣底座14固定連接的角鐵以及在角鐵上設(shè)有的螺栓夾持的電工層壓木。所述電抗器鐵芯為兩個，所述電抗器主繞組21包括分別獨立繞制在兩個鐵芯上的兩個主線圈，每個主線圈分為4段，每段為層式結(jié)構(gòu)；兩個鐵芯兩端之間通過橫軛連接。所述電抗器主繞組中還設(shè)有用于低壓外勵磁直流激磁繞組23 ;所述絕緣支架19包括固定晶閘管組件9的電工層壓木，層壓木通過螺栓夾件與兩個鐵芯上端固定連接，與晶閘管組件9控制端連接的脈沖變壓器18的脈沖控制線上設(shè)有夾持木件，脈沖控制線與底部引出的脈沖控制線端子25連接。所述外絕緣筒22為環(huán)氧玻璃絲纏繞筒，絕緣底座14為高度500mm的環(huán)氧玻璃絲底座。所述上端蓋16邊緣處設(shè)有連接電抗器內(nèi)、外部的出氣孔26;所述出氣孔(26)孔道與上端蓋水平面呈-3°——5。夾角；所述出氣孔(26)孔道內(nèi)嵌有非金屬彎管。所述電抗器高壓端子6或電抗器低壓端子13為出線導(dǎo)電桿，所述出線導(dǎo)電桿一端為出線導(dǎo)電桿螺栓34，另一端為出線導(dǎo)電桿固定部31 ;出線導(dǎo)電桿固定部31直徑大于出線導(dǎo)電桿螺栓34直徑，所述出線導(dǎo)電桿螺栓34端設(shè)有兩側(cè)為螺母27，螺母27之間設(shè)有碟形彈簧28、平墊片29組合而成的夾線結(jié)構(gòu)，在夾線結(jié)構(gòu)與出線導(dǎo)電桿固定部之間的螺桿上設(shè)有螺母27、平墊片29和矩形截面密封墊圈30，所述出線導(dǎo)電桿固定部31上設(shè)有盲孔；盲孔與出線導(dǎo)電桿同軸向，所述盲孔內(nèi)設(shè)有內(nèi)螺紋；所述導(dǎo)電桿接線端鈕32上設(shè)有螺桿33，所述螺桿33與固定端盲孔內(nèi)螺紋配合連接；所述導(dǎo)電桿螺栓34直徑與固定部設(shè)有的盲孔直 徑相同；所述導(dǎo)電桿螺栓34與固定端盲孔螺紋螺距相同；所述矩形截面密封墊圈30為耐油橡膠；所述出線導(dǎo)電桿和導(dǎo)電桿接線端鈕32為紫銅鍍錫。所述控制器主體39為DSP+ARM架構(gòu)，所述DSP和ARM分別與電源處理模塊40連接；DSP和ARM通過雙口 RAM連接；模擬量模塊35包括AD芯片，所述DSP輸入端與AD芯片連接，DSP輸出端與電信號輸出模塊37連接，所述DSP還與時鐘芯片41和非易失性存儲器42連接，所述控制器主體39中的ARM與上位機36通過ARM串行端口 43或ARM網(wǎng)口 44通訊；所述DSP與外部狀態(tài)指示燈38連接，所述DSP芯片為TMS320F28335 ；DSP處理器還連接JTAG芯片內(nèi)部測試接口 ；所述ARM芯片S3C2410A，所述AD芯片與外部PT和CT連接；所述外部PT和CT用于測量電網(wǎng)中的線電壓和線電流；所述電信號輸出模塊37包括絕緣膠木板，在絕緣膠木板設(shè)有接線柱，所述接線柱一端與DSP輸出引腳連接，另一端通過雙絞線或屏蔽線與與電抗器中的脈沖變壓器18連接。電源處理模塊40為DSP芯片和ARM芯以及雙口 RAM提供工作電源。所述ARM設(shè)有人機交互程序，它包括分為三部分鍵盤譯碼電路程序、鍵盤控制程序、顯示程序；所述鍵盤譯碼電路程序為在ARM內(nèi)部將MCR控制器一共設(shè)計了 15個功能按鍵和一個復(fù)位鍵，將15個功能按鍵變?yōu)?bit數(shù)據(jù)輸入到雙向RAM，譯碼的前提是假設(shè)用戶在同一時刻只進行一按鍵的操作，如果同時按下了多個鍵，以按鍵盤優(yōu)先級確定按鍵；鍵盤控制程序是人機交互的一個重要功能，用戶能夠通過鍵盤進行畫面切換、參數(shù)輸入、控制指令輸入操作。所述顯示程序包括IXD初始化函數(shù)和界面顯示函數(shù)。由此，達(dá)到了將用戶需要的磁閥式可控電抗器實時工作信息顯示到液晶顯示器上。圖3A.圖3B為K1、K2導(dǎo)通時MCR的等效電路示意圖，Kl導(dǎo)通時MCR的等效電路不意圖；ul= (I- δ )Esin ω t, u2 = δ Esin ω t, u3 = ul+u2 = Esin ω t。若晶閘管 ΚΙ、K2不導(dǎo)通，由繞組結(jié)構(gòu)的對稱性知可控電抗器與空載變壓器無異。當(dāng)e處于正半周，晶閘管Kl承受正向電壓，K2承受反向電壓。若Kl觸發(fā)導(dǎo)通，則使a，b點等電位，電源e經(jīng)變比為δ的線圈(Ν/2)自耦變壓后，由匝數(shù)為Ν2的線圈向電路提供直流控制電壓2u2和電流il，i2。由此可得出Kl導(dǎo)通時的等效電路圖如圖3A所示。同理，若K2在電源的負(fù)半周導(dǎo)通(c，d等電位)，則可得出如圖3B所示的等效電路圖。K2導(dǎo)通時所產(chǎn)生的控制電流方向與Kl導(dǎo)通時的控制電流方向相同，也就是說在電源一個工頻周期內(nèi)，K1、K2的輪流導(dǎo)通起了全波整流作用，由二極管D的續(xù)流作用，有利于晶閘管K1、K2的關(guān)斷，提高了整流效率。通過改變晶閘管Κ1、Κ2的觸發(fā)導(dǎo)通角，將圖3Α、圖3Β中控制電流il和i2的大小改變，磁閥鐵芯的磁飽和度隨之改變，達(dá)到平滑地調(diào)節(jié)可控電抗器的容量的目的。圖4A、圖4B磁閥式可控電抗器的磁路示意圖以及等效圖；圖4八為磁閥式可控電抗器磁路示意圖，鐵芯由面積比較大的部分(面積為Ab，長度為1，下面稱為“大面積鐵芯段”)和面積比較小的部分(面積為Abl，長度為lt，下面稱為“磁閥鐵芯段”)串聯(lián)而成。 在磁閥式可控電抗器的整個容量調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，大面積鐵芯段的工作狀態(tài)始終處于磁路的未飽和線性區(qū)，其磁阻相對于磁閥鐵芯段很小，磁閥部分磁力線分為兩部分，一部分通過磁閥鐵芯，磁阻記為Rt，另一部分通過氣隙，等效磁阻記為Rq。磁閥式可控電抗器磁路
可以等效為圖4B，圖中，F(xiàn)為磁路磁勢，φ為磁路總磁通量，Λβ =.......jy......■；■■ (μ0為空氣磁
導(dǎo)率)，R1 =—y- (μ為磁閥鐵芯平均磁導(dǎo)率)O圖5Α、圖5Β、圖5C為磁閥式可控電抗器在不同工作狀態(tài)下磁力線分布不意圖。從圖中我們可以看到，磁閥有三種工作狀態(tài)(I)如圖5Α所示，當(dāng)磁閥鐵芯段完全飽和時，磁閥鐵芯平均磁導(dǎo)率最小，磁阻最大，磁閥門完全關(guān)閉，此時整個磁路可等效為面積為Ab，長度為It的空氣間隙，；(2)如圖5B所示，磁閥鐵芯段處于未飽和線性區(qū)時，磁閥鐵芯平均磁導(dǎo)率最大，磁阻十分小，磁力線完全可以從中通過，磁閥門完全打開；(3)如圖5C所示，磁閥鐵芯段的飽和程度處于上述兩種情況之間時，磁力線有一部分通過面積為Ab-Abl的空氣隙，另一部分通過小截面鐵芯段，前者的磁阻為線性，后者的磁阻為非線性。圖6、圖7、分別是MCR工作狀態(tài)分析仿真示意圖和MCR工作狀態(tài)仿真結(jié)果示意圖和磁閥式可控電抗器工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換示意圖。這里只是為了研究工作狀態(tài)，不涉及到磁閥飽和度變化問題，所以用固定電感來模擬MCR的工作過程。為了得到磁閥式可控電抗器MCR的工作狀態(tài)，使用MATLAB/Simulink對MCR的工作過程進行了仿真分析。運行仿真文件后，得到的仿真結(jié)果如圖7所示。從圖中我們可以分析出，磁閥式可控電抗器晶閘管K1、K2及二極管Dl的可能導(dǎo)通情況，有5種工作狀態(tài)(I)Kl 導(dǎo)通，K2、D1 截止;(2) K1、Dl 導(dǎo)通，K2 截止;(3)D1 導(dǎo)通，K1、K2 截止;(4) Κ2 導(dǎo)通，K1、D1 截止;(5) Κ2、Dl 導(dǎo)通，Kl 截止。假定,磁閥式可控電抗器的工作繞組兩端加有正弦電壓e = EmSinco t,Kl和Κ2的觸發(fā)角為a。結(jié)合圖7，從理論角度對磁閥式可控電抗器的工作過程進行分析[0125](I)當(dāng)無直流勵磁(a = π)，電抗器已處于穩(wěn)定空載運行時，e、f兩點電位差為零，因而可以假定從t = O開始，電抗器已處于狀態(tài)3，即Dl導(dǎo)通，K1、K2截止；(2)在電源正半周期間，Kl上承受正向電壓，K2上承受反向電壓。因此，若在此正半周cot = a時刻，向Kl門極輸入觸發(fā)脈沖，Kl將會導(dǎo)通，而K2維持截止?fàn)顟B(tài)。因此，可控電抗器進入狀態(tài)2，即K1、D1導(dǎo)通，K2截止；(3) Kl導(dǎo)通后一段時間后,Dl將因為承受反向電壓而關(guān)斷,MCR過渡到狀態(tài)處于狀態(tài)1，即Kl導(dǎo)通，K2、D1截止；(4)在系統(tǒng)電壓過零進入負(fù)半周后，Kl上電流逐漸減小，二極管Dl開始導(dǎo)通，MCR進入狀態(tài)2，即K1、D1導(dǎo)通，K2截止；(5)之后，晶閘管Kl電流逐漸減小，最后過零而截止，電抗器進入狀態(tài)3，即Dl導(dǎo)通，K1、K2截止；(6)在電源的負(fù)半周，晶閘管Κ2觸發(fā)導(dǎo)通的過程分析與電源正半周時Kl觸發(fā)導(dǎo)通過程完全相似。狀態(tài)的轉(zhuǎn)換為狀態(tài)5、狀態(tài)4、狀態(tài)5，最后回到狀態(tài)3，開始下一個狀態(tài)循環(huán)。圖8為磁閥式可控電抗器導(dǎo)電螺桿結(jié)構(gòu)示意圖，電抗器高壓端子6或電抗器低壓端子13為出線導(dǎo)電桿，所述出線導(dǎo)電桿一端為出線導(dǎo)電桿螺栓34，另一端為出線導(dǎo)電桿固定部31 ;出線導(dǎo)電桿固定部31直徑大于出線導(dǎo)電桿螺栓34直徑，所述出線導(dǎo)電桿螺栓34端設(shè)有兩側(cè)為螺母27，螺母27之間設(shè)有碟形彈簧28、平墊片29組合而成的夾線結(jié)構(gòu)，在夾線結(jié)構(gòu)與出線導(dǎo)電桿固定部之間的螺桿上設(shè)有螺母27、平墊片29和矩形截面密封墊圈30，所述出線導(dǎo)電桿固定部31上設(shè)有盲孔；盲孔與出線導(dǎo)電桿同軸向，所述盲孔內(nèi)設(shè)有內(nèi)螺紋；所述導(dǎo)電桿接線端鈕32上設(shè)有螺桿33，所述螺桿33與固定端盲孔內(nèi)螺紋配合連接；所述出線導(dǎo)電桿螺栓34直徑與固定部設(shè)有的盲孔直徑相同；所述出線導(dǎo)電桿螺栓34與固定端盲孔螺紋螺距相同；所述矩形截面密封墊圈為耐油橡膠；所述出線導(dǎo)電桿和導(dǎo)電桿接線端鈕32為紫銅鍍錫。圖9，圖10，圖11，圖12，圖13中圖14Α，圖14Β，圖15中本技術(shù)方案，磁閥式可控電抗器控制系統(tǒng)的控制方法，它包括如下步驟磁閥式可控電抗器控制系統(tǒng)的控制方法，它包括如下步驟1)DSP通過電網(wǎng)的電壓傳感器、電流傳感器進行交流采樣得到當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)；所述電壓傳感器、電流傳感器對電網(wǎng)線路進行線電壓和線電流采集，所述交流采樣中DSP中采用比較式數(shù)字濾波器和積分式數(shù)字濾波器兩種數(shù)字濾波器串聯(lián)聯(lián)合濾波方式；隨后對濾波后的線電壓和線電流的進行數(shù)字鎖相倍頻采樣，通過AD轉(zhuǎn)換中斷服務(wù)程序?qū)﹄娋W(wǎng)的線電壓有效值、線電流有效值、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)各狀態(tài)量進行計算；2)通過與ARM連接的觸摸屏操作選擇電壓調(diào)整或功率因數(shù)調(diào)整兩種控制模式之一；采集的線電壓或線電流正弦信號通過過零比較得到同步信號，將過零點同步信號作為移相基準(zhǔn)；DSP計算出當(dāng)前時刻每相應(yīng)該輸出的移相角；所述控制程序包括基于DSP的閉環(huán)控制算法；3)DSP根據(jù)計算的移相角度結(jié)合移相基準(zhǔn)，以及要控制的磁閥式可控電抗器具體為單相或三相，相應(yīng)生成單相或三相觸發(fā)信號觸發(fā)信號，利用電信號脈沖驅(qū)動其中的脈沖變壓器控制磁閥式可控電抗器，脈沖變壓器發(fā)出脈沖串保障磁閥式可控電抗器MCR上相應(yīng)的晶閘管可靠的激發(fā)；所述數(shù)字鎖相倍頻采樣包括I)、DSP有六個捕獲模塊CAP獲取當(dāng)前信號頻率，根據(jù)需要控制的磁閥式可控電抗器具體為單相或三相對捕獲模塊CAP進行取舍使用；所述電力系統(tǒng)頻率為所測線電壓的兩次正向過零點的時間差的倒數(shù)；任意一相線電壓的同步信號輸入到CAPl輸入口上，通過軟件配置，CAPl的硬件捕捉相鄰兩次跳變的時間，即周期T ;從而頻率求為f = 1/T，將其作為基波的電網(wǎng)線電壓信號頻率；通過線電壓信號頻率，同一相的線電流頻率同時得到；Ii)、將采樣頻率設(shè)定為采集到的作為基波的電網(wǎng)線電壓或線電流信號頻率的128 倍，需要分析的最高次諧波為32次，因此低通濾波器的截至頻率選為50X32 = 3. 2kHz，濾去32次以上的高次諧波，有效地防止采樣混疊現(xiàn)象；Iii)、所述數(shù)字鎖相倍頻是由DSP編程實現(xiàn)，因為數(shù)字電路能夠?qū)崿F(xiàn)精確同步輸出，所以省略反饋環(huán)節(jié)，采用開環(huán)設(shè)計原理；此數(shù)字鎖相倍頻也稱之為同相倍頻；當(dāng)同步倍頻信號輸入到AD模塊的ADSOC控制口上；通過軟件設(shè)置，使同步倍頻信號每一次上升沿觸發(fā)一次AD轉(zhuǎn)換，當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束后自動觸發(fā)AD中斷服務(wù)程序；中斷服務(wù)程序中存儲每一次采樣的結(jié)果，然后每128次采樣結(jié)束后進行一次交流采樣計算，按各物理量的離散計算公式，計算出電網(wǎng)的線電壓、線電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)值，通過雙口 RAM與ARM實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，作為控制和顯示的輸入量；所述閉環(huán)控制算法控制器采取了兩種控制策略用戶根據(jù)實際情況，通過觸摸屏操作選擇不同的控制模式；電壓調(diào)整控制模式和功率因數(shù)調(diào)整控制模式；電壓調(diào)整控制模式以電網(wǎng)電壓為控制量，通過提供不同的無功電流，將電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定在給定的工作電壓點上；功率因數(shù)調(diào)整控制模式以電網(wǎng)的功率因數(shù)為控制量，通過提供不同的無功電流，將電網(wǎng)的功率因數(shù)穩(wěn)定在設(shè)定的功率因數(shù)點上；根據(jù)控制原理，若以電壓為控制目標(biāo)，給定電壓調(diào)節(jié)目標(biāo)值，引入電壓負(fù)反饋；通過檢測到的電網(wǎng)電壓U和給定參考電壓Uref進行比較，其偏差輸入到PI調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，PI調(diào)節(jié)器計算出輸出的移相控制角，通過觸發(fā)電路控制MCR的無功功率輸出大小，改變電網(wǎng)電壓；同樣，若要以功率因數(shù)調(diào)整控制模式，給定功率因數(shù)調(diào)節(jié)目標(biāo)值，引入電壓和電流反饋，計算出電網(wǎng)功率因數(shù)作為負(fù)反饋；通過檢測到的電網(wǎng)電壓u和電網(wǎng)電流i，然后計算出功率因數(shù)角(P，和給定參考電壓Φ μ進行比較，其偏差輸入到PI調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)；PI調(diào)節(jié)器計算出應(yīng)該輸出的移相控制角，通過觸發(fā)電路控制MCR的無功功率輸出大小，改變電網(wǎng)功率因數(shù)；兩種算法離散化后在DSP上實現(xiàn)；PI調(diào)節(jié)器的時間常數(shù)與MCR本身的響應(yīng)時間常數(shù)相適應(yīng)；采集的線電壓或線電流正弦信號通過過零比較得到同步信號，將過零點同步信號作為移相基準(zhǔn)，DSP計算出當(dāng)前時刻每相應(yīng)該輸出的移相角度，DSP根據(jù)收到的移相角度和移相基準(zhǔn)，產(chǎn)生觸發(fā)信號，為了可靠觸發(fā)晶閘管，針對脈沖變壓器采用對觸發(fā)脈沖進行軟件同相載波細(xì)分成多個脈沖串的方法觸發(fā)。圖14A，圖14B中，采集的線電壓或線電流正弦信號yl通過過零比較得到同步信號y2，y2通過積分計數(shù)器后得到y(tǒng)3(計數(shù)器等效波形)，y2、y3做比較，然后根據(jù)DSP給定的導(dǎo)通角，對y3進行PWM變換，當(dāng)y3電平信息高于y2得到y(tǒng)4。最后對y4進行細(xì)分，通過高頻信號進行同相載波，(同相指的是y5的第一個脈沖和y4同相)得到y(tǒng)5，y5作為脈沖變壓器脈沖串驅(qū)動MCR上相應(yīng)的晶閘管。若為采集的三相交流任意一項線電壓信號的過零點信號輸入到DSP作為移相基準(zhǔn)。DSP根據(jù)收到的移相角度和移相基準(zhǔn)，產(chǎn)生六路觸發(fā)信號。本技術(shù)方案的采集以采樣定理理論為基礎(chǔ)，即要求采樣頻率為被測信號頻譜中最高頻率的2倍以上，采用同步采樣法對被測信號采樣，所述同步采樣法就是整周期等間隔均勻采樣，被測信號周期T、采樣時間間隔At和一周期內(nèi)采樣點數(shù)N之間滿足關(guān)系式T =N A t，即采樣頻率為被測信號頻率的N倍。針對采樣獲得的當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)，得到的各狀態(tài)量，對交流線電壓U、線電流I、有功功率P、無功功率Q、功率因數(shù)coscp、視在功率電參量的同步交流采樣進行離散化，計算出電 網(wǎng)的電壓、電流、有功功率、視在功率、無功功率、功率因數(shù)，所述交流采樣計算為按各物理量的離散計算公式，計算出電網(wǎng)的電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)值，作為控制和顯示的輸入量；所述交流線電壓U、線電流I離散計算公式電流有效值、電壓有效值、定義為U = A^-\T U2 (t)dt
(0-1)I = A^\Ti\t)dt
(0-2)式中T——為采樣周期；u(t)——電壓瞬時值；i (t)-電流瞬時值；將以上兩式離散化后=
VN ^=O(0-3), = J去》⑷ 2
VN 細(xì)(0-4)式中u(k)——電壓第k次的采樣值；i (k)——電流第k次的采樣值；N-------一周期內(nèi)采樣點數(shù)；所述有功功率P、無功功率Q、的離散計算公式單相有功功率和無功功率的定義為P = T,\l P^dt = T, fo u{t)Kt)dt
丄丄(0-5)[0171]Q = —\n = T In
J ,0 "o(0-6)離散化以后得到
I NP = ^Yju(J1)Kk)
N k=i (0-7)Q =
N k=i (0-8) 所述視在功率的計算單相視在功率為S = UxI—P2+Q2(0_9)所述功率因數(shù)coscp的計算單相有功功率、無功功率和復(fù)功功率的關(guān)系如下S = P+jQ(0-10)由此求得功率因數(shù)為
P
COS (D- —
S(0-11)由于功率因數(shù)角-f所以計算出
m = arcsin(—)
(0-12)負(fù)載特性的判斷當(dāng)Q > 0時7 >0，負(fù)載為感性；當(dāng)Q < 0時7〈0，負(fù)載為容性；上述雖然結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
進行了描述，但并非對本實用新型保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種磁閥式可控電抗器控制系統(tǒng)，其特征是，它包括電抗器和控制器，所述電抗器包括外絕緣筒，所述外絕緣筒(22)上端設(shè)有上端蓋部分，下端與下端蓋部分連接，上端蓋部分包括電抗器高壓端子(6)和上端蓋(16)，下端蓋部分包括電抗器低壓端子(13)，脈沖控制線端子(25)和下端蓋(12)，在下端蓋(12)內(nèi)表面上固定有電抗器主體，所述電抗器主體包括電抗器鐵芯，所述電抗器鐵芯上設(shè)有電抗器主繞組(21)，所述電抗器主繞組(21)分別與電抗器高壓端子￠)、電抗器低壓端子(13)連接，所述電抗器鐵芯上端設(shè)有絕緣支架(19)，絕緣支架(19)上設(shè)有晶閘管組件(9)和脈沖變壓器(18)，所述晶閘管組件(9)與脈沖變壓器(18)連接，脈沖變壓器(18)與脈沖控制線端子(25)連接，所述脈沖變壓器(18)磁通方向與電抗器主繞組(21)磁通方向正交；所述外絕緣筒(22)內(nèi)注有絕緣油(10);所述控制器包括控制器主體(39);所述控制器主體(39)與脈沖控制線端子(25)連接。
2.如權(quán)利要求I所述的磁閥式可控電抗器控制系統(tǒng)，其特征是，所述上端蓋部分包括由上往下設(shè)置的上端蓋(16)、上法蘭(15)及溫升緩沖氣囊(17);所述下端蓋部分包括與外絕緣筒(22)下端連接的下法蘭(11)以及與下法蘭(11)連接的下端蓋(12)，所述下端蓋的 下部還設(shè)有絕緣底座(14);所述電抗器低壓端子(13)設(shè)在下法蘭(11)上； 所述電抗器高壓端子￠)、電抗器低壓端子(13)與內(nèi)部電抗體主體連接線路中設(shè)有高壓引線套管⑶；所述電抗器高壓端子(6)的高壓端子引線感應(yīng)耐壓115kV，電抗器低壓端子引線工頻耐壓45kV ;所述外絕緣筒(22)、上端蓋(16)、上法蘭(15)、下端蓋(12)、下法蘭(11)涂有環(huán)氧清漆。
3.如權(quán)利要求2所述的磁閥式可控電抗器控制系統(tǒng)，其特征是，所述電抗器主體為自勵式直流電源勵磁控制方式，電抗器鐵芯設(shè)有用于直流磁通流動的鐵芯橫軛，電抗器鐵芯上端設(shè)有絕緣支架(19)，所述高壓引線套管(8)設(shè)在絕緣支架(19)上，在電抗器鐵芯(20)下端設(shè)有與下法蘭(11)及下端蓋(12)固定連接的鐵芯定位組件(24);所述鐵芯定位組件(24)包括通過與絕緣底座(14)固定連接的角鐵以及在角鐵上設(shè)有的螺栓夾持的電工層壓木。
4.如權(quán)利要求3所述的磁閥式可控電抗器控制系統(tǒng)，其特征是，所述電抗器鐵芯為兩個，所述電抗器主繞組(21)包括分別獨立繞制在兩個鐵芯上的兩個主線圈，每個主線圈分為4段，每段為層式結(jié)構(gòu)；兩個鐵芯兩端之間通過橫軛連接。
5.如權(quán)利要求4所述的磁閥式可控電抗器控制系統(tǒng)，其特征是，所述電抗器主繞組中還設(shè)有用于低壓外勵磁直流激磁繞組(23);所述絕緣支架(19)包括固定晶閘管組件(9)的電工層壓木，層壓木通過螺栓夾件與兩個鐵芯上端固定連接，與晶閘管組件(9)控制端連接的脈沖變壓器(18)的脈沖控制線上設(shè)有夾持木件，脈沖控制線與底部引出的脈沖控制線端子(25)連接。
6.如權(quán)利要求I所述的磁閥式可控電抗器控制系統(tǒng)，其特征是，所述外絕緣筒(22)為環(huán)氧玻璃絲纏繞筒，絕緣底座(14)為高度500mm的環(huán)氧玻璃絲底座。
7.如權(quán)利要求2所述的磁閥式可控電抗器控制系統(tǒng)，其特征是，所述上端蓋(16)邊緣處設(shè)有連接電抗器內(nèi)、外部的出氣孔(26);所述出氣孔(26)孔道與上端蓋水平面呈-3° -5°夾角；所述出氣孔(26)孔道內(nèi)嵌有非金屬彎管。
8.如權(quán)利要求I所述的磁閥式可控電抗器控制系統(tǒng)，其特征是，所述電抗器高壓端子(6)或電抗器低壓端子(13)為出線導(dǎo)電桿，所述出線導(dǎo)電桿一端為出線導(dǎo)電桿螺栓(34)，另一端為出線導(dǎo)電桿固定部(31);出線導(dǎo)電桿固定部(31)直徑大于出線導(dǎo)電桿螺栓(34)直徑，所述出線導(dǎo)電桿螺栓(34)端設(shè)有兩側(cè)為螺母(27)，螺母(27)之間設(shè)有碟形彈簧(28)、平墊片(29)組合而成的夾線結(jié)構(gòu)，在夾線結(jié)構(gòu)與出線導(dǎo)電桿固定部之間的螺桿上設(shè)有螺母(27)、平墊片(29)和矩形截面密封墊圈(30)，所述出線導(dǎo)電桿固定部(31)上設(shè)有盲孔；盲孔與出線導(dǎo)電桿同軸向，所述盲孔內(nèi)設(shè)有內(nèi)螺紋；所述導(dǎo)電桿接線端鈕(32)上設(shè)有螺桿(33)，所述螺桿(33)與固定端盲孔內(nèi)螺紋配合連接；所述導(dǎo)電桿螺栓(34)直徑與固定部設(shè)有的盲孔直徑相同；所述導(dǎo)電桿螺栓(34)與固定端盲孔螺紋螺距相同；所述矩形截面密封墊圈為耐油橡膠；所述出線導(dǎo)電桿和導(dǎo)電桿接線端鈕(32)為紫銅鍍錫。
9.如權(quán)利要求I所述的磁閥式可控電抗器控制系統(tǒng)，其特征是，所述控制器主體(39)為DSP+ARM架構(gòu)，所述DSP和ARM分別與電源處理模塊(40)連接；DSP和ARM通過雙口 RAM連接；模擬量模塊(35)包括AD芯片，所述DSP輸入端與AD芯片連接，DSP輸出端與電信號輸出模塊(37)連接，所述DSP還與時鐘芯片(41)和非易失性存儲器(42)連接，所述控制器主體(39)中的ARM與上位機(36)通過ARM串行端口(43)或ARM網(wǎng)口(44)通訊；所述DSP與外部狀態(tài)指示燈(38)連接，所述DSP芯片為TMS320F28335 ；DSP處理器還連接JTAG芯片內(nèi)部測試接口 ；所述ARM芯片S3C2410A，所述AD芯片與外部PT和CT連接；所述外部PT和CT用于測量電網(wǎng)中的線電壓和線電流；所述電信號輸出模塊(37)包括絕緣膠木板，在絕緣膠木板設(shè)有接線柱，所述接線柱一端與DSP輸出引腳連接，另一端通過雙絞線或屏蔽線與與電抗器中的脈沖控制線端子(25)連接。
專利摘要本實用新型公開了一種磁閥式可控電抗器控制系統(tǒng)，它包括電抗器和控制器，所述電抗器包括外絕緣筒，所述外絕緣筒上端設(shè)有上端蓋部分，下端與下端蓋部分連接，上端蓋部分包括電抗器高壓端子和上端蓋，下端蓋部分包括電抗器低壓端子，脈沖控制線端子和下端蓋，在下端蓋內(nèi)表面上固定有電抗器主體，所述電抗器鐵芯上端設(shè)有絕緣支架，絕緣支架上設(shè)有晶閘管組件和脈沖變壓器，脈沖變壓器與脈沖控制線端子連接，所述控制器包括控制器主體；所述控制器主體與脈沖控制線端子連接。本實用新型的有益效果是，磁閥式可控電抗器控制系統(tǒng)制造工藝簡單，成本低，損耗小，諧波小，對于提高電網(wǎng)的輸電能力、調(diào)整電網(wǎng)電壓、補償無功功率以及限制過電壓均有較大的應(yīng)用潛力。
文檔編號H01F27/28GK202488396SQ20122010960
公開日2012年10月10日 申請日期2012年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月22日
發(fā)明者于洪, 仝瑞士, 周迎新, 孫英濤, 張凡華, 張勇, 張連宏, 李萬忠, 李永寧, 楊琦欣, 林冬晧, 譚京一, 賈傳斌 申請人:山東電力集團公司濟南供電公司