PWM可控电抗器（精选八篇）
PWM可控电抗器 篇1
与超/特高压输电网不同,我国60 k V及以下的系统普遍采用的是中性点不接地的运行方式。在这种运行方式下如果发生单相接地故障,只要3~6 k V线路故障电流不超过30 A,10 k V线路不超过20 A,35 k V线路不超过10 A,电弧可以自动熄灭,系统就能够避免单相接地故障引起的跳闸,可大大增加供电可靠性[1]。但故障电流超过上述标准时,接地电弧往往不能自熄,并可能引发遍及全网的间歇性弧光接地过电压[2]。这种情况下,我国电力行业运行规程规定系统中性点要经消弧线圈接地,以补偿单相接地故障时的电容电流。
近年来,我国城市电网得到迅速发展,对地电容大幅增加。同时电缆线路得到普遍应用,单位长度电缆线路的对地电容约为架空输电线路的20~30倍[1],因此在发生单相接地故障时流过故障点的电容电流大幅增加,明显超出规定标准,这一现状要求电网中性点经消弧线圈接地。
传统调匝式消弧线圈虽也能起到补偿效果,但由于不能自动跟踪电网变化实现最佳补偿,并且为了防系统在稳态运行时出现谐振过电压,只能处于过补偿状态,因此故障点的残流不能减至最小。随后得到应用的调气隙式可控电抗器和带有载分接开关的自调谐消弧线圈虽然在一定程度上缓解了这一矛盾,但由于存在响应速度慢,故障率高,日常维护工作量大等缺点也逐渐被调节性能更加优越,检测和控制系统更加先进,自动化程度更高的新型消弧线圈所取代。
而基于PWM可控电抗器的新型消弧线圈,由于采用了全控型电力电子器件,响应速度快,调谐快速准确,动态性能好,能够跟踪电网参数的变化实现最佳补偿,在克服传统消弧线圈不足的同时,还不会显著增加系统中性点的电压位移,能够大大提高中性点不接地电网的供电可靠性。
1 消弧线圈工作原理分析
图1(a)为中性点经消弧线圈接地系统在f点发生单相接地故障时的等值电路图,图1(b)为其对应相量图。设三相线路的对地电容均为0C,电源变压器的电压三相对称,且相电压为Up。则单相(A相)接地故障将使非故障相(B,C相)的对地电压升高到,且流过故障点f的接地电流Ir由两部分组成:经B,C相对地电容的容性分量Isc和经消弧线圈的感性分量IL。并且:
由式(1)、(2)知故障点f处的实际接地电流大小为:
若Ir=0,则IL=Isc,说明消弧线圈恬好补偿了线路的对地电容的容性电流,称这种状态为全补偿;若Ir>0,则IL
从理论上讲,全补偿能够最大限度地降低单相接地故障的残流,但对于传统调匝式消弧线圈却只允许工作于过补偿状态,以保证正常运行时中性点位移电压不超过系统相电压的15%[3]。而自调谐消弧线圈的高速调节能力就很好地解决了这一矛盾。
2 PWM可控电抗器的调节
2.1 PWM可控电抗器结构
图2所示为PWM可控电抗器的拓扑结构简图,它采用全控型电力电子器件IGBT或GTO,是一种基于脉宽调制原理的新型可控电抗器,且具有响应速度快,谐波含量低等诸多优点。
设流过电抗器的电流为Li,外加正弦电压为su。在Li正半波,VT1,VT2工作于互补状态,VT3,VT4关闭,电压处于正半周时,Li积分上升,负半周时,Li积分下降;在Li负半波,VT3,VT4工作于互补状态,VT1,VT2关闭,工作过程和原理与正半波时相同。通过调节开关器件的占空比即可实现入口等效输入电抗值的连续平滑调节[4]。
2.2 PWM可控电抗器调节原理分析
由图2中PWM可控电抗器的拓扑结构可知,对于电抗器L以外的电路来说,它所实现的功能为斩控式交流调压。图3给出了采用三角波比较方式进行调制的原理图以及正弦斩波电压波形。为了消除正弦斩波电压波形傅里叶级数中的直流分量、余弦项以及正弦项中的偶次谐波,使PWM波形应具有半波对称和1/4周期偶对称的性质,载波比N可由下式确定。
上式中:fc为载波频率;fs为电源电压频率;k取正整数。
设直流参考电压为Ur,三角波载波峰值为Ucm,电源电压峰值为Usm,开关器件导通比(占空比)为α,则有:α=Ur Ucm。可得电抗器L上的正弦斩波电压uL的傅里叶级数表达式如下[5]:
所以,电抗器L上的基波电压有效值为:
流过电抗器电流的基波有效值为:
因此,通过调节占空比α,即可连续平滑调节交流等效电抗。图4给出了PWM可控电抗器随占空比α从0~1连续变化的动态调节过程的电抗器电流Li和电源电流Si的波形。
3 消弧线圈自动调谐控制策略
中性点经消弧线圈接地系统在正常运行状态和单相接地故障状态下会呈现出各种不同的特征,根据这些特征,通过选择不同的测量对象和计算方法即可得到各种不同的调谐原理。目前消弧线圈的调谐原理主要有:中性点最大位移电压法、阻抗三角形法、相位角法、电容电流间接测量法、附加电源法及信号注入法等。这些方法各具特点,但又都存在一定的局限性,没有达到完美的程度。中性点最大位移电压法和阻抗三角形法为预调谐法,即在电网正常运行时进行调谐,故障后将不再调节;相位角法是以电网存在两相对地电容基本相同为前提条件的,实际应用局限性较大;附加电源法易受电网中性点自然偏移电压的影响,必须增大附加电源电压以减弱这种影响,但这同时又会对设备的绝缘带来威胁。最大位移电压法、相位角法和电容电流间接测量法有一定的运行经验外,其余方法都只是一些理论分析[6,7]。相比之下,电容电流间接测量法具有明显优势,且在直流偏磁式自调谐消弧线圈中得到了成功应用。因此由PWM可控电抗器所具有的诸多优点可知电容电流间接测量法较适合用于这种消弧线圈的自调谐控制。
由于实际电网参数并不是完全对称的,设由三相不对称造成的系统中性点位移电压为Unu,三相线路对地电容之和为C=CA+CB+CC,则经消弧线圈接地后中性点位移电压为:
当α=0时,PWM可控电抗器等效电感值显然为无穷大的,此时消弧线圈的端电压即为不装消弧线圈时中性点的位移电压Unu;改变占空比,使α≠0且远离系统谐振点,测得消弧线圈的端电压Un 2及其电流In 2,若设此时的等效电感值为2L,则代入式(3)可解得线路对地总电容为:
这也就是电容电流间接测量原理,因此,基于这种测量原理的消弧线圈自动调谐控制策略可简单表述如下:正常状态下,控制系统按照一定的采样频率不断地采集不同占空比下的Un和In值,然后将数据暂存,并根据采样数据判断是否有单相接地故障发生,如没有故障发生,则继续进行测量暂存。一旦检测到有单相接地故障存在,则将最新测得的数值送到处理器根据式(4)求解接地电容值,根据接地电容可得系统当前状态下的最佳补偿电抗器值及所对应的开关器件占空比,利用此占空比调制出的脉冲信号去控制相应开关器件即可实现单相接地电容电流的最佳补偿。
4 仿真结果与分析
为了验证基于PWM可控电抗器的新型消弧线圈对单相接地故障电流的补偿效果,针对某110 k V变电站的10 k V侧进行了基于PSCAD/EMTDC的仿真研究。10 k V侧共有两回出线,且均为电缆线路,主要用于供给附近城区的居民生活用电和小部分工业负荷,两回电缆线路的长度分别为4.2 km和5.5km。仿真系统的模型如图5所示。
设在0.2 s时,其中一回10 k V电缆出线发生单相接地故障,图6所示为消弧线圈退出运行时的接地故障电流Fi的波形,其稳态有效值达22.6 A,超过了交流电力系统规程中规定的标准。消弧线圈投入运行后,10 k V出线再发生单相接地故障时,故障电流的容性分量和感性分量的波形如图7(a)所示,而图7(b)为经消弧线圈补偿以后的故障电流iF的波形,其稳态有效值约为4.2 A。可见消弧线圈对单相接地故障电流的补偿效果是非常明显的。
5 结论
通过以上分析可以知道,由于基于PWM可控电抗器的自调谐消弧线圈采用了全控型电力电子器件,响应速度相当快,且动态性能好,低次谐波的含量小,基本可以忽略其影响。鉴于PWM可控电抗器的上述特点,指出它较适合采用电容电流间接测量法来进行全状态自调谐控制。针对某110 k V变电站10 k V侧进行的仿真实验结果表明这种新型消弧线圈能够快速补偿单相接地故障时的电容电流,使接地故障电流满足运行规程要求。
摘要：针对城市配电网的快速发展所带来的单相接地故障电流过大的问题,研究了一种基于PWM可控电抗器的快速自动调谐消弧线圈。对消弧线圈补偿作用的机理进行了简要分析,并对若干种消弧线圈的自动调谐控制原理进行了对比分析,指出电容电流间接测量法比较适合应用于这种消弧线圈的自动调谐控制。最后对某110kV变电所的10kV母线侧的接地故障电流的补偿情况进行了数字仿真研究,仿真结果表明这种消弧线圈响应速度快,具有非常好的补偿效果,有参考应用价值。
关键词：PWM可控电抗器,消弧线圈,自调谐控制
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PWM可控电抗器 篇2
关键词：磁控电抗器；磁阀；无功补偿；DSP
中图分类号：TM761 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）29-0024-02
无功功率对电气设备建立和维持交变磁场起着至关重要的作用。电力系统总体表现为感性，如果负荷中滞后的感性无功功率得不到补偿或由于电容的投切使得补偿的容性无功过多，则电网的功率因数就不能处于合理范围内，所以实现无功功率在电网中的平衡是保证电压质量的基本条件。20世纪80年代中期前苏联学者提出了磁阀式可控电抗器（MCR），通过控制晶闸管的导通时间来得到电路所需的直流电流，从而获得相应的直流偏磁。通过交直流磁场的叠加来控制小面积磁阀段的饱和度，最终达到平滑调节电抗器输出容量（即无功功率）的目的。磁阀式可控电抗器成本较低、结构简单、控制方便、可靠性高，目前已成功应用于中高压电网无功控制电气化铁路动态无功功率补偿系统，高压电机磁控软启动中。本系统采样“ARM+DSP”的双核结构，该结构在相关检测领域早有应用。本研究首先分析磁阀式可控电抗器的电路原理，继而分析整套无功补偿装置的原理，然后对控制系统的相关硬件和软件进行设计，最后进行MCR的运行调试。
1 磁阀式可控电抗器的工作原理
磁阀式可控电抗器（Magnetic Control Reactor，简称MCR）的铁芯采用磁阀结构，通过调节晶闸管的导通时间，控制绕组中的直流电流大小，从而控制小面积磁阀的饱和程度，以此来控制电抗器的感性无功输出。磁控电抗器的原理如图1所示。
在一个工频周期内，晶闸管K1、K2轮流导通。二极管在K1、K2不导通时，起到续流作用，通过改变K1、K2的触发角，可以改变感性电流的输出，对输出的感性无功进行调节，最终对输出的无功进行调节。当α=180°时，晶闸管不导通，电抗器处于空载状态，铁芯不饱和，电抗器磁阻很大，电感值为最大值，无功补偿输出最小；当α为一定角度时，磁阀部分处于饱和状态，此时磁阻最小，电感达到最小值，无功补偿输出最大。因此，可以根据系统负荷的变化，实时调节电抗器的输出容量，保证电网的高功率因数。
2 磁阀式可控电抗器动态无功补偿装置原理
图2为无功补偿系统，磁阀式可控电抗器可直接连接在高压电网上，电抗器采用工作绕组和控制绕组分开的接线形式，工作绕组一般采用三角形连接方式。整个系统由磁控电抗器、固定补偿电容器和滤波装置组成。当电容器组过补，系统处于容性状态时，可增大晶闸管的导通角，增大感性无功输出，抵消过补的容性无功，使系统处于感性的高功率因数状态。当系统处于感性的低功率因数状态，而投电容又过补时，减小晶闸管的导通角，减小感性无功输出，提高系统功率因数。
3 控制系统设计
3.1 控制装置硬件结构
3.1.1 DSP芯片。系统采用的DSP芯片为AD公司的BF506F，该芯片属于Blackfin处理器家族中的BF50x系列，具有4MB可执行闪存以及ENOB为11+的真12位双通道SAR ADC。BF506F的内核时钟频率为400MHz，外设集包括2个三相PWM单元、1个ADC控制模块、2个SPI接口、2个SPORT接口、1个CAN控制器、1个PPI、8个通用计数器以及1个移动存储器接口。
3.1.2 采样模块。一共有9路采样，分别是母线三相电压、母线三相电流和MCR本体三相电流。每一采样电路都经过两级互感器的转换，最后变为电流信号进入DSP，进入DSP之后利用FFT算法进行计算。
3.1.3 触发模块。利用PWM波将触发信号通过光纤发出，改变晶闸管的触发角，从而改变晶闸管的导通时间。
3.1.4 通信模块。DSP有两个串口，一个连接ARM，由ARM控制液晶屏，屏幕显示三相电压、母线电流、MCR本体电流、有功功率、无功功率、功率因数等，便于值班人员监测。另一串行口可根据外部通信协议的需要自行设置，如RS-485、101规约等。
3.1.5 故障保护模块。磁控电抗器本体故障量有温度、压力、瓦斯、过流、过压，当检测到这些信号时，需采取相应措施对电抗器进行保护。
3.2 系统软件设计
软件设计流程图如图4所示。通过对电网的电压、电流进行采样，可以计算出所需补偿的无功大小，再控制晶闸管的触发角，从而达到补偿系统无功的目的。
4 实验波形
5 结语
本研究设计和制作了磁阀式可控电抗器的控制装置，由DSP继续相关电量的采集、处理，通过这些数据采用无功功率调节算法进行计算，最后输出相应的触发脉冲。利用ARM建立简单的人机交互界面，方便用户进行操作。实验结果表明该系统能够有效地对电网系统进行无功补偿。
参考文献
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可控电抗器无功功率补偿技术分析 篇3
近年来,随着经济的不断发展,电网的售电量急剧增高,高耗能企业越来越多,造成电能质量降低。为了提高电厂电力设备的使用效率,减少电能的无功损耗,需要采用无功补偿装置。当前,并联无功补偿装置的应用较为广泛,其整组的容量较大,但是在投切过程中对系统的冲击较大;并且大部分的无功补偿装置需要手动调节,无法实现连续补偿,功率因数较低,容易造成断路器的损坏。近年来,可控电抗器的应用得到了重视,它具有适应范围广、占地面积小、可靠性高等特点。
1可控电抗器工作原理分析
在可控电抗器中,通过对控制回路直流的控制,采用激磁实现铁芯磁饱和度的改变,从而平滑的调节感抗。在可控电抗器中有一段铁芯的截面积较小,在容量调节过程中,这一段达到了饱和状态,其余部分未达到饱和状态;通过对达到饱和这一段铁芯的磁路的饱和程度的改变实现电抗器的容量网的改变。电抗器的主铁芯被一分为二,每一部分的铁芯都有一小段截面段。在电抗器工作过程中,只有一段磁路饱和。
2案例分析
在某电厂中,#1启备变为厂用电的后备电源,需要长期热备;当厂用变失去电压时,#1启备变将会快速投入应用,给厂用电负荷供电,保证机组的正常运行; 另外,#1启备变还可以从电网中引入电源。由此可见,#1启备变的工作具有较强的特殊性。在运行实践中,#1启备变路的电源中,无功负荷波动非常严重,其功率因数很低,甚至达到了0.3,从而造成其电费高;据统计,在该电厂中,每年的电费高达百万元。
对产生高额电费的原因进行分析。 #1启备变运行时,无功和有功负荷的工况有以下三种:1)#1启备变空载热备。此时,有功和无功负荷有:变压器维持自身的自感所需要的无功功率、高压侧线路在空载状态下的无功功率、变压器空载时自身消耗的有功功率。在空载状态下,变压器的有功功率较小,主要表现为线路的损耗以及变压器的铜耗。2)机组检修。在带轻负荷状态下,机组检修时,由于负荷大多为感性负荷,尽管有功会增加,但是无功功率依旧很大,功率因数还是很小。在该电厂中的机组检修记录中,对#1机组的C级进行检修,电费结算清单上显示: 4月份有功电量为349000k Wh,无功电量为382000k Wh ;计算功率因数为0.67。3) 机组的启动。高启变压器满载#1或者是#2机组启动时,在6k V侧,带全部的厂用电负荷;高启变压器自身的无功功率也相应的增加了。通过分析得出以下结论:在高启变压器空载热备时,尽管无功功率较小,但是有功功率也很小,此时的功率因数是最低的;在高启变压器轻载状态下, 无功功率有所增加,同时有功功率也会增加,并且其增加幅度更大;功率因数提高了不少,但是依然不满足要求;机组启动, 高启变压器满载,此时,有功功率较大,功率因数最高。
3解决方案分析
在系统中使用基于可控电控器的无功补偿装置,图1给出了其原理图。在电抗器二次侧的电抗器铁芯安装相应的无功补偿装置;随着直流励磁电流的不断增大,一次侧的电感电流出现减小的趋势。 只需对励磁电流进行控制,就可以实现一次侧电感电流的控制,从而实现实时监控母线的无功功率,达到负荷无功功率与电网无功功率平衡的目的。
为了便于分析,下面以全补偿为例进行说明。在实际中,静止无功补偿装置的容性无功功率要比系统需要补偿的无功小。基于可控电控器的无功补偿装置的调节范围是 :0~1100k Var。其电容器组的容量是固定的。当系统需要补偿的无功为1000k Var时,将可控电控器的励磁调节到最大,此时电感电流为零,电容器组输出无功为1000k Var,实现了精确的补偿 [3]。 减小励磁后,将会输出1000k Var的感性无功,抵消电容器组的容量。图2给出了该厂的实际改造方案。经过改造后,装置的结构简单坚固,自动化程度提高,响应速度加快,完全满足高启变无功负荷频繁波动的要求。投运后,功率因数达到了0.9以上,也没有了力调电费支出,大大节省了该电厂的资金投入。
4结束语
由于电网中存在大量的感性负载, 系统的功率因数会随之降低,网络损耗会增加,对于电厂而言,会由于力调电费而出现一笔较大的开支。本文依托于具体案例,重点研究了可控电抗器在电厂备用电源系统中的应用。可以看出,在无功补偿中采用可控电抗器能够实现补偿的快速性、改善电能质量,提高经济效益。
摘要：在电力行业,改善电能质量,提高运行经济效益的一项重要举措是采用无功补偿装置;随着可控电抗器技术的不断发展,其在电网中的应用不断广泛。本文依托于具体案例,重点研究了可控电抗器在电厂备用电源系统中的应用。实际表明,这种无功补偿装置具有较强的抗电磁干扰能力、响应较快,具有较高的可靠性等。
PWM可控电抗器 篇4
由于智能电源应用于各种不同的电气环境,因此必须采取适当的保护措施,以保证智能电源及其负载稳定、可靠地运行。实践证明,在智能电源的网侧配置电抗器,实现电网与智能电源网侧隔离,能有效防止因高频功率开关管的通断引起过电压和浪涌电流的冲击,降低电流脉动量,滤除谐波电流,减少对电网的污染,使智能电源控制系统获得一定的阻尼特性,有利于控制系统的稳定性。因此研究智能电源网侧电抗器的参数和设计方案具有重要意义。
1 电抗器电感值的选择和设计要求[1,2]
智能电源与电抗器连接图如图1所示。电抗器的电感值大小对智能电源的影响是综合性的。电感值选得过大将直接影响电流的快速跟踪性能,功率因数低;选得过小将影响谐波电流的滤波效果,引起对电网的污染。本文从稳态条件下满足智能电源输出有功功率和电流波形品质指标的要求出发,推导出电感值L的取值范围。其计算公式如下:
其中:Em为输入电压峰值;ω为角频率;Tcs为开关周期;Udc为输出直流电压;P为智能电源功率;ΔImax为最大允许电流脉动量。
本文以功率45kW智能电源网侧电抗器为例,说明电感值的选择和电抗器设计方法。智能电源对电抗器的要求为:(1)额定电流82 A;(2)额定电流频率50Hz;(3)饱和电流下限164 A;(4)电感值的偏差小于±3%;(5)允许的最高温升85℃。
已知智能电源的参数为输入电流峰值为电流频率),Udc=600V,Tcs=0.1ms,ΔImax=0.1Im。按允许2倍额定过载的要求,由式(1)算出的电感值选择范围为:0.53mH
2 电抗器的设计原理
2.1 线圈的选择
一般情况下,线圈的电流密度J选为200A/cm2～300A/cm2。本设计选用6根宽为5mm、厚为1.5mm的绝缘扁铜线并缠绕,这样线圈截面积SCu为0.45cm2,电流密度为
2.2 铁芯的材料和结构[3]
电抗器的铁芯选用日本新日铁的硅钢片23ZDKH90制作,由竖片、横片及气隙构成,其结构剖面图如图2所示。
通常,当电抗器电流达到饱和电流时,铁芯磁通密度BmS选在硅钢片本身饱和磁通密度Bmax的0.93～0.96倍之间,本文Bmax为1.92T。根据安培环路定理和铁芯的磁特性推导出的电抗器工作电流I和铁芯磁通密度B的关系如下:
其中:N为匝数;l为电抗器的平均磁路长度;μ为铁芯磁导率。由式(2)可见,正常工作时电流与磁通密度成正比。饱和电流IS及其对应磁通密度BmS与额定电流IN及其对应磁通密度BmN之间的关系如下:
2.3 电抗器数学模型的建立
下面通过建立电抗器的数学模型得出电抗器最佳的设计参数,包括线圈的匝数和铁芯尺寸等。
2.3.1 线圈匝数和铁芯横截面积的关系
由电抗器电压降的计算公式推导出匝数N和铁芯横截面积Ac的关系为:
其中:Kf为系数,当输入电网三相电时,Kf=4.44。
2.3.2 线圈匝数和窗口面积的关系
由窗口利用系数Ku的计算公式推导出匝数N和窗口面积Wa的关系为:
其中:Ku一般取0.3～0.4。
2.3.3 窗口面积和铁芯横截面积的关系
本文将铁芯柱设计为正方形,即竖片宽度L2和叠片厚度Lh相等。则窗口面积与铁芯横截面积的关系为:
其中:k为窗口面积和铁芯横截面积的比值,一般取值为3～5;L3为铁芯竖片的长度。
根据式(4)、式(5)和式(6)可计算出线圈的匝数N、铁芯的横截面积和窗口面积。
2.3.4 铁芯尺寸的推导
根据铁芯横截面积的计算公式Ac=L2Lh和窗口面积的计算公式Wa=L3L2可推导出铁芯尺寸数据L3、L2、Lh。
由BmS、Ku和k的不同取值组合,可算出多组匝数和铁芯尺寸。从铜线和硅钢片的用量和价格考虑成本,选出一组最佳的设计参数。由此可见,通过建立电抗器的数学模型,能得到用料最少成本最低的电抗器设计方案。本文选BmS为Bmax的0.93倍,k为3.5,Ku为0.32,得出电抗器最佳参数为:N=34,L3=18.1cm,L2=Lh=5.2cm。
2.4 气隙的作用
铁芯加入气隙后,引起磁滞回线剪切,磁路的磁导率被线性化并减小,剩余磁通密度减小,可利用磁通密度的范围变大,使磁路不易达到饱和状态。所加气隙越大,剩余磁通密度越小,可利用磁通密度范围越宽。但电感系数越小,要达到一定电感值需增加匝数,可能会导致铁芯窗口不足,线圈容纳不下,且匝数越多线圈的分布电容越大,影响稳定性。综合考虑,在保证磁导率线性化和电感值满足要求的前提下气隙越小越好。一般气隙不超过4mm,本文气隙调整为2mm。
3 电抗器的组装
根据电抗器铁芯的尺寸选择硅钢片,且对齐并列叠放,先做出电抗器的铁芯,如图2中所示,在横片与竖片接触的两端各加1mm厚绝缘电木板作为气隙。再由匝数和窗口尺寸来设计线圈的层数和每层匝数制作线圈,每个线圈表面都包一层绝缘带。这样就组装出了一台电抗器,如图3所示。
4 检测实验与结果
4.1 电流电压法测电感值[4]
电抗器作为负载接在三相交流调压器上,缓慢调升调压器输出电压,同时检测电抗器的三相电压和三相电流,读取几组数值,算出各相电感值。电感值检测数据见表1,其中,电感值都在允许偏差3%的范围内。
4.2 测饱和电流
电抗器接在三相变压器次级端,调压器调节变压器初级电压,示波器观察电压电流波形直至电流波形发生失真,记录临界失真电流波形和峰值,即为饱和电流。电抗器的相电压和相电流波形如图4所示,其中,示波器的CH2通道检测的是变压器次级电压波形,CH3通道检测的是电抗器相电压波形,CH4通道检测的是电抗器相电流波形。相电流到288A时,波形顶端开始变尖,随着电流的继续增大,波形由正弦波趋向于三角波变化,波形失真电抗器进入饱和状态。饱和电流峰值为288A,满足设计要求。
4.3 温升实验
电抗器接入智能电源工作系统中,用温度采集仪实时检测电抗器的温度,系统运行1h后温度稳定,各通道最大温升为10℃,满足设计要求和工业标准。
5 结束语
根据智能电源的电气参数,选取电抗器的电感量,再根据电感量和额定工作电流设计出铁芯的尺寸、气隙的大小和线圈的匝数。按本文设计方法组装成的电抗器,既满足智能电源的要求,使其稳定高效的运行,制作所用的原料最少,又降低了成本,符合工程设计目标。
参考文献
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PWM可控电抗器 篇5
电力系统中无功平衡对提高电网的经济效益、供电可靠性和改善电能质量至关重要。随着电力工业的飞速发展,大功率冲击性负荷越来越广泛,而这些冲击性负荷会导致系统的电网电压发生波动、闪变、波形畸变等危害,严重影响电力设备、电器设备的安全,从而威胁到电网的安全稳定运行[1]。因此动态无功补偿(SVC)技术的研究成为电力部门非常关注的课题。
磁阀式可控电抗器(MCR),这种新型电抗器,由于其容量可连续平滑调节,能满足电网参数频繁变化的环境,而且经济性好、可靠性高[2],故颇受电力部门的青睐。在电力系统中,它用于各个电压等级的动态无功补偿,而且还能用于高压电机的磁控软起动过程、电力系统自动消弧线圈及配套装置、电气化铁路系统等。
磁阀式可控电抗器在综合无功补偿方面相对于其他传统的无功补偿装置,其优越性越来越明显。现用的机械开关投切无功补偿装置,其响应速度慢,事故率高,而且可能出现合闸涌流和暂态过电压[3];可控硅投切电容器(TSC),其控制复杂,造价高而且不能连续调节;现在常见的可控硅控制电抗器+固定电容器型(TCR+FC),虽可连续调节,但其结构复杂,占地面积大,造价高,事故率也高,而且谐波含量高。
而新型电抗器(MCR),其工作绕组与控制绕组结合一起,既节省材料,减少损耗,又简化了结构;它本身由自耦变压后经可控硅整流得直流激励而不需要外加直流激励;由于有“磁阀”结构,工作时磁阀段铁芯饱和而其他段铁芯处于不饱和线性区,使其具有线性伏安特性,这样减小了暂态时间和谐波含量,提高了响应速度。因此,MCR与其他补偿装置相比,在经济性、可靠性等各方面都有明显的优势。
单相MCR由于两交流绕组的绕向一致,产生的磁通方向相同,因而必需加旁轭才能使交流磁通形成回路。三相MCR,由于其三相电压对称,产生的三相磁路交流磁通大小相等,相位互差120°,因而磁通矢量和为零,无多余的谐波,也不需要增加铁轭磁通就能形成回路,三相采用星接方式还能滤除3次谐波。三相MCR与三个单相组合式MCR相比减小了谐波含量,节省了材料,减少了占地面积,提高了经济性。
1 三相MCR的结构和工作原理
1.1 结构原理
如图1所示[4],三相MCR铁芯结构为三相六柱式,每相包含有两主铁芯柱,每个铁芯柱长为l-lt,面积为bA,且铁芯柱中间有一长为lt,面积为Ab1的小截面段,即为“磁阀”。每一相的两铁芯柱分别饶有匝数为N/2的上下两绕组,两铁芯柱的上下绕组交叉连接且两上绕组之间跨接有一续流二极管D,每一相的每个铁芯柱的上下绕组上均有一抽头比为δ=N2/N的分接头,分接头之间通过可控硅晶闸管连接,此晶闸管主要是起到整流作用。每相的两铁芯柱上的绕组都并联至电网接交流电源[5]。
1.2 工作原理
取A相为研究对象进行分析,如图2所示电路图,当Ka1与Ka 2都不导通时,由结构对称性,电路中无自耦现象,此时电抗器相当于空载变压器。
当接入正弦电压时且当电源处于正半周期时,Ka1承受正电压,Ka 2承受反电压,当某一时候Ka1被触发导通,此时a,b两点电位相等,电源经变比为δ的绕组自耦变压后由匝数为N2的绕组向电路提供直流控制电压和控制电流;同理,当电源处于负半周期时,若Ka 2被触发导通,此时c,d等电位,也将产生直流控制电压和控制电流,且控制电流方向与Ka1导通时一致。在一个工频周期内,可控硅晶闸管Ka1、Ka 2轮流导通起了全波整流作用,而二极管D起了续流作用。MCR的工作原理就是:可以通过改变Ka1、Ka 2的触发导通角α的大小来改变控制电流的大小,从而通过改变电抗器铁芯的磁饱和度,来平滑地调节电抗器自身容量。B、C两相同A相原理一样。
由图2,R为N匝线圈的电阻值,Em为加在a相两端电压峰值(三相大小一样),可以求得a相两铁芯柱上磁势方程为:
1)A相绕组电流及控制电流
Ka1导通时控制回路方程为:
Ka1、Da导通时控制回路方程为:
Da导通时控制回路方程为:
由式(3)~(5)可得出MCR的控制回路等效电路图,如图3所示。(D导通,K(t)=0;D关断,K(t)=1)
由图2,根据结构对称性,Ka1导通、Ka2导通时1i,2i正好对换,可求得Ka1导通时A相绕组电流:
设MCR触发角为α,则控制电压ke的直流分量为kE
控制电流
2)B相绕组电流及控制电流
3)C相绕组电流及控制电流
由文献[1]可知:
由式(12)、(13)联立可求得I*1m与α的关系,即为电抗器的控制特性,如图4所示。显然,图中曲线为一近似余弦的非线性曲线。
2 电磁仿真分析
2.1 模型结构
采用Ansoft Maxwell 3D有限元分析软件建模,其3D模型结构如图5所示,图中:
铁芯柱:截面积bA=150mm×150mm,高l=800mm;
磁阀(气隙):Ab1=50mm×150mm;lt=50mm;
绕组线圈Coil_dc:内80mm×80mm×650mm外95mm×95mm×650mm;
绕组线圈Coil_ac:内100mm×100mm×650mm外115mm×115mm×650mm;
内外绕组间距5 mm;绕组厚度都为15 mm;
内绕组距铁芯柱5 mm;
上下两铁扼:1650 mm×200 mm×150 mm。
2.2 仿真结果
由瞬态场求解器Transient Solver经过自适应网格分析得如图6网格所示。
交流绕组外加380 V的三相正弦交流电压,基波频率取f=50 Hz,绕组上的电阻取R=10.3Ω,绕组匝数N=1 040,抽头比δ=0.05。
当控制角α=π时,控制绕组电流为0,此时电抗器空载运行,交流绕组上的电、磁特性如图7所示。
当控制角α=0时,控制电流达到最大,为Ik=1.582,可得电抗器的电磁特性结果如图8、图9所示。
当α从0~π变化时,设置仿真步长为π/4,仿真结果如图10所示。
2.3 实例验证
为了验证仿真结果与实际情况的误差大小,我们试制了一台与仿真设计参数相同的三相六柱式磁控电抗器样机,绕组匝数N取1040,抽头比也取δ=0.05,经试验测得其绕组电阻值为R=10.5Ω,在不同触发角下实验测得的绕组电流大小与仿真结果分析的绕组电流大小比较如表1所示。
3 结论
由上面的仿真分析可知,实测结果与理论分析结果有少许偏差,但实际与理论基本相符。由结果分析可得:可控硅触发角越小,产生的控制电流越大,输出的感性电流越大;励磁电流较小时,绕组电流变化大,励磁电流较大时,磁路深度饱和,绕组电流变化小;连续调节触发角,控制电流也能随着连续改变,输出电流也连续改变,从而电抗器的电感也连续变化,即电抗器的容量也跟随着连续改变,但绕组工作电流与触发角并非线性关系,这就是平滑调节。
结果证实了改变可控硅触发角α能改变控制电流,从而通过改变输出电流来平滑地调节自身容量的可行性。
摘要：提出了一种能根据电力系统变化而平滑调节自身容量的三相磁阀式可控电抗器(MCR)。简单介绍了其在电力系统中的应用、结构、工作原理及电磁特性,并采用Ansoft Maxwell 3D有限元分析软件进行了电磁仿真分析。仿真分析证实了改变可控硅导通角能改变控制电流大小,从而平滑调节MCR自身容量的可行性。
关键词：磁阀式可控电抗器(MCR),有限元分析,电磁特性分析,导通角
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PWM可控电抗器 篇6
近年来随着超/特高压、长距离电网的建设和发展, 特别是新疆与西北750 kV联网工程的建设投运, 这将对电力系统稳定运行和灵活控制的要求日益提高, 新型的与电力电子技术相结合的设备逐渐增多, 并作为改善输电控制的有效手段被推广应用, 并联电抗器就是其中的重要组成部分[1]。
作为高压长距离输电系统中的重要设备, 并联电抗器具有降低线路有功损耗、补偿长线电容效应、防止谐振过电压、减少潜供电流、限制工频电压升高、抑制操作过电压等多种功能。然而, 传统的并联电抗器具有响应速度慢、连续可控性差的缺点, 不能很好地满足动态无功补偿的需要。与传统的不可控的并联电抗器相比, 可控并联电抗器控制灵活, 能根据线路传输功率的变化, 自动地调节自身容量, 能平滑调节电网系统的无功功率, 对电网系统扰动反应迅速, 提高了电网系统的稳定性, 增大了电网的输电能力, 降低了电网运行的经济负担[1,2,6]。
根据工作原理的不同, 可控高压并联电抗器 (简称可控高抗) 可分为分级投切式和磁阀式。分级投切式可控高抗以其响应速度快、控制原理简单、可靠性高的特点, 成为我国输电系统选用设备的重要研究对象之一。此次, 河西750 kV输电工程敦煌变电站即将投运300 Mvar750 kV分级投切式可控高抗。
1 分级投切式可控高抗的结构及工作原理
分级投切式可控高抗是将变压器和电抗器设计成一体, 理论上将变压器的漏抗设计为100%, 充分利用变压器的降压作用, 使晶闸管阀能工作在低电压状态下, 在变压器的低压侧接入晶闸管阀进行调节, 实现感性无功功率的控制[4]。其原理接线图如图1所示。
图中:分级式可控高抗一次绕组 (工作绕组) 接线端子A、X直接与河西750 kV输电工程中的敦煌变电站母线连接。XK1、XK2、XK3为电抗器, 与可控高抗二次绕组 (控制绕组) 接线端子a、x并联连接;QF1、QF2、QF3是断路器, 分别与相对应的反向并联晶闸管和隔离开关串联组合电路并联, 作用是旁路TR1、TR2、TR3, 从而将电流切换到断路器上;TR1、TR2、TR3是晶闸管阀, 分别为50 %级、75 %级和100 %级, 作用是通过快速通断达到快速调节分级投切式可控高抗阻抗的效果; K1、K2、K3为隔离开关, 作用是将TR1、TR2、TR3接入系统, 进行电路之间的切换操作, 以改变系统的运行方式, 同时还可以防止由于控制操作失误而导致的电气故障。
当分级投切式可控高抗需要退出相应电抗调解自身输出容量时, 反向并联晶闸管快速导通, 将相应电抗旁路, 紧接着旁路断路器合闸, 承担回路短路电流, 然后, 双向晶闸管退出运行。随着负载由空载向额定功率变化, 有规律地控制TR1、TR2、TR3导通或截止, 达到分段调节工作绕组电流的目的, 例如, 在此电路中, 如果TR1断开, TR2导通, 不管TR3导通与否, 此时只有电抗器XK3接入控制绕组中。这时可以通过调节TR2的导通角, 达到逐步调节无功功率的目的。因为电抗器XK1、XK2、XK3只能逐台接入, 所以分级投切式可控高抗的无功功率调节是分段的[5]。
2 谐波分析
在某一个周期内, 当晶闸管始终处于导通状态时, 可以认为绕组电流为不含谐波成分。但是, 假如晶闸管仅在某一周期内的部分时段内导通时, 它所在控制绕组中的电流就会含有谐波成分[7]。根据分级投切式可控高抗的原理, 画出其等效电路图2, 便于对其进行谐波分析。定义电流符号:Inj、inj, 其中I表示有效值, i表示瞬时值, n表示绕组序号 (如图2中所示, n=1、2、3、4、5) , k表示共有k个控制绕组处于短路状态 (k=2、3、4) , k不取1, 原因是25%级控制绕组是从空载直接跳变到其额定值的, 没有通过晶闸管进行调节, 这样也避免了在轻载时将有很大高次谐波电流注入电流。例如, i1, 2表示当25 %级和50 %级两个控制绕组都处于短路状态时, 工作绕组中的电流瞬时值。
假设第k个控制绕组处在调节状态, 且TRk+1的触发角为ϕ, 忽略励磁电流。由图2得到工作绕组的电流为:
定义:
βk=i1, k/I1, k-1 (3)
则 (1) 式变为:
由 (3) 式可知:
即βk为容量递增系数, 当已知可控高抗的额定容量时, 级间容量递增系数就决定了各级的容量, 即决定了控制绕组的数目, 最终决定了可控高抗注入电网电流的谐波系数, 在本文的300Mvar750 kV分级投切式可控高抗中, β2=2, β3=1.5, β4=1.33。
将 (4) 式进行傅立叶级数变换, 可得到工作绕组电流基波幅值的相对值为:
工作绕组h次谐波电流幅值为:
令:
Kk=Ik+1, k/I1, k-1 (8)
αk= (I1, k-Ik+1, k) /I1, k-1 (9)
由式 (3) 、 (8) 、 (9) 可得:
βk=Kk+αk (10)
则式 (6) 、 (7) 变为:
由式 (10) 、 (11) 、 (12) 可得工作绕组电流的h次谐波系数为:
即谐波系数与第k个控制绕组本身的电流及已经处于短路状态的第1、2、…、k-1个控制绕组的电流都有关系。
根据傅立叶分析可知, 使用晶闸管作开关器件不可避免地使控制绕组中的电压和电流中含有谐波, 并且所含谐波的次数为各奇次。由于晶闸管是半控型开关管, 它一旦导通就不能自行关断, 关断晶闸管必须强迫关断即设置关断电路, 因而电流中会含有大量的低次谐波, 谐波序次越低, 谐波的幅值也就越大;当晶闸管控制角越大时, 谐波的幅值也就越大;但是随着谐波次数的增加, 谐波的含量将会减少;这些都是由于晶闸管移相控制的特点所致[10,11,12]。
根据上述公式计算可得到, 当ϕ=30°时, F3=13.8 %, 当ϕ=18°时, F5=5 %, 结合傅立叶分析可知, 当晶闸管触发角在0°～180°之间变化时, 偶次谐波的幅值大小的数量级为10-3, 近似为0, 可以忽略;晶闸管控制角在50°～160°之间变化时3次谐波的幅值还是很大的, 在有些晶闸管控制角度时, 谐波相对基波幅值比例达到了50 %-7 0%, 5次谐波的幅值相对基波幅值比例最大达到60 %。随着谐波的次数增大, 谐波的幅值越小, 根据这些理论分析的数据变化趋势可以发现分级投切式可控高抗控制绕组存在低次谐波污染, 高次谐波污染相对不大。
然而, 对于分级投切式可控高抗的总容量来说, 每个控制绕组的容量只占其一部分, 并且每一个稳定工作状态下只有一个绕组处于调节状态之中, 其它绕组要么始终短路要么始终开路, 所以, 尽管处于调节状态的控制绕组的电流中存在谐波污染, 而且谐波成分占有该控制绕组基波电流的比重可能很大, 不过从工作绕组侧来看, 电流谐波与总工作电流相比并不是很大, 能够满足电网运行对电能质量谐波方面的要求[7]。并且, 将分级投切式可控高抗设计成平滑调节也是为了减少由于晶闸管在一个周期内部分导通时所引起的谐波含量。
3 工程应用
按照国家电网发展规划, 2010年西北主网通过了长达1780 km的750 kV紧凑型输电线路与新疆电网实现交流互联。新疆与西北750千伏联网工程, 是国家深入实施西部大开发战略的重点工程之一, 是实现国家能源战略布局, 促进全国范围内能源资源优化配置的重大举措。该工程横跨新疆乌鲁木齐、吐鲁番、哈密, 通过甘肃河西走廊进入安西、酒泉、金昌, 到达永登, 与已经建成的西北750千伏电网相连。是西北电网发展史上工程规模最大、线路最长、建设环境最为恶劣、系统调试最为复杂的一项输变电工程。
在规划建设的河西750k V输电工程中, 采用紧凑型输电技术。由于线路充电功率大, 并且主要是大容量风电厂作为送端电源, 功率波动频繁, 无功平衡和电压稳定问题亟待解决。所以经相关专题研究后认为[8,9], 本工程需在敦煌变电站母线上装设1组300 Mvar750 kV分级投切式可控高抗。现阶段750 kV分级投切式可控高抗还处于研究阶段, 其技术经济参数和运行特性尚未完全弄清。因此有必要在其应用之前, 对电力系统电压稳定性问题进行简要分析。
750 kV分级投切式可控高抗在敦煌母线上的装设对敦煌—永登750 kV系统来说, 其运行方式的不同将会对敦煌—酒泉线路酒泉侧甩负荷工频过电压产生一定影响。因为该可控高抗装设在母线上, 其输出容量的变化在一定程度上相当于改变馈电侧电源的等值阻抗, 但没有影响到线路充电无功功率的补偿情况, 因此对线路甩负荷工频过电压的影响不大。
4 结束语
(1) 分级投切式可控高抗是将变压器和电抗器设计成一体, 将变压器的漏抗设计为100 %, 理论上可实现无过渡过程控制, 具有响应速度快、功率损耗小、谐波电流小等优点;
(2) 分级投切式可控高抗一次绕组 (工作绕组) 输出电流的谐波含量与处于全导通状态的控制绕组的个数及容量、处于调节状态绕组容量占电抗器总容量的比例、处于调节状态绕组的晶闸管触发角等因素有关。从一次绕组 (工作绕组) 侧来看, 总工作电流的谐波含量较小, 能够满足电网电能质量谐波方面的要求;
(3) 装设在敦煌变电站母线的750 kV分级投切式可控高抗对系统工频过电压影响较小, 当敦煌750 kV母线可控高抗输出容量不同时, 工频过电压的最大变化幅度满足电网对电压稳定性的要求, 不必对其运行控制策略作更多的要求。
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PWM可控电抗器 篇7
1 串补在特高压电网中的应用
1.1 规划方面
固定性的串补可以有效降低电路的电抗, 并降低线路的电压, 减小两端电压之间的相差角, 进而不断提高相关输电系统中的动态和暂态的稳定裕度, 为大功率的电力传输创造有利条件。因此, 在特高压规划过程中, 能够在不断增加输电走廊的情况下, 利用长距离的线路安装串补不断满足电力输送的要求。
1.2 串补设备中的技术问题
当电压的等级上升达到1 000 k V之后, 会影响到相关选型的设备, 包括光纤绝缘子、旁路刀闸、旁路断路器和接地刀闸等, 需要相关工作人员提高串补装置对地面绝缘水平。与达到500 k V的电压等级相比, 因为其线路的额定电流数值的增加, 串补一次设备中的相关额定电流也会增加。这会影响电容器、旁路断路器等设备, 也可能会导致其中的MOV容量的增加。
1.3 方案方面
在串补容量比较大的情况下, 纵向电压如果过高, 可能会对相关设备的研制和绝缘带来比较大的压力, 因此需将将其中的串补分为两段, 然后安装在线路的两端。分段后, 其中单段的串补在参数等方面需要进行一定的规范。在设计规划相关方案时, 需要对特高压串补中相关的应用系统条件进行限制和规定, 在线路长度和应用系统额定的电压上, 需要在数值和标准上进行限制, 同时, 还要考虑线路当中的电抗。
2 可控电抗器在特高压电网中的应用
2.1 应用规划方面
在特高压的电网运用规划的过程中, 为了能够有效抑制过电压, 规划安装了一些补偿度比较高的并联电抗器, 但是特高压的线路规划输送的相关功率一般限制在一定的限度内, 部分线路也需要达到一定的标准, 无功率需求大。因此, 由于电压等级的提高延长了输电的线路距离, 一些高压电抗器的补偿度增大与输送大功率对容性无功的相关需求之间形成的矛盾不断凸显出来。在一些长距离、大容量的特高压输电通道中, 这些线路出现一些类似可控电抗器需求的情况。在这样的情况下, 一般线路的输送功率比较大, 无功需求情况也较为明显, 还需要考虑到相关的两端变压器对其进行的无功补偿。但是, 变压器补偿受到容量、变压器容量的限制, 补偿能力相对有限, 未能达到无功分区分层相平衡的结果, 所以可以考虑使用可控电抗器。
2.2 设备选择
根据目前的情况看, 可控电抗器主要包括两种类型, 分别为高阻抗变压器分级投切式和磁阀式。从一些特高压可控电抗器的相关研究和开发难度来看, 前者相对来说难度比较小, 如果其中的可控电抗器的目的是无功平衡和调压, 那么只要相关的分级级数和容量能够满足各种各样运行状态下的一些无功调压的需求即可。在初期选择过程中, 可以选择一些高阻抗变压器式的分级投切式机器。在未来的发展过程中, 在选择可控电抗器时, 假如需要兼顾一些动态的过程调节, 就需要采用磁阀式的可控电抗器。
2.3 可控性电抗器
在一些特高压的电网发展过程中, 一些较长距离的送出路线因为中间暂时没有出现负荷需求, 因此, 需要建立开关站并且进行过渡, 开关站没有无功补偿性能力。在这样的情况下, 需要安装一些可控电抗器。在安装可控电抗器时, 需要远近结合, 考虑开关站扩大建设成为变电站的过渡时间长短。另外, 在考虑安装串补时, 也要根据实际工作的情况决定。
3 结束语
在一些特高压的电网中应用可控电器, 能够有效满足一些输送大功率、大容量容性无功需求以及相关的电压控制的有关压力, 并且具有足够的适用性。另外, 可控电抗器在选择的初期需选择一些开发难度较小的高阻抗变压器分级式可控电抗器。在实际的运用过程中, 需要结合工程尽早开工。
摘要：在特高压电源基地中进行长距离输送受到稳定性、高补偿的高抗配置和无功的相关需求矛盾的影响, 这是规划阶段特高压电网中面临的主要问题。相关研究和调查显示, 可使用特高压串补和可控性的电抗器来解决其中有关的限制性问题。主要分析了串补和可控电抗器在特高压电网当中的应用问题, 以期为促进电网的发展提供帮助。
关键词：可控电抗器,特高压电网,串补,绝缘子
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[3]谢妍, 李牧.特高压电网中可控电抗器的应用研究[J].电力学报, 2009 (04) .
PWM可控电抗器 篇8
关键词：分级式高压可控电抗器,微机,高压电网,可控无源滤波器
0 引言
随着电网特高压基干网架的建设, 线路传输功率需进行较大的调试, 送电系统的无功需要变动非常大, 这给特高压电网的无功电压扼制带来了非常大的困难。远距离特高压送电线路对地电容大、电压撩动强, 很难适应对电能品质的要求。因此, 应在送电线路两端或一端装设对地并联电抗器来保障系统的安全运行。这样一方面提供了容性无功功率, 限制了系统的操作电流通过压和工频电流通过压;另一方面限制了潜供电流, 提高了单相重合闸的成功率。
1 分级式高压可控并联电抗器微机版型解析
在单相磁达到最高限度式可控电抗器中, 电抗器由2个等剖面 (截平面或物体表面的大小为S) 、等长度的主铁芯1、2和2个等剖面、等长度的旁辘1、2组成, 旁辘剖面大于主铁芯剖面。每个铁芯上绕有总匝数为8的上、下2个绕组, 不同铁芯上的上、下2个绕组交错顺连后并联至电网, 续流二极管VD跨接在2个绕组的交错处。铁芯1和旁辘1、铁芯2和旁辘2分别组成2条交流磁回路, 铁芯1和铁芯2组成直流磁回路。
使用固定电抗器作为无功并联补偿措施对于限制电流通过压水准是很有效果的, 但在正常载荷形式下会减低高压线路功率传输效率。而为保障正常功率输送, 送电线路及受端电网需补偿较多容性, 这显然是不符实际操作的。可控并联电抗器 (CSR) 功率可调以及结构结合紧密、造价低和保护便捷的独特优势使其具备了广泛的应用空间, 基于此, 它成为超高压以及特高压无功补偿一个不错的选择。CSR主要可分为变压器式可控电抗器 (TCSR) 、分级式可控电抗器 (MCSR) 、多并联支路型可控电抗器和磁阀式可控电抗器, 它以结构简单、成本低、性能好而受到广大使用者的喜爱。
2 高压电网应用中仿真实例及特性分析
图1中左半部分相当于电抗器的工作回路, 右半部分相当于电抗器的扼制回路, 经过u2可以将扼制回路等效为一个整流电路。本文在PSCAD上建造了三相拟真版型。
电抗器的响应速度可用以下关系式表达:
式中, n为周期数;u为电抗器抽头比 (u总是远小于1) 。
通常状况下可见响应时间与u成反比, 经过调节后可以使响应时间合乎要求。
经过仿真实验以及对实验数值的剖析处理, 可以得到电抗器电流标么值随导通被触动引发角a变动的扼制特别的性质曲线。从扼制特别的性质曲线中可以分析出, 随着导通被触动引发角a的增大, 整流器直流输出电流变小, 铁芯达到最高程度的减小, 因此使可控电抗器等效电感增大, 工作电流减小, 从而调节了可控电抗器的无功容积。
可控电抗器能否正常工作直接关系着电力系统的电压稳定性, 是电网安全、正常运行的保证, 而MCSR很容易受系统的各种故障及气候、地理条件等的影响而出现问题, 因此, 可控电抗器在安装设计时必须重点考虑这一点。
电站常用的串联电抗器有传统的油浸式电抗器、干式铁芯电抗器、干式空心电抗器等。在发展过程中, 油浸式电抗器的渗漏端被后两者代替。干式铁芯电抗器可比油浸式电抗器减损30%左右, 其消耗远低于油浸式电抗器, 适于户内小空间安装。干式空心电抗器在结构上不需要铁磁力材料, 所以从某些方面来说它优于铁芯电抗器, 但由于它没有铁芯, 故绕组经过单位电流所形成的磁通较小。
3 分级式高压可控并联电控器微机在高压电网中的控制原理
根据MCSR的单线接线工作原理示意图 (图2) , 我们可以看到当电网载荷变动造成无功功率和电压变动时, 扼制器给出扼制信号, 调节整流器的直流输出, 使MCSR随着电网功率和电压的变动平滑、迅速地变更自身的无功容积, 均衡电网无功, 保持电压水准在准许的范围内。
4 分级式可控无源滤波器工作原理分析
随着人们生活水平的不断提高, 对电力系统的要求也越来越高。目前, 电力系统中谐波污染越来越严重, 无源滤波器可对体积和频率都变动的谐波施行实时补偿, 克服LC滤波器等传统谐波制约办法的欠缺, 从而成为了制约谐波的主要设备。但是, 在开始的一段时间内, 无源滤波器投资较高, 且扼制复杂。为克服传统的无源滤波器LC参变量易变样的缺点, 或避免频率变动造成补偿效果不佳的欠缺, 可以应用磁阀式可控电抗器扼制的无源滤波器。
5 结语
为了满足系统对可控电抗器持续可调的要求, 依据磁达到最高限度原理工作的分级式可控并联电抗器获得了非常明显的效果。从本文的仿真实验可知, 分级式可控电抗器能在很短的时间内从空载功率调节到额定功率, 具备令人满意的控制特性和伏安特性, 它能够合理仿真各种故障波形, 为保护方案的设定提供稳定的基础, 从而满足预设目标的要求。在此基础上, 分级式可控电抗器利用电网电压本身经绕组自耦变压及晶闸管元件整流获得控制电源, 不需外加励磁。它将工作绕组和扼制绕组很好地结合在了一起, 成为一个关系体, 有助于减小损耗, 简化结构。经剖析, 磁阀式可控电抗器结构简单、成本较低、性能良好, 在特高压电网滤波、无功补偿中已有较为广泛的应用, 且具有更为光明的发展前景。
参考文献
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