CN101692578A - 一种分级与连续控制配合的大容量可控电抗器 - Google Patents

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石延辉
李澍森
陈晓燕
冯宇
桂朋林
左文霞
程军照
凡勇
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Abstract

本发明公开的一种分级与连续控制配合的大容量可控电抗器，包括电流检测单元、补偿电流发生单元、变压器、晶闸管反并联单元组；补偿电流发生单元产生与变压器一次侧母线上的电流i1反相位的包含基波补偿电流分量和谐波补偿电流分量的电流i2，i2自动跟踪一次侧电流的变化，通过调节补偿绕组中电流标么值在(-1，+1)间变化，使该绕组等效电抗最大值为单组反并联晶闸管等效电抗值Zx。变压器的一次绕组可根据设计工况与电网串联或并联，使变压器的等效阻抗在之间连续平滑可控。本发明可利用较低电压、较小电流的器件制作适用于高电压、大电流工况下的可控电抗器。

Description

一种分级与连续控制配合的大容量可控电抗器
技术领域
本发明属无功补偿与电能质量领域，具体涉及一种分级与连续控制配合的大容量可控电抗器。
背景技术
迄今为止，可控电抗器主要有四类：第一类是晶闸管控制电抗器(TCR)，由于晶闸管组和电网串联连接，晶闸管组需要承受较高电压，且产生较强的谐波电流，必须配置相应的滤波装置，价格较高；第二类是晶闸管控制变压器(TCT)，它和TCR相比，晶闸管组无需承受高电压，较为便宜，但也会产生较强的谐波电流，并不适合宽泛围的电抗调节；第三类是直流助磁式可控电抗器(磁阀式可控电抗器，MCR)，它也会产生较强的谐波，且振动和噪声较强；第四类是磁通式可控电抗器，虽然可以实现等效阻抗连续可调，且不会产生较强的谐波电流，但其控制信号过多，控制信号线过于繁杂，且仿真及试验样机显示其调节灵敏度过高，等效电抗值变化较快，不利于电网使用，目前也仅是处于实验室研究阶段。
发明内容
本发明提供了一种可以克服上述缺陷的新型分级与连续控制配合的大容量可控电抗器，它可以实现电抗值的平滑调节，且在实际运行工况下，仅控制补偿绕组的电流变化，减少了控制误差，便于电网使用。
本发明的技术方案是：一种分级与连续控制配合的大容量可控电抗器，由电流检测单元、补偿电流发生单元、变压器和晶闸管反并联单元组四个部分组成，其特征在于：变压器的二次侧由N个匝数相等、几何尺寸相等的绕组和一个补偿绕组共同组成；其连接关系是：电流检测单元连接补偿电流发生单元，晶闸管反并联单元组和补偿电流发生单元分别连接变压器，N个绕组与其对应的晶闸管反并联单元连接，补偿绕组与补偿电流发生单元相连。
如上所述的一种分级与连续控制配合的大容量可控电抗器，其特征在于：补偿电流发生单元由电流分析单元、电流控制单元和功率发生单元组成，其连接关系是：电流分析单元、电流控制单元和功率发生单元依次连接。
如上所述的一种分级与连续控制配合的大容量可控电抗器，其特征在于：电流控制单元由分级控制环节和补偿控制环节两部分组成，其关系是：分级控制环节和补偿控制环节分别连接功率发生单元。
如上所述的一种分级与连续控制配合的大容量可控电抗器，其特征在于：功率发生单元由驱动环节、功率发生装置(逆变器)、滤波环节和反馈检测环节组成，其连接关系是：驱动环节、功率发生装置(逆变器)、滤波环节和反馈检测环节依次连接，反馈检测环节的另一端连接电流控制单元。
如上所述的一种分级与连续控制配合的大容量可控电抗器，其特征在于：晶闸管反并联单元组由N个相同的晶闸管反并联单元并联组成。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明在变压器二次侧设立N个可分组投切的反并联晶闸管单元扩大了电抗值的调节范围，同时降低了晶闸管承受电压，避免了由于晶闸管组串联带来的一系列问题；
(2)本发明在变压器二次侧设立补偿绕组，且其最大等效阻抗与单个反并联晶闸管单元等效电抗值相等，通过调节其等效电抗值，配合可分组投切反并联晶闸管单元组的投切，保证了变压器等效电抗值在
Figure G2009102722340D0000021
之间平滑调节。
附图说明
图1为本发明电抗器的结构示意图；
图2为本发明电抗器中补偿电流发生单元结构示意图；
图3为本发明串入电网作为串联大容量电抗器使用(用于可控串联补偿等)的结构示意图；
图4为本发明电抗器中补偿电流发生单元中功率发生单元结构示意图；
图5为本发明串入电网作为串联大容量电抗器使用时控制示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
图1，2中标记说明：1-电流检测单元，2-补偿电流发生单元，3-变压器，4-晶闸管反并联单元组，5-功率发生单元。
如图1所示，本发明所述的一种分级与连续控制配合的大容量可控电抗器，主要由四个单元组成：电流检测单元1、补偿电流发生单元2、变压器3、晶闸管反并联单元组4；晶闸管反并联单元组4由N个相同的晶闸管反并联单元组成，可通过开关K1-Kn实现分组投切；变压器3的二次侧由N个匝数相等、几何尺寸相等的绕组和一个补偿绕组共同组成。
上述可控电抗器的工作原理为：
(1)电流检测单元1的通过电流互感器采集到可时刻跟踪母线电流变化的变压器一次侧电流i1(＝i11+i1n，即基波分量和谐波分量两部分)，i1送入补偿电流发生单元2中的电流分析单元，通过谐波分析，根据i1中基波分量和谐波分量的大小，产生电流i2注入变压器补偿绕组，i2由与变压器一次侧基波反相位的电流αi11和谐波反相位且转化到一次侧后等大小的电流βi1n两部分组成，其中α为基波补偿系数，β为谐波补偿系数。
(2)补偿电流发生单元2中的电流控制单元经分析计算出需开合开关K1-Kn数量，开合单个反并联晶闸管单元无法满足的电抗值部分通过调节补偿绕组补偿电流产生；
(3)根据电流分析单元输出中的谐波分量产生与之相位相反，幅值比值为β倍的谐波分量补偿电流控制脉冲；根据电流分析单元输出中的基波分量产生与此时单个晶闸管反并联单元无法满足的电抗值等效对应的基波分量补偿电流控制脉冲，经信号叠加原理产生补偿电流控制脉冲信号注入可关断器件组成的功率产生单元5；
(4)补偿电流发生单元2中的功率产生单元5依据控制单元产生的控制脉冲信号产生补偿绕组的补偿电流i2注入补偿绕组，显然，注入到补偿绕组的电流与一次侧电流i1反相位，使其等效为一次侧电流时对i1谐波分量起到滤波作用，对基波分量起到补偿作用。
晶闸管反并联单元组4由N个相同的晶闸管反并联单元组成，其输出端通过开关K1-Kn后与其对应的变压器二次侧绕组相连，由于N个子单元中的反并联晶闸管触发角和导通角相同，故N个子单元均可等效为相同电抗值Zx的电抗器，且可实现分组投切。
补偿电流发生单元2中，当补偿绕组电流标么值在(-1，1)间变化时，补偿绕组等效最大电抗值与单个反并联晶闸管单元等效电抗值Zx相等，且其等效阻抗可实现(-Zx，Zx)之间平滑调节。
所述变压器3二次侧共有N+1个绕组，其中N个相同的绕组构成电抗器阻抗的固定部分，通过开关K1-Kn分组投切，实现固定电抗值的分组调节；补偿绕组通过补偿电流发生单元电流i2的变化，调节补偿绕组等效电抗值在(-Zx，Zx)间变化，实现变压器3一次侧的等效阻抗在单个反并联晶闸管单元对应的励磁阻抗和变压器励磁阻抗间平滑变化，即实现其在之间连续平滑可控。
图3为一个实施例，补偿电流发生单元2由电流分析单元、电流控制单元和功率发生单元5组成，其中，电流控制单元又有分级控制环节和补偿控制环节两部分组成；功率发生单元又有驱动环节、功率发生装置(逆变器)、滤波环节和反馈检测环节组成。
根据主控电抗值要求，在电流控制单元将主控电抗值分为反并联晶闸管单元产生部分和补偿绕组产生部分，反并联晶闸管单元产生部分由分级控制环节控制开关K1-Kn实现；补偿绕组产生部分由补偿控制环节产生；反馈检测环节、分级控制环节和补偿控制环节通过调节补偿电流发生单元分析计算出的基波补偿系数α和谐波补偿系数β，产生补偿电流控制信号输出到驱动环节，由驱动环节产生补偿电流SPWM脉冲控制信号驱动逆变器，再经滤波环节滤除开关频率，输出二次侧控制电流i2，注入变压器补偿绕组二次侧，使变压器3等效电抗值等于主控电抗值，满足TCSC要求。
图5为分级与连续控制配合的大容量电抗器控制过程示意图，同样适用于电抗器并联形式。
本领域一般技术人员可以根据上述公开的内容采用多种具体方式对本发明加以实现。

Claims (5)

1.一种分级与连续控制配合的大容量可控电抗器，由电流检测单元、补偿电流发生单元、变压器和晶闸管反并联单元组四个部分组成，其特征在于：变压器的二次侧由N个匝数相等、几何尺寸相等的绕组和一个补偿绕组共同组成；其连接关系是：电流检测单元连接补偿电流发生单元，晶闸管反并联单元组和补偿电流发生单元分别连接变压器，N个绕组与其对应的晶闸管反并联单元连接，补偿绕组与补偿电流发生单元相连。
2.根据权利要求1所述的一种分级与连续控制配合的大容量可控电抗器，其特征在于：补偿电流发生单元由电流分析单元、电流控制单元和功率发生单元组成，其连接关系是：电流分析单元、电流控制单元和功率发生单元依次连接。
3.根据权利要求2所述的一种分级与连续控制配合的大容量可控电抗器，其特征在于：电流控制单元由分级控制环节和补偿控制环节两部分组成，其关系是：分级控制环节和补偿控制环节分别连接功率发生单元。
4.根据权利要求2所述的一种分级与连续控制配合的大容量可控电抗器，其特征在于：功率发生单元由驱动环节、功率发生装置、滤波环节和反馈检测环节组成，其连接关系是：驱动环节、功率发生装置、滤波环节和反馈检测环节依次连接，反馈检测环节的另一端连接电流控制单元。
5.根据权利要求1所述的一种分级与连续控制配合的大容量可控电抗器，其特征在于：晶闸管反并联单元组由N个相同的晶闸管反并联单元并联组成。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104037784A (zh) * 2014-06-10 2014-09-10 贾继莹 耦合式可控串补装置
CN104348172A (zh) * 2013-08-05 2015-02-11 青岛菲特电器科技有限公司 一种分级与连续控制配合的大容量可控电抗器
CN108574437A (zh) * 2017-03-10 2018-09-25 北京圣非凡电子系统技术开发有限公司 一种可控电抗器及控制可控电抗器的电抗值的方法

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