CN102136728B - 一种柔性分合器及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种柔性分合器及其控制方法。它包括一个柔性分合器铁芯，铁芯上有两个交流线圈，一个是一次线圈L1，另一个是二次线圈L2；铁芯上有两个直流线圈，一个是直流线圈L3，另一个是直流线圈L4，直流线圈I的同名端与直流线圈II的同名端连接，直流线圈I的剩余端子与直流线圈II的剩余端子分别为输出端子；交流电源输出连接反向并联的晶闸管，给全桥整流电路的输入供电，全桥整流电路的输出端连接直流线圈端子，形成闭合回路；控制电路的两个输出分别连接反向并联的晶闸管的触发端。工作时通过控制电路控制晶闸管D5和晶闸管D6的触发角的大小，调节直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流的大小，从而连续调节柔性分合器两侧电力系统联系的紧密程度。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统送变电技术领域，特别涉及一种柔性分合器及其控制方法。
背景技术
随着大功率电力电子器件的不断发展，大功率电力电子器件在电力系统越来越多地得到应用。自20世纪80年代美国电力科学院的N.G.Hingorani博士提出灵活交流输电系统(FACTS)的概念后，受到世界各国电力科研工作者的重视。灵活交流输电系统已经成为电力工业20多年来发展最快、影响最广的新兴技术领域。
柔性分合器是本发明提出的一种新的概念，是灵活交流输电系统的一种新型控制器。
发明内容
本发明的目的就是促进灵活交流输电系统的发展，为电力系统提供一种新型控制装置及其控制方法。它能够通过控制大功率电力电子器件来控制装置两侧电力系统之间联系的紧密程度，可合并装置两侧的电力系统，或分解电力系统；合并与分解过程连续可控。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种柔性分合器，它包括：
一个柔性分合器铁芯，铁芯上有两个交流线圈，一个是一次线圈L1，另一个是二次线圈L2；铁芯上还有两个直流线圈，一个是直流线圈L3，另一个是直流线圈L4，直流线圈L3的同名端与直流线圈L4的同名端连接，直流线圈L3的剩余端子与直流线圈L4的剩余端子分别与全桥整流电路的输出端连接，形成闭合回路；
柔性分合器铁芯有两条主要磁通闭合回路，一条由一次线圈L1和二次线圈L2组成交流磁通闭合回路，另一条由直流线圈L3和直流线圈L4组成直流磁通闭合回路；一次线圈L1与二次线圈L2安装在交流磁通路径的不同路段，其中一次线圈L1的铁芯截面积与二次线圈L2的铁芯截面积相等；直流线圈L3与直流线圈L4安装在直流磁通路径的不同路段，直流线圈L3的铁芯截面积与直流线圈L4的铁芯截面积相等；一次线圈L1铁芯与二次线圈L2铁芯的两个铁芯过渡连接处并联直流线圈L3铁芯与直流线圈L4铁芯的两个铁芯过渡连接处；一次线圈L1(或二次线圈L2)产生的交流磁通从一个连接处分别流入直流磁通回路的两个半边，从另一个连接处流回，形成闭合回路；两个半边分别有直流线圈L3和直流线圈L4，两直流线圈的匝数相等；
交流电源，交流电源输出连接反向并联的一对晶闸管，给全桥整流电路的输入供电；
一个控制电路，控制电路的两个输出分别连接两反向并联的晶闸管的触发端。
所述反向并联的晶闸管由晶闸管D5和晶闸管D6组成，两晶闸管两端为工频电压；控制电路连续控制晶闸管D5与D6的导通量，晶闸管D5和晶闸管D6的触发角小时，晶闸管D5和晶闸管D6的导通量大；晶闸管D5和晶闸管D6的触发角大时，晶闸管D5和晶闸管D6的导通量小。
所述一次线圈L1与二次线圈L2分别并行连接相同电压等级或不同电压等级的两个电力系统；直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流为零时，一次线圈L1与二次线圈L2磁通回路不饱和。
所述交流线圈的一次线圈L1与二次线圈L2匝数相等并且串接时，两线圈两端连接于电压等级相同的两个电力系统；直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流为零时，两串联的交流线圈加2倍工作电压时，一次线圈L1与二次线圈L2磁通回路不饱和。
一种采用并联型柔性分合器的工作方法，它的方法为：控制电路控制晶闸管D5和晶闸管D6的触发角的大小，调节直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流的大小，从而连续调节柔性分合器两侧电力系统的耦合程度。
当控制电路触发晶闸管D5和晶闸管D6全导通或晶闸管D5和晶闸管D6全关断时，直流线圈L3与直流线圈L4流过最大直流电流；直流线圈L3与直流线圈L4所在铁芯深度饱和，一次线圈L1与二次线圈L2产生的交流磁通绝大部分都在交流磁通回路流动，一次线圈L1与二次线圈L2之间的磁耦合程度为装置的最大值；并联型柔性分合器两侧电力系统合并为一个系统；
当控制电路逐步改变晶闸管的触发角，晶闸管D5和晶闸管D6逐步改变导通量，直流线圈L3与直流线圈L4中直流电流逐渐减小；并联型柔性分合器一次线圈L1与二次线圈L2之间的磁耦合程度从装置的最大值逐渐连续变小；
当控制电路触发晶闸管D5和晶闸管D6全关断或晶闸管D5和晶闸管D6全导通时，直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流为零；直流线圈L3与直流线圈L4所在铁芯不饱和，一次线圈L1与二次线圈L2产生的交流磁通可以顺利流到直流磁通回路，一次线圈L1与二次线圈L2之间的磁耦合程度为装置的最小值，电力系统被并联型柔性分合器分解为两个系统。
当控制电路控制晶闸管D5和晶闸管D6全关断或晶闸管D5和晶闸管D6全导通时，直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流为零；如果二次线圈L2发生短路，一次线圈L1产生的交流磁通全部经直流磁通回路构成闭合回路，不经过二次线圈L2铁芯，使短路电流下降接近为零；一次线圈L1对于所在电力系统为励磁阻抗，一次线圈L1所在电力系统没有短路电流；如果一次线圈L1发生短路，二次线圈L2产生的交流磁通全部经直流磁通回路构成闭合回路，不经过一次线圈L1铁芯，使短路电流下降接近为零；二次线圈L2对于所在电力系统为励磁阻抗，二次线圈L2所在电力系统没有短路电流。
一种采用串联型柔性分合器的工作方法，它的方法为：控制电路控制晶闸管D5和晶闸管D6的触发角的大小，调节直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流的大小，从而连续调节柔性分合器两侧电力系统连接阻抗的大小。
当控制电路的触发晶闸管D5和晶闸管D6全导通或晶闸管D5和晶闸管D6全关断时，直流线圈L3与直流线圈L4流过设计的最大直流电流；直流线圈L3与直流线圈L4所在铁芯深度饱和，一次线圈L1与二次线圈L2产生的交流磁通流到直流磁通回路很少，一次线圈L1与二次线圈L2产生的交流磁通大小相等、方向相反；相互抵消；一次线圈L1与二次线圈L2的阻抗很小，串联型柔性分合器两侧电力系统合并为一个系统；
当控制电路逐步改变晶闸管的触发角，晶闸管D5和晶闸管D6逐步改变导通量，直流线圈L3与直流线圈L4中直流电流逐渐减小；串联型柔性分合器一次线圈L1与二次线圈L2的阻抗从装置的最小值逐渐连续变大；
当控制电路触发晶闸管D5和晶闸管D6全关断或晶闸管D5和晶闸管D6全导通时，直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流为零；直流线圈L3与直流线圈L4所在铁芯不饱和，一次线圈L1与二次线圈L2产生的交流磁通可以顺利流到直流磁通回路，一次线圈L1与二次线圈L2的阻抗为装置的最大值，等于励磁阻抗，电力系统被串联型柔性分合器分解为两个系统。
当控制电路控制晶闸管D5和晶闸管D6全关断或晶闸管D5和晶闸管D6全导通时，直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流为零；一次线圈L1与二次线圈L2的阻抗为装置的最大值，等于励磁阻抗。不论串联型柔性分合器的那一侧发生短路，另一侧没有短路电流；一种串联型柔性分合器有限制短路电流作用。
本发明的有益效果是：它具有不需要机械开关，能够通过控制大功率电力电子器件，控制直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流的大小；可以控制一次线圈L1与二次线圈L2所在电力系统之间的耦合程度，并联型柔性分合器可把电压等级不同的两个电力系统紧密联系成为一体，串联型柔性分合器可把电压等级相同的两个电力系统紧密联系成为一体；柔性分合器可在不需要分开断路器的情况下使柔性分合器两侧电力系统解列运行。柔性分合器两侧电力系统并网时，令直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流为零，合上柔性分合器两侧断路器，逐渐加大直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流，把柔性分合器两侧电力系统拉入同步。可消除并网时冲击电流对电力系统的冲击。当电力系统发生振荡时，调节控制电路的控制策略，调节直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流的变化，使电力系统处于负阻尼，抑制电力系统振荡。控制直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流的大小，可以控制潮流分布，对电力系统电压有调节作用。特别是一次线圈L1与二次线圈L2施加的电压相位不相同，施加的电压变比不等于一次线圈L1与二次线圈L2匝数比的情况下，并联型柔性分合器对电力系统潮流的调节作用很大。可以多次、连续、快速并网或解列柔性分合器两侧电力系统，使电力系统运行灵活。当柔性分合器某一侧电力系统发生短路，迅速切断直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流，可使非故障侧电力系统的短路电流很小。
本发明的工作原理可以应用于直流输电系统的电压互感器和电流互感器，以提高灵敏度和精确度。
附图说明
图1表示一种柔性分合器的拓扑结构与连接方式；
图2a为并联型柔性分合器的主体铁芯的正视图；
图2b为并联型柔性分合器的主体铁芯的侧视图；
图2c为并联型柔性分合器的主体铁芯的俯视图。
其中，1.一次线圈端子I，2.一次线圈端子II，3.二次线圈端子I，4.二次线圈端子II，5.直流线圈端子I，6.直流线圈端子II，7.柔性分合器铁芯，8.过电压保护器，9.交流电源，10.控制电路。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
实施例1：
一种并联型柔性分合器的拓扑结构与连接方式如图1所示。一种柔性分合器包括：一个柔性分合器铁芯7，铁芯上有两个交流线圈，一个是一次线圈L1，另一个是二次线圈L2，一次线圈L1有两个端子：一次线圈端子I1和一次线圈端子II2，二次线圈L2有两个端子：二次线圈端子I3和二次线圈端子II4；铁芯上有两个直流线圈，一个是直流线圈L3，另一个是直流线圈L4，直流线圈L3的同名端与直流线圈L4的同名端连接，直流线圈L3的剩余端子与直流线圈L4的剩余端子是装置直流线圈两个对外接线端子：直流线圈端子I5和直流线圈端子II6；
交流电源9为电压源时，交流电源9串联一对反向并联的晶闸管D5和晶闸管D6后连接由二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4构成的全桥整流电路的输入端，全桥整流电路的输出端连接直流线圈端子I5和直流线圈端子II6，形成闭合回路；如图1所示。
交流电源9为电流源时，交流电源9并联一对反向并联的晶闸管D5和晶闸管D6后连接由二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4构成的全桥整流电路的输入端，全桥整流电路的输出端连接直流线圈端子I5和直流线圈端子II6，形成闭合回路；如发明专利号为：2011100012024的“一种可控饱和电抗器及其控制方法”提出了一种一对反向并联的晶闸管并联于全桥整流电路的两输入端间。
一个控制电路10，它的两个输出端分别连接两反向并联的晶闸管的触发端。
所述一个柔性分合器铁芯7；铁芯有两条主要磁通闭合回路，一条交流磁通闭合回路，另一条直流磁通闭合回路；一次线圈L1和二次线圈L2组成交流磁通闭合回路；直流线圈L3和直流线圈L4组成直流磁通闭合回路；直流线圈L3的匝数与直流线圈L4的匝数相等。
所述一次线圈L1与二次线圈L2安装在交流磁通路径的不同路段，一次线圈L1的铁芯截面积与二次线圈L2的铁芯截面积相等；直流线圈L3与直流线圈L4安装在直流磁通路径的不同路段，直流线圈L3的铁芯截面积与直流线圈L4的铁芯截面积相等，等于交流一次线圈L1的铁芯截面积。
所述一次线圈L1与二次线圈L2安装在交流磁通路径的不同路段，直流线圈L3与直流线圈L4安装在直流磁通路径的不同路段；一次线圈L1铁芯与二次线圈L2铁芯的两铁芯过渡连接处，直流线圈L3铁芯与直流线圈L4铁芯的两铁芯过渡连接处，交流磁通铁芯与直流磁通铁芯垂直交叉相连，在连接处，交流磁通方向与直流磁通方向相互垂直；一次线圈L1铁芯产生的交流磁通可以从一个交汇处分别流入直流回路的两个半边，然后从两个半边汇集到另一个交汇处后流回一次线圈L1铁芯，并形成不经过二次线圈L2铁芯的交流磁通闭环；二次线圈L2铁芯产生的交流磁通可以从一个交汇处分别流入直流回路的两个半边，然后从两个半边汇集到另一个交汇处后流回二次线圈L1铁芯，并形成不经过一次线圈L1铁芯的交流磁通闭环。交流磁通铁芯与直流磁通铁芯可以不垂直交叉相连。在连接处，交流磁通方向与直流磁通方向也可以不相互垂直。交流磁通方向与直流磁通方向相互垂直，装置的性能较好。
例如：图2a、图2b、图2c表示一种并联型柔性分合器的主体结构。
所述一次线圈L1产生的交流磁通从交汇处分别流入直流回路的两个半边，两个半边有相同的铁芯结构，两个相同铁芯结构上分别有直流线圈L3和直流线圈L4，两直流线圈的匝数相等；交流磁通在直流线圈L3和直流线圈L4产生的交流电压相互抵消，使得交流电压对直流电流回路不产生影响；所述二次线圈L2产生的交流磁通从交汇处分别流入直流回路的两个半边，两个半边上分别有直流线圈L3和直流线圈L4，交流磁通在直流线圈L3和直流线圈L4产生的交流电压相互抵消，使得交流电压对直流电流回路不产生影响。如果两个半边没有相同的铁芯结构，可以增加平衡线圈使交流磁通在直流线圈L3和直流线圈L4产生的交流电压相互抵消。两个半边有相同的铁芯结构，直流线圈L3和直流线圈L4产生的交流电压相互抵消的效果较好。
所述直流线圈L3和直流线圈L4产生的直流磁通只在直流磁通回路流通，不会流到一次线圈L1的铁芯与二次线圈L2的铁芯。
一般情况下，一次线圈L1的匝数与二次线圈L2匝数之比为柔性分合器两侧电力系统电压之比，并联型柔性分合器的交流一次线圈L1与二次线圈L2分别并行连接相同电压等级或不同电压等级的两个电力系统。如果一次线圈L1与二次线圈L2施加的电压相位不相同，施加的电压变比不等于一次线圈L1与二次线圈L2匝数比，并联型柔性分合器对电力系统潮流的调节作用很大。并联型柔性分合器直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流为零时，一次线圈L1与二次线圈L2加不同电压等级或相同电压等级的两个电力系统的工作电压时，一次线圈L1与二次线圈L2磁通回路不饱和，一次线圈L1与二次线圈L2流过空载励磁电流。
一次线圈L1产生的交流磁通从交汇处分别流入直流回路的两个半边，两个半边上分别有直流线圈L3和直流线圈L4，一次线圈L1的交流磁通在直流线圈L3和直流线圈L4产生感生电动势，直流线圈L3和直流线圈L4的同名端有相同的电压；直流线圈L3的同名端与直流线圈L4的同名端连接，交流磁通在直流线圈L3和直流线圈L4产生的交流电压相互抵消，装置直流线圈两个对外接线端子：直流线圈端子I5和直流线圈端子II6的电压为零，使得交流电压对直流电流回路不产生影响；所述二次线圈L2产生的交流磁通从交汇处分别流入直流回路的两个半边，两个半边上分别有直流线圈I和直流线圈II，交流磁通在直流线圈I和直流线圈II产生的交流电压相互抵消，使得交流电压对直流电流回路不产生影响。
全桥整流电路的输出连接装置直流线圈端子：直流线圈端子I5和直流线圈端子II6，形成闭合回路；全桥整流电路输出的直流电流同时流过直流线圈L3和直流线圈L4，直流线圈L3和直流线圈L4产生的直流磁通大小相等，方向相同；直流磁通只在直流磁通回路流通，不流到一次线圈L1与二次线圈L2的铁芯。
全桥整流电路的输出并联电容C1电阻R1串，可使直流电流更平稳，并吸收脉冲干扰电压。并联过压保护器8可保护整流电路。
晶闸管D5和晶闸管D6两端为工频电压；控制电路可从0°至180°范围连续控制晶闸管的导通量；晶闸管D5和晶闸管D6的触发角小时，晶闸管D5和晶闸管D6的导通量大；晶闸管D5和晶闸管D6的触发角大时，晶闸管D5和晶闸管D6的导通量小。控制电路连续控制晶闸管D5与D6的导通量，可以连续控制直流线圈L3和直流线圈L4直流电流的大小。
当交流电源9为电压源时，控制电路10的触发晶闸管D5和晶闸管D6全导通(当交流电源9为电流源时，控制电路的触发晶闸管D5和晶闸管D6全关断)，直流线圈L3与直流线圈L4流过设计的最大直流电流；直流线圈L3与直流线圈L4所在铁芯深度饱和，直流磁通回路磁阻很大，一次线圈L1与二次线圈L2产生的交流磁通流到直流磁通回路很少，一次线圈L1与二次线圈L2产生的交流磁通绝大部分都在交流磁通回路流动，一次线圈L1与二次线圈L2之间的磁耦合程度最大。并联型柔性分合器两侧电力系统合并为一个系统。直流线圈设计的最大直流电流越大，直流线圈所在铁芯越饱和，一次线圈L1与二次线圈L2的漏磁越小，可减小正常运行的无功损耗。但直流线圈设计的最大直流电流越大，直流回路的有功损耗就越大。需要根据要求选择合理的设计值。
当控制电路逐步改变晶闸管的触发角，晶闸管D5和晶闸管D6逐步改变导通量，直流线圈L3与直流线圈L4中直流电流逐渐减小；并联型柔性分合器一次线圈L1与二次线圈L2之间的磁耦合程度从装置的最大值逐渐连续变小。
当控制电路的触发晶闸管D5和晶闸管D6全关断(当交流电源9为电流源时，控制电路10的触发晶闸管D5和晶闸管D6全导通)，直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流为零；直流线圈L3与直流线圈L4所在铁芯不饱和，直流磁通回路磁阻很小，一次线圈L1与二次线圈L2产生的交流磁通可以顺利流到直流磁通回路，一次线圈L1与二次线圈L2之间的磁耦合程度最小。电力系统被并联型柔性分合器分解为两个系统。
控制电路10控制晶闸管D5和晶闸管D6的触发角的大小，调节晶闸管D5和晶闸管D6导通量的大小，调节直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流的大小，从而连续调节并联型柔性分合器两侧电力系统的耦合程度。
由二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4构成的全桥整流电路可改为晶闸管D1、晶闸管D2、晶闸管D3、晶闸管D4构成的全控桥整流电路；控制晶闸管D1、晶闸管D2、晶闸管D3、晶闸管D4的触发角的大小，调节直流线圈L3与直流线圈L4中直流电流大小，从而连续调节并联型柔性分合器的耦合程度。这样，晶闸管D5和晶闸管D6可以省去，减小损耗。二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4构成的全桥整流电路也可采用半控桥整流电路。
当控制电路10的触发晶闸管D5和晶闸管D6全关断(当交流电源9为电流源时，控制电路的触发晶闸管D5和晶闸管D6全导通)，直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流为零；直流线圈L3与直流线圈L4所在铁芯不饱和，直流磁通回路磁阻很小；一次线圈L1与二次线圈L2产生的交流磁通可以沿着交流磁通回路流动，也可以沿着直流磁通回路流动。如果二次线圈L2发生短路，一次线圈L1产生的交流磁通不再流入二次线圈L2所在的铁芯，一次线圈L1产生的交流磁通全部流到直流磁通回路，二次线圈L2获得的电源电压很小，短路电流很小。一次线圈L1产生的交流磁通全部经直流磁通回路构成闭合回路，一次线圈L1对于所在电力系统为励磁阻抗，励磁阻抗很大，一次线圈L1所在电力系统没有短路电流；如果一次线圈L1发生短路，二次线圈L2产生的交流磁通全部流到直流磁通回路，一次线圈L1获得的电源电压很小，短路电流很小；二次线圈L2对于所在电力系统为励磁阻抗，励磁阻抗很大，二次线圈L2所在电力系统没有短路电流。一种并联型柔性分合器有限制短路电流作用。
可采用图2a、图2b、图2c表示的一种并联型柔性分合器的主体结构，图2a为并联型柔性分合器的主体铁芯的正视图，图2b为并联型柔性分合器的主体铁芯的侧视图，图2c为并联型柔性分合器的主体铁芯的俯视图；图2a、图2b、图2c表示的一种并联型柔性分合器的主体结构可以看作两个口子型铁芯交错组合成一个空心的十字型铁芯结构。直流磁通回路距离一次线圈L1和二次线圈L2平均，直流磁通回路对一次线圈L1和二次线圈可获得较均等的直流控制效果。也可设计直流磁通回路距离某交流线圈近，距离另一交流线圈远的方式，加强直流磁通回路对某交流线圈的控制效果。
当控制电路从电力系统电压互感器取电压，从电流互感器取电流，设计合适的控制电路的控制策略，调节直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流的变化规律，可使电力系统处于负阻尼，抑制电力系统振荡。
对于单侧电源馈电线路应用，图2a、图2b、图2c表示的一种并联型柔性分合器的主体结构中的直流线圈的铁芯截面积可以等于交流线圈铁芯截面积的一半，以减轻铁芯重量。直流磁通回路可以距离有电源的一次线圈L1尽可能近，加强直流磁通回路对并联型柔性分合器的控制效果。控制电路10控制晶闸管D5和晶闸管D6的触发角的大小，调节晶闸管D5和晶闸管D6导通量的大小，有连续调节并联型柔性分合器二次线圈L2输出电压的作用。控制电路10从二次线圈侧电压互感器取电压值为反馈监控量，控制电路10可自动控制二次线圈L2输出电压恒定。
实施例2：
在本实施例中，只要把如图1中的一次线圈端子II2与二次线圈端子I3连接，图1就变为一种串联型柔性分合器的拓扑结构与连接方式。只要把图2a、图2b、图2c中的一次线圈端子II2与二次线圈端子I3连接，图2a、图2b、图2c就变为一种串联型柔性分合器的主体结构。
一种串联型柔性分合器包括：一个串联型柔性分合器铁芯，铁芯上有两个交流线圈，一个是一次线圈L1，另一个是二次线圈L2，一次线圈L1异名端子与二次线圈L2同名端子连接，一次线圈L1的剩余端子与二次线圈L2的剩余端子是装置交流线圈两个对外接线端子；铁芯上有两个直流线圈，一个是直流线圈L3，另一个是直流线圈L4，直流线圈L3的同名端与直流线圈L4的同名端连接，直流线圈L3的剩余端子与直流线圈L4的剩余端子是装置直流线圈两个对外接线端子：直流线圈端子I5和直流线圈端子II6；
交流电源9，它连接一对反向并联的晶闸管D5和晶闸管D6后，连接由二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4构成的全桥整流电路的输入端，全桥整流电路的输出端连接直流线圈端子I5和直流线圈端子II6，形成闭合回路；
一个控制电路10，控制电路10的两个输出分别连接反向并联的晶闸管的触发端。
串联型柔性分合器一次线圈端子I1与二次线圈端子II4串联连接电压等级相同的两个电力系统。
串联型柔性分合器一次线圈L1与二次线圈L2匝数相等；直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流为零时，装置交流线圈两个对外接线端子加2倍工作电压时，一次线圈L1与二次线圈L2磁通回路不饱和，一次线圈L1与二次线圈L2流过空载励磁电流。
控制电路10控制晶闸管D5和晶闸管D6的触发角的大小，调节晶闸管D5和晶闸管D6导通量的大小，调节直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流的大小，从而连续调节串联型柔性分合器两侧电力系统连接阻抗的大小。
当控制电路10的触发晶闸管D5和晶闸管D6全导通(当交流电源9为电流源时，控制电路的触发晶闸管D5和晶闸管D6全关断)，直流线圈L3与直流线圈L4流过设计的最大直流电流；直流线圈L3与直流线圈L4所在铁芯深度饱和，直流磁通回路磁阻很大，一次线圈L1与二次线圈L2产生的交流磁通流到直流磁通回路很少，一次线圈L1与二次线圈L2产生的交流磁通大小相等、方向相反；相互抵消。一次线圈L1与二次线圈L2的阻抗很小，串联型柔性分合器两侧电力系统合并为一个系统。
当控制电路逐步改变晶闸管的触发角，晶闸管D5和晶闸管D6逐步改变导通量，直流线圈L3与直流线圈L4中直流电流逐渐减小；串联型柔性分合器一次线圈L1与二次线圈L2的阻抗从装置的最小值逐渐连续变大；
当控制电路10触发晶闸管D5和晶闸管D6全关断(当交流电源9为电流源时，控制电路的触发晶闸管D5和晶闸管D6全导通)，直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流为零；直流线圈L3与直流线圈L4所在铁芯不饱和，直流磁通回路磁阻很小，一次线圈L1与二次线圈L2产生的交流磁通可以顺利流到直流磁通回路，一次线圈L1与二次线圈L2的阻抗为装置的最大值，等于励磁阻抗，电力系统被串联型柔性分合器分解为两个系统。
当控制电路控制晶闸管D5和晶闸管D6全关断(当交流电源9为电流源时，控制电路的触发晶闸管D5和晶闸管D6全导通)，直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流为零；一次线圈L1与二次线圈L2的阻抗为装置的最大值，等于励磁阻抗。不论串联型柔性分合器的那一侧发生短路，另一侧没有短路电流；一种串联型柔性分合器有限制短路电流作用。
对于单侧电源馈电线路应用，一次线圈L1与二次线圈L2匝数为双侧电源串联型柔性分合器的主体结构中的一次线圈L1与二次线圈L2匝数的一半。可以减轻串联型柔性分合器主体的重量。
本柔性分合器及其控制方法的各部件可用现有技术设计制造，完全可以实现。有广阔应用前景。
Claims (10)
1. 一种柔性分合器，其特征是，它包括：
一个柔性分合器铁芯，铁芯上有两个交流线圈，一个是一次线圈L1，另一个是二次线圈L2；铁芯上还有两个直流线圈，一个是直流线圈L3，另一个是直流线圈L4，直流线圈L3的同名端与直流线圈L4的同名端连接，直流线圈L3的剩余端子与直流线圈L4的剩余端子分别与全桥整流电路的输出端连接，形成闭合回路；
柔性分合器铁芯有两条主要磁通闭合回路，一条由一次线圈L1和二次线圈L2组成交流磁通闭合回路，另一条由直流线圈L3和直流线圈L4组成直流磁通闭合回路；一次线圈L1与二次线圈L2安装在交流磁通路径的不同路段，其中一次线圈L1的铁芯截面积与二次线圈L2的铁芯截面积相等；直流线圈L3与直流线圈L4安装在直流磁通路径的不同路段，直流线圈L3的铁芯截面积与直流线圈L4的铁芯截面积相等；一次线圈L1铁芯与二次线圈L2铁芯的两个铁芯过渡连接处并联直流线圈L3铁芯与直流线圈L4铁芯的两个铁芯过渡连接处；一次线圈L1或二次线圈L2产生的交流磁通从一个连接处分别流入直流磁通回路的两个半边，从另一个连接处流回，形成闭合回路；两个半边分别有直流线圈L3和直流线圈L4，两直流线圈的匝数相等；
交流电源，交流电源输出连接反向并联的一对晶闸管，给全桥整流电路的输入供电；
一个控制电路，控制电路的两个输出分别连接两反向并联的晶闸管的触发端。
2.如权利要求1所述的一种柔性分合器，其特征是，所述两反向并联的晶闸管由晶闸管D5和晶闸管D6组成，两晶闸管两端为工频电压；控制电路连续控制晶闸管D5与D6的导通量，晶闸管D5和晶闸管D6的触发角小时，晶闸管D5和晶闸管D6的导通量大；晶闸管D5和晶闸管D6的触发角大时，晶闸管D5和晶闸管D6的导通量小。
3.如权利要求1所述的柔性分合器，其特征是，所述一次线圈L1与二次线圈L2分别并行连接相同电压等级或不同电压等级的两个电力系统；直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流为零时，一次线圈L1与二次线圈L2磁通回路不饱和。
4.如权利要求1所述的柔性分合器，其特征是，所述交流线圈的一次线圈L1与二次线圈L2匝数相等并且串接，两线圈两端连接于电压等级相同的两个电力系统；直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流为零时，两串联的交流线圈加2倍工作电压时，一次线圈L1与二次线圈L2磁通回路不饱和。
5.一种采用权利要求3所述的柔性分合器的工作方法，其特征是，它的方法为：控制电路控制晶闸管D5和晶闸管D6的触发角的大小，调节直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流的大小，从而连续调节柔性分合器两侧电力系统的耦合程度。
6.如权利要求5所述柔性分合器的工作方法，其特征是，当控制电路触发晶闸管D5和晶闸管D6全导通或晶闸管D5和晶闸管D6全关断时，直流线圈L3与直流线圈L4流过最大直流电流；直流线圈L3与直流线圈L4所在铁芯深度饱和，一次线圈L1与二次线圈L2产生的交流磁通绝大部分都在交流磁通回路流动，一次线圈L1与二次线圈L2之间的磁耦合程度为装置的最大值；并联型柔性分合器两侧电力系统合并为一个系统；
当控制电路逐步改变晶闸管的触发角，晶闸管D5和晶闸管D6逐步改变导通量，直流线圈L3与直流线圈L4中直流电流逐渐减小；并联型柔性分合器一次线圈L1与二次线圈L2之间的磁耦合程度从装置的最大值逐渐连续变小；
当控制电路触发晶闸管D5和晶闸管D6全关断或晶闸管D5和晶闸管D6全导通时，直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流为零；直流线圈L3与直流线圈L4所在铁芯不饱和，一次线圈L1与二次线圈L2产生的交流磁通顺利流到直流磁通回路，一次线圈L1与二次线圈L2之间的磁耦合程度为装置的最小值，电力系统被并联型柔性分合器分解为两个系统。
7.如权利要求5所述的柔性分合器的工作方法，其特征是，当控制电路控制晶闸管D5和晶闸管D6全关断或晶闸管D5和晶闸管D6全导通时，直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流为零；如果二次线圈L2发生短路，一次线圈L1产生的交流磁通全部经直流磁通回路构成闭合回路，不经过二次线圈L2铁芯，使短路电流下降接近为零；一次线圈L1对于所在电力系统为励磁阻抗，一次线圈L1所在电力系统没有短路电流；如果一次线圈L1发生短路，二次线圈L2产生的交流磁通全部经直流磁通回路构成闭合回路，不经过一次线圈L1铁芯，使短路电流下降接近为零；二次线圈L2对于所在电力系统为励磁阻抗，二次线圈L2所在电力系统没有短路电流。
8.一种采用权利要求4所述的柔性分合器的工作方法，其特征是，它的方法为：控制电路控制晶闸管D5和晶闸管D6的触发角的大小，调节直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流的大小，从而连续调节柔性分合器两侧电力系统连接阻抗的大小。
9.如权利要求8所述的柔性分合器的工作方法，其特征是，当控制电路的触发晶闸管D5和晶闸管D6全导通或晶闸管D5和晶闸管D6全关断时，直流线圈L3与直流线圈L4流过设计的最大直流电流；直流线圈L3与直流线圈L4所在铁芯深度饱和，一次线圈L1与二次线圈L2产生的交流磁通流到直流磁通回路很少，一次线圈L1与二次线圈L2产生的交流磁通大小相等、方向相反；相互抵消；一次线圈L1与二次线圈L2的阻抗很小，串联型柔性分合器两侧电力系统合并为一个系统；
当控制电路逐步改变晶闸管的触发角，晶闸管D5和晶闸管D6逐步改变导通量，直流线圈L3与直流线圈L4中直流电流逐渐减小；串联型柔性分合器一次线圈L1与二次线圈L2的阻抗从装置的最小值逐渐连续变大；
当控制电路触发晶闸管D5和晶闸管D6全关断或晶闸管D5和晶闸管D6全导通时，直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流为零；直流线圈L3与直流线圈L4所在铁芯不饱和，一次线圈L1与二次线圈L2产生的交流磁通顺利流到直流磁通回路，一次线圈L1与二次线圈L2的阻抗为装置的最大值，等于励磁阻抗，电力系统被串联型柔性分合器分解为两个系统。
10.如权利要求8所述的柔性分合器的工作方法，其特征是，当控制电路控制晶闸管D5和晶闸管D6全关断或晶闸管D5和晶闸管D6全导通时，直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流为零；一次线圈L1与二次线圈L2的阻抗为装置的最大值，等于励磁阻抗；不论串联型柔性分合器的那一侧发生短路，另一侧没有短路电流；该串联型柔性分合器有限制短路电流作用。
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