CN102412585A - 铁芯两相磁特性转换的控制器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

铁芯两相磁特性转换的控制器及其控制方法，所述系统包括由电网连接的电抗器、PWM可控整流器、电容、检测绕组、控制绕组依次连接组成。检测绕组和控制绕组均与两相复合磁性材料相连接，通过CPU对检测信号的控制，实现两相复合磁性材料磁特性的转换。利用此功能，将本控制连接到可控电抗器上，可实现可控电抗器连续无级平滑调节，对超高压和特高压电网的建设乃至整个电力系统都具有重大意义。

Description

铁芯两相磁特性转换的控制器及其控制方法

技术领域

本发明涉及电力电子领域，特别涉及用来实现铁芯两相复合材料磁特性的转换和可控电抗器的连续调节。

背景技术

在特高压或超高压、大容量的电网中，须安装一定容量的无功补偿装置(包括并联电抗器和静止无功补偿器)，其主要目的一是补偿容性充电功率，二是在轻负荷时吸收无功功率，控制无功潮流，稳定网络的运行电压。理论研究和实践证明，调节电抗对于提高电力系统运行性能有显著作用，特别是可控电抗器的应用，其容量随跟踪传输功率的大小而自动变化，防止了线路一侧开关切合所产生的过高的工频操作过电压及相应的暂态振荡过电压，从而可减少电网损耗、提高供电质量，带来巨大的经济效益和社会效益。 可控电抗器在电力系统中的应用前景是十分广阔和巨大的。

可控电抗器是在磁放大器的基础上发展起来的。1916年，美国的E.F.W.亚历山德逊提出了“磁放大器”的报告。到了40年代，随着高磁感应强度及低损耗的晶粒取向硅钢带和高磁导、高矩形系数的坡莫合金材料的出现，将饱和电抗器的理论和应用提高到一个新水平。1955年美国的H.F.斯托姆著了《磁放大器》一书，1956年苏联的M.A.罗津布拉特也著了《磁放大器》一书，标志着磁放大器发展的高峰，当时已成为自动化系统不可缺少的基础元件。与此同时，科技工作者把磁放大器的工作原理引入到电力系统中自动控制无功功率。1955年世界上第一台可控电抗器在英国制造成功，其额定容量为l00MVA，工作电压为6.6kV～22kV。该可控电抗器工作绕组为两组，均为Z形连接。这样，对应相的两个基波电流在相位上相差30o，并且由于有三角形绕组，3倍频及7次以下的奇次谐波自我抵消而不注入电网。但该可控电抗器有很大的缺点：控制直流的改变会导致接成三角形线圈内部电流的变化，过渡过程的时间常数取决于三角形线圈的时间常数，其值一般很大，故调节速度很慢。另外，其有功损耗和材料消耗都较大。这些缺点限制了可控电抗器的推广。

1977～1978年，美国GE公司和Westing house公司先后研制出采用晶闸管控制的静补装置。其后，世界一些大公司相继推出各具特色的系列静补装置。70年代，BBC公司研制了超高压TCT型静补装置，其中设置了一组接成星形的绕组，以避免3次及其奇数倍次的谐波电流进入电网。5次及以上谐波的滤波装置接在高压侧，由于其代价高昂，损耗过大(2%以上)，因此它并没有被推广使用。但这种晶闸管控制的电抗器的显著特点是响应时间特别短(0.01S以下)。70年代发展起来的相控电抗器由于造价高昂不适宜在电力系统中广泛应用。

随着世界经济的发展对电力的需求越来越高，特高压或超高压电网相继投入运行，人们对电网的安全稳定运行及电能质量提出了更高的要求。特高压或超高压大电网的形成及负荷变化加剧，要求大量可调的无功功率源以调整电压，维持系统无功潮流平衡，减少损耗，提高供电可靠性。因此，人们要求更加经济可靠的可调无功补偿装置。1986年，原苏联科学家提出了可控电抗器磁阀的概念，从而使可控电抗器的发展有了突破性进展，电抗器性能大大改善。新型可控电抗器可直接用于直到1150kV的任何电压等级的电网作为连续可调的无功补偿装置，因而可直接连接于特高压或超高压线路侧，同时发挥同步补偿机和并联电抗器的作用。由于认识到可控电抗器的巨大应用潜力，欧美一些国家也开始对可控电抗器进行研究。

我国的原武汉水利电力大学于1990年开始新型可控电抗器研究，并取得了一系列理论和应用成果。1997年研制成功基于磁阀式可控电抗器的自动调谐消弧线圈；1998年开发出27.5kV电气化铁路动态无功补偿可控电抗器，单相最大容量可达4500kVA，目前正致力于更高电压等级、更大容量可控电抗器理论和应用的研究，在国内处于领先水平。

虽然可控电抗器作用巨大，但由于一部分的可控电抗器属于分级控制不能连续平滑的调节，导致了其在使用场合上有一定的限制。综上所述，因此对可控电抗器进行改善，使其实现连续无级平滑调节对超高压和特高压电网的建设具有重大意义。

发明内容

本发明提供一种控制器用来实现铁芯两相复合材料磁特性的转换和可控电抗器的连续调节。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实施的：

铁芯两相磁特性转换的控制器，其特征在于：所述控制器包括与电网连接的电抗器，电抗器连接PWM可控整流器，PWM可控整流器分别与电容和控制绕组并联，控制绕组与两相复合磁性材料一端连接，两相复合磁性材料另一端连接检测绕组，检测绕组连接检测电路，检测电路连接CPU，CPU连接PWM可控整流器；PWM可控整流器是由IGBT与续流二极管构成的三相桥式连接组成。

铁芯两相磁特性转换的控制器的控制方法，其特征在于：将检测绕组和控制绕组与电抗器本体两侧铁芯相连，检测绕组将检测到的磁阻电流信号，传送给检测电路，再送入CPU进行处理，CPU根据需要发出电压信号，加到控制绕组上，通过对控制绕组的调节来改变电抗器的磁阻电流，以实现可控电抗器的连续无级平滑调节。

优点及效果：本控制器实现了对两相复合磁性材料磁特性的转换的功能，将此功能应用于可控电抗器中，可实现可控电抗器连续无级平滑调节。对超高压和特高压电网的建设乃至整个电力系统都具有重大意义。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

附图标记说明：

1．电网、2．电抗器、3．PWM可控整流器、4．电容、5．检测绕组、6．控制绕组、7．IGBT、8．续流二极管、9．两相复合磁性材料、10．CPU、11．检测电路。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行具体说明：

图1为本发明的结构示意图，如图所示，所述控制器包括与电网1连接的电抗器2，电抗器2连接PWM可控整流器3，PWM可控整流器3分别与电容4和控制绕组6并联，控制绕组6与两相复合磁性材料9一端连接，两相复合磁性材料9另一端连接检测绕组5，检测绕组5连接检测电路11，检测电路11连接CPU10，CPU10连接PWM可控整流器3；PWM可控整流器3是由IGBT7与续流二极管8构成的三相桥式连接组成。

该控制器可以实现两相复合磁性材料9的磁特性转换，即硬磁特性与软磁特性的转换。两相复合磁性材料9最初呈现软磁特性，当两相复合磁性材料9需要进行磁特性转换时，由控制系统发出高频脉冲信号，对两相复合磁性材料9进行充磁，两相复合磁性材料9即可呈现硬磁特性；同理，对两相复合磁性材料9进行放磁，两相复合磁性材料9又可恢复到初始状态呈现软磁特性。

铁芯两相磁特性转换的控制器的检测绕组5和控制绕组6与电抗器本体两侧铁芯相连，检测绕组5将检测到的磁阻（电流）信号，传送给检测电路11，再送入CPU 10进行处理，CPU 10根据需要发出电压信号，加到控制绕组6上， 通过对控制绕组6的调节来改变电抗器的磁阻（电流），以实现可控电抗器的连续无级平滑调节。

本发明在可连续输出稳定直流的同时，可对该直流脉冲化，并且二者可进行相互转化。本发明较传统控制器可实现直流电流方向的改变即根据检测绕组5和控制绕组6的不同工况可实现脉冲电流由正到负的无级变化。具有低电压、大电流的输出特点。

Claims (2)

1.铁芯两相磁特性转换的控制器，其特征在于：所述控制器包括与电网（1）连接的电抗器（2），电抗器（2）连接PWM可控整流器（3），PWM可控整流器（3）分别与电容（4）和控制绕组（6）并联，控制绕组（6）与两相复合磁性材料（9）一端连接，两相复合磁性材料（9）另一端连接检测绕组（5），检测绕组（5）连接检测电路（11），检测电路（11）连接CPU（10），CPU（10）连接PWM可控整流器（3）；PWM可控整流器（3）是由IGBT（7）与续流二极管（8）构成的三相桥式连接组成。

2.如权利1所述铁芯两相磁特性转换的控制器的控制方法，其特征在于：将检测绕组（5）和控制绕组（6）与电抗器（2）本体两侧铁芯相连，检测绕组（5）将检测到的磁阻电流信号，传送给检测电路（11），再送入CPU（10）进行处理，CPU（10）根据需要发出电压信号，加到控制绕组（6）上， 通过对控制绕组（6）的调节来改变电抗器的磁阻电流，以实现可控电抗器的连续无级平滑调节。