CN103795315B - 一种超导可调电抗器绕组控制装置及方法 - Google Patents

一种超导可调电抗器绕组控制装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超导可调电抗器绕组控制装置及方法，采用交流接触器作为机械开关，反向并联的晶闸管作为电力电子开关，并通过PLC分别对交流接触器和电力电子开关进行控制。在接收到超导线圈合闸命令时，PLC发出命令控制交流接触器动作，同时控制反并联晶闸管导通；当交流接触器触头闭合后，停止导通晶闸管，使交流接触器为流过超导线圈的电流提供通路。本发明使用机械开关辅以交流电力电子开关，响应快，损耗小；可避免超导线圈产生直流分量，避免合闸不当使超导线圈失超，保护了超导线材；可避免产生直流磁通，从而避免铁芯饱和，减小噪声和谐波。

Description

一种超导可调电抗器绕组控制装置及方法
技术领域
本发明属于超导可调电抗器绕组控制技术领域，特别涉及一种超导可调电抗器绕组控制装置及方法。
背景技术
目前，高温超导材料的发现及高温超导线材制造技术的日益成熟，使得基于超导技术的超导电抗器得以在电力系统中得到应用。在低温下运行的超导电抗器和传统意义上的电抗器相比，具有体积小、重量轻、效率高、阻燃、谐波小等优点，大大降低了装置的成本和空间，提高了系统的稳定性。
但是，当超导电抗器投入电力系统时，若超导线圈合闸角度不合理时，会产生直流磁通，进而在超导线圈内感直流电；由于超导电阻为零，故该直流电流不会衰减，从而该直流磁通也将不会衰减，这可能使电抗器铁芯处于饱和状态，产生噪声和谐波。
发明内容
为避免超导电抗器的超导线圈产生直流电流从而对电力系统造成不利影响，本发明提供了一种超导可调电抗器绕组控制装置及方法。
本发明所采用的技术方案是：
一种超导可调电抗器绕组控制装置，包括同步板（1）、PLC（2）、脉冲变压器（3）、整形板（4）、反并联晶闸管（5）、中间继电器（6）、交流接触器（7）；同步板（1）、脉冲变压器（3）、中间继电器（6）的线圈均与PLC（2）连接；脉冲变压器（3）、整形板（4）和反并联晶闸管（5）依次连接；交流接触器（7）的线圈和中间继电器（6）的常开触点相连；交流接触器（7）的常开触点与反并联晶闸管（5）并联。
所述的PLC（2）选用西门子S7-200。
一种基于上述装置进行的超导可调电抗器绕组控制方法，包括以下步骤，
步骤1、PLC发出PWM脉冲程序，同时同步板采集超导电抗器工作线圈的电压信号后，经过信号处理产生一个方波，再经过同步板上的光耦将合闸信号发送到PLC；
步骤2、PLC接收合闸信号后，发出两个信号，一个信号控制中间继电器动作，另一个信号控制PLC内部的两个计数器开始计脉冲数，两个计数器所计脉冲数分别到5000和1500时，PLC均发出一个PTO脉冲信号到脉冲变压器；
步骤3、脉冲送到脉冲变压器降压后，经过整形板滤波后形成触发脉冲，触发脉冲送到两个反向并联的晶闸管触发其导通；
步骤4、45到75ms后，交流接触器闭合，PLC停止发PTO脉冲，合闸完成。
由于普通机械开关具有的固有延时一般为数十个毫秒，相对于20ms的工频周期，无法控制超导绕组在工作绕组电压为90°时合闸；而交流电力电子开关长期使用其开关损耗较大。综合考虑，本发明选取交流接触器辅以交流电力电子开关的方法。合上交流接触器的同时投入交流电力电子开关以保证合闸的即时性，当交流接触器正式导通后，再断开交流电力电子开关。
本发明选用交流接触器作为机械开关，反向并联的两个晶闸管作为电力电子开关，并通过PLC分别对交流接触器和交流电力电子开关进行控制。在接收到超导线圈合闸命令时，西门子S7-200PLC发出命令控制接触器动作，同时控制反并联晶闸管导通。当交流接触器触头闭合后，停止导通晶闸管，使交流接触器为流过超导线圈的电流提供通路。
为避免超导绕组产生直流磁通，必须在主磁通为零的时候闭合超导绕组。在电压为正弦的情况下，磁通的波形也为正弦，即要在磁通的相位为kπ时闭合超导绕组。而根据法拉第电磁感应定律，电压与磁通相位相差故可在电压相位为时闭合超导绕组。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.本发明使用机械开关辅以交流电力电子开关，响应快，损耗小。
2.本发明可避免超导线圈产生直流分量，避免合闸不当使超导线圈失超，保护了超导线材。
3.本发明可避免产生直流磁通，从而避免铁芯饱和，减小噪声和谐波。
附图说明
图1为本发明的控制装置图；
图2为本发明的控制方法流程图；
其中，1—同步板、2—西门子S7-200PLC、3—脉冲变压器、4—整形板、5—反并联晶闸管、6—中间继电器、7—交流接触器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
如图1所示，一种超导可调电抗器绕组控制装置，包括同步板（1）、西门子S7-200PLC（2）、脉冲变压器（3）、整形板（4）、反并联晶闸管（5）、中间继电器（6）、交流接触器（7）；同步板（1）、脉冲变压器（3）、中间继电器（6）的线圈均与西门子S7-200PLC（2）连接；脉冲变压器（3）、整形板（4）和反并联晶闸管（5）依次连接；交流接触器（7）的线圈和中间继电器（6）的常开触点相连；交流接触器（7）的常开触点与反并联晶闸管（5）并联；同步板包括光耦；PLC包括两个计数器，整形板的作用是调整脉冲变压器的输出波形，使其更接近方波。
如图2所示，一种基于上述的装置进行的超导可调电抗器绕组控制方法，包括以下步骤：
步骤1、在准备阶段，运行PLC发PWM脉冲程序；同时同步板采集超导电抗器工作线圈的电压信号后，经过信号处理产生一个方波，再经过光耦将信号发送到PLC。
步骤2、PLC接收合闸信号后，发出两个信号；一个信号控制中间继电器动作，另一个信号控制PLC内部的两个计数器开始计脉冲数。由于一个PWM脉冲10us,一个工频周期20ms,故90和270对应的脉冲数分别为500和1500，故当两个计数器所计脉冲数分别到5000和1500时，PLC都会发出一个PTO脉冲信号到脉冲变压器。
步骤3、脉冲送到脉冲变压器降压后，经过整形板滤波后形成触发脉冲，触发脉冲送到两个反向并联的晶闸管触发其导通。
步骤4、经过45到75ms后，交流接触器闭合，PLC停止发PTO脉冲，合闸完成。

Claims (2)

1.一种超导可调电抗器绕组控制方法，其特征在于：采用一种超导可调电抗器绕组控制装置实现，该装置包括同步板(1)、PLC(2)、脉冲变压器(3)、整形板(4)、反并联晶闸管(5)、中间继电器(6)、交流接触器(7)；同步板(1)、脉冲变压器(3)、中间继电器(6)的线圈均与PLC(2)连接；脉冲变压器(3)、整形板(4)和反并联晶闸管(5)依次连接；交流接触器(7)的线圈和中间继电器(6)的常开触点相连；交流接触器(7)的常开触点与反并联晶闸管(5)并联；
具体控制过程包括以下步骤，
步骤1、PLC发出PWM脉冲程序，同时同步板采集超导可调电抗器工作线圈的电压信号后，经过信号处理产生一个方波，再经过同步板上的光耦将合闸信号发送到PLC；
步骤2、PLC接收合闸信号后，发出两个信号，一个信号控制中间继电器动作，另一个信号控制PLC内部的两个计数器开始计脉冲数，两个计数器所计脉冲数分别到5000和1500时，PLC均发出一个PTO脉冲信号到脉冲变压器；
步骤3、脉冲送到脉冲变压器降压后，经过整形板滤波后形成触发脉冲，触发脉冲送到两个反向并联的晶闸管触发其导通；
步骤4、45到75ms后，交流接触器闭合，PLC停止发PTO脉冲，合闸完成。
2.根据权利要求1所述的一种超导可调电抗器绕组控制方法，其特征在于：所述的PLC(2)采用西门子S7-200。
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