CN104795202A - 一种缩短暂态响应时间的饱和电抗器 - Google Patents

一种缩短暂态响应时间的饱和电抗器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种缩短暂态响应时间的饱和电抗器。包括闭环铁芯，其中一根铁芯柱上有线圈L1、L3、L5；另一根铁芯柱上有线圈L2、L4、L6；线圈L1、L2的同名端连接端子I，线圈L1的异名端连接L4的同名端，线圈L2的异名端连接L3的同名端，线圈L3、L4的异名端连接端子II，线圈L5的同名端连接L3的同名端，线圈L6的同名端连接L4的同名端，线圈L5、L6的异名端分别经正向晶闸管D1、反向晶闸管D2连接端子II；晶闸管D1、D2的控制端子分别连接控制电路；控制电路控制晶闸管D1和D2触发角的大小，实现连续调节晶闸管D1和D2整流量的大小。线圈L1的异名端与线圈L2的异名端之间还连接二极管D3。

Description

一种缩短暂态响应时间的饱和电抗器
技术领域
本发明涉及电力系统送变电技术领域，特别涉及一种缩短暂态响应时间的饱和电抗器。
背景技术
电抗器在电力系统中的应用非常广泛。串联电抗器可限制短路电流；并联电抗器可限制过电压；电抗器与电容联合可构成滤波电路。在一些应用领域，电抗器的电抗值是固定不变的；在一些应用领域，电抗器的电抗值应随着电力系统运行方式的变化而不断调节。电抗值可以连续调节的可控饱和电抗器(也称为：饱和电抗器，磁控电抗器)是重要研究课题。
饱和电抗器是利用饱和电抗器闭环铁芯的饱和特性来改变电抗器的电抗值。已经有许多饱和电抗器被提出来，中国水利水电出版社2008年出版蔡宣三，高越农著《可控饱和电抗器原理、设计与应用》一书对饱和电抗器作了总结。CN201410714156.6一种反应快速的直流饱和电抗器，对饱和电抗器的暂态响应时间作了改进。而如何进一步缩短现有饱和电抗器的暂态响应时间仍然是重要的研究课题与研究方向。
CN201410714156.6一种反应快速的直流饱和电抗器，采用在饱和电抗器回路串联电阻的方式缩短饱和电抗器的暂态响应时间。电阻串联在电路中，会消耗能量，会发热，需要散热措施。因此如能不用电阻也能缩短饱和电抗器的暂态响应时间的发明是有意义的。
发明内容
本发明的目的就是为解决上述问题，提供一种不需要增加电阻，并能缩短暂态响应时间的饱和电抗器。
为实现上述目的，本发明采用如下方式：
一种缩短暂态响应时间的饱和电抗器，它为单相的，包括饱和电抗器闭环铁芯，安装在闭环铁芯的两个铁芯柱上的各线圈、与各线圈连接的晶闸管以及控制晶闸管的控制电路；
每个所述铁芯柱上有三个线圈，三个线圈的匝数不同，但两铁芯柱上处于相同位置的线圈匝数则相同；
其中一个铁芯柱上第一位置的线圈异名端与另一铁芯柱上第二位置上的线圈的同名端连接；
其中一个铁芯柱上第三位置的线圈的同名端与本铁芯柱第二位置的线圈的同名端连接；
各铁芯柱上第三位置的线圈的异名端分别与一个晶闸管连接，晶闸管的控制端与控制电路连接，控制电路控制晶闸管触发角的大小，实现连续调节晶闸管整流量的大小；
同一铁芯柱上第一位置的线圈和第三位置的线圈的暂态响应趋势相反，抵消大部分暂态响应时间，使得饱和电抗器的总体暂态响应时间缩短。
本发明的另一种技术方案为，一种缩短暂态响应时间的饱和电抗器，它为单相的，包括饱和电抗器闭环铁芯，安装在闭环铁芯的两个铁芯柱上的各线圈、与各线圈连接的晶闸管以及控制晶闸管的控制电路；
每个所述铁芯柱上有三个线圈，三个线圈的匝数不同，但两铁芯柱上处于相同位置的线圈匝数则相同；
其中一个铁芯柱上第一位置的线圈异名端与另一铁芯柱上第二位置上的线圈的同名端连接；
其中一个铁芯柱上第三位置的线圈的同名端与本铁芯柱第一位置的线圈的异名端连接；
各铁芯柱上第三位置的线圈的异名端分别与一个晶闸管连接，晶闸管的控制端与控制电路连接，控制电路控制晶闸管触发角的大小，实现连续调节晶闸管整流量的大小。
进一步的，上述所述两方案中，所述一个铁芯柱上第一位置线圈的异名端和第二位置线圈的同名端间连接二极管。
进一步的，所述二极管两端并联电阻。
进一步的，上述所述两方案中，所述两铁芯柱上第一位置的两线圈与二极管在控制电路控制晶闸管的触发角大小时，则作为高次谐波整流通路；
在两铁芯柱中的工频磁通不平衡时，二极管提供半波整流励磁电流即可平衡两铁芯柱中的工频磁通。
进一步的，上述所述两方案中，所述晶闸管全截止时，饱和电抗器有最大电抗值，晶闸管两端有交流电压；
所述晶闸管全导通时，饱和电抗器有最小电抗值，晶闸管构成半波整流电路。
进一步的，所述晶闸管导通时，两铁芯柱产生方向相反的直流磁通。
进一步的，上述所述两方案中，所述两铁芯柱截面积相等，各自至少有能形成一条不经过对方铁芯柱的磁通闭环。
进一步的，上述所述两方案中，所述闭环铁芯是相互没有通路的两个闭环铁芯或是一体的相互有通路的闭环铁芯。
本发明的另一种扩展方案为三相饱和电抗器，它为采用上述两方案中任一所述单相的缩短暂态响应时间的饱和电抗器的三相的缩短暂态响应时间的饱和电抗器。
本发明的有益效果是：不需要增加电阻，即可缩短饱和电抗器的暂态响应时间；与晶闸管分别串联的直流线圈的匝数较少，可缩短暂态响应时间。且第一种缩短暂态响应时间的饱和电抗器的同一铁芯柱上两线圈的暂态响应趋势相反，抵消大部分暂态响应时间，使得饱和电抗器的暂态响应时间很短。两种缩短暂态响应时间的饱和电抗器的电路简单。
附图说明
图1表示一种缩短暂态响应时间的饱和电抗器。
图2表示另一种缩短暂态响应时间的饱和电抗器。
其中，1.端子I，2.端子II，3.闭环铁芯，4.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：
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
一种缩短暂态响应时间的饱和电抗器的结构与连接方式如图1所示。包括端子I 1，端子II2，饱和电抗器闭环铁芯3，控制电路4。饱和电抗器闭环铁芯3至少有两根截面积相等、均有线圈的铁芯柱；这两根铁芯柱各自至少有能形成一条不经过对方铁芯柱的磁通闭环。
闭环铁芯3可以是相互没有通路的两个闭环铁芯，例如1：两个口字形铁芯。也可以是一体的，相互有通路的闭环铁芯；例如2：三根铁芯柱，铁芯柱两端有磁轭连通三根铁芯柱，任何两根铁芯柱都能够相互构成磁通闭环，但至少有两根能各自形成不经过对方铁芯柱的闭环。例如3：四根铁芯柱，铁芯柱两端有磁轭连通四根铁芯柱，任何两根铁芯柱都能够相互构成磁通闭环，但至少有两根能各自形成不经过对方铁芯柱的闭环，如图1所示。
在闭环铁芯3两根截面积相等的铁芯柱中，其中一根铁芯柱上有线圈L1、线圈L3、线圈L5；另一根铁芯柱上有线圈L2、线圈L4、线圈L6；线圈L1、线圈L2的匝数相等；线圈L3、线圈L4的匝数相等；线圈L5、线圈L6的匝数相等；线圈L1、线圈L5的匝数不相等；线圈L3、线圈L5的匝数不相等。线圈L1、线圈L2的同名端连接端子I 1，线圈L1的异名端连接线圈L4的同名端，线圈L2的异名端连接线圈L3的同名端，线圈L3、线圈L4的异名端连接端子II2，线圈L5的同名端连接线圈L3的同名端，线圈L6的同名端连接线圈L4的同名端，线圈L5、线圈L6的异名端分别经正向晶闸管D1、反向晶闸管D2连接端子II2；晶闸管D1、晶闸管D2的控制端子分别连接控制电路4。
控制电路4控制晶闸管D1和晶闸管D2触发角的大小，实现连续调节晶闸管D1和晶闸管D2整流量的大小。
设一种缩短暂态响应时间的饱和电抗器额定电压为U1。一种缩短暂态响应时间的饱和电抗器接入额定电压为U1的电力系统，当控制电路4控制晶闸管D1和晶闸管D2全截止时，晶闸管D1和晶闸管D2整流电路不工作，线圈L1、线圈L2、线圈L3、线圈L4流过的是很小的励磁电流。饱和电抗器有最大电抗值Zmax。
线圈L1、线圈L2、线圈L3、线圈L4有励磁电流，会在线圈L1、线圈L2、线圈L3、线圈L4、线圈L5、线圈L6产生感应电压。由于线圈L1、线圈L2的匝数相等，线圈L3、线圈L4的匝数相等，线圈L5、线圈L6的匝数相等，线圈L3、线圈L5的匝数不相等；晶闸管D1和晶闸管D2两端会有交流电压，为晶闸管D1和晶闸管D2整流电路提供交流电源。
当控制电路4控制晶闸管D1和晶闸管D2全导通时，晶闸管D1和晶闸管D2就变为二极管特性，晶闸管D1和晶闸管D2分别构成半波整流电路。线圈L1、线圈L2、线圈L5、线圈L6的直流电流达到最大设计值。线圈L2、线圈L5中的直流电流方向朝下，线圈L1、线圈L6中的直流电流方向朝上。线圈L1、线圈L5在同一铁芯柱上，如果线圈L1、线圈L5的匝数相等，线圈L1在铁芯柱中产生的磁势与线圈L5在铁芯柱中产生的磁势大小相等、方向相反，铁芯柱中产生的合成磁势等于零。同理，线圈L2、线圈L6在同一铁芯柱上，如果线圈L2、线圈L6的匝数相等，铁芯柱中产生的合成磁势等于零。
由于规定线圈L1、线圈L5的匝数不相等，线圈L1、线圈L2的匝数相等，线圈L5与线圈L6的匝数相等；两铁芯柱中产生的合成磁势不等于零，且一根铁芯柱中的直流磁通朝上，另一根铁芯柱中的直流磁通朝下。线圈L1与线圈L5匝数不相等的程度越大，铁芯柱中的直流磁通越大。铁芯柱中的直流磁通越大，饱和电抗器的的交流无功电流就越大，饱和电抗器的电抗值就越小。根据设计要求，当控制电路4控制晶闸管D1和晶闸管D2全导通时，饱和电抗器有最小电抗值Zmin。
控制电路4控制晶闸管D1和晶闸管D2整流量的大小，可控制线圈L1、线圈L2、线圈L5、线圈L6中直流电流的大小，实现控制饱和电抗器电抗值的大小。控制电路4连续控制晶闸管D1和晶闸管D2整流量的大小，可连续控制线圈L1、线圈L2、线圈L5、线圈L6中直流电流的大小，实现饱和电抗器电抗值的连续调节，饱和电抗器电抗值在最大值与最小值之间调节、变化。
进一步的，线圈L1的异名端与线圈L2的异名端之间还连接二极管D3。线圈L1与线圈L3绕在同一铁芯柱上，线圈L2与线圈L4绕在同一铁芯柱上；由于线圈L1与线圈L2匝数相等，线圈L3与线圈L4匝数相等，所以，线圈L1与线圈L2两端的工频(基波)电位相等，二极管D3两端工频(基波)电位相等。如果线圈L1与线圈L2所在的两铁芯柱中的工频(基波)磁通不平衡，二极管D3只需提供半波整流的励磁电流，即可平衡两铁芯柱中的工频(基波)磁通。
控制电路4控制晶闸管D1和晶闸管D2的触发角大小时，线圈L1、线圈L2中的电流含有高次谐波，高次谐波会在线圈L1与线圈L2上产生高次谐波电压，由此，在二极管D3两端将产生高次谐波电压。实验表明，线圈L1、线圈L2、二极管D3构成高次谐波整流通路可改善饱和电抗器的特性。
CN201410714156.6一种反应快速的直流饱和电抗器中，与两晶闸管分别串联的两直流线圈的匝数较多，接近额定电压所需的匝数。本实施例，与晶闸管D1、晶闸管D2分别串联的直流线圈L5、直流线圈L6的匝数较少，约等于1/2额定电压所需的匝数。线圈匝数少，可缩短暂态响应时间。
实验表明，线圈L2、线圈L5中的直流电流方向朝下，线圈L1、线圈L6中的直流电流方向朝上。线圈L1、线圈L5在同一铁芯柱上，线圈L1的暂态响应趋势与线圈L5的暂态响应趋势相反，产生冲撞，可抵消大部分暂态响应时间。线圈L2、线圈L6在同一铁芯柱上，线圈L2的暂态响应趋势与线圈L6的暂态响应趋势相反，产生冲撞，可抵消大部分暂态响应时间。使得饱和电抗器的总体暂态响应时间很短。
在一些应用场合，二极管D3可以去除，以简化结构。在一些应用场合，二极管D3两端并联电阻，以减小二极管D3反向耐压。
图1所示一种缩短暂态响应时间的饱和电抗器为单相饱和电抗器。可以把单相饱和电抗器推广到三相饱和电抗器。推广方法是公共知识，不再累赘。
实施例2：
另一种缩短暂态响应时间的饱和电抗器的结构与连接方式如图2所示。包括端子I1，端子II2，饱和电抗器闭环铁芯3，控制电路4。饱和电抗器闭环铁芯3至少有两根截面积相等、均有线圈的铁芯柱；这两根铁芯柱各自至少有能形成一条不经过对方铁芯柱的磁通闭环。
闭环铁芯3两根截面积相等的铁芯柱，其中一根铁芯柱上有线圈L1、线圈L3、线圈L5；另一根铁芯柱上有线圈L2、线圈L4、线圈L6；线圈L1、线圈L2的匝数相等；线圈L3、线圈L4的匝数相等；线圈L5、线圈L6的匝数相等；线圈L1、线圈L5的匝数不相等；线圈L3、线圈L5的匝数不相等。线圈L1、线圈L2的同名端连接端子I 1，线圈L1的异名端连接线圈L4的同名端，线圈L2的异名端连接线圈L3的同名端，线圈L3、线圈L4的异名端连接端子II2，线圈L5的同名端连接线圈L1的异名端，线圈L6的同名端连接线圈L2的异名端，线圈L5、线圈L6的异名端分别经正向晶闸管D1、反向晶闸管D2连接端子II2；晶闸管D1、晶闸管D2的控制端子分别连接控制电路4。
控制电路4控制晶闸管D1和晶闸管D2触发角的大小，实现连续调节晶闸管D1和晶闸管D2整流量的大小。
线圈L1的异名端与线圈L2的异名端之间还连接二极管D3。
一种缩短暂态响应时间的饱和电抗器接入额定电压为U1的电力系统，当控制电路4控制晶闸管D1和晶闸管D2全截止时，饱和电抗器有最大电抗值Zmax。
当控制电路4控制晶闸管D1和晶闸管D2全导通时，饱和电抗器有最小电抗值Zmin。
控制电路4连续控制晶闸管D1和晶闸管D2整流量的大小，可实现饱和电抗器电抗值的连续调节，饱和电抗器电抗值在最大值与最小值之间调节、变化。
CN201410714156.6一种反应快速的直流饱和电抗器中，与两晶闸管分别串联的两直流线圈的匝数较多，接近额定电压所需的匝数。本实施例，与晶闸管D1、晶闸管D2分别串联的直流线圈L5、直流线圈L6的匝数较少，约等于1/2额定电压所需的匝数。线圈匝数少，可缩短暂态响应时间。
实验表明，同一铁芯柱上线圈L1、线圈L5中的直流电流方向朝下，同一铁芯柱上线圈L2、线圈L6中的直流电流方向朝上。暂态响应趋势没有产生冲撞。本实施例缩短暂态响应时间的效果不如实施例1。
可以把单相饱和电抗器推广到三相饱和电抗器。推广方法是公共知识，不再累赘。
本发明的一种缩短暂态响应时间的饱和电抗器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)

1.一种缩短暂态响应时间的饱和电抗器，它为单相的，包括饱和电抗器闭环铁芯，安装在闭环铁芯的两个铁芯柱上的各线圈、与各线圈连接的晶闸管以及控制晶闸管的控制电路；其特征是，
每个所述铁芯柱上有三个线圈，三个线圈的匝数不同，但两铁芯柱上处于相同位置的线圈匝数则相同；
其中一个铁芯柱上第一位置的线圈异名端与另一铁芯柱上第二位置上的线圈的同名端连接；
其中一个铁芯柱上第三位置的线圈的同名端与本铁芯柱第二位置的线圈的同名端连接；
各铁芯柱上第三位置的线圈的异名端分别与一个晶闸管连接，晶闸管的控制端与控制电路连接，控制电路控制晶闸管触发角的大小，实现连续调节晶闸管整流量的大小；
同一铁芯柱上第一位置的线圈和第三位置的线圈的暂态响应趋势相反，抵消大部分暂态响应时间，使得饱和电抗器的总体暂态响应时间缩短。
2.一种缩短暂态响应时间的饱和电抗器，它为单相的，包括饱和电抗器闭环铁芯，安装在闭环铁芯的两个铁芯柱上的各线圈、与各线圈连接的晶闸管以及控制晶闸管的控制电路；其特征是，
每个所述铁芯柱上有三个线圈，三个线圈的匝数不同，但两铁芯柱上处于相同位置的线圈匝数则相同；
其中一个铁芯柱上第一位置的线圈异名端与另一铁芯柱上第二位置上的线圈的同名端连接；
其中一个铁芯柱上第三位置的线圈的同名端与本铁芯柱第一位置的线圈的异名端连接；
各铁芯柱上第三位置的线圈的异名端分别与一个晶闸管连接，晶闸管的控制端与控制电路连接，控制电路控制晶闸管触发角的大小，实现连续调节晶闸管整流量的大小。
3.如权利要求1或2所述的缩短暂态响应时间的饱和电抗器，其特征是，所述一个铁芯柱上第一位置线圈的异名端和第二位置线圈的同名端间连接二极管。
4.如权利要求3所述的缩短暂态响应时间的饱和电抗器，其特征是，所述两铁芯柱上第一位置的两线圈与二极管在控制电路控制晶闸管的触发角大小时，则作为高次谐波整流通路；
在两铁芯柱中的工频磁通不平衡时，二极管提供半波整流励磁电流即可平衡两铁芯柱中的工频磁通。
5.如权利要求4所述的缩短暂态响应时间的饱和电抗器，其特征是，所述二极管两端并联电阻。
6.如权利要求1或2所述的缩短暂态响应时间的饱和电抗器，其特征是，所述晶闸管全截止时，饱和电抗器有最大电抗值，晶闸管两端有交流电压；
所述晶闸管全导通时，饱和电抗器有最小电抗值，晶闸管构成半波整流电路。
7.如权利要求6所述的缩短暂态响应时间的饱和电抗器，其特征是，所述晶闸管导通时，两铁芯柱产生方向相反的直流磁通。
8.如权利要求1或2所述的缩短暂态响应时间的饱和电抗器，其特征是，所述两铁芯柱截面积相等，各自至少有能形成一条不经过对方铁芯柱的磁通闭环。
9.如权利要求1或2所述的缩短暂态响应时间的饱和电抗器，其特征是，所述闭环铁芯是相互没有通路的两个闭环铁芯或是一体的相互有通路的闭环铁芯。
10.一种缩短暂态响应时间的饱和电抗器，其特征是，它为采用权利要求1-2任一所述单相的缩短暂态响应时间的饱和电抗器的三相的缩短暂态响应时间的饱和电抗器。
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