CN104916409B

CN104916409B - 一种快速响应型自励式磁控电抗器

Info

Publication number: CN104916409B
Application number: CN201510382449.3A
Authority: CN
Inventors: 田铭兴; 石鹏太; 张俊强
Original assignee: Lanzhou Jiaotong University
Current assignee: Lanzhou Jiaotong University
Priority date: 2015-07-02
Filing date: 2015-07-02
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2035-07-02
Also published as: CN104916409A

Abstract

本发明涉及电能质量控制的动态无功补偿设备技术领域，尤其是涉及一种快速响应型自励式磁控电抗器。包括第一铁心和第二铁心，所述的第一铁心上设置有第一工作绕组和第四工作绕组，第二铁心上设置有第二工作绕组和第三工作绕组，第一铁心和第二铁心中间均设置有磁阀，第一铁心一侧对应设置有第一旁轭，第一旁轭上设置有第一激励绕组，第二铁心一侧对应设置有第二旁轭，第二旁轭上设置有第二激励绕组，第一铁心上还设置有第一控制绕组，第二铁心上还设置有第二控制绕组，第一激励绕组和第二激励绕组与第一控制绕组和第二控制绕组之间设置有可控整流装置。采用自励式控制回路和交叉串联型的工作回路，具有响应速度快、结构简单、综合性能较佳的特点。

Description

一种快速响应型自励式磁控电抗器

技术领域

本发明涉及电能质量控制的动态无功补偿设备技术领域，尤其是涉及一种快速响应型自励式磁控电抗器。

背景技术

公知的磁阀式可控电抗器简称磁控电抗器，是基于磁放大器原理所设计工作在磁饱和状态的动态无功补偿装置。在其主铁心中设置有面积略小的磁阀，利用直流偏磁调整通过磁阀的磁通大小，进而改变磁阀的饱和度，从而使得电抗器输出电流发生改变，最终实现容量的可控调节。由于这种工作原理的可控电抗器具有维护简单、运行稳定、性价比高且容量连续平滑可调等显著优势，特别是自励式磁控电抗器因其不需要独立直流偏磁激励源，正广泛应用于抑制过电压、潜供电流，补偿电力系统无功功率，维持电网电压水平等方面。

然而，随着电网负荷的日益复杂化，使得系统对动态无功补偿的响应速度有了更高要求。因而，现有技术中也开展研究了自励式磁控电抗器各种快速性改善措施，虽然有一定改善效果，但相应的电路结构和控制策略变得异常复杂。尤其大多措施采用增加直流偏磁电压或复励磁方式，都需提供一套独立的激励源，不但使得投资成本和占地面积大大增加而且加大了现场的过程控制难度。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的缺陷而提供一种快速响应型自励式磁控电抗器，有效解决了现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：所述的一种快速响应型自励式磁控电抗器，其特点是包括第一铁心和第二铁心，所述的第一铁心上设置有第一工作绕组和第四工作绕组，第二铁心上设置有第二工作绕组和第三工作绕组，第一铁心和第二铁心中间均设置有磁阀，第一铁心一侧对应设置有第一旁轭，第一旁轭上设置有第一激励绕组，第二铁心一侧对应设置有第二旁轭，第二旁轭上设置有第二激励绕组，第一铁心上还设置有第一控制绕组，第二铁心上还设置有第二控制绕组，第一激励绕组和第二激励绕组与第一控制绕组和第二控制绕组之间设置有可控整流装置。

所述的第一工作绕组和第三工作绕组串联构成第一串联体，第二工作绕组和第四工作绕组串联构成第二串联体，第一串联体和第二串联体并联，并联两端作为电抗器外部端子；第一铁心和第二铁心中的变化磁通在第一工作绕组、第二工作绕组、第三工作绕组和第四工作绕组中均感应出相应的感应电动势，每个工作绕组上的感应电动势相互抵消，消除了影响磁控电抗器响应速度的主要因素。

所述的第一激励绕组和第二激励绕组按同一时刻产生感应电动势同向叠加原则串联；第一控制绕组和第二控制绕组按在第一铁心和第二铁心上同一时刻产生磁通方向相反原则串联；所述的可控整流装置输入端连接第一激励绕组和第二激励绕组串联后的端子，可控整流装置输出端连接第一控制绕组和第二控制绕组串联后的端子。

所述的第一工作绕组、第二工作绕组、第三工作绕组和第四工作绕组的绕组匝数和选材均相同；第一激励绕组和第二激励绕组的绕组匝数和选材均相同；第一控制绕组和第二控制绕组的绕组匝数和选材均相同。

所述的第一工作绕组、第二工作绕组、第三工作绕组、第四工作绕组、第一激励绕组、第二激励绕组、第一控制绕组和第二控制绕组与电抗器本体在一起，可控整流装置设计在控制柜内。

所述的第一旁轭和第一铁心与第二旁轭和第二铁心中存在工频交变磁通回路，所述的第一铁心和第二铁心中存在直流偏磁磁通回路。

所述的第一旁轭、第二旁轭上的第一激励绕组、第二激励绕组两端会感应出相应的感应电动势，电动势大小与电抗器工作电压符合双绕组变压器原副边电压变比关系；将第一激励绕组和第二激励绕组上的感应电动势同向叠加作为自励磁的激励源，再经可控整流装置为第一控制绕组和第二控制绕组提供直流偏磁电流，改变可控整流装置触发角度大小就能实现直流偏磁磁通的调整，使磁控电抗器容量得到调节。

本发明的有益效果是：所述的一种快速响应型自励式磁控电抗器，其利用流过第一旁轭、第二旁轭的交变磁通在第一激励绕组和第二激励绕组上分别产生的感应电动势，并将两感应电动势进行同向串联叠加构建磁控电抗器的自励磁激励源，再与可控整流装置、第一控制绕组和第二控制绕组连接，形成新型自励磁方式且提高了铁磁材料利用率；实现自励式磁控电抗器控制回路和工作回路的分离，更方便控制回路的参数设计；通过将工作回路中第一工作绕组、第二工作绕组、第三工作绕组和第四工作绕组交叉串并联连接，简单有效地实现磁控电抗器响应速度的大幅提高。采用自励式控制回路和交叉串联型的工作回路，能使因直流偏磁磁通变化而在各工作绕组上产生的感应电动势相互抵消，进而消除了影响磁控电抗器快速性的主要因素，实现快速响应。具有改动较小、结构简单、综合性能较佳的特点，且不需要重新设计控制策略、容易一体化设计生产。

附图说明

图1为本发明的结构原理示意图；

图2为本发明本体磁通流通结构示意图；

图3为本发明工作绕组和控制绕组结构结构示意图。

图中所示：1.第一铁心；2.第二铁心；3.第一旁轭；4.第二旁轭；5.磁阀；6.第一工作绕组；7.第二工作绕组；8.第三工作绕组；9.第四工作绕组；10.第一激励绕组；11.第二激励绕组；12.可控整流装置；13.第一控制绕组；14.第二控制绕组；15.交变磁通；16.直流偏磁磁通。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1至3所示，所述的一种快速响应型自励式磁控电抗器，其特点是包括第一铁心1和第二铁心2，所述的第一铁心1上设置有第一工作绕组6和第四工作绕组9，第二铁心2上设置有第二工作绕组7和第三工作绕组8，第一铁心1和第二铁心2中间均设置有磁阀5，第一铁心1一侧对应设置有第一旁轭3，第一旁轭3上设置有第一激励绕组10，第二铁心2一侧对应设置有第二旁轭4，第二旁轭4上设置有第二激励绕组11，第一铁心1上还设置有第一控制绕组13，第二铁心2上还设置有第二控制绕组14，第一激励绕组10和第二激励绕组11与第一控制绕组13和第二控制绕组14之间设置有可控整流装置12。

所述的第一工作绕组6和第三工作绕组8串联构成第一串联体，第二工作绕组7和第四工作绕组9串联构成第二串联体，第一串联体和第二串联体并联，并联两端作为电抗器外部端子；第一铁心1和第二铁心2中的变化磁通在第一工作绕组6、第二工作绕组7、第三工作绕组8和第四工作绕组9中均感应出相应的感应电动势，每个工作绕组上的感应电动势相互抵消，消除了影响磁控电抗器响应速度的主要因素。

所述的第一激励绕组10和第二激励绕组11按同一时刻产生感应电动势同向叠加原则串联；第一控制绕组13和第二控制绕组14按在第一铁心1和第二铁心2上同一时刻产生磁通方向相反原则串联；所述的可控整流装置12输入端连接第一激励绕组10和第二激励绕组11串联后的端子，可控整流装置12输出端连接第一控制绕组13和第二控制绕组14串联后的端子。

所述的第一旁轭3和第一铁心1与第二旁轭4和第二铁心2中存在工频交变磁通15回路，所述的第一铁心1和第二铁心2中存在直流偏磁磁通16回路。

所述的一种快速响应型自励式磁控电抗器，其由第一工作绕组6、第二工作绕组7、第三工作绕组8和第四工作绕组9连接构成的称为工作回路；其中包含可控整流装置12的闭合回路称为控制回路。根据电磁感应定律可知，设置在第一旁轭3、第二旁轭4上的第一激励绕组10、第二激励绕组11两端会感应出相应的感应电动势，电动势大小与电抗器工作电压符合双绕组变压器原副边电压变比关系；将第一激励绕组10和第二激励绕组11上的感应电动势同向叠加作为自励磁的激励源，再经可控整流装置12为第一控制绕组13和第二控制绕组14提供直流偏磁电流，改变可控整流装置12触发角度大小就能实现直流偏磁磁通16的调整，使磁控电抗器容量得到调节。

所述的一种快速响应型自励式磁控电抗器，其第一工作绕组6、第二工作绕组7、第三工作绕组8和第四工作绕组9的绕组匝数和选材均相同；第一激励绕组10和第二激励绕组11的绕组匝数和选材均相同；第一控制绕组13和第二控制绕组14的绕组匝数和选材均相同。具体绕组的匝数及选材根据所需电抗器容量、电压等级及应用场合进行确定。第一工作绕组6、第二工作绕组7、第三工作绕组8和第四工作绕组9按照同一时刻在第一铁心1、第二铁芯2中产生的磁通方向相同原则串并联连接；第一激励绕组10和第二激励绕组11按照同一时刻产生感应电动势同向叠加原则串联连接；第一控制绕组13和第二控制绕组14按照同一时刻在第一铁心1、第二铁芯2中产生的磁通方向相反原则串联连接。

所述的一种快速响应型自励式磁控电抗器，其工作绕组中的感应电动势由于方向相反大小相等，将彼此抵消，完全不影响控制回路直流偏磁磁通16的过渡，实现磁控电抗器的快速响应。减小控制电压时的结论与增加控制电压一致，其第一工作绕组6、第二工作绕组7、第三工作绕组8、第四工作绕组9、第一激励绕组10、第二激励绕组11、第一控制绕组13和第二控制绕组14与电抗器本体在一起，可控整流装置12设计在控制柜内。

所述的一种快速响应型自励式磁控电抗器，根据电磁感应定律可知，位于第一旁轭3、第二旁轭4上的第一激励绕组10、第二激励绕组11上将感应出感应电动势，将第一激励绕组10和第二激励绕组11串联后经可控整流装置12整流再为第一铁心1和第二铁心2上的第一控制绕组13、第二控制绕组14提供直流偏磁电流，通以直流偏磁电流的第一控制绕组13、第二控制绕组14将在第一铁心1和第二铁心2中产生直流偏磁磁通16，形成自励磁方式；通过控制可控整流装置12实现直流偏磁电流的调节，进而改变直流偏磁磁通16大小实现调节第一铁心1和第二铁心2上磁阀的磁饱和度，最终实现磁控电抗器的容量调节。交叉串并联结构的第一工作绕组6、第二工作绕组7、第三工作绕组8和第四工作绕组9会使直流偏磁磁通16在各自绕组上的感应电动势相互抵消，消除了对直流偏磁磁通16过渡过程的主要影响因素，从而有效改善了磁控电抗器的响应速度。其自励磁方式指提供控制回路的激励源不需要单独从外部提供，仍由电抗器本体构建。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种快速响应型自励式磁控电抗器，其特征是包括第一铁心和第二铁心，所述的第一铁心上设置有第一工作绕组和第四工作绕组，第二铁心上设置有第二工作绕组和第三工作绕组，第一铁心和第二铁心中间均设置有磁阀，第一铁心一侧对应设置有第一旁轭，第一旁轭上设置有第一激励绕组，第二铁心一侧对应设置有第二旁轭，第二旁轭上设置有第二激励绕组，第一铁心上还设置有第一控制绕组，第二铁心上还设置有第二控制绕组，第一激励绕组和第二激励绕组与第一控制绕组和第二控制绕组之间设置有可控整流装置；所述的第一工作绕组和第三工作绕组串联构成第一串联体，第二工作绕组和第四工作绕组串联构成第二串联体，第一串联体和第二串联体并联，并联两端作为电抗器外部端子；第一铁心和第二铁心中的变化磁通在第一工作绕组、第二工作绕组、第三工作绕组和第四工作绕组中均感应出相应的感应电动势，每个工作绕组上的感应电动势相互抵消；所述的第一激励绕组和第二激励绕组按同一时刻产生感应电动势同向叠加原则串联；第一控制绕组和第二控制绕组按在第一铁心和第二铁心上同一时刻产生磁通方向相反原则串联；所述的可控整流装置输入端连接第一激励绕组和第二激励绕组串联后的端子，可控整流装置输出端连接第一控制绕组和第二控制绕组串联后的端子。

2.如权利要求1所述的一种快速响应型自励式磁控电抗器，其特征在于：所述的第一工作绕组、第二工作绕组、第三工作绕组和第四工作绕组的绕组匝数和选材均相同；第一激励绕组和第二激励绕组的绕组匝数和选材均相同；第一控制绕组和第二控制绕组的绕组匝数和选材均相同。

3.如权利要求1所述的一种快速响应型自励式磁控电抗器，其特征在于：所述的第一工作绕组、第二工作绕组、第三工作绕组、第四工作绕组、第一激励绕组、第二激励绕组、第一控制绕组和第二控制绕组与电抗器本体在一起，可控整流装置设计在控制柜内。

4.如权利要求1所述的一种快速响应型自励式磁控电抗器，其特征在于：所述的第一旁轭和第一铁心与第二旁轭和第二铁心中存在工频交变磁通回路，所述的第一铁心和第二铁心中存在直流偏磁磁通回路。

5.如权利要求1所述的一种快速响应型自励式磁控电抗器，其特征在于：所述的第一旁轭、第二旁轭上的第一激励绕组、第二激励绕组两端会感应出相应的感应电动势，电动势大小与电抗器工作电压符合双绕组变压器原副边电压变比关系；将第一激励绕组和第二激励绕组上的感应电动势同向叠加作为自励磁的激励源，再经可控整流装置为第一控制绕组和第二控制绕组提供直流偏磁电流，改变可控整流装置触发角度大小就能实现直流偏磁磁通的调整，使磁控电抗器容量得到调节。