CN106026813A - 一种快速响应饱和电抗器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种快速响应饱和电抗器。它包括饱和电抗器、续流与去磁电路；续流与去磁电路代替饱和电抗器原有续流二极管；续流与去磁电路包括晶闸管D6，二极管D4，大功率稳压管D5；二极管D4与大功率稳压管D5反向串联后，再与晶闸管D6并联；二极管D4与晶闸管D6同方向；晶闸管D6的控制端子受控制模块控制，大功率稳压管D5在不超过稳定电压条件下最快耗能。

Description

一种快速响应饱和电抗器
技术领域
本发明涉及电力系统送变电技术领域，特别涉及一种快速响应饱和电抗器。
背景技术
电抗器在电力系统中的应用非常广泛。在一些应用领域，电抗器的电抗值是固定不变的；而在另一些应用领域，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。
饱和电抗器通过连续调节闭环铁心上直流线圈中直流电流的大小来调节闭环铁心的饱和程度，实现连续调节闭环铁心上交流线圈(电抗线圈)电抗值的大小。目前已经有许多饱和电抗器被提出来,但是其性能仍需要提高。
CN201410714156.6专利提出一种缩短暂态响应时间的饱和电抗器，但是，该饱和电抗器的暂态响应时间仍然较长。CN104795202A专利提出另一种饱和电抗器，如图1所示。该饱和电抗器从小电流调节到大电流时的响应速度很快，且性能优良；但从大电流调节到小电流的响应速度则比较慢，存在缺陷。因此，需要在CN104795202A专利的基础上，改进饱和电抗器大电流调节到小电流的响应速度。
CN102904263A专利提出了另一种快速饱和电抗器。其特点是用续流与去磁电路替换饱和电抗器原有续流二极管，使得该饱和电抗器从大电流调节到小电流的响应速度很快，具有优点。续流与去磁电路包含两只IGBT和一只电阻。正常运行时，一只IGBT完全导通，另一只IGBT完全截止，使得续流二极管投入，去磁功能退出。当饱和电抗器大电流调节到小电流时，控制两只IGBT的工作状态，投入去磁电路消耗电磁能量，实现大电流调节到小电流的快速响应。缺点是，续流与去磁电路不够简单，不够可靠，耗能不够快。
CN103066908A专利提出另一种快速饱和电抗器。其特点也是用续流与去磁电路替换饱和电抗器原有续流二极管，使得该饱和电抗器从大电流调节到小电流的响应速度很快，具有优点。该续流与去磁电路包含一只IGBT和一只电阻。正常运行时，IGBT完全导通，使得续流二极管投入，去磁功能退出。当饱和电抗器大电流调节到小电流时，控制IGBT完全截止，投入去磁电路消耗电磁能量，实现大电流调节到小电流的快速响应。CN103066908A只需一只IGBT，节约成本。缺点是，续流与去磁电路不够可靠，耗能不够快。
期刊《广东电力》2013年8月对CN103066908A专利的续流与去磁电路进行改进。其特点是，用晶闸管代替了CN103066908A专利续流与去磁电路中的IGBT。正常运行时，触发晶闸管完全导通，使得续流二极管投入，去磁功能退出。当饱和电抗器大电流调节到小电流时，停止触发晶闸管使其截止，投入续流与去磁电路消耗电磁能量，实现大电流调节到小电流的快速响应。实验表明，当饱和电抗器大电流调节到小电流时，立即停止触发晶闸管，这时晶闸管将有叠加有高频分量的衰减的直流分量流过，晶闸管不能在100毫秒内截止，只能等到晶闸管电流出现过零点时被截止，去磁电路才消耗电磁能量。可见，该续流与去磁电路应用到传统饱和电抗器中时，快速性有限。该续流与去磁电路只有应用到其它饱和电抗器，停止触发晶闸管，晶闸管能在10毫秒内截止，方可发挥优势。该续流与去磁电路不够可靠，耗能不够快。
总之，上述续流与去磁电路还不够简单、可靠性不够高，耗能不够快。
发明内容
本发明的目的就是为解决上述问题，提供一种续流与去磁电路更简单、可靠性更高、耗能更快的快速响应饱和电抗器。
为实现上述目的，本发明采用如下方式：
一种快速响应饱和电抗器，在饱和电抗器设置或可设置续流二极管的位置改为接入续流与去磁电路，所述续流与去磁电路包括：
晶闸管D6，二极管D4，大功率稳压管D5；
二极管D4与大功率稳压管D5反向串联后，再与晶闸管D6并联；二极管D4与晶闸管D6同方向；晶闸管D6的控制端子受控制模块控制；大功率稳压管D5在不超过稳定电压条件下最快耗能。
所述饱和电抗器从大电流调节到小电流时，控制模块控制晶闸管D6从完全导通变为导通不畅或截止，大功率稳压管D5消耗饱和电抗器的电能；饱和电抗器缩短大电流调节到小电流的暂态过程。
所述晶闸管D6停止触发后,在10毫秒内流过晶闸管D6的电流必定有过零点，电流过零点时晶闸管D6截止，启动大功率稳压管D5耗能功能，保证调节的快速性。
一种快速响应饱和电抗器，在饱和电抗器设置或可设置续流二极管的位置改为接入续流与去磁电路，所述续流与去磁电路包括：
二极管D4，大功率稳压管D5，IGBT；
二极管D4与大功率稳压管D5反向串联，大功率稳压管D5还与IGBT同向并联；IGBT的控制端子受控制模块控制；大功率稳压管D5在不超过稳定电压条件下最快耗能。
所述IGBT被其它可控电力电子器件代替。
所述饱和电抗器从大电流调节到小电流时，控制模块控制IGBT从完全导通变为导通不畅或截止，大功率稳压管D5消耗饱和电抗器的电能；饱和电抗器缩短大电流调节到小电流的暂态过程。
所述IGBT在电流没有过零时强行截止，启动大功率稳压管D5耗能功能。
所述带续流二极管的饱和电抗器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模块；
每个所述铁芯柱上有三个线圈，第二位置的线圈与第三位置的线圈的匝数不同，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；
各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，晶闸管的控制端受控制模块控制；
其中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续流二极管。
本发明的有益效果是：续流与去磁电路更简单、可靠性更高、耗能更快。大功率稳压管D5过电压时流过电流,将快速消耗能量。大功率稳压管D5在保证续流与去磁电路不会过电压的前提下，快速消耗能量，消耗能量的效果优于电阻，大功率稳压管D5能够实现不超过稳定电压条件下最快耗能。二极管D4与大功率稳压管D5可保护晶闸管D6(IGBT)，使晶闸管D6(IGBT)不会过电压损毁。
附图说明
图1表示CN104795202A提出的饱和电抗器。
图2表示本发明的一种快速响应饱和电抗器。
图3表示本发明的另一种快速响应饱和电抗器。
其中，1.端子I，2.端子II，3.闭环铁芯，4.控制模块。
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：
图1所示带续流二极管的饱和电抗器，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模块；其特征是，
每个所述铁芯柱上有三个线圈，第二位置的线圈与第三位置的线圈的匝数不同，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；
各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，晶闸管的控制端受控制模块控制；
其中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续流二极管；
晶闸管全截止时，晶闸管两端有交流电压；饱和电抗器有最大电抗值；
晶闸管全导通时，晶闸管构成半波整流电路；饱和电抗器有最小电抗值；
控制模块调节晶闸管触发角的大小，实现调节晶闸管整流量的大小；饱和电抗器电抗值在最小电抗值与最大电抗值之间调节、变化。
图1所示带续流二极管的饱和电抗器的细节可参阅CN104795202A，不再累赘。
一种快速响应饱和电抗器的结构与连接方式如图2所示。从图2可以看出，它实际上就是用一种续流与去磁电路代替图1所示带续流二极管的饱和电抗器的原有续流二极管而构成。
续流与去磁电路包括晶闸管D6，二极管D4，大功率稳压管D5；二极管D4与大功率稳压管D5反向串联后，再与晶闸管D6并联；二极管D4与晶闸管D6同方向；晶闸管D6的控制端子受控制模块4控制。
控制模块4控制晶闸管D1、晶闸管D2、晶闸管D6触发角的大小，实现控制晶闸管D1、晶闸管D2和晶闸管D6整流量的大小。
图2所示饱和电抗器正常、稳定运行时，晶闸管D6由控制模块4触发全导通，晶闸管D6实际就是续流二极管的作用。
如果饱和电抗器从小电流调节到大电流，晶闸管D6的状态与正常、稳定运行时一样，不变，仍然由控制模块4触发晶闸管D6全导通。
如果饱和电抗器从大电流调节到小电流，控制模块4调节晶闸管D1、晶闸管D2的触发角(减小晶闸管D1、晶闸管D2的导通量)的同时，调节晶闸管D6触发角，使晶闸管D6减少导通(导通不畅)，或停止触发晶闸管D6，使晶闸管D6截止；当晶闸管D6从完全导通变为导通不畅或截止，晶闸管D6两端电压快速升高，快速升高的电压超过大功率稳压管D5的稳定电压时，被大功率稳压管D5限制，电流流过大功率稳压管D5，大功率稳压管D5消耗饱和电抗器的电能。饱和电抗器缩短大电流调节到小电流的暂态过程。饱和电抗器从大电流调节到小电流的调节过程结束，控制模块触发晶闸管D6全导通，饱和电抗器进入稳定运行状态。
大功率稳压管D5一方面保护晶闸管D6，使晶闸管D6不会过电压损毁；另一方面，大功率稳压管D5过电压时流过电流,将快速消耗能量。实验表明，饱和电抗器从大电流调节到小电流时，消耗能量越快，响应速度越快。大功率稳压管D5在保证不过电压的前提下，快速消耗能量，消耗能量的效果优于电阻，大功率稳压管D5能够实现不超过稳定电压条件下最快耗能。
实验表明，图2所示饱和电抗器，如果晶闸管D6停止触发,在10毫秒内流过晶闸管D6的电流必定有过零点，电流过零点时晶闸管D6截止，启动耗能功能，保证调节的快速性。
晶闸管的可靠性高，晶闸管的容量大，晶闸管的耐压高，晶闸管的价格低。晶闸管的控制模块控制模块简单。
图2所示续流与去磁电路更简单、可靠性更高、耗能更快。
图2所示的续流与去磁电路不但可以应用于图1所示带续流二极管的饱和电抗器，其它与图1所示带续流二极管的饱和电抗器有相同特点的带续流二极管的饱和电抗器，该续流与去磁电路也可置换原有的续流二极管，改进饱和电抗器大电流调节到小电流的响应速度。
实施例2：
另一种快速响应饱和电抗器的结构与连接方式如图3所示(在该实施例中，饱和电抗器还可以采取其他现有形式，并不局限于图1给出的饱和电抗器形式)。从图3可以看出，它实际上就是用另一种续流与去磁电路代替图1所示带续流二极管的饱和电抗器的原有续流二极管而构成。
续流与去磁电路包括二极管D4，大功率稳压管D5，IGBT。二极管D4与大功率稳压管D5反向串联，大功率稳压管D5还与IGBT同向并联。IGBT的控制端子受控制模块4控制。
图3所示饱和电抗器正常、稳定运行时，IGBT由控制模块4控制全导通。二极管D4就是续流二极管的作用。
如果饱和电抗器从小电流调节到大电流，IGBT的状态与正常、稳定运行时一样，不变。仍然由控制模块4控制IGBT全导通。
如果饱和电抗器从大电流调节到小电流，控制模块4调节晶闸管D1、晶闸管D2的触发角(减小晶闸管D1、晶闸管D2的导通量)的同时，调节IGBT导通不畅，或截止；当IGBT从完全导通变为导通不畅或截止，大功率稳压管D5两端电压快速升高，快速升高的电压超过大功率稳压管D5的稳定电压时，被大功率稳压管D5限制，电流流过大功率稳压管D5，大功率稳压管D5消耗饱和电抗器的电能。饱和电抗器缩短大电流调节到小电流的暂态过程。饱和电抗器从大电流调节到小电流的调节过程结束，控制模块控制IGBT全导通，饱和电抗器进入稳定运行状态。
与实施例1相同的部分不再累赘。
实施例1所提出的续流与去磁电路置换图1所示带续流二极管的饱和电抗器中的续流二极管可实现快速饱和电抗器，实施例1所提出的续流与去磁电路也可置换与图1不同结构的带续流二极管的饱和电抗器中的续流二极管实现快速饱和电抗器。但是实施例1所提出的续流与去磁电路置换一切带续流二极管的饱和电抗器中的续流二极管，不可能都实现快速饱和电抗器。例如：实施例1所提出的续流与去磁电路置换传统饱和电抗器中的原有续流二极管时，可能出现晶闸管D6停止触发后,在100毫秒内流过晶闸管D6的电流不会有过零点(此种情形出现在非图1所示的现有饱和电抗器上)，晶闸管D6只得长时间等待电流过零时截止，启动耗能功能。实施例2则可解决此缺点，利用控制IGBT，在电流没有过零时强行截止，启动耗能功能。因此，实施例2续流与去磁电路不但可用于图1所示带续流二极管的饱和电抗器，还可以用于传统饱和电抗器。实施例2的续流与去磁电路的应用范围比实施例1的续流与去磁电路的应用范围更大。只是，IGBT的可靠性不如晶闸管高，IGBT的容量不如晶闸管大，IGBT的耐压不如晶闸管高，IGBT的价格不如晶闸管低。IGBT器件控制电路不如晶闸管的控制电路简单。
不难看出，图3所示IGBT用其它可控电力电子器件(例如：晶体管、GTO等)代替，也是可以的。
本发明的一种快速响应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 (7)

1.一种快速响应饱和电抗器，其特征是，在饱和电抗器设置或可设置续流二极管的位置改为接入续流与去磁电路，所述续流与去磁电路包括：
晶闸管D6，二极管D4，大功率稳压管D5；
二极管D4与大功率稳压管D5反向串联后，再与晶闸管D6并联；二极管D4与晶闸管D6同方向；晶闸管D6的控制端子受控制模块控制；大功率稳压管D5在不超过稳定电压条件下最快耗能。
2.如权利要求1所述的快速响应饱和电抗器，其特征是，所述饱和电抗器从大电流调节到小电流时，控制模块控制晶闸管D6从完全导通变为导通不畅或截止，大功率稳压管D5消耗饱和电抗器的电能；饱和电抗器缩短大电流调节到小电流的暂态过程。
3.如权利要求1或2所述的快速响应饱和电抗器，其特征是，所述晶闸管D6停止触发后,在10毫秒内流过晶闸管D6的电流必定有过零点，电流过零点时晶闸管D6截止，启动大功率稳压管D5耗能功能，保证调节的快速性。
4.一种快速响应饱和电抗器，其特征是，在饱和电抗器设置或可设置续流二极管的位置改为接入续流与去磁电路，所述续流与去磁电路包括：
二极管D4，大功率稳压管D5，IGBT；
二极管D4与大功率稳压管D5反向串联，大功率稳压管D5还与IGBT同向并联；IGBT的控制端子受控制模块控制；大功率稳压管D5在不超过稳定电压条件下最快耗能。
5.如权利要求4所述的快速响应饱和电抗器，其特征是，所述IGBT被其它可控电力电子器件代替。
6.如权利要求4或5所述的快速响应饱和电抗器，其特征是，所述饱和电抗器从大电流调节到小电流时，控制模块控制IGBT从完全导通变为导通不畅或截止，大功率稳压管D5消耗饱和电抗器的电能；饱和电抗器缩短大电流调节到小电流的暂态过程。
7.如权利要求4或5或6所述的快速响应饱和电抗器，其特征是，所述IGBT在电流没有过零时强行截止，启动大功率稳压管D5耗能功能。
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