揭秘串聯(lián)電抗器式可控電抗器的工作原理

    揭秘串聯(lián)電抗器式可控電抗器的工作原理
    本文主要研究串聯(lián)電抗器式可控電抗器的結(jié)構(gòu)、工作原理以及工作特性；利用分析多并聯(lián)支路電抗器的工作原理和各個(gè)控制繞組的限流電抗器的設(shè)計(jì)方法來(lái)分析無(wú)級(jí)連續(xù)可控電抗器；對(duì)其單相傳輸線與負(fù)載之間相互關(guān)系進(jìn)行了的計(jì)算，設(shè)計(jì)出其控制系統(tǒng)，并通過(guò)仿真驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。

    文中最后提出了一種基于無(wú)級(jí)連續(xù)可控電抗器的消弧線圈設(shè)計(jì)；分析了其產(chǎn)生諧波的原因，設(shè)計(jì)了一種三控制繞組結(jié)構(gòu)的無(wú)級(jí)連續(xù)可控電抗器型消弧線圈，并提出了合理設(shè)計(jì)各控制繞組額定輸出電流的方法。

    (1) 串聯(lián)電抗器式可控電抗器的工作原理和諧波分析。首先對(duì)串聯(lián)電抗器式可控電抗器中的多并聯(lián)支路可控電抗器的工作原理和諧波進(jìn)行了詳細(xì)分析、研究，并在此基礎(chǔ)上，提出了無(wú)級(jí)連續(xù)可控電抗器的原理和諧波分析方法。

    (2) 本章首先對(duì)多并聯(lián)支路可控電抗器的數(shù)學(xué)模型和工作特性進(jìn)行了全面的分析，再利用分析多并聯(lián)支路可控電抗器的遞推方法來(lái)分析無(wú)級(jí)連續(xù)可控電抗器的數(shù)學(xué)模型和工作特性，最后利用Matlab/PSB對(duì)無(wú)級(jí)連續(xù)可控電抗器的工作特性進(jìn)行了仿真分析。

    (3) 通過(guò)分析單相無(wú)損傳輸線的線電壓、線長(zhǎng)度、電感、電容、負(fù)載之間的關(guān)系，利用工程設(shè)計(jì)方法和動(dòng)態(tài)無(wú)功功率的補(bǔ)償理論，建立了單相無(wú)級(jí)連續(xù)可控電抗器的線電壓控制系統(tǒng)；通過(guò)Matlab/PSB建立了仿真模型，動(dòng)態(tài)地研究了無(wú)級(jí)連續(xù)可控電抗器在電網(wǎng)中的應(yīng)用效果。

    (4) 對(duì)消弧線圈的作用以及國(guó)內(nèi)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，最后基于目前情況提出了一種新型的串聯(lián)電抗器式可控電抗器的消弧線圈，并對(duì)其進(jìn)行了諧波分析，提出了繞組容量的設(shè)計(jì)方案。 

    串聯(lián)電抗器式可控電抗器的工作原理
    1.1 多并聯(lián)支路可控電抗器的工作原理
圖1.4為n級(jí)并聯(lián)支路可控電抗器的單相電路圖，圖中nJ 為雙向晶閘管，繞組1和繞組2分別為工作和控制繞組，繞組3與其他兩相的相應(yīng)繞組接成三角形以濾除3次及其奇數(shù)倍次諧波電流，假若沒(méi)有繞組3，要確定級(jí)數(shù)n時(shí)必須要將3次及其奇數(shù)倍次諧波電流考慮進(jìn)去。

    這種電抗器的特點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間短，只有0.01S，曾在加拿大的超高壓電網(wǎng)中采用，多組雙向晶閘管分別控制多并聯(lián)電感支路，根據(jù)實(shí)際電網(wǎng)的要求，依次導(dǎo)通和開斷各條支路，使得諧波電流控制在容許的范圍之內(nèi)，從而改變線路電感，使其達(dá)到電網(wǎng)質(zhì)量的要求。

    1.2 無(wú)級(jí)連續(xù)可控電抗器的工作原理
    無(wú)級(jí)連續(xù)可控電抗器的工作原理圖如圖2.1所示[15]顯然，相比于普通變壓器，無(wú)級(jí)連續(xù)可控電抗器類似于一個(gè)副繞組工作于短路狀態(tài)的多繞組變壓器，因此，要求無(wú)級(jí)連續(xù)串聯(lián)電抗器式電抗器的工作繞組和各控制繞組之間要有較大的短路阻抗。如果只是簡(jiǎn)單地依次短接控制繞組，那么工作繞組的功率將是不連續(xù)地分段增大。如果第1個(gè)到第( i -1)個(gè)控制繞組( W )都短路，而第i 個(gè)控制繞組1 + iW 開始工作時(shí)，通過(guò)控制第i 個(gè)晶閘管1 + iT 的導(dǎo)通角就可以達(dá)到平滑調(diào)節(jié)無(wú)功功率的目的。所以無(wú)級(jí)連續(xù)串聯(lián)電抗器式電抗器是無(wú)級(jí)連續(xù)平滑調(diào)節(jié)的。1 + NW 為短路阻抗繞組，作用是為了方便測(cè)試變壓器的性能指標(biāo)。

    當(dāng)晶閘管在一個(gè)周期內(nèi)始終處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，可以認(rèn)為繞組電流為正弦波，沒(méi)有諧波成分。但當(dāng)晶閘管僅在一個(gè)周期內(nèi)的部分時(shí)段內(nèi)導(dǎo)通，它所串接的控制繞組電流中就含有諧波成分。因?yàn)槊總�(gè)控制繞組的容量只是電抗器總?cè)萘康囊徊糠�，而每一個(gè)穩(wěn)定工作狀態(tài)下只有一個(gè)繞組處于調(diào)節(jié)狀態(tài)，其它繞組或始終短路或始終開路，所以，盡管處于調(diào)節(jié)狀態(tài)的控制繞組的電流中含有諧波成分，而且占有該控制繞組基波電流的比重可能很大，但從工作繞組側(cè)來(lái)看， 電流諧波與總工作電流相比就很小了，能夠滿足電網(wǎng)對(duì)諧波的要求。減小由于晶閘管在一個(gè)周期內(nèi)部分導(dǎo)通引起的諧波含量，這正是無(wú)級(jí)連續(xù)串聯(lián)電抗器式電抗器設(shè)計(jì)成平滑調(diào)節(jié)的目的所在。

    1.3 分段串聯(lián)電抗器式可控電抗器的工作原理
    分段串聯(lián)電抗器式可控電抗器的工作原理圖如圖 2.2 所示。在圖 2.2 中，可控電抗器工作繞組接線端子 A、X 直接與特高壓電網(wǎng)母線連接。

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