新型磁控电抗器的研究
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摘要:本文介绍了一种新型磁控电抗器的结构,该电抗器运用两级饱和电抗器来抑制谐波。通过谐波抑制效果,可见双级饱和可控电抗器的总谐波含量明显低于单级饱和可控电抗器。
Abstract: In this paper, a new type of magnetic controllable reactor is proposed. It used two-stage saturable reactor to suppress harnonics. By the harnonic suppression results, we can see that the total harnonic components of the two-stage reactor is obviously lower than single stage one.
关键词:电力系统;磁阀式;新型;两级饱和电抗器;谐波抑制
Key words: power system;magnetic-valve;new type;two-stage saturable reactor;harmonic suppression
中图分类号:TM93文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)25-0139-01
0引言
可控电抗器对电力系统有着非常重要的作用,磁阀式可控电抗器能随着传输功率的变化自动平滑地调节自身容量,在线路传输大功率时,运行在小容量范围内,当线路轻载或空载时,它会增大容量而呈现出深度的补偿效应,能够起到降低工频电压升高的作用。这在很大程度上提高了电网的经济效益。因此,可控电抗器的控制研究一直是电力系统方面研究的重点。传统磁控电抗器应用于单相情况时[1],由于缺乏3次谐波补偿回路而产生较大的谐波,为进一步减少磁控电抗器在单相应用条件下的谐波,本文提出一种新型可抑制3次谐波的双级磁控饱和电抗器。
1传统磁阀式可控电抗器原理
图1为磁阀式可控电抗器原理图,电抗器铁芯磁路由大面积段和小面积段串联而成。因为在磁阀式可控电抗器的整个容量调节范围内,大面积段铁芯的工作状态始终处于磁特性的未饱和线性区,其磁阻相对小面积段铁芯很小,故予忽略。在电抗器的整个容量调节范围内,大截面段始终工作于未饱和线性区,仅有小截面段铁心磁路饱和,且饱和程度很高[2]。在磁控电抗器的工作铁心柱上分别对称的绕有两个线圈,其上有抽头,它们之间接有可控硅T1、T2,不同铁芯的上下两个主绕组交叉链接后并联至电源,续流二极管D接在两个线圈的中间。
2新型磁控电抗器的结构
为了减小工作绕组对控制回路的影响,减少工作电流的谐波含量,扩大电抗器调节深度,降低可控电抗器的体积和成本,减少漏磁损耗及偏磁磁化容量,提出一种新型磁控电抗器结构,如图2所示。这种结构的突出特点是铁芯的边柱上布置了两级减小截面的部分,这两部分为铁芯磁化区,它们工作在不同的饱和度下,可有效降低工作电流谐波含量。同时其铁芯中间柱上还存在空气隙δ0,该气隙的存在使偏磁强度下的工作电流波形进一步改善,更为关键的是使得可控电抗器的响应速度显著提高,有效的减小所需磁化容量,并使其伏安特性在较低工作电压时仍接近线性。工作绕组有三个线包组成,分别布置在两个边柱和中间柱上,直流控制绕组分别放置在两个边柱上,两绕组反串联,使得工频感应电压相互抵消,在忽略交直流绕组电阻的情况下,控制回路的感应电流将降为零。减小截面的部分分多段布置在边柱上,这种布置的目的是为了提高空间利用系数,减小漏磁通。
3两级饱和电抗器消谐机理
两级饱和可控电抗器铁芯结构如图3所示,绕组铁芯由三段不同面积的铁芯串联组成。图中Ab为大截面段铁芯面积,AS为小截面段铁芯面积,长度为l1,Am为中截面段铁芯面积,长度为l2。两级饱和电抗器的谐波电流为:
I=[(β-sinβ)+(β-sinβ)]
I=-+
-,n=1,2,3,…
选择不同的大截面与小截面面积的比值,可控制等效磁化曲线的值;设计大截面段与小截面段长度的比例,可改变等效磁导率;超过S点后磁导率恒为μ0。当控制增加铁芯的直流磁通时,小截面段与中截面段的磁饱和度将自动满足如下关系:当β?燮π时,β=0;当π
图4为在该设计条件下的3次谐波抑制效果图,可见当中截面进入饱和工作区后,电抗器输出电流中3次谐波含量大大减小不到1%。图5为单级饱和可控电抗器与两级饱和可控电抗器总谐波含量的比较,可见两级饱和可控电抗器的总谐波含量明显低于单级饱和可控电抗器。
4结论
本文从减小磁控电抗器自身谐波含量的基础上,研究了一种新型的磁控电抗器的结构。并对该新型可控电抗器的数学模型及谐波产生原因进行分析研究。对比谐波抑制效果表明,通过设置两级饱和区可以大大减小磁控电抗器产生的3次谐波含量。
参考文献:
[1]陈柏超.新型可控电抗器的调压和限压理论及其仿真[D].武汉:武汉水利电力大学,1993.
[2]吴佑寿,丁晓青.汉字识别原理与应用[M].北京:高等教育出版社,1992.