一种正交耦合型混合铁芯式超导可控电抗器制造技术

本发明专利技术公开了一种正交耦合型混合铁芯式超导可控电抗器，包括第一磁轭、第二磁轭，工作线圈，超导励磁线圈组和低温杜瓦；第一磁轭为两段“U”型铁芯，由取向硅钢片叠压而成；第二磁轭包括“口”型铁芯，由无取向硅钢片叠压而成。每一“U”型铁芯上下两线圈交叉串联后并联，四个工作线圈共同构成工作线圈组。在“口”型第二磁轭上下各有一个超导励磁线圈，各超导励磁线圈电感值相等，反向串联构成超导励磁绕组，超导励磁线圈放置于非导磁低温杜瓦中。本发明专利技术可以大容量连续可调的补偿电网的无功功率，改善输电系统的稳定性，提高输电能力，抑制系统过电压。

An orthogonal coupling type hybrid iron core type superconducting controllable reactor

The invention discloses an orthogonal coupling hybrid core type superconducting controllable reactor, which comprises a first yoke, a second yoke, the work coil, excitation coil and superconducting cryostat; the first yoke for the two \U\ type iron core, a grain oriented silicon steel laminations; second yoke including \mouth\ core, by non oriented silicon steel laminations. Each of the \U\ type iron cores is connected with the upper and the lower two coils in series and connected in parallel, and the four working coils form a working coil group together. A superconducting excitation coil is respectively arranged on the upper and lower sides of the second yoke of the mouth type, and the inductance values of each superconducting excitation coil are equal, and a superconducting exciting coil is formed in series in reverse series, and the superconducting excitation coil is arranged in the non-magnetic low temperature dewar. The invention can compensate the reactive power of the power grid with large capacity and continuously and continuously, improve the stability of the transmission system, improve the transmission capacity and restrain the overvoltage of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种正交耦合型混合铁芯式超导可控电抗器
本专利技术属于电抗器技术，具体涉及一种正交耦合型混合铁芯式超导可控电抗器。
技术介绍
发展高压、特高压输电是我国电力工业发展的必然趋势，特高压、超高压输电对电网的安全稳定运行及电能质量提出了更高的要求。电网中的无功补偿，可以改善输电系统的稳定性，抑制系统过电压，提高输电能力。可控电抗器是目前在电网中应用最广泛的无功补偿装置之一。可控电抗器是一种特殊的高压或特高压电抗器。通过对传输线路负荷的电抗进行调节来提供连续的无功补偿，控制电网中的无功容量，可降低传输线路的损耗，同时提高传输的有功容量。传统意义上的可控电抗器有调匝式可控电抗器、调气隙尺寸式可控电抗器、可控硅控制电抗器和饱和电抗器。而应用最为广泛的可控电抗器有两类：可控硅控制电抗器中的晶闸管控制电抗器、饱和电抗器中的磁阀式电抗器。晶闸管控制电抗器由于功率电子的快速发展而得到广泛应用，晶闸管控制电抗器响应速度快，技术较成熟，但是造价高、维护困难、谐波污染较严重，大规模的应用仍受到诸多限制；磁阀式可控电抗器由外部铁心柱、分裂铁心柱、绕组、可控硅及触发装置组成，磁阀处可设计的接近极限饱和，因此电抗器在其线性调节范围内谐波很小，但磁阀磁阻有限，可调范围受到抑制。此外，接线相对复杂，极限饱和下过负载能力较差。超导可控电抗器是基于超导材料的超导电特性制成的，在低温下运行的超导可控电抗器和传统意义上的可控电抗器相比，具有体积小、重量轻，效率高，阻燃，谐波小等优点，可降低装置的成本和空间，提高系统的稳定性。基于超导材料的超导可控电抗器对电抗的调节主要包括两种方式，一种方式就是不失超型超导可控电抗器，即在电抗器的调节过程中，超导材料不失超，在液氮低温区完成调节；另外一种就是失超型超导可控电抗器，也就是传统意义上的超导故障限流器。不失超型超导可控电抗器目前应用的不多，分为可连续可调型超导可控电抗器和不可连续可调型超导可控电抗器。目前国内外研究最深入的不连续可调的超导可控电抗器是饱和铁芯型超导可控电抗器。而连续可调不失超型超导可控电抗器的研究还是本学科的前沿研究课题，特别是高压、特高压不失超型可连续可调的超导可控电抗器的研究，在理论和工程实践方面都具有很强的挑战性，目前已初步取得了一些理论成果。失超型超导可控电抗器是利用超导体的超导态(S)/正常态(N)转变特性。线路正常时，超导体处于超导态，其电抗值非常小；在发生故障时，它转为正常态，也即失超，此时超导电抗器具有很大的电抗，也就实现了电抗的可调。失超型超导可控电抗器在实际中常用来限制故障电流。但失超型超导电抗器的缺点是电抗不能连续可调，而且存在失超保护和失超后的恢复问题，在实际应用中控制起来比较复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种正交耦合型混合铁芯式超导可控电抗器，目的在于大容量连续调节电抗器的输出电抗，以补偿电网的无功功率，实现无功控制调节。本专利技术提供了一种正交耦合型混合铁芯式超导可控电抗器，包括：第一磁轭、第二磁轭、工作线圈组、超导励磁线圈组和低温杜瓦装置；所述第一磁轭与所述第二磁轭相互垂直且在所述第一磁轭与所述第二磁轭之间设置有固定长度的气隙，所述工作线圈组绕制于所述第一磁轭上，所述超导励磁线圈组绕于所述第二磁轭上，且所述超导励磁线圈组密封于所述低温杜瓦装置内；工作线圈组与电力系统相连，超导励磁线圈组由励磁电路控制电流大小，第一磁轭、第二磁轭与气隙共同构成工作线圈组磁路，第二磁轭为励磁绕组磁路，同时作为工作线圈组磁路的一部分，低温杜瓦装置内填充有低温液氮，保证超导材料的安全稳定性。更进一步地，所述第一磁轭包括两个“U”型第一铁芯，两者结构相同且平行布置；所述第二磁轭包括一个“口”型第二铁芯，所述第一铁芯与所述第二铁芯成垂直分布，且在所述第一铁芯与所述第二铁芯之间设置有所述气隙。由于第一磁轭与第二磁轭相互垂直，且在两部分磁轭间增加气隙，因此第一磁轭不需闭合，采用“U”型铁芯。第二磁轭主要提供励磁磁路，采用闭合“口”型铁芯能够降低漏磁，提高励磁效率，因此采用“口”型结构。更进一步地，第一铁芯由取向硅钢片叠压而成，第一磁轭为工作段铁芯，为减小电抗谐波，需保证磁轭磁导率相对稳定，取向硅钢片在相同磁密情况下磁导率相对较高，饱和程度低，此外，第一铁芯内磁通均为交流磁通，方向与硅钢片电压方向相同，采用取向硅钢片铁芯相对较低，因此工作段铁芯采用取向硅钢片能获得稳定磁导率及较低的铁损。更进一步地，工作线圈组包括：四个工作线圈，在每个第一铁芯上均套设有上、下两个工作线圈，各工作线圈结构相同电感相等，每个第一铁芯上下两线圈交叉串联后并联。更进一步地，第二铁芯由无取向硅钢片叠压而成；第二磁轭为励磁磁轭，通过控制第二磁轭的饱和程度而改变工作磁路的磁阻，相同磁密下，无取向硅钢片磁导率更低，磁阻更大；第二磁轭内磁通包含交流磁通和直流磁通，两者在结合处相互垂直，采用无取向硅钢片才能保证铁芯各处磁导率一致，因此第二铁芯采用取向硅钢片更有利。更进一步地，超导励磁线圈组包括两个反向串联的超导励磁线圈，分别设置在所述第二磁轭的上面和下面，且两个超导励磁线圈的电感值相等。本专利技术中，由于第一磁轭与第二磁轭相互分离，使得工作电路与控制电路耦合程度低；磁轭间的气隙磁导率恒定为1，磁阻稳定，使得工作线圈组电感值在励磁时稳定性得到保证；采用超导材料作为励磁绕组，通流密度高、损耗低，可提供更高且稳定的励磁，同时减小励磁绕组体积，使结构更为紧凑；励磁绕组结构简单，可实现快速平滑励磁调节，综合以上技术优势可知，本专利技术工作电路与控制电路耦合程度低，感应电压问题基本得到解决，工作线圈组电感值稳定，励磁绕组损耗低、结构紧凑，可以连续平滑快速的对电网进行大容量连续可调无功补偿。附图说明图1为正交耦合型混合铁芯式超导可控电抗器磁体部分3D模型图；图2为正交耦合型混合铁芯式超导可控电抗器铁芯间气隙位置示意图；图3为正交耦合型混合铁芯式超导可控电抗器超导绕组及低温杜瓦图；图4为正交耦合型混合铁芯式超导可控电抗器工作线圈组接线示意图；图5为正交耦合型混合铁芯式超导可控电抗器实例的工作特性曲线。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供一种超导可控电抗器，包括第一磁轭、第二磁轭、工作线圈组、超导励磁线圈组和低温杜瓦装置；第一磁轭与第二磁轭相互垂直，之间设有固定长度气隙，工作线圈组绕制于第一磁轭，励磁绕组绕于第二磁轭，励磁绕组密封于低温杜瓦装置内(低温杜瓦装置是指温度为68K～70K的杜瓦装置)；工作线圈组与电力系统相连，励磁绕组由励磁电路控制电流大小，第一磁轭、第二磁轭与气隙共同构成工作线圈组磁路，第二磁轭为励磁绕组磁路，同时作为工作线圈组磁路的一部分，低温杜瓦装置内填充有低温液氮，保证超导材料的安全稳定性。在本专利技术实施例中，第一磁轭可以为口型铁芯，采用U型铁芯是为了增加一段气隙。第一磁轭包括两个“U”型第一铁芯，两者结构相同且平行布置。而工作线圈组包含4个线圈，两两串联后并联最终接于电力系统，为保证两并联支路间不存在环流，使铁芯结构相同且工作线圈交叉连接，保证两个支路的电感值相等。在本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种正交耦合型混合铁芯式超导可控电抗器，其特征在于，包括：第一磁轭、第二磁轭、工作线圈组、超导励磁线圈组和低温杜瓦装置；所述第一磁轭与所述第二磁轭相互垂直且在所述第一磁轭与所述第二磁轭之间设置有固定长度的气隙，所述工作线圈组绕制于所述第一磁轭上，所述超导励磁线圈组绕于所述第二磁轭上，且所述超导励磁线圈组密封于所述低温杜瓦装置内。

【技术特征摘要】
1.一种正交耦合型混合铁芯式超导可控电抗器，其特征在于，包括：第一磁轭、第二磁轭、工作线圈组、超导励磁线圈组和低温杜瓦装置；所述第一磁轭与所述第二磁轭相互垂直且在所述第一磁轭与所述第二磁轭之间设置有固定长度的气隙，所述工作线圈组绕制于所述第一磁轭上，所述超导励磁线圈组绕于所述第二磁轭上，且所述超导励磁线圈组密封于所述低温杜瓦装置内。2.如权利要求1所述的超导可控电抗器，其特征在于，所述第一磁轭包括两个“U”型第一铁芯，两者结构相同且平行布置；所述第二磁轭包括一个“口”型第二铁芯，所述第一铁芯与所述第二铁芯呈垂直分布，且在所述第一铁芯与所述第二铁芯之间设置有所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐跃进，王作帅，任丽，徐颖，严思念，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42