一种磁阀式可控电抗器励磁系统技术方案

本发明专利技术涉及一种磁阀式可控电抗器励磁系统，包括：无功测量及控制保护装置和励磁装置；所述无功测量及保护装置为整个可控电抗器系统的决策机构，用于实现系统无功自动补偿、工作异常时报警以及做出保护措施；所述励磁装置为磁控电抗器的执行机构，作用于电抗器本体，用于根据无功测量及控制保护装置发出决策，产生触发脉冲，驱动大功率晶闸管的导通，以实现电抗器容量的调节。本发明专利技术的磁阀式可控电抗器励磁系统，开发了无功测量与控制保护装置软硬件，计算电抗器内部相电流和开发了无功补偿控制软件算法，研制设计励磁装置触发电路软硬件，与电抗器本体进行了联合调试，使其功率因数λ＞0.9，输出无功从

【技术实现步骤摘要】
一种磁阀式可控电抗器励磁系统


[0001]本专利技术涉及电网无功补偿设备研制
，并且更具体地，涉及一种磁阀式可控电抗器励磁系统。

技术介绍

[0002]由于电力系统中电网电压的变化，磁饱和式可控电抗器可以自动调节控制绕组中直流来改变铁心的磁密，从而改变了磁导率，进而改变了高压磁饱和式可控电抗器所需要输出的无功功率，从而达到电网电压的平滑调节，满足电网所需的无功补偿。1916年美国学者亚历山德逊正是基于上述原因提出了磁放大器，它正是磁饱和式可控电抗器的最先出来的形式。自1940年，磁导率及磁密曲线矩形系数较高的坡莫合金同高磁感应强度、低磁滞损耗的晶粒取向硅钢材料的研发应用，将磁控式电抗器的理论与应用提升到新的水平。同年，美国的H.F.斯托姆写了《磁放大器》一书，1956 年，苏联的M.A.罗津布拉特也编著了《磁放大器》，推动了磁放大器的发展，使其成为电力电子系统的基础元件，同时也完善了磁控电抗器的调节理论。1955年，第一台可控电抗器在英国制造，额定容量为100MVar，运行电压为3.6
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22kV。俄罗斯学者A.M.Cokonob于1986年专利技术了磁阀式可控电抗器的一种新型结构，可以应用于电压等级最高1150kV的电网中用作无功补偿装置，并且能够连续平滑调节无功功率，因此可直接应用于超高压电网的线路侧，并且承担同步补偿机和并联电抗器的功能，使得对可控电抗器的研究与发展得到了突破。近年来世界各国均认识到了可控电抗器的发展潜力并对其进行研究，日本科学家提出的基于磁通控制型正交铁心的可控电抗器结构也开始得到应用，使用电力电子元件对控制侧进行高频控制的可控电抗器也在研究之中。
[0003]国内针对可控电抗器的研究主要集中在磁阀式可控电抗器及交流磁通控制型可控电抗器上。武汉大学关于磁阀式可控电抗器的研究工作在开始时间及进展上在国内处于领先，并且已研制成功的应用于动态无功补偿装置和消弧线圈的磁阀式可控电抗器，均有着良好的运行表现。华北电力大学以及上海交通大学在直流磁通控制型电抗器上有一定的研究成果，浙江大学对交流磁通控制型可控电抗器有着深入的研究。我国对于低中高压的磁控电抗器研究都相当成熟，已经生产出了电压等级为35kV、110kV、330kV、 500kV、750kV的磁控饱和电抗器，通过实验进行验证成功，已经投入到了电网运行中。基于现有成熟的MCR本体及控制技术基础上，研制一套磁阀式可控电抗器励磁系统，分析无功功率补偿控制算法，进行无功测量与控制保护装置和触发电路软硬件设计，与电抗器本体进行联合调试，提高其响应速度，针对供电系统进行无功补偿。
[0004]中国技术专利201120132735.1“磁阀式可控电抗器励磁控制装置”为箱体，箱体内设有一光电触发电路、一对并联磁阀和续流二极管，其中每个磁阀上串接有熔断器构成支路，续流二极管单独构成支路，另外支路由导线构成，续流二极管支路和导线支路之间连接有电阻。通过改变低压直流电流的大小，快速、平滑无极的调节主回路的阻抗，从而改变主回路中感性无功电流的大小，但其没有给出励磁装置无功测量及控制保护软件算法，触发电路较简单且实现功能较少。中国专利技术专利201910846153.0“一种磁控式可控并联电
抗器的分层控制装置和方法”站级总控单元以使站内在运行电抗器的总无功功率满足设定的总无功目标，或者使母线或线路电压满足设定的系统电压目标为目标，输出目标增减调节指令至各励磁控制单元；励磁控制单元根据接收到的目标增减调节指令，改变自身的电压控制目标值，获得相应的移相触发角度，将移相触发角度发送至励磁吉触发单元；励磁触发单元基于接收到的移相触发角度，调节与磁控式可控并联电抗器控制绕组相连的励磁功率整流回路的相控触发角，但其控制十分复杂，组成设备较多且成本较高。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出一种磁阀式可控电抗器励磁系统，以解决如何高效地针对供电系统进行无功补偿的问题。
[0006]为了解决上述问题，根据本专利技术的一个方面，提供了一种磁阀式可控电抗器励磁系统，其特征在于，所述系统包括：无功测量及控制保护装置和励磁装置；
[0007]所述无功测量及保护装置，包括：核心控制模器、电流电压信号采集与输入模块、保护信号模块、触摸屏显示模块和第一光纤通讯模块，所述无功测量及保护装置为整个可控电抗器系统的决策机构，用于实现系统无功自动补偿、工作异常时报警以及做出保护措施；
[0008]所述励磁装置，包括：ARM控制器、温度测量电路、风扇开关电路、第二光纤通讯模块和晶闸管脉冲驱动电路，所述励磁装置为磁控电抗器的执行机构，作用于电抗器本体，用于根据无功测量及控制保护装置发出决策，产生触发脉冲，驱动大功率晶闸管的导通，以实现电抗器容量的调节。
[0009]优选地，其中所述电流电压信号采集与输入模块包括：三相电流电压采集电路、阻抗匹配、放大滤波电路、A/D转换电路，所述电流电压信号采集与输入模块用于实现三相电流电压信号同步和正确的采集；
[0010]所述信号保护模块包括磁控电抗器本体工作出现异常时候的报警信号接口，所述报警信号接口包括：重瓦斯跳闸保护信号接口、压力释放阀动作跳闸保护信号接口、轻瓦斯报警信号接口、油温超限报警信号接口和油位超限报警信号接口；
[0011]所述核心控制器包括：ARM芯片、CPLD芯片、存储芯片、晶振芯片、复位电路、电源电路以及功能拓展接口电路；
[0012]所述触摸屏显示模块，用于实现人机交互功能，包括：LCM显示器、显示控制器和接口芯片；
[0013]所述第一光纤通讯模块用于实现和励磁装置的通讯。
[0014]优选地，其中所述三相电流电压采集电路单独设计成一个底板，所有的电压传感器、电流传感器都安装在此底板上，电流电压输出信号通过数据排线连接至无功测量及控制保护装置主板。
[0015]优选地，其中所述温度测量电路，包括：PT100、基准电压芯片、信号调理电路，所述温度测量电路用于实现晶闸管散热器的测温；
[0016]所述ARM控制器，包括：ARM芯片、晶振芯片、复位电路、电源电路以及功能拓展接口电路，所述ARM控制器用于实现触发脉冲信号的输入、温度传感器PT100的温度计算、风扇开关控制、触发脉冲信号整形；
[0017]所述晶闸管脉冲驱动电路，包括：MOSFET开关管、脉冲电压器，所述晶闸管脉冲驱动电路用于实现触发脉冲信号的功率放大；
[0018]所述第二光纤通讯模块，用于实现和无功测量及控制保护装置的通讯，接受来自无功测量及控制保护装置的触发角信号，同时将磁控电抗器本体和励磁装置本身的状态发送至无功测量及控制保护装置。
[0019]优选地，其中所述系统还包括：设置在无功测量及控制保护装置和励磁装置的所有芯片供电引脚处的0.1uF的去耦电容。
[0020]优选地，其中所述无功测量及控制保护装置，利用如下方式计算电抗器内部相电流，包括：
[0021][0022][0023][0024][0025][0026][0027]其中，为电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁阀式可控电抗器励磁系统，其特征在于，所述系统包括：无功测量及控制保护装置和励磁装置；所述无功测量及保护装置，包括：核心控制模器、电流电压信号采集与输入模块、保护信号模块、触摸屏显示模块和第一光纤通讯模块，所述无功测量及保护装置为整个可控电抗器系统的决策机构，用于实现系统无功自动补偿、工作异常时报警以及做出保护措施；所述励磁装置，包括：ARM控制器、温度测量电路、风扇开关电路、第二光纤通讯模块和晶闸管脉冲驱动电路，所述励磁装置为磁控电抗器的执行机构，作用于电抗器本体，用于根据无功测量及控制保护装置发出决策，产生触发脉冲，驱动大功率晶闸管的导通，以实现电抗器容量的调节。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电流电压信号采集与输入模块包括：三相电流电压采集电路、阻抗匹配、放大滤波电路、A/D转换电路，所述电流电压信号采集与输入模块用于实现三相电流电压信号同步和正确的采集；所述信号保护模块包括磁控电抗器本体工作出现异常时候的报警信号接口，所述报警信号接口包括：重瓦斯跳闸保护信号接口、压力释放阀动作跳闸保护信号接口、轻瓦斯报警信号接口、油温超限报警信号接口和油位超限报警信号接口；所述核心控制器包括：ARM芯片、CPLD芯片、存储芯片、晶振芯片、复位电路、电源电路以及功能拓展接口电路；所述触摸屏显示模块，用于实现人机交互功能，包括：LCM显示器、显示控制器和接口芯片；所述第一光纤通讯模块用于实现和励磁装置的通讯。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述三相电流电压采集电路单独设计成一个底板，所有的电压传感器、电流传感器都安装在此底板上，电流电压输出信号通过数据排线连接至无功测量及控制保护装置主板。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述温度测量电路，包括：PT100、基准电压芯片、信号调理电路，所述温度测量电路用于实现晶闸管散热器的测温；所述ARM控制器，包括：ARM芯片、晶振芯片、复位电路、电源电路以及功能拓展接口电路，所述ARM控制器用于实现触发脉冲信号的输入、温度传感器PT100的温度计算、风扇开关控制、触发脉冲信号整形；所述晶闸管脉冲驱动电路，包括：MOSFET开关管、脉冲电压器，所述晶闸管脉冲驱动电路用于实现触发角脉冲信号的功率放大；所述第二光纤通讯模块，用于实现和无功测量及控制保护装置的通讯，接受来自无功测量及控制保护装置的触发信号，同时将磁控电抗器本体和励磁装置本身的状态发送至无功测量及控制保护装置。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：设置在无功测量及控制保护装置和励磁装置的所有芯片供电引脚处的0.1uF的去耦电容。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：查志鹏，娄颖，康文斌，彭庆华，梅刚，李振强，范冕，万磊，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：