一种多抽头复合励磁型可控电抗器制造技术

本发明专利技术公开了一种多抽头复合励磁型可控电抗器，包括：上轭、下轭以及设于上下轭间的n对铁芯，铁芯上绕有上下两套绕组，每对铁芯包括铁芯X和铁芯Y，铁芯X上的绕组与铁芯Y上的绕组通过一套可控组件连接；铁芯X的上绕组具有两个抽头点，下绕组具有一个抽头点；铁芯Y的上绕组具有一个抽头点，下绕组具有两个抽头点。本发明专利技术可控电抗器本体中，每相加入一个高压抽头线圈进行复合励磁，此线圈进行正向助磁，可以在补偿容量增加时，加强励磁强度，提高响应速度；同时电抗器本体中每相加入一个反向的低压抽头线圈进行反向励磁，此线圈起快速减小直流磁通的作用，可在所需补偿容量减小时，形成反向直流磁通，提高系统减小直流励磁的速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无功补偿
，具体涉及一种多抽头复合励磁型可控电抗器。
技术介绍
近年来，随着我国电力工业发展速度加快，对电能的需要也越来越高。电力系统中的无功功率不直接作为实际消耗之功，但无功功率的变换将引起发电和输电设备上的电压升降和电能损失。电网无功的不平衡将导致系统电压的巨大波动，严重时会导致用电设备的损坏，出现系统电压崩溃等事故。故无功补偿技术对于提高电力系统的电能质量和挖掘·电网的潜力是十分必要的。目前，并联电抗器是电力系统高压等级中最常见的无功补偿装置之一，但因其存在的固有缺陷，它是不可控的，且它始终并联在电网上不予切除，给电网的正常运行带来负面影响。当线路发生故障时，并联电抗器可以平衡无功功率和抑制线路中的操作过电压；当线路正常运行时，并联电抗器就起不了什么作用，相反却给电力系统带来大量的过剩无功。可控电抗器是一种特殊的特高压或超高压并联电抗器，它既能随着无功功率的变化而自动平滑地调节本身的容量，而且能在暂态过程时起到降低工频和操作过电压的作用。常见的晶闸管控制电抗器(TCR)具有响应速度快和无级可调的特点，但TCR的电力电子器件直接工作在高电压(10-35kV)下，须采用晶闸管串联同步触发，其均压难度较大，控制维护复杂，可靠性低，损耗大、谐波大，并且制造成本较高，并且不适合用于超、特高压输电系统。磁阀式可控电抗器(MCR)是一种建立在磁放大原理上的调磁路式可控电抗器，其铁心绕有两组绕组，通过控制直流电流的大小改变铁心的磁导率，从而改变电感的大小。相比其它形式的可控电抗器，磁阀式可控电抗器的成本低廉，损耗较小，调节范围较宽，并且可靠性高，使用寿命长，通常超过20年，可以应用在10-750kV电网系统中。但传统结构的磁阀式可控电抗器响应速度较慢，在不采取任何措施的情况下，磁阀式可控电抗器从空载到额定容量，响应时间长达500ms甚至更高。周丽霞在标题为大容量输电长线可控并联补偿与潜供电弧抑制的研究(华北电力大学博士论文，2009年6月)的论文提出了一种提高控制电压和充电电容器放电的快速励磁回路接线，可有效实现对磁阀式可控电抗器的快速励磁。但这种方法如果要实现对铁芯的快速充磁和快速放磁，就必须有两组提供直流源的整流电路和电容器，不仅成本较高，而且控制策略复杂。专利号为201110066597. 6的中国专利公开了一种复合励磁触发、双励磁绕组MCR型磁控电抗器结构，该结构在传统MCR的结构基础上，在每个铁芯上复合一组线圈，该两组线圈反向串联连接，并与两个反向并联的可控整流桥电路构成回路；通过整流桥电路提供直流助磁，提高磁控电抗器的响应速度。这种方法可有效提高磁阀式可控电抗器的响应速度，但这种方法需要提供单独的助磁电源，并且外接直流源由两组整流电路组成，成本较高，控制策略复杂。并且整流电路和两组复合线圈串联，增加了损耗，降低了系统的可靠性。
技术实现思路
针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本专利技术提供了一种多抽头复合励磁型可控电抗器，响应速度快，输出电流谐波含量低，结构简单，成本低廉。一种多 抽头复合励磁型可控电抗器，包括上轭、下轭以及设于上下轭间的n对铁芯，所述的铁芯上绕有上下两套绕组，n为电抗器的相数；每对铁芯包括铁芯X和铁芯Y，铁芯X上的绕组与铁芯Y上的绕组通过一套可控组件连接；所述的可控组件包括三个二极管Dl D3、两个晶闸管Gl G2和四个IGBT管Tl T4 ;其中铁芯X的上绕组具有两个抽头点Al A2，下绕组具有一个抽头点A3 ;铁芯Y的上绕组具有一个抽头点BI，下绕组具有两个抽头点B2 B3 ;铁芯X上绕组的上端点与铁芯Y上绕组的上端点相连并作为正输出端子，抽头点Al与IGBT管Tl的集电极相连，IGBT管Tl的发射极与二极管Dl的阴极和晶闸管Gl的阳极相连，二极管Dl的阳极与抽头点A2相连，晶闸管Gl的阴极与二极管D2的阴极、铁芯X下绕组的上端点、铁芯Y上绕组的下端点、IGBT管T3的发射极、IGBT管T4的发射极和晶闸管G2的阴极相连，二极管D2的阳极与铁芯X上绕组的下端点和铁芯Y下绕组的上端点相连，晶闸管G2的阳极与IGBT管T2的发射极和二极管D3的阴极相连，二极管D3的阳极与抽头点B2相连，IGBT管T2的集电极与抽头点B3相连，IGBT管T3的集电极与抽头点BI相连，IGBT管T4的集电极与抽头点A3相连，铁芯X下绕组的下端点与铁芯Y下绕组的下端点相连并作为负输出端子；两个晶闸管Gl G2和四个IGBT管Tl T4的门极均接收外部设备提供的开关控制信号。优选地，所有铁芯的上下绕组均采用工作绕组L ;抽头点A2至铁芯X上绕组下端点的绕组La2、抽头点A3至铁芯X下绕组上端点的绕组La3、抽头点BI至铁芯Y上绕组下端点的绕组Lbl或抽头点B2至铁芯Y下绕组上端点的绕组Lb2与工作绕组L的线圈匝数比为0. 5% 3%;抽头点Al至铁芯X上绕组下端点的绕组Lal或抽头点B3至铁芯Y下绕组上端点的绕组Lb3与工作绕组L的线圈匝数比为5% 15%。因为磁阀式可控电抗器容量从空载到额定值时所需的周期数与匝数比(P成反比，即11=1-9/29，故1^3与工作绕组L的线圈匝数比，是Lb2与L匝数比的5-10倍，可以使电抗器响应速度大大减小，且不产生额定的损耗。优选地，所述的铁芯被分成若干段铁饼，相邻段铁饼间通过磁阀隔离；所述的磁阀由若干导磁片和若干磁阻片沿水平方向交替叠加而成；能够有效降低电抗器输出电流的谐波含量。优选地，铁芯上的磁阀分四类磁阀A、磁阀B、磁阀C和磁阀D ;其中所述的磁阀A的横截面中导磁片与磁阻片的总面积比为I : 2，该类磁阀的总厚度占铁芯上磁阀总厚度的28% ；所述的磁阀B的横截面中导磁片与磁阻片的总面积比为I : 1.2，该类磁阀的总厚度占铁芯上磁阀总厚度的24% ；所述的磁阀C的横截面中导磁片与磁阻片的总面积比为I : 0.9，该类磁阀的总厚度占铁芯上磁阀总厚度的26% ；所述的磁阀D的横截面中导磁片与磁阻片的总面积比为I : 0.6，该类磁阀的总厚度占铁芯上磁阀总厚度的22%。这四类磁阀的参杂系数比例是通过遗传算法对谐波输出数学模型进行优化计算后得到的最佳参数；在电抗器工作时，磁阀中四种磁阀的饱和程度不同，而产生相位不同的谐波电流，通过控制四种磁阀的磁阀个数含量和饱和材料与磁阻材料的参杂系数，可使谐波电流互相抵消，并降低了损耗。所述的导磁片采用导磁材料如硅钢片，所述的磁阻片采用磁阻材料如环氧树脂；所述的铁饼由若干硅钢片叠片而成。所述的铁芯上铁饼的总厚度为50mm IOOmm ;优选地，铁芯上铁饼的总厚度为50mm ;便于散热和加工。所述的铁芯上磁阀的总厚度占铁芯闻度的5% 20*%。优选地，若电抗器为单相，所述的上下轭两侧竖直设有旁轭，所述的旁轭被分成若干段，相邻段间通过气隙隔离；气隙的存在可以防止直流空载时电抗器出现的非线性，从而避免因电抗器的非线性而出现的铁磁谐振。所述的旁轭上气隙的总厚度占旁轭高度的5% 10%。所述的气隙采用磁阻材料(如环氧树脂)填充构成。本专利技术的有益技术效果如下(I)本专利技术可控电抗器的本体中，每相加入一个高压抽头线圈进行复合励磁，此线圈进行正向助磁，可以在补偿容量增加时，加强励磁强度，提高响应速度，当系统电流增加到额定值时，通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多抽头复合励磁型可控电抗器，包括：上轭、下轭以及设于上下轭间的n对铁芯，所述的铁芯上绕有上下两套绕组，n为电抗器的相数；其特征在于：每对铁芯包括铁芯X和铁芯Y，铁芯X上的绕组与铁芯Y上的绕组通过一套可控组件连接；所述的可控组件包括三个二极管D1～D3、两个晶闸管G1～G2和四个IGBT管T1～T4；其中：铁芯X的上绕组具有两个抽头点A1～A2，下绕组具有一个抽头点A3；铁芯Y的上绕组具有一个抽头点B1，下绕组具有两个抽头点B2～B3；铁芯X上绕组的上端点与铁芯Y上绕组的上端点相连并作为正输出端子，抽头点A1与IGBT管T1的集电极相连，IGBT管T1的发射极与二极管D1的阴极和晶闸管G1的阳极相连，二极管D1的阳极与抽头点A2相连，晶闸管G1的阴极与二极管D2的阴极、铁芯X下绕组的上端点、铁芯Y上绕组的下端点、IGBT管T3的发射极、IGBT管T4的发射极和晶闸管G2的阴极相连，二极管D2的阳极与铁芯X上绕组的下端点和铁芯Y下绕组的上端点相连，晶闸管G2的阳极与IGBT管T2的发射极和二极管D3的阴极相连，二极管D3的阳极与抽头点B2相连，IGBT管T2的集电极与抽头点B3相连，IGBT管T3的集电极与抽头点B1相连，IGBT管T4的集电极与抽头点A3相连，铁芯X下绕组的下端点与铁芯Y下绕组的下端点相连并作为负输出端子；两个晶闸管G1～G2和四个IGBT管T1～T4的门极均接收外部设备提供的开关控制信号。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国柱，王异凡，张曙，
申请(专利权)人：浙江大学，圣航科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：