專利名稱：一種混合調(diào)節(jié)超導(dǎo)可控電抗器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電抗器技術(shù)，具體涉及一種混合調(diào)節(jié)超導(dǎo)可控電抗器。
背景技術(shù)：
電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的大規(guī)?；蛷?fù)雜化是電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，高壓、特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)比重的增加對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行及電能質(zhì)量提出了更高的要求。電力系統(tǒng)中的無(wú)功補(bǔ)償裝置可以改善系統(tǒng)的潮流分布，調(diào)節(jié)無(wú)功平衡，降低有功損耗，維持節(jié)點(diǎn)電壓穩(wěn)定，抑制線路過(guò)電壓和過(guò)電流，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。目前在電力系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的無(wú)功補(bǔ)償裝置之一是可控電抗器。通過(guò)調(diào)節(jié)電抗值，在電力系統(tǒng)故障和輕負(fù)荷時(shí)吸收無(wú)功功率，控制無(wú)功潮流，這樣就可以穩(wěn)定電力系統(tǒng)的運(yùn)行電壓，提高輸電能力。傳統(tǒng)意義上的可控電抗器都是利用常導(dǎo)材料制造的，目前國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)意義上的可控電抗器發(fā)展比較成熟，主要包括調(diào)匝式，調(diào)磁通式，開(kāi)關(guān)投切式以及逆變器控制式四種。其中以調(diào)磁路式的磁閥式和磁飽和式可控電抗器應(yīng)用范圍最廣。超導(dǎo)可控電抗器是基于超導(dǎo)材料的超導(dǎo)電特性制造的，在低溫下運(yùn)行的超導(dǎo)可控電抗器和傳統(tǒng)意義上的可控電抗器相比，具有體積小、重量輕、效率高、容量大、阻燃、諧波小等優(yōu)點(diǎn)，大大降低了裝置的成本和空間，提高了電力系統(tǒng)在高壓、特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)功補(bǔ)償能力和輸電能力。基于超導(dǎo)材料的超導(dǎo)可控電抗器對(duì)電抗的調(diào)節(jié)主要包括兩種方式，一種方式是失超型超導(dǎo)可控電抗器，也就是傳統(tǒng)意義上的超導(dǎo)故障限流器；另外一種是不失超型超導(dǎo)可控電抗器，即在電抗器的調(diào)節(jié)過(guò)程中，超導(dǎo)材料不失超，在液氮或液氦等低溫區(qū)完成調(diào)節(jié)。失超型超導(dǎo)可控電抗器是利用超導(dǎo)體的超導(dǎo)態(tài)(S)/正常態(tài)(N)轉(zhuǎn)變特性。線路正常時(shí)，超導(dǎo)體處于超導(dǎo)態(tài)，其電抗值非常??；在發(fā)生故障時(shí)，它轉(zhuǎn)為正常態(tài)，也即失超，此時(shí)超導(dǎo)電抗器具有很大的電抗，也就實(shí)現(xiàn)了電抗的可調(diào)。失超型超導(dǎo)可控電抗器在實(shí)際中常用來(lái)限制故障電流。但失超型超導(dǎo)電抗器的缺點(diǎn)是電抗不能連續(xù)可調(diào)，而且存在失超保護(hù)和失超后的恢復(fù)問(wèn)題，在實(shí)際應(yīng)用中控制起來(lái)比較復(fù)雜。不失超型超導(dǎo)可控電抗器目前應(yīng)用的不多，可分為不連續(xù)可調(diào)型超導(dǎo)可控電抗器和連續(xù)可調(diào)型超導(dǎo)可控電抗器。目前國(guó)內(nèi)外研究最深入的不連續(xù)可調(diào)的超導(dǎo)可控電抗器是飽和鐵芯型的超導(dǎo)可控電抗器。而連續(xù)可調(diào)超導(dǎo)可控電抗器的研究目前還是本學(xué)科的前沿研究課題，特別是高壓、特高壓不失超型連續(xù)可調(diào)超導(dǎo)可控電抗器的研究，在理論和工程實(shí)踐方面都具有很強(qiáng)的挑戰(zhàn)性，目前已初步取得了一些理論成果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種混合調(diào)節(jié)超導(dǎo)可控電抗器，目的在于大容量連續(xù)可調(diào)的補(bǔ)償電力系統(tǒng)的無(wú)功功率，調(diào)節(jié)無(wú)功平衡，降低有功損耗，抑制線路過(guò)電壓和過(guò)電流，提高系統(tǒng)的輸電能力和穩(wěn)定性。本發(fā)明提供的混合調(diào)節(jié)超導(dǎo)可控電抗器，其特征在于，它包括鐵芯組，超導(dǎo)控制繞組，工作繞組，超導(dǎo)短路繞組和非導(dǎo)磁低溫杜瓦；
鐵芯組包括依次并行排列且相互間隔的控制繞組鐵芯，工作繞組鐵芯和短路繞組鐵芯，各繞組鐵芯通過(guò)上、下鐵芯板無(wú)縫連接成一個(gè)整體；超導(dǎo)控制繞組和超導(dǎo)短路繞組均放置于非導(dǎo)磁低溫杜瓦中，短路繞組鐵芯可以由一個(gè)或多個(gè)在空間上錯(cuò)開(kāi)的鐵芯柱構(gòu)成，工作繞組用于與電網(wǎng)直接連接，超導(dǎo)控制繞組用于與直流電源連接。本發(fā)明所指的混合調(diào)節(jié)包括分檔調(diào)節(jié)和連續(xù)調(diào)節(jié)，通過(guò)二種調(diào)節(jié)相互配合，實(shí)現(xiàn)電抗器的大容量連續(xù)調(diào)節(jié)。分檔調(diào)節(jié)由超導(dǎo)短路繞組實(shí)現(xiàn)。通過(guò)各超導(dǎo)短路繞組的開(kāi)路與短路操作，改變電抗器的磁力線路徑，進(jìn)而調(diào)節(jié)工作繞組磁路的磁阻，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作繞組電感值的分檔調(diào)節(jié)。連續(xù)調(diào)節(jié)由超導(dǎo)控制繞組實(shí)現(xiàn)。超導(dǎo)控制繞組的電流由直流電源提供，通過(guò)調(diào)節(jié)超導(dǎo)控制繞組中的電流來(lái)改變電抗器鐵芯的磁飽和程度，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作繞組電感值的連續(xù)調(diào)節(jié)。電抗器鐵芯一側(cè)可以采用窗口寬度不等的結(jié)構(gòu)，增大了窗口利用率，減小了超導(dǎo)短路繞組的空間；采用多個(gè)鐵芯無(wú)縫連接的結(jié)構(gòu)，增大了工作繞組和超導(dǎo)控制繞組所在鐵芯的截面積，減小了電抗器的飽和程度，進(jìn)而增大了超導(dǎo)控制繞組的電流調(diào)節(jié)范圍，從而增大了工作繞組電感值的連續(xù)調(diào)節(jié)范圍，并且減小了電抗器的諧波成分。電抗器采用分檔調(diào)節(jié)與連續(xù)調(diào)節(jié)相互配合的調(diào)節(jié)方式。連續(xù)調(diào)節(jié)的無(wú)功容量與分檔調(diào)節(jié)每一檔的無(wú)功容量保持一致，分檔調(diào)節(jié)的無(wú)功容量相繼投入，增大了電抗器的無(wú)功容量調(diào)節(jié)范圍。另外，控制繞組和短路繞組采用超導(dǎo)磁體，增大了控制繞組和短路繞組的通流能力，減小了繞組的體積和損耗，從而增大了電抗器的無(wú)功容量調(diào)節(jié)范圍。本發(fā)明工作繞組電感調(diào)節(jié)范圍大，諧波含量小，繞組損耗低，裝置體積小，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)高壓、超高壓電網(wǎng)的大容量連續(xù)無(wú)功補(bǔ)償。


圖1為本發(fā)明實(shí)例提供的混合調(diào)節(jié)超導(dǎo)可控電抗器的3D模型圖；圖2為本發(fā)明實(shí)例提供的混合調(diào)節(jié)超導(dǎo)可控電抗器的俯視圖；圖3為本發(fā)明實(shí)例提供的混合調(diào)節(jié)超導(dǎo)可控電抗器的鐵芯組；圖4為本發(fā)明實(shí)例提供的混合調(diào)節(jié)超導(dǎo)可控電抗器鐵芯組的上鐵芯板。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明提供的混合調(diào)節(jié)超導(dǎo)可控電抗器包括鐵芯組1，超導(dǎo)控制繞組2，工作繞組3，超導(dǎo)短路繞組4和非導(dǎo)磁低溫杜瓦。鐵芯組I包括依次并行排列且相互間隔的控制繞組鐵芯，工作繞組鐵芯和短路繞組鐵芯，各繞組鐵芯通過(guò)上、下鐵芯板無(wú)縫連接成一個(gè)整體。超導(dǎo)控制繞組2和超導(dǎo)短路繞組4均放置于非導(dǎo)磁低溫杜瓦中，短路繞組鐵芯可以由一個(gè)或多個(gè)在空間上錯(cuò)開(kāi)的鐵芯柱構(gòu)成。工作繞組3用于與電網(wǎng)直接連接，超導(dǎo)控制繞組2用于與直流電源連接。分檔調(diào)節(jié)由超導(dǎo)短路繞組實(shí)現(xiàn)，通過(guò)各超導(dǎo)短路繞組的開(kāi)路與短路操作，改變電抗器的磁力線路徑，進(jìn)而調(diào)節(jié)工作繞組磁路的磁阻，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作繞組電感值的分檔調(diào)節(jié)。連續(xù)調(diào)節(jié)由超導(dǎo)控制繞組實(shí)現(xiàn)，超導(dǎo)控制繞組的電流由直流電源提供，通過(guò)調(diào)節(jié)超導(dǎo)控制繞組中的電流來(lái)改變電抗器鐵芯的磁飽和程度，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作繞組電感值的連續(xù)調(diào)節(jié)。
圖1和圖2所示的是一個(gè)短路繞組鐵芯包括四個(gè)鐵芯柱構(gòu)成的混合調(diào)節(jié)超導(dǎo)可控電抗器。如圖3所示，鐵芯組I包括上鐵芯板11，下鐵芯板12，第一邊鐵芯柱13，中鐵芯柱14，第二至第五邊鐵芯柱15 18。鐵芯柱13至18的形狀可以是矩形、圓柱形等。如圖4所示，上鐵芯板11為一端帶有雙凸起的平板，下鐵芯板12與上鐵芯板12結(jié)構(gòu)相同；上、下鐵芯板11、12無(wú)凸起的一端之間設(shè)有第一邊鐵芯柱13，上、下鐵芯板11、12的中部設(shè)有中鐵芯柱14，上、下鐵芯板11、12帶雙凸起的一端的四個(gè)小端部之間分別設(shè)有第二至第五邊鐵芯柱15 18，使得第二至第五邊鐵芯柱15 18在空間上錯(cuò)開(kāi)，以便于安裝繞組。第一邊鐵芯柱13作為控制繞組鐵芯，中鐵芯柱14作為工作繞組鐵芯，第二至第五鐵芯柱15，16，17，18均作為短路繞組鐵芯。第一至第四超導(dǎo)短路繞組41，42，43，44分別繞在第二至第五鐵芯柱15，16，17，18上。工作繞組3與電網(wǎng)直接連接，超導(dǎo)短路繞組41，42，43，44相互并聯(lián)，超導(dǎo)控制繞組2與直流電源連接。工作繞組3電感值的調(diào)節(jié)通過(guò)超導(dǎo)短路繞組41，42，43，44的開(kāi)路與短路，以及改變超導(dǎo)控制繞組2的直流電流來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)超導(dǎo)短路繞組41，42，43，44均開(kāi)路的時(shí)候，改變超導(dǎo)控制繞組2的直流電流，從而改變電抗器鐵芯的磁飽和程度，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作繞組電感值的連續(xù)調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)工作繞組3的工作電流，進(jìn)而調(diào)節(jié)電抗器的容量；此時(shí)，電抗器的容量處于檔位A。將超導(dǎo)短路繞組41短路，超導(dǎo)短路繞組42，43，44均開(kāi)路，超導(dǎo)短路繞組41的感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通將鐵芯柱15內(nèi)的原有磁通抵消，從而將超導(dǎo)短路繞組41所在的鐵芯柱15內(nèi)的磁力線擠出，改變電抗器的磁力線路徑，進(jìn)而調(diào)節(jié)工作繞組磁路的磁阻；再次改變超導(dǎo)控制繞組2的直流電流，從而調(diào)節(jié)工作繞組3的工作電流，進(jìn)而將電抗器的容量從檔位A調(diào)節(jié)至檔位B ;依次將超導(dǎo)短路繞組41，42，43，44短路，從而實(shí)現(xiàn)電抗器的容量在檔位A、B、C、D之間連續(xù)調(diào)節(jié)。這種混合調(diào)節(jié)方式的優(yōu)點(diǎn)在于，分檔調(diào)節(jié)與連續(xù)調(diào)節(jié)相互配合，連續(xù)調(diào)節(jié)的容量與分檔調(diào)節(jié)的每一檔容量保持一致，只要增加分檔調(diào)節(jié)的檔數(shù)，即可增大電抗器的無(wú)功容量，保證電抗器的無(wú)功容量能夠連續(xù)調(diào)節(jié)。鐵芯組I中各構(gòu)件均由硅鋼片疊合制成，硅鋼片采用冷軋或熱軋，有向或無(wú)向均可，考慮到減少鐵損、降低溫升，硅鋼片厚度采用0.2 0.35_。工作繞組3的材料為一般的電工材料或超導(dǎo)材料，繞制方式采用箔繞或線繞均可。超導(dǎo)控制繞組2和超導(dǎo)短路繞組41,42，43，44采用超導(dǎo)材料，低溫超導(dǎo)帶材或高溫超導(dǎo)帶材均可。繞制方式采用餅繞或?qū)永@均可。鐵芯結(jié)構(gòu)采用多個(gè)鐵芯并行放置的布置方式，增大了鐵芯柱13和鐵芯柱14的截面積，在同樣交流工作電流的情況下，電抗器的磁飽和程度減小，增大了超導(dǎo)控制繞組2的電流調(diào)節(jié)范圍，從而增大了工作繞組3的電感值的連續(xù)調(diào)節(jié)范圍。電抗器的鐵芯未進(jìn)入深度飽和區(qū)域，減小了工作繞組3中電流的諧波成分，從而使得工作電流效果更好。上鐵芯板11與下鐵芯板12均有一側(cè)凸起，使得鐵芯組的窗口寬度不等，且采用并行放置的布置方式，相鄰鐵芯相互錯(cuò)開(kāi)，增大了鐵芯組的窗口利用率，便于加工制作。超導(dǎo)控制繞組2和超導(dǎo)短路繞組41，42，43，44均放置于非導(dǎo)磁低溫杜瓦中，制冷劑可以采用液氮或液氦，制冷方式可以采用浸泡制冷或循環(huán)制冷，也可以采用制冷機(jī)直接制冷。本發(fā)明工作繞組電感調(diào)節(jié)范圍大，諧波含量小，繞組損耗低，裝置體積小，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)高壓、超高壓電網(wǎng)的大容量連續(xù)無(wú)功補(bǔ)償。本例中只列出了只含有四個(gè)超導(dǎo)線圈的短路繞組，在實(shí)際的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)混合調(diào)節(jié)超導(dǎo)可控電抗器的具體應(yīng)用的電力系統(tǒng)的容量、電壓等級(jí)等來(lái)具體設(shè)計(jì)超導(dǎo)短路繞組的個(gè)數(shù)、匝數(shù)和相應(yīng)鐵芯的個(gè)數(shù)。在各種情況下超導(dǎo)短路繞組和相應(yīng)的鐵芯應(yīng)當(dāng)并行放置，相鄰鐵芯相互錯(cuò)開(kāi)。實(shí)例:以單相220V/2.2kvar方案為實(shí)施例對(duì)本發(fā)明加以介紹，設(shè)計(jì)要求電抗器無(wú)功變化范圍為50-100%。電抗器的電抗值和電流變化范圍計(jì)算方法如下:無(wú)功功率由式⑴計(jì)算。
權(quán)利要求
1.一種超導(dǎo)可控電抗器，其特征在于，它包括鐵芯組(1)，超導(dǎo)控制繞組(2)，工作繞組(3)，超導(dǎo)短路繞組(4)和非導(dǎo)磁低溫杜瓦；鐵芯組(I)包括依次并行排列且相互間隔的控制繞組鐵芯，工作繞組鐵芯和短路繞組鐵芯，各繞組鐵芯通過(guò)上、下鐵芯板無(wú)縫連接成一個(gè)整體；超導(dǎo)控制繞組(2)和超導(dǎo)短路繞組(4)均放置于非導(dǎo)磁低溫杜瓦中，短路繞組鐵芯可以由一個(gè)或多個(gè)在空間上錯(cuò)開(kāi)的鐵芯柱構(gòu)成，工作繞組(3)用于與電網(wǎng)直接連接，超導(dǎo)控制繞組(2)用于與直流電源連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)可控電抗器，其特征在于，短路繞組鐵芯可以由四個(gè)在空間上錯(cuò)開(kāi)的鐵芯柱構(gòu)成，鐵芯組(I)包括上鐵芯板(11)，下鐵芯板(12)，第一邊鐵芯柱(13)，中鐵芯柱(14)，以及第二至第五邊鐵芯柱(15 18);上鐵芯板(11)為一端帶有雙凸起的平板，下鐵芯板(12)與上鐵芯板(12)結(jié)構(gòu)相同；上、下鐵芯板(11、12)無(wú)凸起的一端之間設(shè)有第一邊鐵芯柱(13)，上、下鐵芯板(11、12)的中部設(shè)有中鐵芯柱(14)，上、下鐵芯板(11、12)帶雙凸起的一端的 四個(gè)小端部之間分別設(shè)有第二至第五邊鐵芯柱(15 18)，使得第二至第五邊鐵芯柱(15 18)在空間上錯(cuò)開(kāi)，第一邊鐵芯柱13作為控制繞組鐵芯，中鐵芯柱(14)作為工作繞組鐵芯，第二至第五鐵芯柱(15 18)均作為短路繞組鐵芯。第一至第四超導(dǎo)短路繞組(41 44)分別繞在第二至第五鐵芯柱(15 18)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超導(dǎo)可控電抗器，其特征在于，鐵芯組(I)中繞組鐵芯為矩形或圓柱形，鐵芯材料采用冷軋或熱軋硅鋼片，硅鋼片厚度為0.2^0.35_。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超導(dǎo)可控電抗器，其特征在于，工作繞組(3)的材料為一般的電工材料或超導(dǎo)材料，繞制方式采用箔繞或線繞。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的超導(dǎo)可控電抗器，其特征在于，超導(dǎo)控制繞組(2)和超導(dǎo)短路繞組(4)的繞制方式采用餅繞或?qū)永@。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種混合調(diào)節(jié)超導(dǎo)可控電抗器，它包括鐵芯組，超導(dǎo)控制繞組，工作繞組，超導(dǎo)短路繞組和非導(dǎo)磁低溫杜瓦；鐵芯組包括依次并行排列且相互間隔的控制繞組鐵芯，工作繞組鐵芯和短路繞組鐵芯，各繞組鐵芯通過(guò)上、下鐵芯板無(wú)縫連接成一個(gè)整體；超導(dǎo)控制繞組和超導(dǎo)短路繞組均放置于非導(dǎo)磁低溫杜瓦中，短路繞組鐵芯可以由一個(gè)或多個(gè)在空間上錯(cuò)開(kāi)的鐵芯柱構(gòu)成，工作繞組用于與電網(wǎng)直接連接，超導(dǎo)控制繞組用于與直流電源連接。本發(fā)明采用分檔調(diào)節(jié)和連續(xù)調(diào)節(jié)相互配合，實(shí)現(xiàn)電抗器的大容量連續(xù)調(diào)節(jié)。工作繞組電感調(diào)節(jié)范圍大，諧波含量小，繞組損耗低，裝置體積小，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)高壓、超高壓電網(wǎng)的大容量連續(xù)無(wú)功補(bǔ)償。
文檔編號(hào)H01F36/00GK103077814SQ20131004076
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月31日
發(fā)明者董洪達(dá), 任麗, 沈石峰, 宋萌, 曹昆南, 王達(dá)達(dá), 徐穎, 馮強(qiáng) 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué), 云南電力試驗(yàn)研究院(集團(tuán))有限公司電力研究院