專利名稱：基于可控電抗器的靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置的制作方法
基于可控電抗器的靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于無功補(bǔ)償領(lǐng)域、具體涉及一種基于可控電抗器的靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置。
背景技術(shù)：
可控電抗器的研究起始于上世紀(jì)50年代，相繼出現(xiàn)了調(diào)匝式可控電抗器、調(diào)氣隙 式可控電抗器，但調(diào)匝式可控電抗器與調(diào)氣隙式可控電抗器的調(diào)節(jié)速度慢，其應(yīng)用范圍受 到限制，隨著晶閘管等電力電子器件的發(fā)展，又相繼出現(xiàn)了晶閘管控制電抗器型(TCR)可 控電抗器、晶間管控制變壓器型可控電抗器(TCT)，這兩種電抗器都是交流磁通控制型可控 電抗器，通過改變交流電流的通斷間隔來調(diào)節(jié)電抗器的容量，在交流控制型磁控電抗器出 現(xiàn)的同時(shí)也相繼出現(xiàn)了一些直流控制型磁控電抗器，如磁飽和電抗器、磁閥式可控電抗器， 磁飽和電抗器由于其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的缺陷造成其諧波電流較大，故限制了其應(yīng)用，磁閥式電抗 器通常用作并聯(lián)可控電抗器用于靜止無功補(bǔ)償，但目前的磁閥式可控電抗器的制造成本過 高，限制了其廣泛應(yīng)用?？煽仉娍蛊鞯膽?yīng)用領(lǐng)域主要在于電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償及濾波裝置中，它通常采用 可控電抗器與固定電容器相并聯(lián)的方式，通過改變可控電抗器的感性電流進(jìn)而平滑調(diào)節(jié)整 套裝置輸出的容性電流，雖然也有其它形式的靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置(如ASVG無功發(fā)生器、基 于APFC的低壓無功補(bǔ)償裝置)，但這些采用可關(guān)斷器件的靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置由于其造價(jià) 高、安全性能差，很難在電力部門推廣應(yīng)用。本發(fā)明將提出一種將調(diào)壓式磁控電抗器和三相固定電抗器串聯(lián)構(gòu)成的可控電抗 器結(jié)構(gòu)，通過調(diào)壓式磁控電抗器改變?nèi)喙潭娍蛊鲀啥穗妷?，進(jìn)而改變整個(gè)可控電抗器 的工作電抗，從而調(diào)節(jié)可控電抗器的輸出電流，將該可控電抗器支路與固定可投切電容器 支路并聯(lián)即構(gòu)成一種新型的高壓靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種基于可控電抗器的靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置，它由固定可投切電容器 (I)支路、可控電抗器(II)支路、微機(jī)控制器(III)、測(cè)量單元(IV)、可控硅整流電路(V)組 成，固定可投切電容器支路與可控電抗器支路相并聯(lián)，固定可投切電容器支路采用固定鐵 芯電抗器與電容器串聯(lián)組成，該支路通常為一到兩個(gè)支路并聯(lián)，可控電抗器支路由三相磁 閥式磁控電抗器與三相固定鐵心電抗器的串聯(lián)組成，固定鐵芯電抗器采用三相三柱鐵心加 氣隙結(jié)構(gòu)，磁閥式磁控電抗器采用三相六柱鐵芯結(jié)構(gòu)，每個(gè)鐵心柱上都含有截面積縮小的 部分(磁閥)，可控電抗器支路三相采用三角形連接方式，固定可投切電容器支路采用三相 星形連接方式，測(cè)量單元取電網(wǎng)的電壓及電流信號(hào)，該信號(hào)轉(zhuǎn)換后送入微機(jī)控制器，微機(jī)控 制器根據(jù)控制規(guī)律發(fā)出調(diào)整可控電抗器支路中可控硅整流電路的晶間管觸發(fā)脈沖，進(jìn)而調(diào) 整可控電抗器支路的感性無功電流。該基于可控電抗器的靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置的可控電抗器支路的三相磁閥式磁控電 抗器的六個(gè)鐵芯柱采用完全相同的結(jié)構(gòu)，其每個(gè)鐵芯柱上的磁閥采用分布式磁閥構(gòu)成，即3每個(gè)鐵芯柱上含有至少一個(gè)以上磁閥。該基于可控電抗器的靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置的可控電抗器支路的三相固定鐵心電抗 器為油浸式結(jié)構(gòu)固定電抗器。該基于可控電抗器的靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置的固定可投切電容器支路的固定鐵心電 抗器采用干式三相鐵芯電抗器。該基于可控電抗器的靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置在固定可投切電容器支路與可控電抗器 支路發(fā)生并聯(lián)諧振時(shí)，微機(jī)控制器會(huì)自動(dòng)調(diào)整器脈沖觸發(fā)角，改變可控，從而避免并聯(lián)諧振 的發(fā)生。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明提出的基于可控電抗器的靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置的可控電抗器支路由磁閥 式磁控電抗器與固定鐵芯電抗器兩部分串聯(lián)連接而成，磁閥式磁控電抗器與固定鐵芯電抗 器共同承擔(dān)著系統(tǒng)電壓。2、本發(fā)明提出的基于可控電抗器的靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置的可控電抗器支路的容量 由磁閥式磁控電抗器與固定鐵芯電抗器兩部分共同承擔(dān)，由于鐵芯固定電抗器得成本較 低，因此降低了可控電抗器支路的制造成本。3、本發(fā)明提出的基于可控電抗器的靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置的可控電抗器支路的磁控 電抗器雖然容量有所減小，但總體控制容量并不減小，因?yàn)榇砰y式磁控電抗器不加直流控 制電流時(shí)，空載容量大部分由磁閥式磁控電抗器承擔(dān)，加較大直流控制電流時(shí)，額定容量大 部分由固定鐵芯電抗器承擔(dān)。


圖1為本發(fā)明的基于可控電抗器的靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置的單相電路結(jié)構(gòu)；圖2為本發(fā)明的基于可控電抗器的靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置中的可控電抗器支路的繞 組連接方式；圖3為本發(fā)明的基于可控電抗器的靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置中的三相六柱磁閥式電抗 器的鐵芯結(jié)構(gòu)；圖4為本發(fā)明的基于可控電抗器的靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置中的整體結(jié)構(gòu)框圖；
具體實(shí)施例方式圖1所示的基于可控電抗器的靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置單相電路結(jié)構(gòu)中，固定可投切電 容支路由無功補(bǔ)償電容器與干式固定鐵芯電抗器串聯(lián)組成，該支路中的干式固定鐵芯電抗 器鐵芯柱上留有氣隙，以防止鐵芯飽和，該電抗值通常其該支路電容容量值的6%或13%， 對(duì)于不需要濾波的場(chǎng)合通常采用一個(gè)固定電容支路，對(duì)于需要進(jìn)行濾波的場(chǎng)合一般要求配 置兩個(gè)以上的電容支路，每個(gè)支路對(duì)于一個(gè)特定次諧波進(jìn)行無源調(diào)諧濾波，可控電抗器支 路的每相采用磁閥式磁控電抗器與固定鐵芯電抗器組成，固定鐵芯電抗器為采用三相三柱 鐵芯結(jié)構(gòu)的油浸式電抗器，磁閥式磁控電抗器采用三相六柱式鐵芯結(jié)構(gòu)，每兩個(gè)相鄰鐵芯 柱上的繞組交叉連接形成三相中的一相，由于固定可投切電容支路輸出的為固定的容性電 流，而可控電抗器支路輸出的是根據(jù)需要可以調(diào)節(jié)的感性電流，該支路的感性電流與電容 支路的固定容性電流相加輸出的即為可控的用于靜態(tài)無功補(bǔ)償?shù)娜菪噪娏?，設(shè)每相電容值4為C，與電容串聯(lián)電抗的百分比為η，可控電抗器支路的每相電流為Iy則每相的補(bǔ)償容量 為 Q = (i-n)cup2-i#p。在圖2所示的基于可控電抗器的靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置中可控電抗器支路的繞組連 接方式中，三相磁閥式磁控電抗器的六個(gè)鐵芯柱的兩個(gè)相鄰柱上的繞組交叉連接組成三相 中的一相，每個(gè)鐵芯柱上的繞組分上下兩部分，每部分上都留有引出抽頭，上、下兩部分的 引出抽頭上連接著晶閘管，同一相兩個(gè)鐵芯柱上繞組引出抽頭連接的晶閘管的極性相反， 這兩個(gè)晶間管與該相鐵芯柱上的繞組產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)構(gòu)成單相可控全波整流電流，改變晶閘管 的觸發(fā)角即可調(diào)整繞組中流過的直流控制電流，該直流控制電流在工作繞組中與交流工作 電流相加，但不流入系統(tǒng)，因此，不需要另設(shè)專門的直流控制繞組，這樣，六個(gè)鐵芯柱上的三 相繞組便構(gòu)成了三相磁控電抗器的完整繞組；三相六柱磁閥式磁控電抗器的每相繞組再與 一個(gè)三相三柱式鐵芯固定電抗器的一相繞組相串聯(lián)構(gòu)成可控電抗器支路的一相，可控電抗 器的三相采用三角形連接方式以減小可控電抗器支路產(chǎn)生的諧波電流；設(shè)可控電抗器支路 流過的電流為Iy則其中的固定電抗器壓降為OLIy其磁控電抗器壓降為U-COLIy磁控電 抗器的電抗為(U_ LIJ/\，取額定容量時(shí)磁控電抗器的電壓降為10%電網(wǎng)電壓，則可控 電抗器支路的額定電流為In = O. 9U/coL，該電流即為磁控電抗器的額定電流，設(shè)此時(shí)對(duì)應(yīng) 額定電流的晶閘管的觸發(fā)角為180°，取晶閘管觸發(fā)角α為O時(shí)磁控電抗器的電壓降為 85%額定電壓，則可控電抗器支路的空載電流為Itl = 0. 15U/coL，則當(dāng)晶閘管的觸發(fā)角為 α，鐵芯飽和度β與支路電流込的關(guān)系式為込=Ι0+ΙΝ*(β-8 ηβ)/2 π，鐵芯飽和度與晶閘管的觸發(fā)角關(guān)系為c0S = i(Sin€-#c0S#)-l，由以上關(guān)系式即可求出對(duì)應(yīng)晶閘管的π 2 2 2觸發(fā)角α?xí)r的電流。圖3所示的基于可控電抗器的靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置中的三相六柱磁閥式磁控電抗 器的鐵芯結(jié)構(gòu)中，六個(gè)鐵芯柱采用完全相同的鐵芯結(jié)構(gòu)，其中從左到右1、2鐵芯柱構(gòu)成A相 磁控電抗器鐵芯，3、4鐵芯柱構(gòu)成B相磁控電抗器鐵芯，5、6鐵芯柱構(gòu)成C相磁控電抗器鐵 芯，上、下磁軛采用與鐵芯柱主截面相同的鐵芯截面積，每個(gè)鐵芯柱上都含有幾個(gè)截面積較 小的段(稱為磁閥)，磁閥的截面積選擇及磁閥高度的確定取決于電抗器的容量大小，六個(gè) 鐵芯柱上的磁閥個(gè)數(shù)、每個(gè)磁閥面積都完全相同。設(shè)每柱鐵芯的磁閥高度為L，磁閥寬度為 δ，當(dāng)磁閥式磁控電抗器工作繞組中通過的電流為i時(shí)，由于磁閥部位的磁阻遠(yuǎn)大于鐵芯 的磁阻，根據(jù)安倍環(huán)路定律可得，Ni = HL,因此有H = Ni/L，設(shè)所選擇鐵芯材料的磁化曲線 為B = f (H)，則磁閥磁密為B 閥=f (Ni/L)設(shè)磁閥面積為A δ，鐵芯面積為A，則鐵芯磁通為Φ = A δ · B 閥 +k · (A-A δ ) μ 0H= A δ . f (Ni/L) +k · (A_A δ ) μ 0 · Ni/L式中，k為氣隙影響系數(shù)，當(dāng)閥柱比為1 4時(shí)可近似取值為1.2，所以磁閥式磁控 電抗器產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為ε = AS· df、NllL) +Κ{Α-Αδ)μ,ΝΙΙ· —dt dt上式中第一項(xiàng)為磁性材料磁化曲線所決定的非線性項(xiàng)，第二項(xiàng)為空氣所決定的線性項(xiàng)，由于磁閥式磁控電抗器的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)近似等于其兩端電壓降，因此其磁閥大小與寬 度的確定可由下式求出
權(quán)利要求
1.一種基于可控電抗器的靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置，其特征在于，它由固定可投切電容器 (I)支路、可控電抗器(II)支路、微機(jī)控制器(III)、測(cè)量單元(IV)、可控硅整流電路(V)組 成，固定可投切電容器支路與可控電抗器支路相并聯(lián)，固定可投切電容器支路采用固定鐵 芯電抗器與電容器串聯(lián)組成，該支路通常為一到兩個(gè)支路并聯(lián)，可控電抗器支路由三相磁 閥式磁控電抗器與三相固定鐵心電抗器的串聯(lián)組成，固定鐵芯電抗器采用三相三柱鐵心加 氣隙結(jié)構(gòu)，磁閥式磁控電抗器采用三相六柱鐵芯結(jié)構(gòu)，每個(gè)鐵心柱上都含有截面積縮小的 部分(磁閥)，可控電抗器支路三相采用三角形連接方式，固定可投切電容器支路采用三相 星形連接方式，測(cè)量單元取電網(wǎng)的電壓及電流信號(hào)，該信號(hào)轉(zhuǎn)換后送入微機(jī)控制器，微機(jī)控 制器根據(jù)控制規(guī)律發(fā)出調(diào)整可控電抗器支路中可控硅整流電路的晶間管觸發(fā)脈沖，進(jìn)而調(diào) 整可控電抗器支路的感性無功電流。
2.如權(quán)利要求1所述的基于可控電抗器的靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置，其特征在于，其可控電 抗器支路的三相磁閥式磁控電抗器的六個(gè)鐵芯柱采用完全相同的結(jié)構(gòu)，其每個(gè)鐵芯柱上的 磁閥采用分布式磁閥構(gòu)成，即每個(gè)鐵芯柱上含有至少一個(gè)以上磁閥。
3.如權(quán)利要求1所述的基于可控電抗器的靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置，其特征在于，其可控電 抗器支路的三相固定鐵心電抗器為油浸式結(jié)構(gòu)固定電抗器。
4.如權(quán)利要求1所述的基于可控電抗器的靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置，其特征在于，其固定可 投切電容器支路的固定鐵心電抗器采用干式三相鐵芯電抗器。
5.如權(quán)利要求1所述的基于可控電抗器的靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置，其特征在于，在固定可 投切電容器支路與可控電抗器支路發(fā)生并聯(lián)諧振時(shí)，微機(jī)控制器會(huì)自動(dòng)調(diào)整器脈沖觸發(fā) 角，改變可控電抗器支路的電抗，從而避免并聯(lián)諧振的發(fā)生。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種基于可控電抗器的靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置，它由固定可投切電容器(I)支路、可控電抗器(II)支路、微機(jī)控制器(III)、測(cè)量單元(IV)、可控硅整流電路(V)組成，固定可投切電容器支路與可控電抗器支路相并聯(lián)，固定可投切電容器支路采用固定鐵芯電抗器與電容器串聯(lián)組成，該支路通常為一到兩個(gè)支路并聯(lián)，可控電抗器支路由三相磁閥式磁控電抗器與三相固定鐵心電抗器的串聯(lián)組成，固定鐵芯電抗器采用三相三柱鐵心加氣隙結(jié)構(gòu)，磁閥式磁控電抗器采用三相六柱鐵芯結(jié)構(gòu)，可控電抗器支路三相采用三角形連接方式，固定可投切電容器支路采用三相星形連接方式。
文檔編號(hào)H02J3/18GK102055193SQ20091017250
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2009年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月9日
發(fā)明者李瑞生, 趙國生 申請(qǐng)人:李瑞生, 趙國生