專利名稱：一種有效抑制磁控電抗器工作電流中諧波的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于靜止無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種能有效抑制磁控電抗器工作電流中諧波的裝置，能夠使磁控電抗器更好地應(yīng)用于電力系統(tǒng)中的各種場(chǎng)合。
背景技術(shù)：
磁控電抗器(Magnetically Controlled Reactor,簡(jiǎn)稱為MCR)以其無(wú)級(jí)可調(diào)、工作穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。其中單相MCR主要用于電氣化鐵道動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償、消弧線圈；三相MCR可以用于大型電機(jī)軟啟動(dòng)、電力系統(tǒng)電壓控制及其無(wú)功補(bǔ)償?shù)阮I(lǐng)域。然而，由于MCR是基于鐵芯飽和的工作原理，因此在其動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過程中將不可避免地產(chǎn)生高次諧波。單相MCR的3次、5次及7次諧波電流最大值可分別達(dá)到額定輸出電流的13%、6%和3%，大大限制了其應(yīng)用的場(chǎng)合，因而有效地抑制MCR的工作電流中的諧波含量便成為當(dāng)務(wù)之急。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能有效抑制磁控電抗器工作電流中諧波的裝置。本發(fā)明電路中的IGBT有兩個(gè)作用:一、基于IGBT的PWM控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)MCR控制繞組中直流控制電壓的調(diào)節(jié)；二、基于IGBT的PWM控制技術(shù)使MCR在直流控制繞組中生成相應(yīng)的諧波電壓，讓其產(chǎn)生的特定次諧波磁通抵消鐵芯中由于MCR鐵芯飽和后磁化曲線非線性的影響，來(lái)有效抑制MCR工作電流中的諧波生成，使總工作電流諧波含量滿足系統(tǒng)要求。從而實(shí)現(xiàn)了一個(gè)直流控制電源雙重功效的作用。使其具有了在直流控制交流及諧波抑制兩個(gè)方面低壓控制高壓、小容量控制大容量的優(yōu)點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述目的 ，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
本發(fā)明包括MCR本體1、電力系統(tǒng)2、具有生成直流控制電壓和生成消諧電壓雙重作用的控制電路3和4、整流器5和三相交流電源6。MCR本體I中包含四個(gè)繞組L1、L2, L3和L4，其中L1和L2為工作繞組、L3和L4為控制繞組。MCR本體I中工作繞組L1和L2上下兩端分別并聯(lián)連接后接入電力系統(tǒng)2。MCR本體I中控制繞組L3接控制電路4的e、f端口、控制繞組L4接控制電路3的c、d端口?？刂齐娐?中由電阻R1連接端口 C，電感L5與R1串聯(lián)后接續(xù)流二極管D3的陰極，D3的陽(yáng)極連接端口 d和IGBT1、并在IGBT1的兩端反并聯(lián)起保護(hù)作用的二極管Dp控制電路4中由電阻R2連接端口 f，電感L6與R2串聯(lián)后接續(xù)流二極管D4的陰極，D4的陽(yáng)極連接端口 e和IGBT2、并在IGBT2的兩端反并聯(lián)起保護(hù)作用的二極管D2。控制電路3和4的公共連接點(diǎn)g、h連接整流器5，整流器5中含三相不控整流橋，在整流橋的直流側(cè)連接濾波電感L7和濾波電容C。整流器5中整流橋的交流側(cè)連接三相交流電源6。與傳統(tǒng)MCR相比，本發(fā)明中的控制電壓源采用了不控整流，并在每個(gè)控制繞組回路中增加了 IGBT和二極管的控制電路(即控制電路3和4)。通過調(diào)節(jié)控制電路3和4中IGBT的PWM占空比來(lái)控制流入MCR控制繞組中的電流來(lái)實(shí)現(xiàn)MCR飽和度的調(diào)節(jié)和MCR的工作電流中諧波的抑制。
該抑制磁控電抗器工作電流中諧波裝置的工作原理簡(jiǎn)述如下。首先，三相交流電源6經(jīng)過整流器5的整流濾波后得到平直的直流電。再通過調(diào)節(jié)控制電路3中IGBT1的PWM占空比來(lái)調(diào)節(jié)流入控制繞組L4中的控制電流；并且以相同的頻率和占空比來(lái)調(diào)節(jié)控制電路4中的IGBT2的PWM脈沖，從而調(diào)節(jié)流入控制繞組L3中的控制電流，這樣便可控制MCR的飽和度，使其輸出相應(yīng)的工作電流，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)功調(diào)節(jié)。當(dāng)控制器檢測(cè)到MCR中工作繞組L2的工作電流中含有奇次諧波成分時(shí)，再控制IGBT1的PWM占空比，讓其在控制繞組L4中產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的奇次諧波電流，該諧波電流產(chǎn)生的諧波磁通抵消鐵芯磁化曲線非線性的影響，則工作繞組L2的工作電流中的奇次諧波就可以得到有效抑制。即:要調(diào)節(jié)控制電路3中IGBT1的PWM占空比，使其在控制繞組L4中既產(chǎn)生控制MCR飽和度的控制電流，又產(chǎn)生抑制MCR工作繞組L2的工作電流中奇次諧波成分的消諧電流。同理，對(duì)于工作繞組L1的工作電流中含有的奇次諧波成分，再控制IGBT2的PWM占空比，讓其在控制繞組L3中產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的奇次諧波電流，該諧波電流產(chǎn)生的諧波磁通抵消鐵芯磁化曲線非線性的影響，則工作繞組L1的工作電流中的奇次諧波就可以得到有效抑制。即:要調(diào)節(jié)控制電路4中IGBT2的PWM占空比，使其在控制繞組L3中既產(chǎn)生控制MCR飽和度的控制電流，又產(chǎn)生抑制MCR工作繞組L1的工作電流中奇次諧波成分的消諧電流。由MCR的工作原理可知，當(dāng)使MCR兩分支工作繞組L1和L2中電流不含奇次諧波含量時(shí)，則MCR總工作電流中既不含奇次諧波也不含偶次諧波，只剩下基波含量。并且經(jīng)過分析，控制電路3和控制電路4中產(chǎn)生的消諧電流的相位差為180度。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:將MCR控制繞組中直流控制電壓的調(diào)節(jié)與諧波電壓的生成控制結(jié)合在一起，從而實(shí)現(xiàn)了一個(gè)直流控制電源雙重功效的作用。使其具有了在直流控制交流及諧波抑制兩個(gè)方面低壓控制高壓、小容量控制大容量的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的能有效抑制磁控電抗器工作電流中諧波的裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。其中，MCR本體1、電力系統(tǒng)2、具有生成直流 控制電壓和生成消諧電壓雙重作用的控制電路3和4、整流器5和三相交流電源6。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的能有效抑制磁控電抗器工作電流中諧波的裝置如附圖1所示。MCR本體I中包含線圈L1、L2、LdP L4，其纏繞方向均相同。其中線圈L1和L2為工作繞組，線圈L3和L4為控制繞組。線圈L1和L2的上下兩端分別并聯(lián)連接，并連接到電力系統(tǒng)2的a、b兩端。線圈L3的上端接控制電路4的e端口，L3的下端接控制電路4的f端口；線圈L4的上端接控制電路3的c端口，L4的下端接控制電路3的d端口。電力系統(tǒng)2的兩端a、b輸入電壓作為MCR的工作電壓。控制電路3中c端口接電阻R1的一端，電阻R1的另一端接濾波電感L5的一端，電感L5的另一端接續(xù)流二極管D3的陰極和g端口，D3的陽(yáng)極接d端口和IGBT1的集電極，IGBT1的發(fā)射極接h端口。并且，用二極管D1反并聯(lián)在IGBT1兩端，對(duì)IGBT1起保護(hù)作用?？刂齐娐?中f端口接電阻R2的一端，電阻R2的另一端接濾波電感L6的一端，電感L6的另一端接續(xù)流二極管D4的陰極和控制電路3中的g端口，D4的陽(yáng)極接e端口和IGBT2的集電極，IGBT2的發(fā)射極接控制電路3中的h端口。并且，用二極管D2反并聯(lián)在IGBT2兩端，對(duì)IGBT2起保護(hù)作用。整流器5中含三相不控整流橋，整流橋直流側(cè)的正端接濾波電感L7的一端，L7的另一端接濾波電容C的一端和控制電路3中的g端口，整流橋直流側(cè)的負(fù)端接濾波電容C的另一端和控制電路3中的h端口。三相交流電源6連接整流器5中的三相不控整流橋的交流側(cè)，為其提供所需的交流電壓。本電路中IGBI\、IGBT2和所 有采樣信號(hào)均通過采用DSP和FPGA混合控制箱來(lái)控制和計(jì)算。
權(quán)利要求
1.一種能有效抑制磁控電抗器工作電流中諧波的裝置，包括由兩個(gè)工作繞組和兩個(gè)控制繞組構(gòu)成的MCR本體；可以提供直流電壓的三相不控整流器；其特征在于在三相不控整流器的直流側(cè)和MCR本體的控制繞組之間連接有由IGBT和二極管及濾波電感和限流電阻構(gòu)成的控制電路；所述的控制電路中:由限流電阻連接MCR控制繞組的一端，限流電阻的另一端與濾波電感相串聯(lián)后，濾波電感接續(xù)流二極管的陰極，二極管的陽(yáng)極連接MCR控制繞組的另一端，同時(shí)二極管的陽(yáng)極連接IGBT的集電極，IGBT的發(fā)射極連接整流器的直流側(cè)的負(fù)極，并在IGBT兩端上反并聯(lián)起保護(hù)作用的二極管。
2.按照權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于:在MCR本體和整流器之間有兩個(gè)控制電路，兩個(gè)控制電路方向相反的接在MCR本體的兩個(gè)控制繞組上；通過控制IGBT觸發(fā)脈沖的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)MCR控制繞組中直流控制電壓的調(diào)節(jié)和在MCR直流控制繞組中生成相應(yīng)的諧波電流，來(lái)有效抑制M CR工作電流中的諧波生成，從而實(shí)現(xiàn)了一個(gè)直流控制電源雙重功效的作用；使其具有了在直流控制交流及諧波抑制兩個(gè)方面低壓控制高壓、小容量控制大容量的優(yōu)點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種能有效抑制磁控電抗器工作電流中諧波的裝置，包括由兩個(gè)工作繞組和兩個(gè)控制繞組構(gòu)成的MCR本體；由IGBT和二極管及濾波電感和限流電阻構(gòu)成的控制電路，通過控制IGBT觸發(fā)脈沖的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)MCR控制繞組中直流控制電壓的調(diào)節(jié)和在MCR直流控制繞組中生成相應(yīng)的諧波電流，來(lái)有效抑制MCR工作電流中的諧波生成；同時(shí)該裝置還包含可以提供直流電壓的三相不控整流器。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于將MCR控制繞組中直流控制電壓的調(diào)節(jié)與諧波電壓的生成控制結(jié)合在一起，從而實(shí)現(xiàn)了一個(gè)直流控制電源雙重功效的作用。使其具有了在直流控制交流及諧波抑制兩個(gè)方面低壓控制高壓、小容量控制大容量的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02J3/01GK103219729SQ20131018933
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月21日
發(fā)明者尹忠東, 劉海鵬, 李和明, 董旭, 徐金, 曹松偉, 姜喆, 田雨 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)