揭秘串聯電抗器式可控電抗器的工作原理

    揭秘串聯電抗器式可控電抗器的工作原理
    本文主要研究串聯電抗器式可控電抗器的結構、工作原理以及工作特性；利用分析多并聯支路電抗器的工作原理和各個控制繞組的限流電抗器的設計方法來分析無級連續可控電抗器；對其單相傳輸線與負載之間相互關系進行了的計算，設計出其控制系統，并通過仿真驗證設計的合理性。

    文中最后提出了一種基于無級連續可控電抗器的消弧線圈設計；分析了其產生諧波的原因，設計了一種三控制繞組結構的無級連續可控電抗器型消弧線圈，并提出了合理設計各控制繞組額定輸出電流的方法。

    (1) 串聯電抗器式可控電抗器的工作原理和諧波分析。首先對串聯電抗器式可控電抗器中的多并聯支路可控電抗器的工作原理和諧波進行了詳細分析、研究，并在此基礎上，提出了無級連續可控電抗器的原理和諧波分析方法。

    (2) 本章首先對多并聯支路可控電抗器的數學模型和工作特性進行了全面的分析，再利用分析多并聯支路可控電抗器的遞推方法來分析無級連續可控電抗器的數學模型和工作特性，最后利用Matlab/PSB對無級連續可控電抗器的工作特性進行了仿真分析。

    (3) 通過分析單相無損傳輸線的線電壓、線長度、電感、電容、負載之間的關系，利用工程設計方法和動態無功功率的補償理論，建立了單相無級連續可控電抗器的線電壓控制系統；通過Matlab/PSB建立了仿真模型，動態地研究了無級連續可控電抗器在電網中的應用效果。

    (4) 對消弧線圈的作用以及國內的應用現狀進行了介紹，最后基于目前情況提出了一種新型的串聯電抗器式可控電抗器的消弧線圈，并對其進行了諧波分析，提出了繞組容量的設計方案。 

    串聯電抗器式可控電抗器的工作原理
    1.1 多并聯支路可控電抗器的工作原理
圖1.4為n級并聯支路可控電抗器的單相電路圖，圖中nJ 為雙向晶閘管，繞組1和繞組2分別為工作和控制繞組，繞組3與其他兩相的相應繞組接成三角形以濾除3次及其奇數倍次諧波電流，假若沒有繞組3，要確定級數n時必須要將3次及其奇數倍次諧波電流考慮進去。

    這種電抗器的特點是響應時間短，只有0.01S，曾在加拿大的超高壓電網中采用，多組雙向晶閘管分別控制多并聯電感支路，根據實際電網的要求，依次導通和開斷各條支路，使得諧波電流控制在容許的范圍之內，從而改變線路電感，使其達到電網質量的要求。

    1.2 無級連續可控電抗器的工作原理
    無級連續可控電抗器的工作原理圖如圖2.1所示[15]顯然，相比于普通變壓器，無級連續可控電抗器類似于一個副繞組工作于短路狀態的多繞組變壓器，因此，要求無級連續串聯電抗器式電抗器的工作繞組和各控制繞組之間要有較大的短路阻抗。如果只是簡單地依次短接控制繞組，那么工作繞組的功率將是不連續地分段增大。如果第1個到第( i -1)個控制繞組( W )都短路，而第i 個控制繞組1 + iW 開始工作時，通過控制第i 個晶閘管1 + iT 的導通角就可以達到平滑調節無功功率的目的。所以無級連續串聯電抗器式電抗器是無級連續平滑調節的。1 + NW 為短路阻抗繞組，作用是為了方便測試變壓器的性能指標。

    當晶閘管在一個周期內始終處于導通狀態時，可以認為繞組電流為正弦波，沒有諧波成分。但當晶閘管僅在一個周期內的部分時段內導通，它所串接的控制繞組電流中就含有諧波成分。因為每個控制繞組的容量只是電抗器總容量的一部分，而每一個穩定工作狀態下只有一個繞組處于調節狀態，其它繞組或始終短路或始終開路，所以，盡管處于調節狀態的控制繞組的電流中含有諧波成分，而且占有該控制繞組基波電流的比重可能很大，但從工作繞組側來看， 電流諧波與總工作電流相比就很小了，能夠滿足電網對諧波的要求。減小由于晶閘管在一個周期內部分導通引起的諧波含量，這正是無級連續串聯電抗器式電抗器設計成平滑調節的目的所在。

    1.3 分段串聯電抗器式可控電抗器的工作原理
    分段串聯電抗器式可控電抗器的工作原理圖如圖 2.2 所示。在圖 2.2 中，可控電抗器工作繞組接線端子 A、X 直接與特高壓電網母線連接。

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