揭秘串联电抗器式可控电抗器的工作原理

    揭秘串联电抗器式可控电抗器的工作原理
    本文主要研究串联电抗器式可控电抗器的结构、工作原理以及工作特性；利用分析多并联支路电抗器的工作原理和各个控制绕组的限流电抗器的设计方法来分析无级连续可控电抗器；对其单相传输线与负载之间相互关系进行了的计算，设计出其控制系统，并通过仿真验证设计的合理性。

    文中最后提出了一种基于无级连续可控电抗器的消弧线圈设计；分析了其产生谐波的原因，设计了一种三控制绕组结构的无级连续可控电抗器型消弧线圈，并提出了合理设计各控制绕组额定输出电流的方法。

    (1) 串联电抗器式可控电抗器的工作原理和谐波分析。首先对串联电抗器式可控电抗器中的多并联支路可控电抗器的工作原理和谐波进行了详细分析、研究，并在此基础上，提出了无级连续可控电抗器的原理和谐波分析方法。

    (2) 本章首先对多并联支路可控电抗器的数学模型和工作特性进行了全面的分析，再利用分析多并联支路可控电抗器的递推方法来分析无级连续可控电抗器的数学模型和工作特性，最后利用Matlab/PSB对无级连续可控电抗器的工作特性进行了仿真分析。

    (3) 通过分析单相无损传输线的线电压、线长度、电感、电容、负载之间的关系，利用工程设计方法和动态无功功率的补偿理论，建立了单相无级连续可控电抗器的线电压控制系统；通过Matlab/PSB建立了仿真模型，动态地研究了无级连续可控电抗器在电网中的应用效果。

    (4) 对消弧线圈的作用以及国内的应用现状进行了介绍，最后基于目前情况提出了一种新型的串联电抗器式可控电抗器的消弧线圈，并对其进行了谐波分析，提出了绕组容量的设计方案。 

    串联电抗器式可控电抗器的工作原理
    1.1 多并联支路可控电抗器的工作原理
图1.4为n级并联支路可控电抗器的单相电路图，图中nJ 为双向晶闸管，绕组1和绕组2分别为工作和控制绕组，绕组3与其他两相的相应绕组接成三角形以滤除3次及其奇数倍次谐波电流，假若没有绕组3，要确定级数n时必须要将3次及其奇数倍次谐波电流考虑进去。

    这种电抗器的特点是响应时间短，只有0.01S，曾在加拿大的超高压电网中采用，多组双向晶闸管分别控制多并联电感支路，根据实际电网的要求，依次导通和开断各条支路，使得谐波电流控制在容许的范围之内，从而改变线路电感，使其达到电网质量的要求。

    1.2 无级连续可控电抗器的工作原理
    无级连续可控电抗器的工作原理图如图2.1所示[15]显然，相比于普通变压器，无级连续可控电抗器类似于一个副绕组工作于短路状态的多绕组变压器，因此，要求无级连续串联电抗器式电抗器的工作绕组和各控制绕组之间要有较大的短路阻抗。如果只是简单地依次短接控制绕组，那么工作绕组的功率将是不连续地分段增大。如果第1个到第( i -1)个控制绕组( W )都短路，而第i 个控制绕组1 + iW 开始工作时，通过控制第i 个晶闸管1 + iT 的导通角就可以达到平滑调节无功功率的目的。所以无级连续串联电抗器式电抗器是无级连续平滑调节的。1 + NW 为短路阻抗绕组，作用是为了方便测试变压器的性能指标。

    当晶闸管在一个周期内始终处于导通状态时，可以认为绕组电流为正弦波，没有谐波成分。但当晶闸管仅在一个周期内的部分时段内导通，它所串接的控制绕组电流中就含有谐波成分。因为每个控制绕组的容量只是电抗器总容量的一部分，而每一个稳定工作状态下只有一个绕组处于调节状态，其它绕组或始终短路或始终开路，所以，尽管处于调节状态的控制绕组的电流中含有谐波成分，而且占有该控制绕组基波电流的比重可能很大，但从工作绕组侧来看， 电流谐波与总工作电流相比就很小了，能够满足电网对谐波的要求。减小由于晶闸管在一个周期内部分导通引起的谐波含量，这正是无级连续串联电抗器式电抗器设计成平滑调节的目的所在。

    1.3 分段串联电抗器式可控电抗器的工作原理
    分段串联电抗器式可控电抗器的工作原理图如图 2.2 所示。在图 2.2 中，可控电抗器工作绕组接线端子 A、X 直接与特高压电网母线连接。

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