[发明专利]一种基于磁通量控制的可调电抗器

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，主要涉及一种基于磁通量控制的可调电抗 器。

背景技术

伴随经济的发展，我国电力系统规模快速持续增长，也遇到了相应的技术 问题。如在高压领域，大电网互联和超高压远距离输电，存在电压提升、容性 无功过剩和接地故障短路电流超标等问题。在低压配电领域，电力电子非线性 负载大量接入，存在无功缺失、电压波动和谐波污染等问题。

可调电抗器是可实时调节电抗值的新一代电抗器，可以动态稳定系统电压、 补偿无功，被广泛应用于可控高抗、自动消弧线圈、故障电流限制等电力系统 场合，可以有效地解决上述问题。根据发展历史和实现原理，可调电抗器主要 可分为机械式、磁控式、电力开关式、变压器式等。

机械式可调电抗器的一般包括调匝式和调气隙式，即通过改变线圈匝数或 铁芯的气隙长度来等效改变电抗值。其缺点是，调匝式不能连续调节，自动化 水平低，换档需停机，而调气隙式气隙设计精度低，调节范围有限，且噪声大。

磁控式可调电抗器主要指磁阀式，基于控制励磁电流改变磁路饱和度进而 调节材料磁导率的机理，已有市场产品。其缺点是谐波含量较大。

电力开关式可调电抗器，基于电力电子开关组成的逆变器调节和投切控制， 高压实现受到管子容量局限，存在谐波，可靠性低。

变压器式可调电抗器，多采用多绕组结构，副边利用晶闸管控制电抗器控 制或投切，主要应用于可控高抗等高压领域；部分产品直接利用多绕组副边高 漏抗做负载，变压器设计困难，增加了成本和体积，副边绕组若采用晶闸管控 制也会引入谐波。

发明内容

本发明目的是：针对当前机械式可调电抗器和变压器式可调电抗器存在的 缺陷，本发明专利提出了一种综合机械式和变压器式特点的可实现容、感全范 围调节的基于磁通量控制的磁控控制型可调电抗器。

具体地说，本发明所采取的技术方案是：包括可调电抗器主体、自耦调压 器和开关，其中所述可调电抗器主体为变压器铁芯，可调电抗器主体的原边绕 组接入工作电网，可调电抗器主体的副边绕组与自耦调压器的输出端按照同名 端一致的原则相连，自耦调压器的输入端通过开关与可调电抗器主体的原边绕 组并联，通过调节自耦调压器的输出电压实现可调电抗器的阻抗调节。

由以上技术方案可知，本发明的基于磁通量控制的可调电抗器，属于机械 式和变压器式的综合类型，基于简单的变压器结构，通过耦合调压控制电流， 进而调节磁通，进行输出电抗的全范围调节。该技术方案结构拓扑简单、可靠， 易于工程化，控制方便、无谐波、噪声低、运行稳定可靠，且能实现容、感性 全范围调节，实现成本较低，具有较大的市场应用价值。

上述技术方案中还可以包括隔离变压器，所述隔离变压器的原边绕组与可 调电抗器主体的原边绕组并联，隔离变压器的副边绕组通过开关与自耦调压器 的输入端相连。隔离变压器获取和系统同相位的电压，并起到隔离的作用。

上述技术方案中可调电抗器主体的副边绕组还可以为多绕组结构，其中一 组副边绕组与自耦调压器的输出端按照同名端一致的原则相连，剩余的副边绕 组均分别连相应的接投切电抗电路。这样的结构能够让其他副边绕组通过投切 电抗进行分级粗控制，再通过基于电压调节的磁通控制完成阻抗的精细输出， 实现大功率场合的输出电抗器可调，特别适用于对控制回路功率(主要是电流 强度)耐受强度要求过大的场合。

为进一步提高上述技术方案中可调电抗器输出的精确性和快速性，可对上 述技术方案进行进一步调整，即：包括可调电抗器主体和电力电子变流器，其 中所述可调电抗器主体为变压器铁芯，可调电抗器主体的原边绕组接入工作电 网，电力电子变流器的输入端与可调电抗器主体的原边绕组相连，电力电子变 流器的输出端与可调电抗器主体的副边绕组相连，通过调节电力电子变流器实 现可调电抗器的阻抗调节。这样的结构可以利用电力电子变流器实现对副边电 流的快速、精确控制，使可调电抗器在输出精度和响应速度方面获得优势。