[发明专利]一种具备大范围调节特性的有源可调电抗

说明书

本发明属于可调阻抗相关技术领域，并公开了一种具备大范围特性的有源可调电抗，其包括具有电压互感器的电压检测单元、包括变压器的电压发生单元和磁通补偿单元，其中磁通补偿单元的原方输入端串联连接于电网和负载之间，电压检测单元的输入端并联连接于磁通补偿单元的原方输入端两端，电压检测单元的输出端连接电压发生单元的增益电路输入端，增益电路、PWM调制模块、电压源型逆变器和LC无源电力滤波器依次连接，最后LC无源电力滤波器输出端连接磁通补偿单元副方输入端。本发明还公开了该可调电抗在三相电力系统的典型应用。通过本发明，所获得的有源可调阻抗具有调节范围宽、易于控制，响应速度快、不产生谐波，且连续无级可调的良好性能。

技术领域

本发明属于可调阻抗相关技术领域，更具体地，涉及一种具备大范围特性的有源可调电抗。

背景技术

为了电力系统的安全稳定和经济运行，美国电力科学院(EPRI)在1986年提出了柔性交流输电系统(FACTS)的概念，FACTS本质上综合了电力电子技术、微电子技术及控制技术，起到优化系统运行参数、改善系统潮流分布，抑制谐波、稳定电压，提高系统稳定性及暂态性能的作用。可调电抗作为一种常见的柔性交流输电设备，在电力系统中的典型应用例如包括：在超高压电网中做调相调压设备；在远距离输电系统中抑制由于法兰梯效应造成的过压，在系统发生短路事故或投切大负载时稳定母线电压、增大输电能力，抑制系统工频波动的功率振荡；在高压直流输电中补偿无功、调整电压，降低绝缘等级；迅速治理由电弧炉、电力机车、大型轧钢机等冲击性负载造成的电压闪变、三相不平衡和谐波污染等问题；以及用作故障限流器和中压电网消弧线圈的谐振接地，等等。

更具体而言，可调电抗从机械式、电磁式，一直发展到今天的电子式，已经成为一个结构不同，控制方案多样、用途各异的产品。可调电抗的主要类型及优缺点包括：(a)调匝式可调电抗。如采用机械滑动对自耦变压器进行调匝的可调电抗和采用开关切换不同分接抽头改变线圈匝数的可调电抗，其中切换开关可以是机械式的断路器/接触器，有载分接开关或电力电子开关器件(如双向晶闸管)等；其结构简单、控制方便，但是阻抗值并不能实现连续无级可调的功能；(b)调气隙式可调电抗。其采用传动结构调整铁芯气隙(气隙长度或截面积)改变阻抗值；但由于机械惯性和控制精度的问题，难以实现连续无级调节，可靠性差、容易出现故障；(c)直流磁控式可调电抗。它利用附加直流电源磁化铁芯改变铁芯饱和状态，调节铁芯磁导率改变阻抗值；优点时调节范围宽、线性度好，但长时间工作在饱和区使得铁芯过热，振动、噪声严重，本体制造复杂；(d)磁阀式可调电抗。作为直流磁控式的改进，它利用自耦可控整流产生助磁电流；无需大容量的附加直流电源，但振动、噪声依然严重；(e)变压器式可调电抗。其中变压器式可调电抗又分为调容式可调电抗、高短路阻抗式可调电抗、多绕组高漏抗变压器式可调电抗、多并联支路可调电抗、混合变压器式可调电抗和基于基波磁通补偿(FMFC)的可调电抗等。对于基于FMFC的可调电抗采用电力电子逆变器和变压器结构来说，它基于基波磁通补偿原理，根据逆变器调制信号的不同主要分为两种：检测变压器一次侧基波电流信号，经过增益电路后作为参考信号，控制VSI跟踪该参考信号生成一可控电流信号反向注入变压器二次侧绕组，通过基波磁通反向补偿实现变压器原边等效阻抗在漏抗和励磁阻抗之间连续无级调节。然而，进一步的研究表明，上述可调阻抗仍为线性阻抗，不仅调节范围有限，而且增加调节范围需相应增加耦合变压器及VSI的容量，性价比很低。相应地，本领域亟需对此作出进一步的改进和完善，以便更好地符合对电抗调节范围要求更大、非线性调节灵活便利的实际需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种具备大范围特性的有源可调电抗，其中通过紧密结合线性可调电抗在调节范围和控制精度及便利度方面的需求，对其整体电路构造的组成和设置重新进行了设计，同时对关键组件如磁通补偿单元、电压发生单元等的具体结构和工作方式进行改进，相应与现有设备相比不仅可显著提高电抗阻抗值调节范围，而且可根据实际工况在特定工作点更易实现平滑的无级调节，同时具备响应速度快、不产生谐波、调节精度高等多个优势。