【正文】 然而由于電抗器的抽頭比越小，其也就有越小的有功損耗，考慮到這個(gè)因素，一般抽頭比選擇為 ~ 之間。1 4 4 176。1~ 之間，占晶閘管全導(dǎo)通角 180 很小的比例，可 以忽略 [19]。 （ 4）磁閥式可控電抗器 具有 有機(jī)結(jié)合在一起 的 工作繞組和控制繞組， 這樣對簡化結(jié)構(gòu) 以及 減少損耗 都是 有利 的， 傳統(tǒng)飽和電抗器的工作 繞組和控制繞組 則 是分開的 。 從 圖 23 可 看出 ， 有 兩部分 電流流過 匝數(shù)為 1N/2 的線圈 即 ：工作電流 39。i39。 由于晶閘管接于控制繞組抽頭之間，其上電壓很低，僅為系統(tǒng)額定電壓的 1%左右，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。 如今可控電抗器，已發(fā)展成為具有多種結(jié)構(gòu)和控制方法的族群，用途各異，各有優(yōu)缺點(diǎn) [9][10][11][12]。 （ 3）阻尼系統(tǒng)振蕩，提高阻尼極限，提高 電力系統(tǒng)的輸電能力 ； 對用戶 來說 （ 1） 使 端點(diǎn)電壓 保持穩(wěn)定，不發(fā)生閃變 (抑制 電壓過高 、 過低 現(xiàn)象 )， 將電力系統(tǒng)的 變壓器 以及 輸電線 路和 其 它 電器設(shè)備的 使用 壽命 延長 ?？梢詫ρa(bǔ)償線路的無功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，對 工頻過電壓及操作過電壓 進(jìn)行限制，在與適當(dāng)?shù)闹行渣c(diǎn)小電抗結(jié)合后，施以合適的控制方法，在系統(tǒng)線路 有單相接地故障發(fā)生時(shí)，可控電抗器能夠有助于潛供電弧加速 地 熄滅、 將 單相重合閘 的 成功率提高、抑制恢復(fù)電壓， 且成本低廉，制造簡單，目前可以說是一種 高壓電網(wǎng) 的 核心技術(shù) 。時(shí)，電壓電流仿真波形 50 Figure 514 Waveforms of voltage and current, α=120176。 IV Author Resume..............................................................................錯(cuò)誤 !未定義書簽。同時(shí)用戶中又存在著大量對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性有較高要求的精密設(shè)備如計(jì)算機(jī)、醫(yī)用設(shè)備等。近 些 年 以來， 電力系統(tǒng)中 越來越廣泛 地 應(yīng)用 到了 磁閥式可控電抗器。世界上第一臺(tái) TCR 型靜止無功補(bǔ)償設(shè)備在美國的 GE 公司研制成功。采用理論推導(dǎo)的方法，分析了其可以減小自身諧波的原理。39。39。39。 做如下的 假設(shè)： (1)邊緣效應(yīng)以及漏磁 忽略 不計(jì)； (2) 沿鐵芯截面分布的磁感應(yīng)強(qiáng)度是均勻的； 鑒于 以 上兩個(gè)假設(shè)，在氣隙磁路中是沒有邊緣擠壓效應(yīng) 的， 鐵芯 和 氣隙中的磁力線是圓筒形分布的。我們可以采用三相三角形的接線方式，使 3 次諧波電流只 流動(dòng) 于磁閥式可控電抗器的內(nèi)部，而不注入到電力系統(tǒng)中。 1 4 4 176。 。 7 2 176。 磁閥式可控電抗器的 n 次諧波電流標(biāo)幺值為 [21] 1 sin sin( n 1 )[]( 2 1 ) 2 ( 2 1 )n nI n n n? ? ???? ? ? (226) 在磁閥式可控電抗器的容量調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，與電抗器的基波額定電流的幅值相比，其注入電網(wǎng)的 35 、 次諧波的電流幅值要小得多，分別不高于基波電流幅值的 6 .8 9 % 2 .5 2 % 1 .2 9 %、 、 。 ?lRqR ?FlSSl lB qB（ a ） 磁 閥 結(jié) 構(gòu) （ b ） 磁 閥 門 關(guān) 閉 （ c ） 磁 閥 門 全 部 打 開 （ d ） 等 效 電 路 圖 24 可控電抗器的磁路分析 Figure 24 Magic circuit analysis of controllable reactor 對于磁閥式 可控電抗器的電磁方程 ， 主要 是推導(dǎo)電抗器的 半鐵芯柱磁路中總磁通 (或磁感應(yīng)強(qiáng) 度 B)及其與鐵芯磁勢的關(guān)系，因?yàn)樾∶娣e段 l 以外 的 大面積段鐵芯磁阻 的 忽略， 若設(shè) l 段磁路 (鐵芯磁阻與空氣磁阻 的 并聯(lián) )截面積的等效 值 為eS ，長度為 l ， 等效的 磁導(dǎo)率 用 兩個(gè)并聯(lián)磁阻磁導(dǎo)率的平均值 來表示 ，等效磁路中 用 B 表示 磁感應(yīng)強(qiáng)度， 那么等效 磁通為 eSB?? ? ， 用 H=f(B)表示 磁化曲線，等效 的 磁化曲線 [17]能夠根據(jù)以下分析來 確定。兩個(gè)匝數(shù)為 1N/2 的線圈 (串聯(lián) )流過 的是 直流控制電流， 直流控制電流 在兩個(gè)半鐵芯內(nèi)所產(chǎn)生的控制磁通 可以 自我閉合，上下兩組串聯(lián)的繞組流過工作電流 39。通過變比為δ的線圈，電源 自耦變壓 ，然后直流控制電壓和直流控制電流 39。i39。 對磁閥式可控電抗器響應(yīng)速度的提高、諧波抑制方法及降低損耗的方法進(jìn)行理論分析及研究，為磁控電抗器性能優(yōu)化打下理論基礎(chǔ)。 1955 年，世界上第一臺(tái)可控電抗器在英國 BEC 電氣公司制造成功，然而由于響應(yīng)時(shí)間緩慢、有效材料消耗以及有功損耗較大，限制了其推廣應(yīng)用。本文將著重對磁閥式可控電抗器進(jìn)行研究。 53 VII 圖 518 MCR 三相補(bǔ)償仿真模型 53 Figure 518 Threephase pensating simulation model of MCR 53 圖 519 系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后的電壓電流波形 54 Figure 519 System Voltage and Current of steady operation 54 表清單 List of tables 表序 號 表名稱 頁碼 表 11 可控電抗器基本類型及特點(diǎn) 4 Table 11 Basic type and characteristic of controllable reactor 4 表 3 1 不同結(jié)構(gòu)的鐵芯損耗比較 18 Table 31 Loss parison of cores with different structures 18 表 3 2 不同移相角下的電流畸變結(jié)果 26 Table 32 Current harmonic distortion under different shifting angles 26 1 緒論 1 1 緒論 1 Introduction 課題的研究背景及意義 （ The Background and Significance of the Subject） 上世紀(jì)七十年代 改革開放以來，國民經(jīng)濟(jì) 呈 迅猛發(fā)展 趨勢 ， 電力行業(yè)作為工業(yè)發(fā)展的支撐行業(yè) ， 也邁入 了快速發(fā)展時(shí)期。 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 ....................................................................錯(cuò)誤 !未定義書簽。時(shí)，電壓電流仿真波形 51 Figure 515 Waveforms of voltage and current, α=150176。在系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，可控高抗能夠快速 地 做出響應(yīng)，據(jù)其母線電壓或線路功率調(diào)節(jié)其無功容量，抑制電壓和功率振蕩 [2]。 能夠 達(dá)到功率因數(shù) 為 ， 大大減少 網(wǎng)損 及無功損耗； （ 4） 適合用在 龐大 的 電力系統(tǒng) 以及有 非常嚴(yán)重網(wǎng)損的 用戶中，能夠降低 電費(fèi) 的 開支 ； （ 5） 減少電力 系統(tǒng) 的 損耗，延長 電力 設(shè)備 的使用 壽命，消除 電網(wǎng)的 諧波污染，提高 電力 系統(tǒng) 的 安全系數(shù)； （ 6） 減少 電弧爐運(yùn)行 以及 異步機(jī)啟動(dòng)等本地電網(wǎng) 造成 的沖擊， 增強(qiáng) 系統(tǒng) 的安全性，對于弱電網(wǎng) 作用效果更明顯； （ 7） 對電網(wǎng) 電壓閃變 予以消除 ，針對閃變設(shè)計(jì) 了 專門的算法， 把 電壓閃變水平降至最低， 使 用戶 的 電能質(zhì)量 得以提高 ； （ 8）擴(kuò)容。 二、在電網(wǎng)中 將變壓器原邊串入，在 變壓器的 副邊注入 與 原邊頻率相同、相位相反的電流， 通過對 電流幅值 的 調(diào)節(jié) 來 變壓器 的 主磁通， 實(shí)現(xiàn) 連續(xù)無級 地調(diào)節(jié)變壓器的原邊阻抗。i 39。39。39。由于大截面段鐵芯在 整個(gè) 電抗器的調(diào)節(jié)容量范圍里，始終工作 于 未飽和的線性磁特性區(qū)，相對 于 小截面段鐵芯 來說 ， 其磁阻 就 很小，可以忽略 不計(jì) 。 電源電壓處于正半周時(shí)，對應(yīng)三種工作情形，即 （ 1） 1T 、 2T 截止， D 導(dǎo)通 （ 2） 2T 截止， 1T 、 D 導(dǎo)通 （ 3） 2T 、 D 截止， 1T 導(dǎo)通 根據(jù)基爾霍夫定律，分別導(dǎo)出三種狀態(tài)下的基本方程： 做如下假設(shè)： 1 2 1 2( ) / , ( ) /abi F F N i F F N? ? ? ? (214) 則可得出： 11[ 1 ( ) ] [ ( ) ]11bdFN K t e K t i Rd t N? ??? ? ? ?? ? ? ? (215) 22[ 1 ( ) ] [ ( ) ]bN K t e K t i Rd t N? ? ? ? ?? ? ? ? (216) 2 磁閥式可控電 抗器的工作原理及數(shù)學(xué)模型 13 ()1abi i K t i??? ?? (217) ()1k b bi i K t i??? ?? (218) ( ) sin1kmu K t E t????? (219) 其中 0 , ( 0 )( ) 1 , ( )1 , ( 2 )tK t tt? ? ? ???? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ?? (220) ku 為控制電壓， ki 為控制電流， i 為電抗器總電流， 根據(jù)式 (21 (216)可得出主回路和控制回路方程如下： 1212()22( ) ( ( ) )2 2 1akbddNReid t d tddNRu K t R id t d t??? ? ??? ?? ? ? ??? (221) 由 式 (219)、 (221) ，可得出磁閥式可控電抗器的簡化等效電路，如 圖 26所示 sinme E t??D2N2N2N 2N1B2B 2R2R( ) sin1kmE K t E t??? ??212R??? 圖 26 磁閥式可控電抗器等效電路圖 Figure 26 Equivalent circuit diagram of magicvalve controlled reactor 從而，對于磁閥式可控電抗器來說，能夠看出，其等效電路相當(dāng)于工作繞組順串聯(lián)、控制繞組反串聯(lián)的可控飽和電抗器。7 2 176。 本章小結(jié) （ Summary） 本章介紹了磁閥式可控電抗器的 物理構(gòu)造及其 工作原理，對其磁路進(jìn)行了分析介紹，建立了磁閥式可控電抗器的數(shù)學(xué)模型，為方便分析給出了磁閥式可控電抗器的等效電路， 描述了 電抗器的 五種 工作狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換過程。 響應(yīng)速度 在晶閘管處于全導(dǎo)通狀態(tài)下，且電壓額定的磁閥式可控電抗器，其容量從空載過渡到額定的時(shí)間稱為電抗器的響應(yīng)時(shí)間，它是可控電抗器的一個(gè)重要參數(shù)，由下式確定： 12n ??? ? (230) 式中， n 是磁閥式可控電抗器從空載容量到額定值時(shí)所需的工頻周期數(shù)，從上式可以看出， n 與抽頭比δ成反比 [27]。由 圖 27 可知，因?yàn)橛兄凭€性的伏安特性曲線，磁閥式可控電抗器能夠在其運(yùn)行過程中有效 消除工頻參數(shù)諧振現(xiàn)象 [23][24]。 （ 3） l 為磁路有效長度，左右兩鐵芯的磁場強(qiáng)度為 12HH、 ， 磁勢為 1F F ，即 11F lH? ， 22F lH? (28) 根據(jù)晶閘管 T1 和 T2 及二極管 D 的可能導(dǎo)通情況， 能夠 得出下列 五 種電抗器的 工作狀態(tài) [18] （ 1） 2T 、 D 截止， 1T 導(dǎo)通 （ 2） 2T 截止， 1T 、 D 導(dǎo)通 （ 3） 1T 、 2T 截止， D 導(dǎo)通 （ 4） 1T 、 D 截止， 2T 導(dǎo)通 2 磁閥式可控電 抗器的工作原理及數(shù)學(xué)模型 11 （ 5） 1T 截止， 2T 、 D 導(dǎo)通 對于 電抗器的以上五 種工作狀態(tài)均可列出 以下 相 對 應(yīng)的 五組 電磁方程 ： （ 1） T D 截止， T1 導(dǎo)通 1 1 2222 1 22212si n( 1 ) ( 1 ) ( 1 )( 1 2 ) si n( 1 ) ( 1 ) ( 1 )( 1 2 )( 1 ) ( 1 )mmEtdB R F R Fdt N S N S N SEtdB R F R Fdt N S N S N SFFiNN? ? ????? ? ??? ?? ????? ? ??? ??????? (29) （ 2） T2 截止 ， T D 導(dǎo)通 11222212si nsi nsi n(1 )mmmEtdB RFdt N S N SEtdB RFdt N S N SEt FFiR N N?????