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申请/专利权人：兰州交通大学

摘要：本发明公开一种双级投切快速响应型自励式磁控电抗器与控制方法。本发明所述电抗器由高压辅助绕组的部分绕组构成的第一低压辅助绕组和第二低压辅助绕组上的较小感应电动势作为磁控电抗器正常工作时的励磁源。本发明在无需外加独立励磁电源的条件下，利用电抗器本体铁心的四柱式结构和内部交、直流磁通分布特点，通过引入第一高压辅助绕组和第二高压辅助绕组并利用产生的感应电动势即构建磁控电抗器的快速响应励磁源；通过实现自励式磁控电抗器控制回路和工作回路的分离，不明显增加损耗，不改变电抗器的控制精度；实现在电抗器容量双向变化的任意范围内具有很快的动态响应速度，具有结构简单、综合性能较佳的特点，且容易一体化设计生产。

主权项：1.一种双级投切快速响应型自励式磁控电抗器，包括第一铁心（1）和第二铁心（2），第一铁心（1）一侧对应设置有第一旁轭（3），第二铁心（2）一侧对应设置有第二旁轭（4），其特征在于：所述的第一铁心（1）上设置有第一工作绕组（6）、第三工作绕组（8）和第一控制绕组（10）；第二铁心（2）上设置有第二工作绕组（7）、第四工作绕组（9）和第二控制绕组（11）；所述第一旁轭（3）上设置有第一高压辅助绕组（12），第二旁轭（4）上设置有第二高压辅助绕组（13），第一高压辅助绕组（12）通过第一可控开关器件（16）连接全控整流装置（20）的输入端，第二高压辅助绕组（13）通过第二可控开关器件（17）连接全控整流装置（20）的输入端；取第一高压辅助绕组（12）的部分绕组构成第一低压辅助绕组（14），取第二高压辅助绕组（13）的部分绕组构成第二低压辅助绕组（15），第一低压辅助绕组（14）引出抽头通过第三可控开关器件（18）连接全控整流装置（20）的输入端；第二低压辅助绕组（15）引出抽头通过第四可控开关器件（19）连接全控整流装置（20）的输入端；第三可控开关器件（18）与第一可控开关器件（16）并联；第四可控开关器件（19）与第二可控开关器件（17）并联；所述第一控制绕组（10）和第二控制绕组（11）按产生磁通方向相反原则串联，串联后的端子连接全控整流装置（20）的输出端；所述第一工作绕组（6）、第二工作绕组（7）、第三工作绕组（8）、第四工作绕组（9）的匝数相同；第一高压辅助绕组（12）和第二高压辅助绕组（13）的匝数相同且同向串联；第一低压辅助绕组（14）和第二低压辅助绕组（15）的匝数相同；第一控制绕组（10）和第二控制绕组（11）的匝数相同且反向串联；所述的第一旁轭（3）与第一铁心（1）之间存在工频交变磁通回路（22），第二旁轭（4）与第二铁心（2）之间存在工频交变磁通回路（22），所述的第一铁心（1）和第二铁心（2）之间存在直流偏磁磁通（21）回路；第一铁心（1）和第二铁心（2）之间设置有小截面磁阀（5）。

全文数据：一种双级投切快速响应型自励式磁控电抗器与控制方法技术领域本发明涉及电力系统动态无功补偿设备技术领域，具体地说是一种双级投切快速响应型自励式磁控电抗器与控制方法。背景技术公知的磁控电抗器是工作在磁饱和状态的动态无功补偿装置。在其主铁心中设置有一个或数个小截面磁阀部分，利用直流偏磁调整通过磁阀的磁通大小来改变磁阀的饱和度，从而实现电抗器容量的可控调节。由于这种工作原理的可控电抗器具有容量连续平滑可调、可靠性高、易于维护等特点而广泛应用于补偿电力系统无功功率、维持电网电压稳定、抑制潜供电流等方面。然而，随着电网负荷对电能质量要求的提高，磁控电抗器由于自身的电磁惯性导致其容量调整过程中的动态响应速度已不能满足电力系统的要求。因而，现有技术中也开展研究了提高磁控电抗器响应速度的辅助措施，例如利用充电电容在控制回路放电、提高控制回路电压等方法，虽然有一定改善效果，但只能单向提高电抗器容量增大时的响应速度或相应的电路结构和控制策略异常复杂，尤其是都需提供一套独立的辅助激励源，大大减小了磁控电抗器的性价比而且加大了现场的过程控制难度。发明内容本发明的一个目的在于提出一种双级投切快速响应型自励式磁控电抗器；本发明的另一个目的在于提出一种双级投切快速响应型自励式磁控电抗器的控制方法；以解决磁控电抗器在容量增大和减小过程中动态响应速度慢的缺陷，并有效避免了现有技术存在的问题。为实现上述目的，本发明所述一种双级投切快速响应型自励式磁控电抗器，包括第一铁心和第二铁心，第一铁心一侧对应设置有第一旁轭，第二铁心一侧对应设置有第二旁轭，所述的第一铁心上设置有第一工作绕组、第三工作绕组和第一控制绕组；第二铁心上设置有第二工作绕组、第四工作绕组和第二控制绕组；所述第一旁轭上设置有第一高压辅助绕组，第二旁轭上设置有第二高压辅助绕组，第一高压辅助绕组通过第一可控开关器件连接全控整流装置的输入端，第二高压辅助绕组通过第二可控开关器件连接全控整流装置的输入端；取第一高压辅助绕组的部分绕组构成第一低压辅助绕组，取第二高压辅助绕组的部分绕组构成第二低压辅助绕组，第一低压辅助绕组引出抽头通过第三可控开关器件连接全控整流装置的输入端；第二低压辅助绕组引出抽头通过第四可控开关器件连接全控整流装置的输入端；第三可控开关器件与第一可控开关器件并联；第四可控开关器件与第二可控开关器件并联；所述第一控制绕组和第二控制绕组按产生磁通方向相反原则串联，串联后的端子连接全控整流装置的输出端。所述第一工作绕组、第四工作绕组串联；第二工作绕组、第三工作绕组串联，串联的第一工作绕组、第四工作绕组与串联的第二工作绕组、第三工作绕组并联，作为电抗器的外部端子。所述第一工作绕组、第二工作绕组、第三工作绕组、第四工作绕组的匝数相同；第一高压辅助绕组和第二高压辅助绕组的匝数相同且同向串联；第一低压辅助绕组和第二低压辅助绕组的匝数相同；第一控制绕组和第二控制绕组的匝数相同且反向串联。所述的第一旁轭与第一铁心之间存在工频交变磁通回路，第二旁轭与第二铁心之间存在工频交变磁通回路，所述的第一铁心和第二铁心之间存在直流偏磁磁通回路；第一铁心和第二铁心之间设置有小截面磁阀。所述一种双级投切快速响应自励式磁控电抗器的控制方法，实现步骤如下：1第一旁轭上的第一高压辅助绕组与第二旁轭上的第二高压辅助绕组两端会感应出相应的感应电动势，电动势大小与电抗器工作电压符合双绕组变压器的原副边电压变比关系且稳定不变；2在电抗器容量增加的过渡阶段，第一可控开关器件和第二可控开关器件导通，第三可控开关器件和第四可控开关器件关断，先将第一高压辅助绕组和第二高压辅助绕组上的感应电动势同向叠加作为快速响应激励源，经全控整流装置为第一控制绕组和第二控制绕组提供快速励磁直流偏磁电流，改变全控整流装置触发角度大小就能实现直流偏磁磁通的快速建立，使磁控电抗器容量得到快速调节；3快速励磁完成后，关断第一可控开关器件和第二可控开关器件的同时导通第三可控开关器件和第四可控开关器件，即切除高压辅助绕组并投入低压辅助绕组正常励磁；4在电抗器容量减小的过渡阶段，先调节全控整流装置的触发角使直流控制电压远低于目标控制电压，持续一定时间后再恢复到目标控制电压。所述的控制方法中第一旁轭上的第一高压辅助绕组与第二旁轭上的第二高压辅助绕组两端会感应出相应的感应电动势，电动势大小与电抗器工作电压符合双绕组变压器原副边电压变比关系；第一低压辅助绕组和第二低压辅助绕组两端的感应电动势较小；将第一高压辅助绕组和第二高压辅助绕组上的感应电动势同向叠加作为磁控电抗器快速励磁的激励源，第一低压辅助绕组和第二低压辅助绕组两端的感应电动势同向叠加作为磁控电抗器稳态励磁的激励源。所述的控制方法中通过控制可控开关器件的导通顺序和时间，在电抗器容量增大的过渡阶段，使得高压级绕组先投入，持续一段时间后投入低压级绕组，改变接入全控整流装置的交流电压大小，调节全控整流装置触发角度大小就能实现直流偏磁磁通的快速改变，从而加快磁控电抗器容量增大时的响应速度；在电抗器容量减小的过渡阶段，先令直流控制电压降低到远低于目标控制电压的某个值，持续一定时间后再恢复到目标控制电压。本发明所述一种双级投切快速响应型自励式磁控电抗器与控制方法，其有益效果在于：1、在无需外加独立励磁电源的条件下，利用电抗器本体铁心的四柱式结构和内部交、直流磁通分布特点，通过引入第一高压辅助绕组和第二高压辅助绕组并利用产生的感应电动势即可方便构建磁控电抗器的快速响应励磁源；2、由高压辅助绕组的部分绕组构成的第一低压辅助绕组和第二低压辅助绕组上的较小感应电动势作为磁控电抗器正常工作时的励磁源，无需外加单独的直流电源，形成了新的自励磁方式且提高了铁磁材料利用率；3、通过将工作回路中第一工作绕组和第四工作绕组、第二工作绕组和第三工作绕组分别交叉串联再并联，能使因直流偏磁磁通变化而在各工作绕组上产生的感应电动势相互抵消，能够一定程度提高电抗器的响应速度；4、通过控制可控开关器件的导通顺序和时间，实现高压辅助绕组和低压辅助绕组的轮流投切，在电抗器容量增大时提供快速励磁所需的高电压和稳定励磁时的正常电压；在电抗器容量减小的过渡阶段，只需调节整流装置的触发角，不需要高、低压辅助绕组的切换；5、通过实现自励式磁控电抗器控制回路和工作回路的分离，提高电抗器响应速度的同时不会明显增加损耗，也不会改变电抗器的控制精度；能够实现在电抗器容量双向变化的任意范围内具有很快的动态响应速度，具有结构简单、综合性能较佳的特点，且容易一体化设计生产。附图说明图1是本发明的结构原理示意图；图2是本发明本体磁通流通结构示意图；附图中：1.第一铁心；2.第二铁心；3.第一旁轭；4.第二旁轭；5.小截面磁阀；6.第一工作绕组；7.第二工作绕组；8.第三工作绕组；9.第四工作绕组；10.第一控制绕组；11.第二控制绕组；12.第一高压辅助绕组；13.第二高压辅助绕组；14.第一低压辅助绕组；15.第二低压辅助绕组；16.第一可控开关器件；17.第二可控开关器件；18.第三可控开关器件；19.第四可控开关器件；20.全控整流装置；21.直流偏磁磁通；22.工频交变磁通。具体实施方式实施例1如图1-2所示，本发明所述一种双级投切快速响应型自励式磁控电抗器，包括第一铁心1和第二铁心2，第一铁心1一侧对应设置有第一旁轭3，第二铁心2一侧对应设置有第二旁轭4，所述的第一铁心1上设置有第一工作绕组6、第三工作绕组8和第一控制绕组10；第二铁心2上设置有第二工作绕组7、第四工作绕组9和第二控制绕组11；所述第一旁轭1上设置有第一高压辅助绕组12，第二旁轭4上设置有第二高压辅助绕组13，第一高压辅助绕组12通过第一可控开关器件16连接全控整流装置20的输入端，第二高压辅助绕组13通过第二可控开关器件17连接全控整流装置20的输入端；取第一高压辅助绕组12的部分绕组构成第一低压辅助绕组14，取第二高压辅助绕组13的部分绕组构成第二低压辅助绕组15，第一低压辅助绕组14引出抽头通过第三可控开关器件18连接全控整流装置20的输入端；第二低压辅助绕组15引出抽头通过第四可控开关器件19连接全控整流装置20的输入端；第三可控开关器件18与第一可控开关器件16并联；第四可控开关器件19与第二可控开关器件17并联；所述第一控制绕组10和第二控制绕组11按产生磁通方向相反原则串联，串联后的端子连接全控整流装置20的输出端；所述第一工作绕组6、第四工作绕组9串联；第二工作绕组7、第三工作绕组8串联，串联的第一工作绕组6、第四工作绕组9与串联的第二工作绕组7、第三工作绕组8并联，作为电抗器的外部端子；所述第一工作绕组6、第二工作绕组7、第三工作绕组8、第四工作绕组9的匝数相同；第一高压辅助绕组12和第二高压辅助绕组13的匝数相同且同向串联；第一低压辅助绕组14和第二低压辅助绕组15的匝数相同；第一控制绕组10和第二控制绕组11的匝数相同且反向串联；所述的第一旁轭3与第一铁心1之间存在工频交变磁通22回路，第二旁轭4与第二铁心2之间存在工频交变磁通回路22，所述的第一铁心1和第二铁心2之间存在直流偏磁磁通21回路；第一铁心1和第二铁心2之间设置有小截面磁阀5。所述的一种双级投切快速响应自励式磁控电抗器的控制方法，实现步骤如下：1由第一工作绕组6和第四工作绕组9、第二工作绕组7和第三工作绕组8交叉串联后再并联构成工作回路；其中包含全控整流装置20的闭合回路称为控制回路；根据电磁感应定律可知，设置在第一旁轭3、第二旁轭4上的第一高压辅助绕组12、第二高压辅助绕组13两端会产生感应电动势，电动势大小与电抗器工作电压符合双绕组变压器原副边电压变比关系且稳定不变；在电抗器容量增加的过渡阶段，第一可控开关器件16和第二可控开关器件17导通，第三可控开关器件18和第四可控开关器件19关断，先将第一高压绕组12和第二高压绕组13上的感应电动势同向叠加作为快速励磁的激励源，经全控整流装置20为第一控制绕组10和第二控制绕组11提供快速励磁直流偏磁电流，改变全控整流装置20触发角度的大小就能实现直流偏磁磁通21的快速建立，从而使小截面磁阀5的磁饱和度快速改变，最终实现磁控电抗器容量的快速调节；快速励磁完成后，关断第一可控开关器件16和第二可控开关器件17的同时导通第三可控开关器件18和第四可控开关器件19，即切除高压辅助绕组并投入低压辅助绕组正常励磁；在电抗器容量减小的过渡阶段，先调节可控整流装置20的触发角使直流控制电压远低于目标控制电压，持续一定时间后再恢复到目标控制电压；交叉串联再并联的第一工作绕组6、第二工作绕组7、第三工作绕组8和第四工作绕组9会使直流偏磁磁通21在各自绕组上的感应电动势由于方向相反大小相等，将相互抵消，不会影响控制回路直流偏磁磁通21的过渡过程，从而改善磁控电抗器的响应速度。

权利要求：1.一种双级投切快速响应型自励式磁控电抗器，包括第一铁心1和第二铁心2，第一铁心1一侧对应设置有第一旁轭3，第二铁心2一侧对应设置有第二旁轭4，其特征在于：所述的第一铁心1上设置有第一工作绕组6、第三工作绕组8和第一控制绕组10；第二铁心2上设置有第二工作绕组7、第四工作绕组9和第二控制绕组11；所述第一旁轭1上设置有第一高压辅助绕组12，第二旁轭4上设置有第二高压辅助绕组13，第一高压辅助绕组12通过第一可控开关器件16连接全控整流装置20的输入端，第二高压辅助绕组13通过第二可控开关器件17连接全控整流装置20的输入端；取第一高压辅助绕组12的部分绕组构成第一低压辅助绕组14，取第二高压辅助绕组13的部分绕组构成第二低压辅助绕组15，第一低压辅助绕组14引出抽头通过第三可控开关器件18连接全控整流装置20的输入端；第二低压辅助绕组15引出抽头通过第四可控开关器件19连接全控整流装置20的输入端；第三可控开关器件18与第一可控开关器件16并联；第四可控开关器件19与第二可控开关器件17并联；所述第一控制绕组10和第二控制绕组11按产生磁通方向相反原则串联，串联后的端子连接全控整流装置20的输出端。2.如权利要求1所述的一种双级投切快速响应型自励式磁控电抗器，其特征在于：所述第一工作绕组6、第四工作绕组9串联；第二工作绕组7、第三工作绕组8串联，串联的第一工作绕组6、第四工作绕组9与串联的第二工作绕组7、第三工作绕组8并联，作为电抗器的外部端子。3.如权利要求1所述的一种双级投切快速响应型自励式磁控电抗器，其特征在于：所述第一工作绕组6、第二工作绕组7、第三工作绕组8、第四工作绕组9的匝数相同；第一高压辅助绕组12和第二高压辅助绕组13的匝数相同且同向串联；第一低压辅助绕组14和第二低压辅助绕组15的匝数相同；第一控制绕组10和第二控制绕组11的匝数相同且反向串联。4.如权利要求1所述的一种双级投切快速响应型自励式磁控电抗器，其特征在于：所述的第一旁轭3与第一铁心1之间存在工频交变磁通22回路，第二旁轭4与第二铁心2之间存在工频交变磁通回路22，所述的第一铁心1和第二铁心2之间存在直流偏磁磁通21回路；第一铁心1和第二铁心2之间设置有小截面磁阀5。5.如权利要求1所述的一种双级投切快速响应自励式磁控电抗器的控制方法，其特征在于：所述的第一旁轭3上的第一高压辅助绕组12与第二旁轭4上的第二高压辅助绕组13两端会感应出相应的感应电动势，电动势大小与电抗器工作电压符合双绕组变压器的原副边电压变比关系且稳定不变；在电抗器容量增加的过渡阶段，第一可控开关器件16和第二可控开关器件17导通，第三可控开关器件18和第四可控开关器件19关断，先将第一高压辅助绕组12和第二高压辅助绕组13上的感应电动势同向叠加作为快速响应激励源，经全控整流装置20为第一控制绕组10和第二控制绕组11提供快速励磁直流偏磁电流，改变全控整流装置20触发角度大小就能实现直流偏磁磁通的快速建立，使磁控电抗器容量得到快速调节；快速励磁完成后，关断第一可控开关器件16和第二可控开关器件17的同时导通第三可控开关器件18和第四可控开关器件19，即切除高压辅助绕组并投入低压辅助绕组正常励磁；在电抗器容量减小的过渡阶段，先调节全控整流装置20的触发角使直流控制电压远低于目标控制电压，持续一定时间后再恢复到目标控制电压。6.如权利要求5所述的一种双级投切快速响应自励式磁控电抗器的控制方法，其特征在于：所述的第一旁轭3上的第一高压辅助绕组12与第二旁轭4上的第二高压辅助绕组13两端会感应出相应的感应电动势，电动势大小与电抗器工作电压符合双绕组变压器原副边电压变比关系；第一低压辅助绕组14和第二低压辅助绕组15两端的感应电动势较小；将第一高压辅助绕组12和第二高压辅助绕组13上的感应电动势同向叠加作为磁控电抗器快速励磁的激励源，第一低压辅助绕组14和第二低压辅助绕组15两端的感应电动势同向叠加作为磁控电抗器稳态励磁的激励源。7.如权利要求5所述的一种双级投切快速响应自励式磁控电抗器的控制方法，其特征在于：通过控制可控开关器件的导通顺序和时间，在电抗器容量增大的过渡阶段，使得高压级绕组先投入，持续一段时间后投入低压级绕组，改变接入全控整流装置20的交流电压大小，调节全控整流装置20触发角度大小就能实现直流偏磁磁通的快速改变，从而加快磁控电抗器容量增大时的响应速度；在电抗器容量减小的过渡阶段，先令直流控制电压降低到远低于目标控制电压的某个值，持续一定时间后再恢复到目标控制电压。

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