一、摘要：磁閥式可控電抗器是在磁飽和式可控電抗器基礎上發展起來的,可随電網傳輸功率的變化而自動平滑調節自身的容量，當電網傳輸功率較大時，電抗器運行在空載或小容量狀态;當電網傳輸功率很小或空載時，電抗器自動增大容量補償對地電容無功，能夠限制工頻電壓升高。在很大程度上提高瞭電網的運行經濟效益。本文介紹瞭一種新型磁控電抗器的結構，並對其進行瞭數學建模。該電抗器運用兩級飽和電抗器來抑制諧波。通過諧波抑制效果，可見雙級飽和可控電抗器的總諧波含量明顯低於單級飽和可控電抗器。

     二
、關鍵詞：電力系統；電抗器；兩級飽和電抗器；諧波抑制

 

     三、引言

     可控電抗器對電力系統有著非常重要的作用
，磁閥式可控電抗器能随著傳輸功率的變化自動平滑地調節自身容量，在線路傳輸大功率時，運行在小容量範圍内，當線路輕載或空載時，它會增大容量而呈現出深度的補償效應
，能夠起到降低工頻電壓升高的作用。這就在很大程度上提高瞭電網的經濟效益。因此，可控電抗器的控制研究一直是電力系統方面研究的重點。傳統磁控電抗器應用於單相情況時[1]，如電氣化鐵路動态無功補償裝置、可調消弧線圈等時，由於缺乏3 次諧波補償回路而産生較大的諧波，爲進一步減少磁控電抗器在單相應用條件下的諧波，本文提出一種新型可抑制3 次諧波的雙級磁控飽和電抗器。

     四
、傳統磁閥式可控電抗器的原理

  “磁閥”的概念是前蘇聯學者在直流助磁式飽和電抗器基礎上於1986 年提出的，使可控電抗器的理論向前發展瞭一大步。圖1 爲磁閥式可控電抗器原理圖
。

     如圖1所示，電抗器鐵芯磁路由大面積段A 和小面積段AS(長度爲l)串聯而成。因爲在磁閥式可控電抗器的整個容量調節範圍内，大面積段鐵芯的工作狀态始終處於磁特性的未飽和線性區，其磁阻相對小面積段鐵芯很小，故予忽略。在電抗器的整個容量調節範圍内，大截面段始終工作於未飽和線性區，僅有小截面段鐵心磁路飽和，且飽和程度很高[2]。在磁控電抗器的工作鐵心柱上分别對稱的繞有兩個線圈，其上有抽頭，它們之間接有可控矽T1、T2，不同鐵心的上下兩個主繞組交叉鏈接後並聯至電源，續流二極管D 接在兩個線圈的中間。當磁控電抗器主繞組接至電源電壓，在可控矽兩端感應出1%左右的系統電壓。在電源電壓正半周觸發導通可控矽T1，形成圖2a 所示的等效電路。在後回路中産生直流控制電流；在電源電壓負半周觸發導通可控矽T2，形成圖2b 所示的等效電路[3]。

  五、新型磁控電抗器的結構

  爲瞭減小工作繞組對控制回路的影響，減少工作電流的諧波含量，擴大電抗器調節深度，降低可控電抗器的體積和成本
，減少漏磁損耗及偏磁磁化容量，提出一種新型磁控電抗器結構,如圖3 所示
。這種結構的突出特點是鐵芯的邊柱上布置瞭兩級減小截面的部分，這兩部分爲鐵芯磁化區，它們工作在不同的飽和度下，可有效降低工作電流諧波含量。同時其鐵芯中間柱上還存在空氣隙0 δ ，該氣隙的存在使偏磁強度下的工作電流波形進一步改善，更爲關鍵的是使得可控電抗器的響應速度顯著提高，有效的減小所需磁化容量，並使其伏安特性在較低工作電壓時仍接近線性。工作繞組有三個線包組成，分别布置在兩個邊柱和中間柱上
，直流控制繞組分别放置在兩個邊柱上，兩繞組反串聯，使得工頻感應電壓相互抵消，在忽略交直流繞組電阻的情況下，控制回路的感應電流将将爲零。直流控制繞組布置在兩側交流工作繞組内部，所有繞組均爲圓繞組，鐵芯也爲圓柱形。中間柱空氣隙分段布置在中柱交流繞組的内部。減小截面的部分分多段布置在邊柱上，這種布置的目的是爲瞭提高空間利用系數，減小漏磁通。

     六、兩級飽和電抗器減小諧波機理研究

     兩級飽和可控電抗器鐵芯結構如圖5所示，繞組鐵芯由三段不同面積的鐵芯串聯組成。圖中bA爲大截面段鐵芯面積，sA爲小截面段鐵芯面積，長度爲1l，mA爲中截面段鐵芯面積，長度爲2l。雙擊飽和指在磁控電抗器的整個容量調節範圍内，不僅小截面進入飽和狀态，中截面也進入飽和狀态，大截面段始終工作在磁路未飽和狀态[4][5][6][7][8]。圖5爲兩級結構鐵芯等效磁特性，由兩端斜率不同的曲線組成，分别對應兩種不同的磁導率，可推導出對應兩種不同磁通密度。

     圖7爲在該設計條件下的3 次諧波抑制效果圖，可見當(dāng)中截面進入飽(bǎo)和工作區後，電抗

器輸出電流中3次諧波含量大大減小不到1%，這是因爲小截面産生的3次諧波電流與中截面産生的3次諧波電流相位相反，互相抵消。圖8爲單級飽和可控電抗器與兩級飽和可控電抗器總諧波含量的比較，可見雙級飽和可控電抗器的總諧波含量明顯低於單級飽和可控電抗器。

     七、結(jié)論(lùn)

     本文從減小磁控電抗器自身諧波含量的基礎上，研究瞭一種新型的磁控電抗器的結構。並對該新型可控電抗器的數學模型及諧波産生原因進行分析研究。對比諧波抑制效果表明，通過設置兩級飽和區可以大大減小磁控電抗器産生的3 次諧波含量。