CN103795315A - 一种超导可调电抗器绕组控制装置及方法 - Google Patents

一种超导可调电抗器绕组控制装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超导可调电抗器绕组控制装置及方法，采用交流接触器作为机械开关，反向并联的晶闸管作为电力电子开关，并通过PLC分别对交流接触器和电力电子开关进行控制。在接收到超导线圈合闸命令时，PLC发出命令控制交流接触器动作，同时控制反并联晶闸管导通；当交流接触器触头闭合后，停止导通晶闸管，使交流接触器为流过超导线圈的电流提供通路。本发明使用机械开关辅以交流电力电子开关，响应快，损耗小；可避免超导线圈产生直流分量，避免合闸不当使超导线圈失超，保护了超导线材；可避免产生直流磁通，从而避免铁芯饱和，减小噪声和谐波。

Description

一种超导可调电抗器绕组控制装置及方法
技术领域
本发明属于超导可调电抗器绕组控制技术领域，特别涉及一种超导可调电抗器绕组控制装置及方法。
背景技术
目前，高温超导材料的发现及高温超导线材制造技术的日益成熟，使得基于超导技术的超导电抗器得以在电力***中得到应用。在低温下运行的超导电抗器和传统意义上的电抗器相比，具有体积小、重量轻、效率高、阻燃、谐波小等优点，大大降低了装置的成本和空间，提高了***的稳定性。
但是，当超导电抗器投入电力***时，若超导线圈合闸角度不合理时，会产生直流磁通，进而在超导线圈内感直流电；由于超导电阻为零，故该直流电流不会衰减，从而该直流磁通也将不会衰减，这可能使电抗器铁芯处于饱和状态，产生噪声和谐波。
发明内容
为避免超导电抗器的超导线圈产生直流电流从而对电力***造成不利影响，本发明提供了一种超导可调电抗器绕组控制装置及方法。
本发明所采用的技术方案是：
一种超导可调电抗器绕组控制装置，包括同步板（1）、PLC（2）、脉冲变压器（3）、整形板（4）、反并联晶闸管（5）、中间继电器（6）、交流接触器（7）；同步板（1）、脉冲变压器（3）、中间继电器（6）的线圈均与PLC（2）连接；脉冲变压器（3）、整形板（4）和反并联晶闸管（5）依次连接；交流接触器（7）的线圈和中间继电器（6）的常开触点相连；交流接触器（7）的常开触点与反并联晶闸管（5）并联。
所述的PLC（2）选用西门子S7-200。
一种基于上述装置进行的超导可调电抗器绕组控制方法，包括以下步骤，
步骤1、PLC发出PWM脉冲程序，同时同步板采集超导电抗器工作线圈的电压信号后，经过信号处理产生一个方波，再经过同步板上的光耦将合闸信号发送到PLC；
步骤2、PLC接收合闸信号后，发出两个信号，一个信号控制中间继电器动作，另一个信号控制PLC内部的两个计数器开始计脉冲数，两个计数器所计脉冲数分别到5000和1500时，PLC均发出一个PTO脉冲信号到脉冲变压器；
步骤3、脉冲送到脉冲变压器降压后，经过整形板滤波后形成触发脉冲，触发脉冲送到两个反向并联的晶闸管触发其导通；
步骤4、45到75ms后，交流接触器闭合，PLC停止发PTO脉冲，合闸完成。
由于普通机械开关具有的固有延时一般为数十个毫秒，相对于20ms的工频周期，无法控制超导绕组在工作绕组电压为90°时合闸；而交流电力电子开关长期使用其开关损耗较大。综合考虑，本发明选取交流接触器辅以交流电力电子开关的方法。合上交流接触器的同时投入交流电力电子开关以保证合闸的即时性，当交流接触器正式导通后，再断开交流电力电子开关。
本发明选用交流接触器作为机械开关，反向并联的两个晶闸管作为电力电子开关，并通过PLC分别对交流接触器和交流电力电子开关进行控制。在接收到超导线圈合闸命令时，西门子S7-200PLC发出命令控制接触器动作，同时控制反并联晶闸管导通。当交流接触器触头闭合后，停止导通晶闸管，使交流接触器为流过超导线圈的电流提供通路。
为避免超导绕组产生直流磁通，必须在主磁通为零的时候闭合超导绕组。在电压为正弦的情况下，磁通的波形也为正弦，即要在磁通的相位为kπ时闭合超导绕组。而根据法拉第电磁感应定律，电压与磁通相位相差
Figure BDA0000386774570000021
故可在电压相位为
Figure BDA0000386774570000022
时闭合超导绕组。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.本发明使用机械开关辅以交流电力电子开关，响应快，损耗小。
2.本发明可避免超导线圈产生直流分量，避免合闸不当使超导线圈失超，保护了超导线材。
3.本发明可避免产生直流磁通，从而避免铁芯饱和，减小噪声和谐波。
附图说明
图1为本发明的控制装置图；
图2为本发明的控制方法流程图；
其中，1—同步板、2—西门子S7-200PLC、3—脉冲变压器、4—整形板、5—反并联晶闸管、6—中间继电器、7—交流接触器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
如图1所示，一种超导可调电抗器绕组控制装置，包括同步板（1）、西门子S7-200PLC（2）、脉冲变压器（3）、整形板（4）、反并联晶闸管（5）、中间继电器（6）、交流接触器（7）；同步板（1）、脉冲变压器（3）、中间继电器（6）的线圈均与西门子S7-200PLC（2）连接；脉冲变压器（3）、整形板（4）和反并联晶闸管（5）依次连接；交流接触器（7）的线圈和中间继电器（6）的常开触点相连；交流接触器（7）的常开触点与反并联晶闸管（5）并联；同步板包括光耦；PLC包括两个计数器，整形板的作用是调整脉冲变压器的输出波形，使其更接近方波。
如图2所示，一种基于上述的装置进行的超导可调电抗器绕组控制方法，包括以下步骤：
步骤1、在准备阶段，运行PLC发PWM脉冲程序；同时同步板采集超导电抗器工作线圈的电压信号后，经过信号处理产生一个方波，再经过光耦将信号发送到PLC。
步骤2、PLC接收合闸信号后，发出两个信号；一个信号控制中间继电器动作，另一个信号控制PLC内部的两个计数器开始计脉冲数。由于一个PWM脉冲10us,一个工频周期20ms,故90和270对应的脉冲数分别为500和1500，故当两个计数器所计脉冲数分别到5000和1500时，PLC都会发出一个PTO脉冲信号到脉冲变压器。
步骤3、脉冲送到脉冲变压器降压后，经过整形板滤波后形成触发脉冲，触发脉冲送到两个反向并联的晶闸管触发其导通。
步骤4、经过45到75ms后，交流接触器闭合，PLC停止发PTO脉冲，合闸完成。

Claims (3)

1.一种超导可调电抗器绕组控制装置，其特征在于：包括同步板（1）、PLC（2）、脉冲变压器（3）、整形板（4）、反并联晶闸管（5）、中间继电器（6）、交流接触器（7）；同步板（1）、脉冲变压器（3）、中间继电器（6）的线圈均与PLC（2）连接；脉冲变压器（3）、整形板（4）和反并联晶闸管（5）依次连接；交流接触器（7）的线圈和中间继电器（6）的常开触点相连；交流接触器（7）的常开触点与反并联晶闸管（5）并联。
2.根据权利要求1所述的一种超导可调电抗器绕组控制装置，其特征在于：所述的PLC（2）采用西门子S7-200。
3.一种基于权利要求1所述的装置进行的超导可调电抗器绕组控制方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤1、PLC发出PWM脉冲程序，同时同步板采集超导电抗器工作线圈的电压信号后，经过信号处理产生一个方波，再经过同步板上的光耦将合闸信号发送到PLC；
步骤2、PLC接收合闸信号后，发出两个信号，一个信号控制中间继电器动作，另一个信号控制PLC内部的两个计数器开始计脉冲数，两个计数器所计脉冲数分别到5000和1500时，PLC均发出一个PTO脉冲信号到脉冲变压器；
步骤3、脉冲送到脉冲变压器降压后，经过整形板滤波后形成触发脉冲，触发脉冲送到两个反向并联的晶闸管触发其导通；
步骤4、45到75ms后，交流接触器闭合，PLC停止发PTO脉冲，合闸完成。
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