CN105185511B - 一种减少有界不确定性的三相饱和电抗器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种减少有界不确定性的三相饱和电抗器，包括A相饱和电抗器，B相饱和电抗器，C相饱和电抗器；A、B、C相饱和电抗器端子A1，端子B1，端子C1分别连接电力***的A、B、C相电压；A、B、C相饱和电抗器端子端子A5，端子B5，端子C5连接在一起，并经电阻R1连接端子N；A、B、C相饱和电抗器端子端子A6，端子B6，端子C6连接在一起，并经电阻R2连接端子N。本发明可减小三相饱和电抗器的有界不确定性；不论三相饱和电抗器的工作电流如何变化，三相饱和电抗器的中性线中的工频电流始终等于零，电阻不会消耗工频电流的能量。

Description

一种减少有界不确定性的三相饱和电抗器

技术领域

本发明涉及电力***送变电技术领域，特别涉及一种减少有界不确定性的三相饱和电抗器。

背景技术

电抗器在电力***中的应用非常广泛。串联电抗器可限制短路电流；并联电抗器可限制过电压；电抗器与电容联合可构成滤波电路。在一些应用领域，电抗器的电抗值是固定不变的；在一些应用领域，电抗器的电抗值应随着电力***运行方式的变化而不断调节。电抗值可以连续调节的可控饱和电抗器(也称为：饱和电抗器，磁控电抗器)是重要研究课题。

饱和电抗器是利用饱和电抗器闭环铁芯的饱和特性来改变电抗器的电抗值。已经有许多饱和电抗器被提出来，中国水利水电出版社2008年出版蔡宣三，高越农著《可控饱和电抗器原理、设计与应用》一书对饱和电抗器作了总结。中国高等学校电力***及其自动化专业第31届学术年会论文《几种磁控电抗器的仿真分析与性能比较》指出，磁控电抗器存在有界不确定性。(1)不论经历多长时间，磁控电抗器电路中电流波形的峰值都不会稳定在一确定值；总是在某一范围内无规则地变动。即这种非线性电路存在响应的不确定性。(2)磁控电抗器电路中电流波形峰值随时间变化的各个极大值与各个极小值的差值不会超过某一确定值。即这种非线性电路存在响应的有界性。可以用有界性的大小，来评价有界不确定现象的大小。减小有界不确定现象可提高饱和电抗器性能。

CN201510240176.9提出一种缩短暂态响应时间的饱和电抗器，对饱和电抗器的暂态响应时间作了改进。但是，该饱和电抗器的有界不确定性还比较大。

发明内容

本发明的目的就是为解决上述问题，提供一种减少有界不确定性的三相饱和电抗器。

为实现上述目的，本发明采用如下方式：

一种减少有界不确定性的三相饱和电抗器，包括：

单相的结构相同的A相饱和电抗器，B相饱和电抗器，C相饱和电抗器；

A、B、C相饱和电抗器各自的第一交流端子A1，端子B1，端子C1分别连接电力***的A、B、C相电压；

A、B、C相饱和电抗器各自的第二交流端子A5，端子B5，端子C5连接在一起，并经电阻R1连接三相饱和电抗器的中性点端子N；

A、B、C相饱和电抗器各自的第三直流端子A6，端子B6，端子C6连接在一起，并经电阻R2连接三相饱和电抗器的中性点端子N；

中性线中的工频电流为零，流经电阻R1，电阻R2的电流为谐波电流，电阻提供阻尼作用，实现减少有界不确定性。

所述的各单相饱和电抗器包括：

饱和电抗器闭环铁芯；

闭环铁芯有至少两个铁芯柱；

每个所述铁芯柱上有三个线圈，三个线圈的匝数不同，但两铁芯柱上处于相同位置的线圈匝数则相同；

两铁芯柱上第一位置的线圈同名端连接端子I作为第一交流端子A1；

一个铁芯柱上第一位置的线圈异名端与另一铁芯柱上第二位置上的线圈的同名端连接；

两铁芯柱上第二位置的线圈异名端连接端子III作为第二交流端子A5；

一个铁芯柱上第三位置的线圈的同名端与本铁芯柱第二位置的线圈的同名端连接；

各铁芯柱上第三位置的线圈的异名端分别与一个晶闸管连接，两晶闸管的另一端连接端子IV作为第三直流端子A6；

晶闸管的控制端与控制电路连接，控制电路控制晶闸管触发角的大小，实现连续调节晶闸管整流量的大小。

所述一个铁芯柱上第一位置线圈的异名端和第二位置线圈的同名端间连接二极管。

所述晶闸管全截止时，饱和电抗器有最大电抗值，晶闸管两端有交流电压；

所述晶闸管全导通时，饱和电抗器有最小电抗值，晶闸管构成半波整流电路。

所述两铁芯柱截面积相等，各自至少有能形成一条不经过对方铁芯柱的磁通闭环。

所述端子N接地。

所述流过电阻R1，电阻R2的电流是3次、6次、9次及以上的谐波电流。

本发明的有益效果是：在三相饱和电抗器的中性线中加入电阻，可减小三相饱和电抗器的有界不确定性；不论三相饱和电抗器的工作电流如何变化，三相饱和电抗器的中性线中的工频电流始终等于零，电阻不会消耗工频电流的能量。电阻只需消耗较小的高次谐波能量，即可减小饱和电抗器的有界不确定性，效率高。电阻还有减小三相饱和电抗器暂态响应时间的作用。

附图说明

图1表示一种典型的单相饱和电抗器；

图2表示一种有界不确定性比较小的三相饱和电抗器；

其中，1.端子I，2.端子II，3.闭环铁芯，4.控制电路，5.端子III，6.端子IV，7.A相饱和电抗器，8.B相饱和电抗器，9.C相饱和电抗器。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

实施例：

一种典型的单相饱和电抗器如图1所示。包括端子I 1，端子II2，端子III5，端子IV6，饱和电抗器闭环铁芯3，控制电路4。饱和电抗器闭环铁芯3至少有两根截面积相等、均有线圈的铁芯柱；这两根铁芯柱各自至少有能形成一条不经过对方铁芯柱的磁通闭环。

闭环铁芯3可以是相互没有通路的两个闭环铁芯，例如1：两个口字形铁芯。也可以是一体的，相互有通路的闭环铁芯；例如2：三根铁芯柱，铁芯柱两端有磁轭连通三根铁芯柱，任何两根铁芯柱都能够相互构成磁通闭环，但至少有两根能各自形成不经过对方铁芯柱的闭环。例如3：四根铁芯柱，铁芯柱两端有磁轭连通四根铁芯柱，任何两根铁芯柱都能够相互构成磁通闭环，但至少有两根能各自形成不经过对方铁芯柱的闭环，如图1所示。

在闭环铁芯3两根截面积相等的铁芯柱中，其中一根铁芯柱上有线圈L1、线圈L3、线圈L5；另一根铁芯柱上有线圈L2、线圈L4、线圈L6；线圈L1、线圈L2的匝数相等；线圈L3、线圈L4的匝数相等；线圈L5、线圈L6的匝数相等；线圈L1、线圈L5的匝数不相等；线圈L3、线圈L5的匝数不相等。线圈L1、线圈L2的同名端连接端子I 1，线圈L1的异名端连接线圈L4的同名端，线圈L2的异名端连接线圈L3的同名端，线圈L3、线圈L4的异名端连接端子III5，端子III5再连接端子II2，线圈L5的同名端连接线圈L3的同名端，线圈L6的同名端连接线圈L4的同名端，线圈L5、线圈L6的异名端分别经正向晶闸管D1、反向晶闸管D2连接端子IV6，端子IV6再连接端子II2；晶闸管D1、晶闸管D2的控制端子分别连接控制电路4。

控制电路4控制晶闸管D1和晶闸管D2触发角的大小，实现连续调节晶闸管D1和晶闸管D2整流量的大小。

设一种单相饱和电抗器额定电压为U1。一种单相饱和电抗器端子I 1与端子II2接入额定电压为U1的电力***，当控制电路4控制晶闸管D1和晶闸管D2全截止时，晶闸管D1和晶闸管D2整流电路不工作，线圈L1、线圈L2、线圈L3、线圈L4流过的是很小的励磁电流。单相饱和电抗器有最大电抗值Zmax。

线圈L1、线圈L2、线圈L3、线圈L4有励磁电流，会在线圈L1、线圈L2、线圈L3、线圈L4、线圈L5、线圈L6产生感应电压。由于线圈L1、线圈L2的匝数相等，线圈L3、线圈L4的匝数相等，线圈L5、线圈L6的匝数相等，线圈L3、线圈L5的匝数不相等；晶闸管D1和晶闸管D2两端会有交流电压，为晶闸管D1和晶闸管D2整流电路提供交流电源。

当控制电路4控制晶闸管D1和晶闸管D2全导通时，晶闸管D1和晶闸管D2就变为二极管特性，晶闸管D1和晶闸管D2分别构成半波整流电路。线圈L1、线圈L2、线圈L5、线圈L6的直流电流达到最大设计值。线圈L2、线圈L5中的直流电流方向朝下，线圈L1、线圈L6中的直流电流方向朝上。线圈L1、线圈L5在同一铁芯柱上，如果线圈L1、线圈L5的匝数相等，线圈L1在铁芯柱中产生的磁势与线圈L5在铁芯柱中产生的磁势大小相等、方向相反，铁芯柱中产生的合成磁势等于零。同理，线圈L2、线圈L6在同一铁芯柱上，如果线圈L2、线圈L6的匝数相等，铁芯柱中产生的合成磁势等于零。

由于规定线圈L1、线圈L5的匝数不相等，线圈L1、线圈L2的匝数相等，线圈L5与线圈L6的匝数相等；两铁芯柱中产生的合成磁势不等于零，且一根铁芯柱中的直流磁通朝上，另一根铁芯柱中的直流磁通朝下。线圈L1与线圈L5匝数不相等的程度越大，铁芯柱中的直流磁通越大。铁芯柱中的直流磁通越大，单相饱和电抗器的的交流无功电流就越大，单相饱和电抗器的电抗值就越小。根据设计要求，当控制电路4控制晶闸管D1和晶闸管D2全导通时，单相饱和电抗器有最小电抗值Zmin。

控制电路4控制晶闸管D1和晶闸管D2整流量的大小，可控制线圈L1、线圈L2、线圈L5、线圈L6中直流电流的大小，实现控制单相饱和电抗器电抗值的大小。控制电路4连续控制晶闸管D1和晶闸管D2整流量的大小，可连续控制线圈L1、线圈L2、线圈L5、线圈L6中直流电流的大小，实现单相饱和电抗器电抗值的连续调节，单相饱和电抗器电抗值在最大值与最小值之间调节、变化。

进一步的，线圈L1的异名端与线圈L2的异名端之间还连接二极管D3。如果线圈L1与线圈L2所在的两铁芯柱中的工频(基波)磁通不平衡，二极管D3提供半波整流的励磁电流，可平衡两铁芯柱中的工频(基波)磁通。线圈L1、线圈L2中的电流含有高次谐波。实验表明，线圈L1、线圈L2、二极管D3构成高次谐波整流通路可改善饱和电抗器的特性。

一种减少有界不确定性的三相饱和电抗器如图2所示。包括A相饱和电抗器7，B相饱和电抗器8，C相饱和电抗器9；A相饱和电抗器端子I 1用A1表示，B相饱和电抗器端子I 1用B1表示，C相饱和电抗器端子I 1用C1表示；A相饱和电抗器端子III5用A5表示，B相饱和电抗器端子III5用B5表示，C相饱和电抗器端子III5用C5表示；A相饱和电抗器端子IV6用A6表示，B相饱和电抗器端子IV6用B6表示，C相饱和电抗器端子IV6用C6表示；端子N表示三相饱和电抗器的中性点；端子A1，端子B1，端子C1分别连接电力***的A、B、C相电压。端子A5，端子B5，端子C5连接在一起，并经电阻R1连接端子N；端子A6，端子B6，端子C6连接在一起，并经电阻R2连接端子N。一般情况端子N接地。

设一种减少有界不确定性的三相饱和电抗器额定相电压为U1。一种减少有界不确定性的三相饱和电抗器端子A1，端子B1，端子C1分别连接额定相电压为U1的电力***的A、B、C三相。电力***的A、B、C相电压是对称的，三相电压的幅值皆相等，三相电压的相位各相差120°。由于A相饱和电抗器7，B相饱和电抗器8，C相饱和电抗器9的结构是相同的，所以流过A相饱和电抗器，B相饱和电抗器，C相饱和电抗器的工频电流的幅值皆相等，三相电流的相位各相差120°，端子A5，端子B5，端子C5连接在一起，不论三相饱和电抗器的工作电流如何变化，工频零序电流(中性线中的工频电流)等于零，不会流过电阻R1。同理，端子A6，端子B6，端子C6连接在一起，不论控制电路4控制晶闸管D1和晶闸管D2触发角如何变化，整流电路中的工频零序电流(中性线中的工频电流)等于零，不会流过电阻R2。流过电阻R1，电阻R2的电流是3次、6次、9次、、、等谐波电流。谐波电流比工频电流小，电阻R1，电阻R2消耗的能量比较小。

实验表明，在三相饱和电抗器的中性线中加入电阻，电阻提供阻尼作用，可减小三相饱和电抗器的有界不确定性。另外，电阻还有减小三相饱和电抗器暂态响应时间的作用。

图1所示的是一种典型的单相饱和电抗器。其他类型的单相饱和电抗器，只要具有交流线圈端子I，交流线圈端子III5，直流线圈端子IV6，都可以实现减少有界不确定性的三相饱和电抗器。推广方法是公共知识，不再累赘。

本发明的一种有界不确定性比较小的三相饱和电抗器可用现有技术设计制造，完全可以实现，有广阔应用前景。

Claims (7)

1.一种减少有界不确定性的三相饱和电抗器，其特征是，包括：

单相的结构相同的A相饱和电抗器，B相饱和电抗器，C相饱和电抗器；

A、B、C相饱和电抗器各自的两铁芯柱上第一位置的线圈同名端连接端子I作为第一交流端子A1，端子B1，端子C1；第一交流端子A1，端子B1，端子C1分别连接电力***的A、B、C相电压；

A、B、C相饱和电抗器各自的两铁芯柱上第二位置的线圈异名端连接端子I I I作为第二交流端子A5，端子B5，端子C5；第二交流端子A5，端子B5，端子C5连接在一起，并经电阻R1连接三相饱和电抗器的中性点端子N；

A、B、C相饱和电抗器各自的各铁芯柱上第三位置的线圈的异名端分别与一个晶闸管连接，两晶闸管的另一端连接端子IV作为第三直流端子A6，端子B6，端子C6；第三直流端子A6，端子B6，端子C6连接在一起，并经电阻R2连接三相饱和电抗器的中性点端子N；

中性线中的工频电流为零，流经电阻R1，电阻R2的电流为谐波电流，电阻提供阻尼作用，实现减少有界不确定性。

2.如权利要求1所述一种减少有界不确定性的三相饱和电抗器，其特征是，所述的各单相饱和电抗器包括：

饱和电抗器闭环铁芯；

闭环铁芯有至少两个铁芯柱；

每个所述铁芯柱上有三个线圈，三个线圈的匝数不同，但两铁芯柱上处于相同位置的线圈匝数则相同；

两铁芯柱上第一位置的线圈同名端连接端子I作为第一交流端子A1；

一个铁芯柱上第一位置的线圈异名端与另一铁芯柱上第二位置上的线圈的同名端连接；

两铁芯柱上第二位置的线圈异名端连接端子I I I作为第二交流端子A5；

一个铁芯柱上第三位置的线圈的同名端与本铁芯柱第二位置的线圈的同名端连接；

各铁芯柱上第三位置的线圈的异名端分别与一个晶闸管连接，两晶闸管的另一端连接端子IV作为第三直流端子A6；

晶闸管的控制端与控制电路连接，控制电路控制晶闸管触发角的大小，实现连续调节晶闸管整流量的大小。

3.如权利要求2所述的一种减少有界不确定性的三相饱和电抗器，其特征是，所述一个铁芯柱上第一位置线圈的异名端和第二位置线圈的同名端间连接二极管。

4.如权利要求2所述的一种减少有界不确定性的三相饱和电抗器，其特征是，所述晶闸管全截止时，饱和电抗器有最大电抗值，晶闸管两端有交流电压；

所述晶闸管全导通时，饱和电抗器有最小电抗值，晶闸管构成半波整流电路。

5.如权利要求2所述的一种减少有界不确定性的三相饱和电抗器，其特征是，所述两芯柱截面积相等，各自至少有能形成一条不经过对方铁芯柱的磁通闭环。

6.如权利要求1所述的一种减少有界不确定性的三相饱和电抗器，其特征是，所述端子N接地。

7.如权利要求1所述的一种减少有界不确定性的三相饱和电抗器，其特征是，所述流过电阻R1，电阻R2的电流是3次、6次、9次及以上的谐波电流。