曲形磁阀式可控电抗器谐波最小化研究

磁阀式可控电抗器(magnetic-valve controllable reactor,MCR)作为一种重要的无功补偿装置,在电力系统中应用广泛。由于铁芯饱和的非线性特性会产生大量谐波,该文提出了一种曲形磁阀式可控电抗器及其谐波优化方法,以最小化谐波输出。同时推导了MCR的通用谐波数学模型,模型表明磁阀的最大最小截面积比和形状决定了谐波含量;详细阐述了谐波优化的原理,并用变分法推导了各次谐波优化中最大最小截面积比的约束条件;利用高斯勒让德积分得到了总谐波畸变率的简化评价函数,结合粒子群优化算法得到了不同面积比下最优磁阀曲线的数值解,最优曲形磁阀获得了MCR的最低谐波输出。以面积比2.7为例,在理论、仿真和试验上将曲线磁阀与多级磁阀进行对比,曲形磁阀总谐波约为2.92%满足行业标准,而多级磁阀约为3.12%不满足标准,验证了该文方法的优越性与正确性。

基于变压器模型的可控电抗器电磁特性统一性研究

可控电抗器作为一种基于磁控原理的无功补偿装置,其电磁特性直接关系整个设备的参数设计与运行性能。文章以变压器模型为载体,通过改变其负载侧激励对不同工况下不同类型可控电抗器进行原理性模拟,从而对可控电抗器电磁特性统一性进行研究。建立变压器模型的电磁网络模型,推导各求解单元磁通及绕组电流计算通式,得出不同负载激励下绕组电流波形和电磁特性曲线,并采用有限元法作以验证,进而对复杂工况下交流磁化和交直流叠加磁化下可控电抗器的电磁特性进行分析。结果显示,基于电磁网络模型的各复杂工况下变压器模型绕组电流与磁通的计算结果与有限元计算结果具有良好一致性;交流助磁式可控电抗器可通过控制侧短路的方式来改变主磁路等效磁导率,直流压源和流源均可实现直流助磁式可控电抗器的直流励磁;不同工作机理可控电抗器在不同工况下运行于铁芯的不同磁化阶段。文章关于可控电抗器电磁特性的分析更加基础,适用于所有基于磁控原理的可控电抗器,能够为深入理解可控电抗器及可控电抗器的结构设计与优化提供一定帮助。

磁饱和式和变压器式可控电抗器的电压控制方法及其仿真分析

为比较磁饱和式可控电抗器(MSCR)和变压器式可控电抗器(CRT)的电压控制性能,根据电力系统电压控制原理,建立了可控电抗器电压控制系统传递函数框图,并采用工程设计方法,给出了比例积分控制器参数计算公式。建立了基于MATLAB/SimPowersystems的可控电抗器电压控制系统的仿真模型,并分别对由MSCR和CRT构成的电压控制系统进行了实例仿真与对比分析。其主要结果表明:在负荷发生突变后,分别由MSCR和CRT所构成的电压控制系统都能使线路稳态电压保持为额定电压不变;CRT电压控制系统动态性能优于MSCR电压控制系统;提出的可控电抗器比例积分电压控制方法能够满足系统电压控制的需要,而且易于工程实现。

单相四柱式饱和型可控电抗器特性仿真分析及研究

本文介绍了单相四柱式饱和型可控电抗器的基本结构及工作原理,基于Simulink搭建电抗器的等效仿真电路模型,对其谐波和响应特性进行了仿真分析。通过分析可知,合理选择可控电抗器晶闸管的触发导通角对提高电网电能质量十分重要,还可最大限度地减少电网损耗,满足电力系统提出的安全、可靠、优质的要求,具有一定的实际工程研究参考价值。

基于分级磁阀可控电抗器的谐波特性研究

针对磁阀可控电抗器(magnetic control reactor,MCR)产生谐波影响电网的问题,提出将MCR铁心设计成分级磁阀的结构。为此,从理论上比较单级和多级磁阀可控电抗器产生谐波的原理,推导出四级磁阀电抗器谐波电流的表达式,分析了电抗器在不同工作状态下各饱和度之间的关系,对两种不同结构磁阀电抗器进行模拟仿真和试验数据对比,得出与理论分析基本吻合的结论,表明四级磁阀可控电抗器可大大减少总谐波含量。

紧凑化正交可控电抗器电感调节特性

正交可控电抗器具有谐波含量低、电感变化较为线性的优点,在电能治理等领域有广泛的应用前景。针对传统正交可控电抗器电感可调范围小和空间占地多等问题,该文提出"十字型"和"丰字型"两种紧凑化正交可控电抗器。首先,通过电磁理论分析,建立紧凑化正交可控电抗器的电路磁路模型;其次,建立有限元仿真模型并得到其电感调节特性;最后,研制两台220V正交可控电抗器样机,并搭建实验平台进行电感调节特性测试。仿真和实验结果表明,相较于传统模型,在相同材料用量的情况下,该文所提出的"十字型"正交电抗器拓扑空间占用减小了53.7%、电感调节范围增大了1倍,"丰字型"拓扑则将电感调节范围增大了1.93倍。此外,正交拓扑还实现了控制绕组和工作绕组的解耦。

110kV并联可控电抗器及其应用

介绍了高压可控电抗器在电力系统中的重要作用及其在国内的研究现状,开发了110kV/30Mvar裂心式高压并联可控电抗器工业样机及相应的控制装置和保护装置,介绍了其结构形式并分析了工作原理和工作特性。介绍了该可控电抗器在现场的试验过程,并测试了其特性参数。该可控电抗器已在湖南怀化电业局田家220kV变电站投入运行,使110kV母线电压稳定在115kV。

多级饱和磁阀式可控电抗器谐波分析数学模型

提出了一种新型基于铁心分段饱和原理的多级饱和磁阀式可控电抗器的结构(Multi-Stage Saturable Magnetic-Valve Controllable Reactor,MSMCR),可有效减小磁阀式可控电抗器输出电流中所含的谐波。该装置的铁心部分由多个具有不同长度和面积的多级磁阀截面构成,各级磁阀在工作过程中由于磁饱和度不同而产生不同相位的谐波电流,通过各磁阀产生谐波电流的相互补偿可达到减小输出电流中所含谐波的目的。本文依据该装置铁心结构上的特点,建立了MSMCR谐波特性的数学模型,并得到以下结论:影响MSMCR输出谐波大小的主要因素有三个,分别为铁心分级的数量及各截面的长度和面积,其中后两者对MSMCR输出谐波影响最大。通过粒子群算法对截面参数进行优化设计,可使得MSMCR输出的总谐波电流最大值理论上不超过额定输出电流的2.6%。通过仿真得到的波形和理论波形相符,结合实验分析验证了数学模型的正确性和MSMCR抑制谐波的有效性,提高了磁控电抗器的谐波性能。

可控电抗器在我国超/特高压电网中的应用

特高压线路充电大,限制过电压和无功补偿矛盾突出,通过对特高压线路特性和典型系统分析可知,为解决这一矛盾,需要在长距离重载线路及潮流变化大的外送线路上安装特高压可控电抗器。特高压线路采用可控电抗器需要在500kV线路上挂网试验运行,以解决可控电抗器在我国电网应用中的相关技术问题。研究表明:可控电抗器对系统暂态稳定的影响主要依赖于它在工况下的状态,而与其调节方式关系不大;而可控电抗器对系统动态稳定的影响则不仅与其工况下的状态相关,更主要的是与可控电抗器的调节方式相关,其中,无滞后环节平滑调节电抗器和多次动作分级投切电抗器在工况满负荷的情况下对系统具有最好的作用。

基于MATLAB的磁饱和式可控电抗器的仿真模型参数及过渡时间分析

建模仿真方法和过渡时间计算是磁饱和式可控电抗器研究中值得关注的2个重要问题。根据磁饱和式可控电抗器的饱和特性,通过对小斜率磁化特性的分析,找到了电抗器额定容量、额定电压、自耦比和绕组电阻之间的定量关系,明确了基于MATLAB的磁饱和式可控电抗器仿真模型参数的设置方法。通过对小斜率磁化特性的分段线性化,把从空载到满载的过渡过程分为直流磁链随时间线性增加和控制电流根据线性RL电路充电规律变化这2个过程,得到了比较准确的过渡时间计算公式。实例仿真结果说明所提分析方法简捷有效。

单相可控电抗器的一种谐波抑制原理及实现

新型单相可控电抗器近年来在电气化铁路动态无功补偿[2 ] 、自动调谐消弧线圈[3 ] 等方面得到了应用。减小单相应用条件下可控饱和类电抗器所产生的谐波颇为困难 ,通常采用LC并联滤波装置 ,但效果不甚理想。该文提出单相应用条件下 ,可控电抗器的一种谐波抑制方法 ,该方法将两组工作于不同电磁参数的单相可控电抗器并联 ,通过实施协调控制 ,可使每个并联单元 (可控电抗器 )所产生的谐波相互补偿 ,从而单相并联电抗器组的谐波水平大大降低。理论分析和实验结果证明了上述方法的有效性和可行性。

可控电抗器综述

本文介绍了可控电抗器的发展历史和研究现状,根据可控电抗器的调节方式对其进行了分类,进而分析了各种可控电抗器的工作原理、优缺点和适用范围,并对其应用前景做出了初步的评价。

磁饱和式可控电抗器的等效物理模型及其数学模型

概述了磁饱和式可控电抗器的基本结构和工作原理。根据磁饱和式可控电抗器两个铁心及绕组的结构完全对称以及它们工作状态在正负半周里呈镜像对称的特点 ,利用傅里叶级数分析方法分析了各支路电流谐波分量及其关系。通过对两种结构形式的磁饱和式可控电抗器电磁方程的推导和比较 ,发现它们的数学本质是一致的 ,由此得到了磁饱和式可控电抗器的一种比较简单的等效物理模型。通过引入绕组端口等效磁通的概念建立了它的数学模型。该数学模型概念清晰 ,重点突出 ,形式简单 ,有利于磁饱和式可控电抗器理论的统一分析 ,且对设计研究具有一定的理论指导意义。

串补和可控电抗器在特高压电网的应用

特高压电源基地长距离输送受暂态稳定限制、高补偿度高抗配置和无功需求矛盾是规划阶段特高压电网面临的主要问题。根据经验,认为采用特高压串补和可控电抗器以解决上述两类问题。通过仿真分析,提出在锡林郭勒盟,蒙西、陕北、川西采用40%左右串补后特高压交流输电能力可达4 GW/回;长距离、大容量特高压、输电通道中间落点为开关站、进出线较多的枢纽变电站是特高压可控电抗器的主要应用系统。在设备调研的基础上,提出可控电抗器在2012年后、串补在2015年后推广应用的建议计划。

晶闸管可控电抗器的谐波产生特性研究

基于晶闸管可控电抗器(TCRs)的谐波耦合矩阵模型,对TCRs的谐波产生特性进行了深入分析。TCRs的频域谐波耦合矩阵模型,以完全解析的公式将TCRs端口各次谐波电压和各次谐波电流之间的互耦合和自耦合关系直观地展示出来。通过对矩阵元素的物理意义和取值规律进行研究,分清了在TCRs谐波产生过程中的主要和次要影响因素,进而提出了TCRs的忽略谐波电压共轭影响的模型、解耦的模型和恒流源模型,给出了各简化模型的解析计算公式,并研究了触发延迟角对简化模型精度的影响。分析表明:当触发延迟角小于70°时,简化模型具有较高的精度;当触发延迟角大于70°时,各简化模型都将引入不同程度的误差。研究结论可为工程应用中TCRs谐波源模型的合理选择提供理论参考。

正交磁化可控电抗器的设计与特性分析

为解决传统可控电抗器运行中的谐波含量高、负载能力差等问题,针对正交磁化可控电抗器开展研究。介绍正交磁化可控电抗器的结构和磁化机理,分析正交磁场的磁通分布,建立正交磁化可控电抗器的数学模型,并给出电抗器的设计方法。以此为基础设计一台小容量正交磁化可控电抗器,并利用三维有限元对其进行仿真分析。通过实验对所设计电抗器的物理参数、控制特性、伏安特性及谐波特性进行测量与分析。实验结果表明该电抗器的实测电感值与理论设计值基本相符,验证设计方法的合理性,且验证该正交磁化可控电抗器具有电感连续可调、近似线性伏安特性以及谐波电流含量低等优点。

基于磁通补偿的高压大容量可控电抗器

研究了一种新型的基于磁通补偿的高压大容量可控电抗器(CRMFC)。对于带气隙的变压器,控制它的二次侧电流,使其与一次侧电流反相(或同相),那么,可以在变压器的一次侧端口得到随着一、二次侧电流大小比例变化的电抗值。为了提高电抗器的电压等级和容量,将变压器设计成多绕组的结构形式。文中从理论上证明了多绕组共同工作与双绕组的等效性,讨论了该可控电抗器合适的工作区间,并提出了适合此类可控电抗器的控制方法。在此基础上,研制成功了6kV、800kVar的实验样机,并进行了大量的实验。实验结果证明,该电抗器具有低谐波、快响应、大范围连续可调和低损耗等优点。

基于MATLAB多绕组变压器模型的磁饱和式可控电抗器仿真建模方法

根据磁饱和式可控电抗器(MSCR)的结构特点,提出了基于MATLAB多绕组变压器模型的MSCR仿真建模方法。通过对MSCR基本参数关系和铁芯磁化饱和特性的分析,找到了MSCR额定容量、额定电压、额定频率、自耦比和绕组电阻等参数与MATLAB多绕组变压器模型参数之间的定量关系,明确了基于MATLAB多绕组变压器模型的MSCR仿真模型参数的设置方法。实例仿真结果说明,所建MSCR仿真模型不仅可以对绕组、晶闸管、二极管等MSCR元器件的电压和电流,以及晶闸管、二极管之间的换流过程进行仿真分析,而且具有直观简单、不依赖于MSCR结构参数和准确有效的特点。

新型可控电抗器的工作原理与选型分析

介绍了八种可控电抗器的结构和原理,给出了可控电抗器在电力系统中的功用及选型方法。

一种用于电气化铁道无功补偿的可控电抗器

提出一种可以与固定电容器并联运行,能够根据负荷的动态变化自动调节牵引变电站无功功率的可控电抗器。该可控电抗器在二次侧设置多个绕组,分别连接双向晶闸管与电压源型逆变器,通过对晶闸管的分级投切与逆变器电流控制实现电抗的大范围连续变化,从而完成对无功功率的调节。仿真与试验证明,该可控电抗器具有响应速度快、补偿精度高、谐波输出低等优异性能。