专利名称：一种基于磁控电抗器的快速励磁及去磁装置的制作方法
技术领域：
本发明属于动态无功功率补偿技术领域，特别是提供了一种磁控电抗器的快速励磁及去磁装置。
背景技术：
无功平衡对提高电网的经济效益和改善供电质量至关重要，而超高压大电网的形成及负荷变化加剧，要求大量快速响应的可调无功补偿装置来调整电压，维持系统无功潮流平衡，减少损耗，提高供电可靠性。磁阀式可控电抗器(简称为MCR，MagneticallyControlled Reactor)在电力系统动态无功功率控制领域得到了越来越多的应用，但也存在诸多不足。首先，当MCR工作在不完全饱和状态时，其谐波含量较高，因而需添加辅助滤 波装置或改善MCR结构使其谐波得到优化；其次，MCR响应时间与抽头比成反比，对大容量的MCR而言，抽头比的取值通常是很小的，这使得MCR的响应时间达到了几百毫秒，严重制约了 MCR的使用范围，因而如何提高MCR的响应时间便成了当务之急。本发明即是针对MCR响应速度方面的不足而提出的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁控电抗器的快速励磁及去磁装置，用于电力系统的快速动态无功补偿。它基于控制升压斩波电路中IGBT的通断可控制电容上的电压使其连续的对系统进行无功补偿；基于高电压电容放电实现磁控电抗器的快速励磁；基于放电电阻回路实现磁控电抗器的快速去磁，比传统的MCR具有更理想的快速性能。为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现本发明包括电力系统I，MCR本体2，快速励磁电路3 (快速励磁电路由升压斩波电路5和大容量电容和IGBT构成)，快速去磁电路4 (快速去磁电路由IGBT和大功率高阻值电阻构成)。MCR本体2的上下两输入输出端接入电力系统1，MCR本体2中包含两个铁芯，两个铁芯上分别绕有线圈L1和L2、L3和L4,四组线圈为交叉并联结构；从每个铁芯上的上下两组线圈中间引出抽头，同一铁芯两抽头之间接有SCR半控器件。在两铁芯上的四组线圈的交叉连接点之间接有快速励磁电路3及快速去磁电路4。所述的快速励磁电路3及快速去磁电路4中续流二极管D1串联IGBT2全控器件构成续流支路，并在IGBT2两端反并联起保护作用的二极管D2,将续流二极管D1和IGBT2和起保护作用的二极管D2构成的续流支路接在MCR本体2的两铁芯上的线圈交叉点e、f之间；快速励磁电路3中升压斩波电路5的输出端并接大容量励磁电容C两端，再串联IGBT1和二极管D3后，将其整体并接在续流二极管D1两端，此电路中，在IGBT1两端反并联起保护作用的二极管D4 ;快速去磁电路由IGBT3及反并联在IGBT3两端起保护作用的二极管D4和起阻止电流反向流动作用的二极管D5和大功率高阻值电路R串联后，整体并接在续流支路中IGBT2的两 而。当需要将MCR应用在不同等级电压系统中进行无功功率补偿时，只需要控制升压斩波电路中的升压比就可以方便实现励磁电压的改变；励磁电容和去磁电阻也可根据实际需要更换不同的容量。在磁控电抗器运行过程中，所有IGBT和SCR都是由DSP来控制的。基于磁控电抗器的快速励磁及去磁装置的工作原理简述如下。根据MCR在实际不同电压等级系统中的应用，在快速励磁电路中控制升压斩波电路内IGBT的占空比来设置合适的电压，给励磁电容C充电，使电容上的电压达到快速励磁所需要的值。在MCR投入运行时，通过控制和升压斩波电路相串联的IGBT的开通时间(为了控制的简单，使IGBT的占空比固定不变)，使励磁电容对MCR的控制绕组进行强励磁触发，使控制电流在一个工频周期内达到稳定工作时的值。而当MCR停止对系统进行无功补偿时，瞬间投入去磁电路，O. 005秒后使续流支路中的IGBT断开，使工作电流在一个工频周期内从稳定工作值降为零，从而实现快速去磁。快速去磁操作中控制两个IGBT的先后顺序是为了防止电路中出现大的冲击电流。完成一次补偿后，控制升压斩波电路再次给励磁电容充电，为下次无功补偿做准备。本发明的优点在于 I、不但保留了 MCR的无功功率连续可调、工作安全稳定等优点，还显著加快了 MCR的响应速度，使得MCR从空载到额定容量和从额定容量到空载的响应速度都达到一个工频周期内；2、控制升压斩波电路中IGBT的通断可控制电容上的电压使其能保证MCR能连续的对系统进行无功补偿；3、通过控制升压斩波电路中IGBT的占空比能在不改变MCR绕组抽头比条件下应用于不同电压等级电力系统中的无功补偿。
图I为基于MCR的快速励磁及去磁装置的电路结构图。其中，电力系统1，自励式磁控电抗器本体2，快速励磁电路3，快速去磁电路4，升压斩波电路5。
具体实施例方式本发明包括电力系统I，MCR本体2，快速励磁电路3 (快速励磁电路由升压斩波电路5和大容量电容和IGBT构成)，快速去磁电路4 (快速去磁电路由IGBT和大功率高阻值电阻构成)。MCR本体2的上下两输入输出端接入电力系统1，MCR本体2中包含两个铁芯，两个铁芯上分别绕有线圈L1和L2、L3和L4,四组线圈为交叉并联结构；从每个铁芯上的上下两组线圈中间引出抽头，同一铁芯两抽头之间接有SCR半控器件。在两铁芯上的四组线圈的交叉连接点之间接有快速励磁电路3及快速去磁电路4。本发明提出的基于MCR的快速励磁及去磁装置如附图I所示。电力系统I的两端g、h输入电压作为磁控电抗器的工作电压。MCR本体2中包含两个铁芯，两个铁芯上分别绕有线圈L1和L2、L3和L4,四组线圈为父叉并联结构；从L1线圈引出抽头a接可控娃KP1的阳极，L2线圈引出的抽头b接可控硅KP1的阴极；L3线圈引出的抽头C接可控硅KP2的阴极，L4线圈引出的抽头d接可控硅KP2的阳极。正常工作时，通过控制可控硅KP1和KP2的导通角来控制磁控电抗器的饱和度，从而向电力系统I中输入不同大小的感性补偿电流。
自励式磁控电抗器本体2上下绕组交叉连接点e和f点间连接快速励磁电路3，具体为:e点接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极接IGBT2的集电极，IGBT2的发射极接回f点。二极管D2反并联在IGBT2的两端，对IGBT2起保护作用。e、f点间的二极管D1和IGBT2构成磁控电抗器的续流回路，并且该回路的通断由IGBT2可控。同时，二极管D1的阳极连接升压斩波电路5的负极(-)和电容C的负极(-)，升压斩波电路5的正极(+ )和电容C的正极(+ )接IGBT1的集电极，IGBT1的发射极接二极管D3的阳极，二极管D3的阴极接二极管D1的阴极。。二极管D4反并联在IGBT1的两端，对IGBT1起保护作用，二极管D3则防止电流反向流动。当磁控电抗器开始补偿时，通过控制IGBT1导通，来使电容C上的电压作用于磁控电抗器，达到快速励磁的目的。在IGBT2的两端并联快速去磁电路4，具体为IGBT2的集电极接IGBT3的集电极，IGBT3的发射极接二极管D5的阳极，二极管D5的阴极连 接快速去磁电阻R的一端，R的另外一端接IGBT2的发射极。二极管D6反并联在IGBT3的两端，对IGBT3起保护作用，二极管D5则防止电流反向流动。当磁控电抗器结束补偿时，IGBT3先导通，O. 005秒后，IGBT2断开，让电流流经去磁电阻R，实现快速去磁的作用，IGBT3先导通、IGBT2后断开时防止对电路造成冲击。本电路中的IGBT，以及磁控电抗器本体内的MCR均使用DSP控制，励磁电容C使用高压大容量器件，快速去磁电阻R使用大功率高阻值器件。
权利要求
1.一种基于磁控电抗器的快速励磁及去磁装置，其特征在于，包括电力系统(I)，MCR本体(2)，快速励磁电路(3)，快速去磁电路(4);MCR本体(2)的上下两输入输出端接入电力系统(1)，MCR本体(2)中包含两个铁芯，两个铁芯上分别绕有线圈L1和L2、L3和L4,四组线圈为交叉并联结构；从每个铁芯上的上下两组线圈中间引出抽头，同一铁芯两抽头之间接有SCR半控器件；在两铁芯上的四组线圈的交叉连接点之间接有快速励磁电路(3)及快速去磁电路(4)； 所述的快速励磁电路由升压斩波电路(5)和大容量电容和IGBT构成； 所述的快速去磁电路由IGBT和大功率高阻值电阻构成。
2.根据权利要求I所述的快速励磁及去磁装置，其特征在于，所述的快速励磁电路(3)及快速去磁电路(4)中续流二极管D1串联IGBT2全控器件构成续流支路，并在IGBT2两端反并联起保护作用的二极管D2，将续流二极管D1和IGBT2和起保护作用的二极管D2构成的续流支路接在MCR本体(2)的两铁芯上的线圈交叉点e、f之间；快速励磁电路(3)中升压斩波电路(5)的输出端并接大容量励磁电容C两端，再串联IGBT1和二极管D3后，将其整体并接在续流二极管D1两端，此电路中，在IGBT1两端反并联起保护作用的二极管D4 ;快速去磁电路由IGBT3及反并联在IGBT3两端起保护作用的二极管D4和起阻止电流反向流动作用的二极管D5和大功率高阻值电路R串联后，整体并接在续流支路中IGBT2的两端。
3.根据权利要求I或2快速励磁及去磁装置，其特征在于，当需要将MCR应用在不同等级电压系统中进行无功功率补偿时，只需要控制升压斩波电路中的升压比就能实现励磁电压的改变；励磁电容和去磁电阻也根据实际需要更换不同的容量；在磁控电抗器运行过程中，所有IGBT和可控硅都是由DSP来控制的，保证了控制的精确性。
全文摘要
一种基于磁控电抗器的快速励磁及去磁装置，属于动态无功功率补偿技术领域。包括电力系统、MCR本体、快速励磁电路3、快速去磁电路4；MCR本体的上下两输入输出端接入电力系统1，MCR本体中包含两个铁芯，两个铁芯上分别绕有线圈L1和L2、L3和L4，四组线圈为交叉并联结构；从每个铁芯上的上下两组线圈中间引出抽头，同一铁芯两抽头之间接有SCR半控器件。在两铁芯上的四组线圈的交叉连接点之间接有快速励磁电路及快速去磁电路。优点在于保留了MCR的无功功率连续可调、工作安全稳定，还显著加快了MCR的响应速度，使得MCR从空载到额定容量和从额定容量到空载的响应速度都达到一个工频周期内。
文档编号H02P13/00GK102904263SQ20121037635
公开日2013年1月30日 申请日期2012年9月29日 优先权日2012年9月29日
发明者尹忠东, 刘海鹏, 赵士硕, 李和明 申请人:华北电力大学