一种新型正交可控电抗器的制作方法

1.本发明涉及的是电力设备领域，特别涉及一种新型正交可控电抗器。


背景技术：

2.电抗器作为电力设备的基础元件，在电力系统稳定控制、潮流调控、电机软启动和故障电流抑制等方面有着广泛应用。传统固定式的电抗器在应对负荷变化、新能源接入导致的串联线路电压波动问题时由于自身无法动态调节，其电抗值无法实现对潮流的控制。同样对于并联滤波而言，由于电抗值固定，其构成的滤波器只能针对定频谐波的滤除，无法实现对频率变化的谐波进行滤除。
3.目前应用于工程中的可控电抗器主要包含有传统可控电抗器、晶闸管控制的可控电抗器、磁控电抗器、脉冲宽度调制可控电抗器、超导可控电抗器。传统可控电抗器即为机械式调控电抗器，主要通过调节抽头改变接入电路中的线圈匝数或者通过调节铁芯之间的气隙宽度来使得电感值可控，传统的可控电抗器由于机械结构会导致其电感值离散变化，无法满足连续调节的需求且动作时间较长，使用寿命较低等问题；晶闸管控制电抗器通过控制导通角的大小来控制通流大小等效为电感值的改变，此类型电抗器由多级晶闸管级联而成，成本较高且容易产生谐波，影响电能质量；磁控电抗器通过控制铁芯中磁通的大小从而改变磁导率来实现电感值的可控，助磁式可控电抗器由于工作区域铁芯饱和则会使得工作绕组中产生大量谐波和噪音；脉冲宽度调制可控电抗器通过双向开关控制实现电感值的调控，控制较为复杂且成本较高；超导可控电抗器利用超导材料特性实现电感值的控制，但使其运行与超导条件下的条件过于苛刻，暂未广泛应用。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种新型正交可控电抗器。
5.为了解决上述技术问题，本技术实施例公开了如下技术方案：
6.一种新型正交可控电抗器，包括：直流铁芯和交流铁芯；其中，新型正交可控电抗器采用交直流铁芯完全正交的结构，其中交流铁芯为闭合铁芯，直流铁芯采用两个相同的c型铁芯；直流铁芯在交流铁芯的中间与之正交构成“十”字型正交可控电抗器。
7.进一步地，还包括：交流绕组；其中：交流绕组包括2个，第一交流绕组和第二交流绕组分别绕在交流铁芯的两边柱，作为电抗器的工作绕组。
8.进一步地，还包括：直流绕组；其中：直流绕组包括2个，第一直流绕组和第二直流绕组分别绕在直流铁芯的两边柱，作为电抗器的控制绕组。
9.进一步地，还会设置气体介质气隙在交流铁芯中间，通过设置的气体介质气隙，在交流工作铁芯所构成闭合磁路中增加气隙，以优化交流铁芯的磁化曲线，使得正交电抗器电感调节特性更为线性可调，抑制谐波含量，降低谐波对主回路电能质量的影响。
10.进一步地，正交可控电抗器可以采用一个交流铁芯，三个直流铁芯完全正交的结
构，同时在交流铁芯两侧设有气隙；采用此结构通过控制直流输入的大小以及回路数来调控交流回路中的电感值。
11.进一步地，正交可控电抗器采用一个直流铁芯，三个交流铁芯完全正交的结构，同时在交流铁芯两侧设有气隙；三个交流铁芯以a、b、c三相分别接入三相系统中。
12.进一步地，可以改变直流铁芯数量，更改气隙位置，更换空气介质，达到调节正交可控电抗器电感值的目的。
13.本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：
14.本发明公开的一种新型正交可控电抗器，包括：直流铁芯和交流铁芯；其中，新型正交可控电抗器采用交直流铁芯完全正交的结构，其中交流铁芯为闭合铁芯，直流铁芯采用两个相同的c型铁芯；直流铁芯在交流铁芯的中间与之正交构成“十”字型正交可控电抗器。本发明在降低谐波含量的同时进一步提升可控电抗器电感值的可调节范围，同时通过增设气隙及直流铁芯数量的方式进行优化，相较于现有技术，性能更优越。
15.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
16.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
17.图1为本发明实施例1中，一种新型正交可控电抗器十字型结构示意图；
18.图2为本发明实施例1中，正交区域磁场示意图；
19.图3为本发明实施例1中，等效磁路示意图；
20.图4为本发明实施例1中，气隙在交流铁芯位置示意图；
21.图5为本发明实施例1中，有无气隙的等效磁化曲线示意图；
22.图6为本发明实施例1中，一种新型正交可控电抗器丰字型结构示意图；
23.图7为本发明实施例1中，正交可控电抗器应用于三相系统结构示意图。
具体实施方式
24.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
25.为了解决现有技术中存在的问题，本发明实施例提供一种新型正交可控电抗器。
26.实施例1
27.本实施例公开了一种新型正交可控电抗器，包括：直流铁芯和交流铁芯；其中，新型正交可控电抗器采用交直流铁芯完全正交的结构，其中交流铁芯为闭合铁芯，直流铁芯采用两个相同的c型铁芯；直流铁芯在交流铁芯的中间与之正交构成“十”字型正交可控电抗器。新型正交可控电抗器，还包括：交流绕组和直流绕组，其中：交流绕组包括2个，第一交流绕组和第二交流绕组分别绕在交流铁芯的两边柱，作为电抗器的工作绕组。直流绕组包括2个，第一直流绕组和第二直流绕组分别绕在直流铁芯的两边柱，作为电抗器的控制绕组。
28.具体的，如图1，该结构主要由交流铁芯及直流铁芯构成，其中交流铁芯的边柱上绕有wac1、wac2两个绕组，直流铁芯的边柱上绕有wdc1、wdc2两个绕组，其中交流绕组为工作绕组，交流部分整体接入电路中构成电抗器的主体，根据图1中正交电抗器的结构可知其等效磁路如图3所示。图中rac、rdc分别为交流铁芯及直流铁芯非正交部分的磁阻，ra1、ra2为交流铁芯两正交部分的磁阻，rd1、rd2为直流铁芯两正交部分的磁阻。通过磁路可知改变磁动势fdc可使得ra1、ra2可控从而实现对电抗器的调节。具体实现方式如下：
29.根据电磁学定律及图2内容可得
[0030][0031]
la＝l
a1
+2l
a2
(2)
[0032][0033][0034]
f(φ)＝a1φ+a3φ3+a5φ5+
···
+anφn(5)
[0035]
上式中，na为交流绕组线圈的总匝数；ia为交流绕组中所通的电流；h
a1
、h
a2
分别为交流铁芯非正交部分磁场强度及交流铁芯正交部分的磁场强度；h
d1
、h
d2
分别为直流铁芯非正交部分磁场强度及直流铁芯正交部分的磁场强度；la、l
a1
、l
a2
分别为交流铁芯的总磁路长度，非正交部分磁路长度及单个正交部分磁路长度；ba、bd分别为交流铁芯非正交部分磁感应强度及直流铁芯非正交部分磁感应强度。
[0036]
上式式5中磁通系数a1、a3、a5、an取决于电抗器本体及所用材料，对于电抗器实际应用过程中n取3即可。则可得到
[0037]
f(φ)＝hl＝a1φ+a3φ3(6)
[0038]
其中其中φ＝b
·
s，且对于一个特定铁心，其磁路长度l及横截面积s为定值，式6可整理为
[0039]
h＝ab+bb3(7)
[0040]
式中
[0041]
将以上公式代入至1中可得
[0042][0043]
式中，φa、φd分别为交流、直流铁心的磁通，sa、sd分别为交流、直流铁心的横截面积。则由li＝nφ关系并将式8整理后代入可得
[0044][0045]
假设铁心正交部分的磁导率为μo，正交部分交流方向的磁导率为μ
a2
，正交部分直流方向的磁导率为μ
d2
，则根据式3可知
[0046][0047][0048]
同时由式7可知
[0049][0050]
综合以上内容可得此正交电抗器电感值可表达为
[0051][0052]
式中μ
a1
为交流铁心非正交部分的磁导率。
[0053]
根据以上内容可知正交可控电抗器电感值的调节的具体实施方式为：
[0054]
(1)当bd＝0时，即直流回路所加控制电流为0时，μo达到最大值，此时μo＝μ
a1
，电感l有最大值。
[0055]
(2)当直流回路所加控制电流达到正交电抗器本体所设计最大值时，μo达到最小值，电感l有最小值。
[0056]
(3)增大l
a2
可以进一步减少l
min
的值，增大电感调节范围。电感控制范围表达为式中l
min
表示l最小值，l
max
表示l最大值。
[0057]
以上内容为本实施例的第一部分内容。在基于第一部分内容基础上，本实施例提出对于此类型正交电抗器的性能的优化，具体实施内容如下：
[0058]
有取向硅钢片本身具有未饱和时磁导率高、饱和时磁导率低、磁导率曲线膝点明显的特征，常规的助磁式电抗器均存在铁芯易饱和的问题，本发明针对此问题对其结构进行优化，在本实施例中，还会设置气体介质气隙在交流铁芯中间，通过设置的气体介质气隙，在交流工作铁芯所构成闭合磁路中增加气隙，以优化交流铁芯的磁化曲线，使得正交电抗器电感调节特性更为线性可调，抑制谐波含量，降低谐波对主回路电能质量的影响。
[0059]
具体的，如图4所示。对于图4所示总长l，气隙长度lg的铁心，设横截面积为s，则磁路总磁阻有：
[0060][0061]
式中rm为回路总磁阻，μ为等效总磁导率，μ
fe
为铁芯中磁导率，μ
air
为气隙的磁导率。由于，μ
fe
远大于μ
air
，故该铁芯整体等效磁导率为：
[0062][0063]
加入气隙前后的等效磁化曲线分别如图5所示。整体提高了正交型可控电抗器线性特性，抑制谐波的产生。
[0064]
以上内容为本实时的第二部分。基于第一部分及第二部分的基础上，本实施例对上述结构进行改进，具体为：正交可控电抗器可以采用一个交流铁芯，三个直流铁芯完全正交的结构，同时在交流铁芯两侧设有气隙；采用此结构通过控制直流输入的大小以及回路数来调控交流回路中的电感值。正交可控电抗器采用一个直流铁芯，三个交流铁芯完全正交的结构，同时在交流铁芯两侧设有气隙；三个交流铁芯以a、b、c三相分别接入三相系统中。
[0065]
具体的，本实施例提出对于此类型正交电抗器的“丰”字型拓展结构，具体实施内容如下：
[0066]
在本发明的前两部分中可知，正交区域增大将能进一步降低正交可控电抗器电感值最小值的下限，从而进一步提高其电感值的调节范围，同时在工作铁芯中增加气隙能够一直谐波含量。基于此，本发明提出如图6所示“丰”字型正交可控电抗器结构。该种结构在相同条件下，其能附加的控制电流更大，控制特性相比较下线性程度更好，电感值的可调范围更宽。
[0067]
基于此结构，交流铁芯与直流铁芯的功能可调换使用。即将三柱分别接入作为工作回路接入的a、b、c三相系统中，如图7所示，直流作为对三相的整体控制回路来调控接入三相系统中的电感值。
[0068]
本实施例公开的一种新型正交可控电抗器，包括：直流铁芯和交流铁芯；其中，新型正交可控电抗器采用交直流铁芯完全正交的结构，其中交流铁芯为闭合铁芯，直流铁芯采用两个相同的c型铁芯；直流铁芯在交流铁芯的中间与之正交构成“十”字型正交可控电抗器。本发明在降低谐波含量的同时进一步提升可控电抗器电感值的可调节范围，同时通过增设气隙及直流铁芯数量的方式进行优化，相较于现有技术，性能更优越。
[0069]
应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。
[0070]
在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。
[0071]
本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。
[0072]
结合本文的实施例所描述的方法或者算法的步骤可直接体现为硬件、由处理器执行的软件模块或其组合。软件模块可以位于ram存储器、闪存、rom存储器、eprom存储器、eeprom存储器、寄存器、硬盘、移动磁盘、cd-rom或者本领域熟知的任何其它形式的存储介
质中。一种示例性的存储介质连接至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于asic中。该asic可以位于用户终端中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于用户终端中。
[0073]
对于软件实现，本技术中描述的技术可用执行本技术所述功能的模块(例如，过程、函数等)来实现。这些软件代码可以存储在存储器单元并由处理器执行。存储器单元可以实现在处理器内，也可以实现在处理器外，在后一种情况下，它经由各种手段以通信方式耦合到处理器，这些都是本领域中所公知的。
[0074]
上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。