一种可快速励磁和退磁的磁控电抗器的制作方法

本发明涉及一种可快速励磁和退磁的磁控电抗器。

背景技术：

磁控电抗器，简称MCR，是一种容量可调的并联电抗器，主要用于电力系统的无功补偿。MCR的基本工作原理是通过改变晶闸管的触发角来改变直流励磁电流的大小，进而控制铁芯的饱和程度，来达到平滑调节电抗，最终实现平滑调节电抗器无功功率的目的。

1986年，原苏联学者提出了磁控电抗器的新型结构，从而使得可控电抗器的发展有的突破性进展。新型可控电抗器可以应用于直到1150KV的任何电压等级的电网作为连续可调的无功补偿装置，因而可直接接于超高压线路侧，同时发挥同步补偿机和并联电抗器的作用。相对于晶闸管控制电抗器(TCR)型SVC装置，MCR装置具有成本低、占地小、控制与保护系统简单、维护量小等显著优点。但传统的磁控电抗器响应速度较慢，在不采取任何措施的情况下，磁控电抗器从空载到额定容量，响应时间长达500ms甚至更高。这严重制约了MCR的使用范围，因此如何提高MCR的响应时间成了当务之急。本发明既是针对MCR响应速度方面的不足而提出的。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种可快速励磁和退磁的磁控电抗器。

为达到上述目的，本发明一种可快速退磁和退磁的磁控电抗器，一种可快速励磁和退磁的磁控电抗器，包括：磁控电抗器本体，所述磁控电抗器本体中包含第一铁芯和第二铁芯，第一铁芯上的绕有第一线圈和第二线圈，第二铁芯上绕有第三线圈和第四线圈，第一线圈和第四线圈通过第一连接线串联构成第一支路，第二线圈和第三线圈通过第二连接线串联构成第二支路，第一支路与第二支路并联，所述第一连接线与第二连接线通过续流二极管连接，所述第一线圈、第二线圈分别引出抽头点，第三线圈第四线圈分别引出抽头点；同一铁芯中不同线圈上的两个抽头点之间连接有可控硅，构成正常工作电路，其特征在于：所述同一铁芯的不同线圈之间还连接有励磁电路、同一线圈上连接有退磁电路，所述可快速励磁和退磁的磁控电抗器还包括控制器；

所述正常工作电路由可控硅组成，用于使线圈中产生自藕直流励磁电流；

所述励磁电路由IGBT和续流二极管组成，用于使直流回路中产生正向自藕直流电压，增大直流电流，使铁芯中的磁阀快速励磁，磁控电抗器输出电流迅速增大；

退磁电路所述退磁电路由IGBT和可控硅组成，用于使直流回路中产生反向自藕直流电压，减小直流电回路中的电流，使铁芯中的磁阀快速退磁，磁控电抗器输出电流迅速减小；

控制器，用于发出控制住信号控制所述正常工作电路、励磁电路、退磁电路的工作状态。

较佳的，所述正常工作电路、励磁电路和退磁电路中：第一晶闸管、第一续流二极管和第二晶闸管依次串联，第一IGBT与第一晶闸管并联、与第一续流二极管和第二晶闸管串联，第二IGBT与第二进闸管并联、与第一续流二极管和第一晶闸管串联，每个IGBT的两端均反向并联有二极管；

其中，第一晶闸管、第一续流二极管和第二晶闸管依次串联构成正常工作支路；

第一IGBT、第一二极管、第二IGBT依次串联构成励磁支路；

第一IGBT和第一晶闸管、第二晶闸管和第二IGBT串联分别构成第一退磁支路和第二退磁支路；

较佳的，第一线圈设置有第一抽头点和第二抽头点，第二线圈上设置有第三抽头点和第四抽头点，所述第二、三抽头点位于第一、四抽头点之间；第三线圈设置有第五抽头点和第六抽头点，第四线圈上设置有第七抽头点和第八抽头点，所述第六、七抽头点位于第五、八抽头点之间；其中，第一抽头点和第三抽头点连接有正常工作支路；第一抽头点和第四抽头点之间连接有励磁支路，第一抽头点和第二抽头点之间、第三抽头点和第四抽头点之间分别连接有第一退磁支路和第二退磁支路；第五抽头点和第七抽头点连接有正常工作支路；第五抽头点和第八抽头点之间连接有励磁支路，第五抽头点和第六抽头点之间、第七抽头点和第八抽头点之间分别连接有第二退磁支路和第一退磁支路。

较佳的，所述控制器包括数据采集装置和分析计算装置，分析计算装置将采集到数据进行分析计算，根据计算结果发出控制信号，控制所述正常工作电路、励磁电路和退磁电路的工作状态。

较佳的，所述控制信号包括第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号；所述第一控制信号用于控制晶闸管的触发导通角，正常工作电路投入工作，一个工频周期中，两组线圈上的正常工作电路交替工作，使磁控电抗器为正常工作模式；所述第二控制信号用于控制IGBT导通，励磁电路投入工作，一个工频周期中，两组线圈上的励磁工作电路交替工作，使磁控电抗器处于励磁工作模式；所述第三控制信号用于控制晶闸管导通，退磁电路投入工作，一个工频周期中，两组线圈上的退磁电路交替工作，使磁控电抗器为励磁工作模式。

本发明一种可快速励磁和退磁的磁控电抗器，通过设置在线圈绕组上的励磁电路和退磁电路，增大或减小直流回路中的电流，实现快速励磁和退磁，本发明在快速励磁模式或快速退磁模式运行时，其绕组匝数比在正常工作模式运行时绕组匝数增加数倍，大大提高磁控电抗器的响应速度。

附图说明

图1是本发明磁控电抗器的铁芯绕组示意图；

图2是本发明磁控电抗器正常工作模式下的绕组直流励磁电流示意图；

图3是本发明磁控电抗器快速励磁模式下的绕组直流励磁电流示意图；

图4是本发明磁控电抗器快速退磁模式下的绕组直流励磁电流示意图；

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述。

如图1所示，本发明磁控电抗器的铁芯绕组示意图；包括磁控电抗器本体，所述磁控电抗器本体中包含第一铁芯和第二铁芯，第一铁芯上的绕有第一线圈L1和第二线圈L2，第二铁芯上绕有第三线圈L3和第四线圈L4，第一线圈L1和第四线L4圈通过第一连接线串联构成第一支路，第二线圈L2和第三线圈L3通过第二连接线串联构成第二支路，第一支路与第二支路并联，所述第一连接线与第二连接线通过续流二极管D3连接，所述第一线圈L1、第二线圈L2分别引出抽头点，第三线圈L3第四线圈L4分别引出抽头点；同一铁芯中不同线圈上的两个抽头点之间连接有可控硅，构成正常工作电路，所述同一铁芯的不同线圈之间还连接有励磁电路、同一线圈上连接有退磁电路，所述可快速励磁和退磁的磁控电抗器还包括控制器；

所述正常工作电路由可控硅组成，用于使线圈中产生自藕直流励磁电流；

所述励磁电路由IGBT和续流二极管组成，用于使直流回路中产生较大的正向自藕直流电压，增大直流电流，使铁芯中的磁阀快速励磁，磁控电抗器输出电流迅速增大；

退磁电路所述退磁电路由IGBT和可控硅组成，用于使直流回路中产生较大的反向自藕直流电压，减小直流电回路中的电流，使铁芯中的磁阀快速退磁，磁控电抗器输出电流迅速减小；

控制器，用于发出控制住信号控制所述正常工作电路、励磁电路、退磁电路的工作状态。

所述正常工作电路、励磁电路和退磁电路中：第一晶闸管、第一续流二极管和第二晶闸管依次串联，第一IGBT与第一晶闸管并联、与第一续流二极管和第二晶闸管串联，第二IGBT与第二进闸管并联、与第一续流二极管和第一晶闸管串联，每个IGBT的两端均反向并联有二极管；

其中，第一晶闸管、第一续流二极管和第二晶闸管依次串联构成正常工作支路；

第一IGBT、第一二极管、第二IGBT依次串联构成励磁支路；

第一IGBT和第一晶闸管、第二晶闸管和第二IGBT串联分别构成第一退磁支路和第二退磁支路；

第一线圈L1设置有第一抽头点E1和第二抽头点E2，第二线圈L2上设置有第三抽头点E3和第四抽头点E4，所述第二、三抽头点位于第一、四抽头点之间；第三线圈L3设置有第五抽头点F1和第六抽头点F2，第四线圈L4上设置有第七抽头点F3和第八抽头点F4，所述第六、七抽头点位于第五、八抽头点之间；第二抽头点E2和第三抽头点E三之间；第一线圈L1的抽头点E1与IGBT管T1的集电极相连，IGBT管T1的发射极与晶闸管K1的阴极和二极管D1的阳极相连，晶闸管K1的阳极与第一线圈L1的抽头点E2相连，二极管D1的阴极与IGBT管T2的集电极和晶闸管K2的阳极相连，晶闸管K2的阴极与第二线圈L2的抽头点E3相连，IGBT管T2的发射极与第二线圈L2的抽头点E4相连；第四线圈L4的抽头点F4与IGBT管T4的集电极相连，IGBT管T4的发射极与晶闸管K4的阴极和二极管D2的阳极相连，晶闸管K4的阳极与第四线圈L4的抽头点F3相连，二极管D2的阴极与IGBT管T3的集电极和晶闸管K3的阳极相连，晶闸管K3的阴极与第三线圈L3的抽头点F2相连，IGBT管T3的发射极与第三线圈L3的抽头点F1相连；

本实施例中，设定四个绕组的线圈匝数都为N，绕组L1的抽头E1到E2间的绕组匝数可为0.2N，E2到L1绕组下端点的匝数可为0.05N；绕组L2上端点到E3的匝数可为0.05N，E3到E4间的绕组匝数可为0.2N；绕组L3的抽头点F1到F2间的绕组匝数可为0.2N，F2到L3绕组下端点的匝数可为0.05N；绕组L4上端点到F3的匝数可为0.05N，F3到F4间的绕组匝数可为0.2N；

当然，四个线圈绕组上的抽头点的个数也可以根据实际需要设置为多个。

如图2所示，本发明磁控电抗器正常工作模式下的绕组直流励磁电流示意图；控制器根据采样数据分析计算磁控电抗器的无功功率和系统所需的无功功率，当系统所需无功功率等于磁控电抗器的无功功率，控制器选择第一控制电路，发出触发脉冲，控制晶闸管的触发导通角，使磁控电抗器运行于正常工作模式；此时，当系统电压正半周时触发导通晶闸管K1和K2，直流电流流向为E2→K1→D1→K2→E3，在系统电压负半周时触发导通晶闸管K4和K3，直流电流流向为F3→K4→D2→K3→F2。正常工作模式运行的磁控电抗器线圈中产生自藕直流励磁电流，通过调节晶闸管导通角的大小来调节直流励磁电流，控制磁控电抗器输出电流大小。

如图3所示，本发明磁控电抗器快速励磁模式下的绕组直流励磁电流示意图；控制器根据采样数据分析计算磁控电抗器的无功功率和系统所需的无功功率，当系统所需无功功率大于磁控电抗器的无功功率，控制器选择第二控制电路，控制导通IGBT管，使磁控电抗器运行于快速励磁模式；此时，当在系统电压正半周时导通IGBT管T1和T2，直流电流流向为E1→T1→D1→T2→E4，线圈绕组L1和L2部分被短路，直流回路中产生较大的正向自藕直流电压，直流电流迅速增大，使铁芯中的磁阀快速励磁，磁阀式可控电抗器输出电流迅速增大；在系统电压负半周时导通IGBT管T3和T4，直流电流流向为F4→T4→D2→T3→F1，线圈绕组L3和L4部分被短路，回路中产生较大的正向自藕直流电压，直流电流迅速增大，使铁芯中的磁阀快速励磁，磁控电抗器输出电流迅速增大。

如图4所示，本发明磁控电抗器快速退磁模式下的绕组直流励磁电流示意图；控制器根据采样数据分析计算磁控电抗器的无功功率和系统所需的无功功率，当系统所需无功功率小于磁控电抗器的无功功率，控制器选择第三控制电路，控制导通晶闸管，使磁控电抗器运行于快速退磁模式；此时，当系统电压正半周时导通K3和K4，直流电流流向为F1→T3→K3→F2和F3→K4→T4→F4，线圈绕组L3和L4部分被短路，直流回路中产生较大的反向自藕直流电压，使回路中的直流电流迅速减小，铁芯中的磁阀快速退磁；电压负半周导通K1和K2，直流电流流向为E4→T2→K2→E3和E2→K1→T1→E1，线圈绕组L1和L2部分被短路，直流回路中产生较大的反向自藕直流电压，使回路中的直流电流迅速减小，铁芯中的磁阀快速退磁，磁控电抗器输出电流迅速减小。

本发明一种可快速励磁和退磁的磁控电抗器，通过设置在线圈绕组上的励磁电路和退磁电路，增大或减小直流回路中的电流，实现快速励磁和退磁，本发明在快速励磁模式或快速退磁模式运行时，其绕组匝数比在正常工作模式运行时绕组匝数增加数倍，大大提高磁控电抗器的响应速度。

以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。