一种大容量可控电抗器 【技术领域】
本发明属可控电抗器技术领域，具体涉及一种大容量可控电抗器。背景技术
迄今为止，可控电抗器主要有三类：第一类是TCR(晶闸管控制电抗器)，它产生较强谐波电流，对于单相系统三次谐波电流可高达30％，价格也较高；第二类TCT(晶闸管控制变压器)，它是TCR的一种变形，其价格较TCR便宜，也会产生较强谐波电流，并且不适合于较宽的电抗调节范围；第三类是直流助磁(磁阀式)可控电抗器，它会产生较强谐波电流，而且会产生较强的振动和噪声。在2000年本发明人发明了基于磁通补偿的可调电抗器(申请号：00114356.5，申请日2000年1月27日)，理论分析和小容量试验样机的实验研究表明，当在变压器二次侧注入的电流与一次侧中的电流相位相反，其标幺值在(0 1)之间变化时，该变压器一次侧AX端对电流呈现的等效阻抗ZAx在(0 Zm)之间可控变化，Zm为变压器一次侧的励磁阻抗。但由于这种可控电抗器中变压器只有一个二次绕组，即只有一条支路向串联变压器二次绕组注入补偿的电流。若所需要的一次侧电流较大时，二次侧电流也会较大，由于受现有的开关器件容量的限制就不可能制造出大容量的可控电抗器。发明内容
本发明的目地在于提供一种能克服上述缺陷的大容量可控电抗器，它可以采用较低电压、较小电流的器件来满足高压、大电流工况下的需要。
本发明的一种大容量的可控电抗器，主要由五个单元组成：电流检测单元、补偿电流发生单元、变压器、主控单元、电流信号给定单元；电流检测单元包括位于变压器一次侧母线上的电流互感器，及与电流互感器输出端相连接的电流检测环节，该单元从母线电流波形中检测出电流信号i1S；其特征在于：
所述电流检测环节输出的电流信号i1S输出到电流信号给定单元，主控单元输出补偿电流系数α到电流信号给定单元，电流信号给定单元根据i1s和α两个电流信号产生输出电流信号αi1S/N；
所述补偿电流发生单元由N个相同的补偿电流发生子单元构成，N≤500，其输入端与电流信号给定单元的输出端相连接，N个子单元均产生大小相等、相位相同，且与变压器一次侧母线上的电流信号i1S反相位的补偿电流αi2/N，自动跟踪电流信号i1S其中α为补偿系数，i2＝-(W1/W2)i1，W1为变压器一次侧的匝数，W2为二次侧单个绕组的匝数；
变压器的二次侧设有N个绕组，各绕组的匝数相同，几何尺寸相等，每个绕组与对应的补偿电流发生单元中的子单元相连接；一次绕组连接在电网母线上，变压器对电流呈现的阻抗在(0 Zm)之间可控变化。
本发明保留了现有技术的优点，只需要从变压器一次侧绕组所在的电网电流中检测出电流(基本是基波电流)，利用补偿装置产生一个与检测到的电流频率相同、大小成比例的补偿电流，与现有的其他技术相比，它不产生谐波电流，响应更稳定。
此外，本发明还具有下述二方面的优点：
(1)本发明在变压器二次侧设置N个绕组，每个绕组配置有一个补偿电流
发生子单元，共N个子单元，这N个子单元发生的补偿电流大小相等
(均为αi2/N)，相位相同，但与一次侧电流反相位，从而能利用较低
电压、较小电流的器件制作适用于高压、大电流工况下的可控电抗器。
(2)本发明将变压器联接在电网上，当在变压器二次侧N个绕组中都输入
大小相等、相位相同的电流αi2/N，α在(1 0)之间变化时，变压器
一次侧AX端口对电流呈现阻抗ZAx在(0 Zm)之间可控变化。附图说明
图1为本发明电抗器的结构示意图；
图2为本发明的一种具体实施方式的结构示意图。具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明所说的可控电抗器，主要由五个单元组成：电流检测单元I、补偿电流发生单元II、变压器III、主控单元IV、电流信号给定单元V。电流检测单元I包括位于变压器一次侧电网母线1上的电流互感器2，及与电流互感器2输出端相连接的电流检测环节3。补偿电流发生单元II由N(N≤500)个相同的补偿电流发生子单元II’构成。变压器III，其二次侧设有N个绕组，每个绕组的匝数均为W2，几何尺寸相同。
上述可控电抗器的工作原理为：
(1)电流传感器2将电网母线1的电流(i)波形送到电流检测环节3中，
从电流波形中检测出其电流信号i1S；
(2)将从电流检测单元I中检测出的电流信号i1S，输送到补偿电流发生单
元II中的每个补偿电流发生子单元II’中，每个子单元II’根据收到
的电流信号i1S，产生电流αi2/N(α为补偿系数；i2＝-(W1/W2)
i1)，并自动跟踪i1S；补偿电流发生子单元II’可以利用现有的电
流跟综技术来实现。
(3)将子单元II1’发生的电流αi2/N送到变压器的第1个二次绕组a1x1
中，将子单元II2’发生的电流αi2/N送到变压器第2个二次绕组a2x2
中；……将子单元IIN’发生的电流αi2/N送到变压器第N个二次绕组
中。
显然，输送到每个二次绕组的电流大小相等、相位相同，但与一次侧电网母线的电流i1反相位，使得铁心中一次侧、二次侧绕组磁动势之和：
Fm＝W1i1+W2(αi2/N+αi2/N+…+αi2/N)
N项
＝(1-α)W1i1
当α在(0 1)之间变化时，变压器铁心中主磁通Φm在(ΦmN 0)之间可控变化，从而变压器一次侧AX端口对电流呈现阻抗ZAx在(Zm 0)之间可控变化。
图1是一种单相可控电抗器，可以采用三套单相可控电抗器构成三相可控电抗器。
主控单元IV用于确定并输出α值，使变压器III一次侧端口对电流呈现的阻抗在(0 Zm)之间可控变化。
上述可控电抗器可以作并联电抗器并联在电网上，此时主控单元IV用于根据电网的电压、电流、cosΦ等信号决定输出的α值。
该电抗器也可以接在电网的中性点与地之间，用作自动跟踪消弧线圈。此时，主控单元IV用于根据另外单元检测到的对地电容电流决定输出的α值。
该电抗器也可以串联在电网母线上，作为故障电流限制器使用。在正常工作时，主控单元IV输出的α＝1，当故障发生时，输出α＝0。
当变压器一次侧电流中含有较大谐波时，为了削减这些谐波，可将图3中的电流检测环节3改为基波电流检测环节，其输出为一次侧电流的基波电流信号。
图2为一个实施例，补偿电流发生子单元II’采用电流跟踪技术，具体包括四个环节：反馈电流检测环节7、电流控制环节8、PWM控制及驱动环节9和逆变器与开关频率滤波器10。ZL负载，逆变器与开关频率滤波器10包括逆变器4和开关频率滤波器Ld Cd。
从电流检测环节3输出的电流信号i1S输出到电流信号给定单元V，主控单元IV输出补偿电流系数α到电流信号给定单元，电流信号给定单元V根据i1S和α两个电流信号产生输出电流信号αi1S/N；反馈电流检测环节7接收电流αi2/N的信号，产生反馈电流信号i1f，电流控制环节8根据αi1S/N和i1f两个电流信号控制PWM控制及驱动环节9，产生驱动指令驱动逆变器4，再经开关频率滤波器Ld Cd滤除关频率，输出正弦波电流αi2/N。
图3中，TA2为电流传感器，属于反馈电流检测环节7。
本领域一般技术人员可以根据上述公开的内容采用多种具体方式对本发明加以实现。