通过纵轭线圈快速响应的磁控电抗器系统及工作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种通过纵轭线圈快速响应的磁控电抗器系统及工作方法，包括缠绕于磁控电抗器的纵轭上的快速退磁线圈、缠绕于磁控电抗器的纵轭上的快速励磁线圈，所述快速退磁线圈和快速励磁线圈均与主线圈绕向相同，还包括快速退磁电路、快速励磁电路、变压器和快速励磁控制器。本发明专利技术的有益效果是，通过上述发明专利技术技术，能够有效解决磁控电抗器响应速度偏慢、在电网低电压故障时无法快速提供足够的无功能量的问题，将磁控电抗器在低电压穿越时的响应时间提高一个数量级，完全满足电网低电压穿越要求。

【技术实现步骤摘要】
通过纵轭线圈快速响应的磁控电抗器系统及工作方法
本专利技术涉及一种高压无功补偿领域，尤其是一种通过纵轭线圈快速响应的磁控电抗器系统及工作方法。
技术介绍
目前，现有磁控电抗器技术的主要问题是响应速度慢。随着风力发电的大幅度发展和主干网的扩大，需要无功补偿在电网发生故障低电压时快速输出无功能量，提供有效电压支撑，帮助风电机组穿越低电压。避免风电机组脱网。电力行业相关标准对无功补偿设备的响应时间规定为小于60ms，以防止低电压穿越失败造成大规模风电机组脱网。但是现有磁控电抗器响应时间都大于300ms，达不到电网对无功补偿的响应速度要求，影响了风电场整体低电压穿越能力。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种通过纵轭线圈快速响应的磁控电抗器系统。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：通过纵轭线圈快速响应的磁控电抗器系统，包括三相六柱式磁控电抗器，其特征在于，包括缠绕于磁控电抗器的纵轭上的快速退磁线圈、缠绕于磁控电抗器的纵轭上的快速励磁线圈，所述快速退磁线圈和快速励磁线圈均与主线圈绕向相同，还包括快速退磁电路、快速励磁电路、变压器和快速励磁控制器；其中，所述快速退磁电路包括快速退磁整流充电电路、快速退磁电容、快速退磁放电电路，所述快速退磁电容与快速退磁线圈并联，所述变压器与快速退磁电容并联，所述快速退磁整流充电电路串联在变压器与快速退磁电容连接的支路上，所述快速退磁放电电路设置于快速退磁电容与快速退磁线圈连接的支路上，且快速退磁整流充电电路与快速退磁放电电路串联；所述快速励磁电路包括快速励磁整流充电电路、快速励磁电容、快速励磁放电电路，所述快速励磁电容与快速励磁线圈并联，所述变压器与快速励磁电容并联，所述快速励磁整流充电电路串联在变压器与快速励磁电容连接的支路上，所述快速励磁放电电路设置于快速励磁电容与快速励磁线圈连接的支路上，且快速励磁整流充电电路与快速励磁放电电路串联；所述快速退磁整流充电电路驱动输入端、快速退磁放电电路驱动输入端、快速励磁整流充电电路驱动输入端和快速励磁放电电路驱动输入端分别与励磁控制器的光纤控制信号对应驱动输出端连接；在电网系统低电压故障时，快速励磁控制器通过快速退磁电路使磁控电抗器快速进入并维持空载运行状态；在电网系统高电压故障时，快速励磁控制器通过快速励磁电路使磁控电抗器快速进入并维持满载运行状态；在低电压穿越成功后，快速磁控电抗器以PID闭环控制的方法控制磁控电抗器，动态锁定监测点的电压和功率因数；电网正常无故障时，快速退磁电路和快速励磁电路处于满充备用状态,自励磁电路以PID闭环的方式动态调节磁控电抗器输出无功电流，锁定监测点功率因数或电压。优选的，所述快速退磁整流充电电路由第三互补晶体管驱动电路CTL3和第三电子开关K3组成，所述互补晶体管驱动电路CTL3的输出和第三电子开关K3的门极-阴极并联，所述快速退磁放电电路由第四互补晶体管驱动电路CTL4和第四电子开关K4组成，第四互补晶体管驱动电路CTL4的输出和第四电子开关K4的门极-阴极并联。进一步优选的，所述第四电子开关K4为可控硅、集成门极换流晶闸管或者绝缘栅双极性晶体管任一种。优选的，所述快速励磁整流充电电路由第五互补晶体管驱动电路CTL5和第五电子开关K5组成，所述第五互补晶体管驱动电路CTL5的输出和第五电子开关K5的门级-阴极并联，所述快速励磁放电电路由第六互补晶体管驱动电路CTL6和第六电子开关K6组成，第六互补晶体管驱动电路CTL6的输出和第六电子开关K6的门级-阴极并联。进一步优选的，所述第六电子开关K6为可控硅、集成门极换流晶闸管或者绝缘栅双极性晶体管任一种。优选的，所述快速退磁线圈匝数为主线圈匝数的6％～25％，所述快速励磁线圈的匝数为主线圈匝数的6％～25％，进一步优选的，所述快速退磁线圈匝数为主线圈匝数的9％，所述快速励磁线圈的匝数为主线圈匝数的9％。基于所述通过纵轭线圈快速响应的磁控电抗器系统的工作方法如下：快速励磁控制器对监测点依次进行瞬时值采样、瞬时无功计算，获取监测点电压值和磁控电抗器电流值，并将监测点电压分别与低压阈值和高压阈值进行比较；若监测点电压高于低压阈值并低于高压阈值，系统用PID控制的方法控制自励磁电路，快速励磁电路、快速退磁电路处于储能备用状态，进而达到控制磁控电抗器输出无功电流、稳定监测点电压和功率的目的。若监测点电压低于低压阈值，并且磁控电抗器电流大于额定电流的5％时，自励磁切换到空载运行，同时快速退磁电路放电运行，快速将磁控电抗器输出电流拉低，当磁控电抗器电流拉低到5％以下时，如果监测点电压还未恢复正常，快速退磁电路停止放电，通过自励磁使磁控电抗器保持在空载状态，直到监测点电压恢复正常。如此可以达到快速提高监测点电压并保持到电压恢复正常的目的。若监测点电压高于高压阈值，并且磁控电抗器电流小于额定电流的95％时，自励磁切换到满载运行，同时快速励磁电路放电运行，快速将磁控电抗器输出电流拉高，当磁控电抗器电流拉高到95％以上时，如果监测点电压还未恢复正常，快速励磁电路停止放电，通过自励磁使磁控电抗器保持在满载状态，直到监测点电压恢复正常。如此可以达到快速降低监测点电压并保持到电压恢复正常的目的。本专利技术的有益效果是，通过上述电路设置，能够有效解决磁控电抗器响应速度偏慢、在电网低电压故障时无法快速提供足够的无功能量的问题。能够将磁控电抗器在低电压穿越时的响应时间提高一个数量级，从300ms以上缩小到20ms以下，完全满足电网低电压穿越要求。结合磁控电抗器原有的高可靠性、高性价比、高压直挂、损耗低等优点，使磁控电抗器能够在未来特高压电网建设中发挥积极的作用。附图说明图1是三相六柱式磁控电抗器本体铁心结构图；图2是现有磁控电抗器的A相本体结构图；图3是现有磁控电抗器系统的A相电路图；图4是本专利技术提供的磁控电抗器的A相本体结构图；图5是本专利技术提供的磁控电抗器系统的A相电路图；图6是本专利技术提供的励磁控制器的软件流程图；其中11.第一心柱，12.第二心柱，11'.第三心柱，12'.第四心柱，11”.第五心柱，12”.第六心柱，2.上纵轭，3.下纵轭，4.上横轭，5.下横轭，6.自励磁线圈，7.快速退磁线圈，8.快速励磁线圈。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。现有三相磁控电抗器铁心一般采用三相六柱结构，铁心结构如图1所示，图1中我们可以看到，磁控电抗器的心柱上分布着多个小截面段，在电抗器的整个容量调节范围内，仅有小截面段铁芯磁路工作在饱和区，而大截面段始终工作于线性区。第一心柱11和第二心柱12套接A相线圈，第三心柱11'和第四心柱12'套接B相线圈，第五心柱11”和第六心柱12”套接C相线圈。三相线圈根据需要接成角形或星形。其中A相的铁心套接线圈后的示意图如图2所示，且B相、C相的铁心套接结构与A相相同。如图3所示，两个心柱上分别对称地绕有匝数为N/2的两个线圈，其上有抽头比为δ＝N2/N的抽头，δ一般为1％左右。它们之间接有晶闸管K1、K2，不同铁心的上下两个绕组交叉连接后并联到电网中，续流二极管D1则横跨在交叉端点上。在电源的一个工频周期内，励磁控制器根据电网系统需要，通过改变导通角度的大小使两个晶闸管轮流导通，改变电抗值大小，从而达到无功本文档来自技高网...

【技术保护点】
通过纵轭线圈快速响应的磁控电抗器系统，包括缠绕于磁控电抗器的纵轭上的快速退磁线圈、缠绕于磁控电抗器的纵轭上的快速励磁线圈，所述快速退磁线圈和快速励磁线圈均与主线圈绕向相同，还包括快速退磁电路、快速励磁电路、变压器和快速励磁控制器；其中，所述快速退磁电路包括快速退磁整流充电电路、快速退磁电容、快速退磁放电电路，所述快速退磁电容与快速退磁线圈并联，所述变压器与快速退磁电容并联，所述快速退磁整流充电电路串联在变压器与快速退磁电容连接的支路上，所述快速退磁放电电路设置于快速退磁电容与快速退磁线圈连接的支路上，且快速退磁整流充电电路与快速退磁放电电路串联；所述快速励磁电路包括快速励磁整流充电电路、快速励磁电容、快速励磁放电电路，所述快速励磁电容与快速励磁线圈并联，所述变压器与快速励磁电容并联，所述快速励磁整流充电电路串联在变压器与快速励磁电容连接的支路上，所述快速励磁放电电路设置于快速励磁电容与快速励磁线圈连接的支路上，且快速励磁整流充电电路与快速励磁放电电路串联；所述快速退磁整流充电电路驱动输入端、快速退磁放电电路驱动输入端、快速励磁整流充电电路驱动输入端和快速励磁放电电路驱动输入端分别与励磁控制器的光纤控制信号对应驱动输出端连接；在电网系统低电压故障时，励磁控制器通过快速退磁电路使磁控电抗器快速进入并维持空载运行状态；在电网系统高电压故障时，励磁控制器通过快速励磁电路使磁控电抗器快速进入并维持满载运行状态；在低电压穿越成功后，磁控电抗器以PID闭环控制的方法控制磁控电抗器，动态锁定监测点的电压和功率因数；电网正常无故障时，快速退磁电路和快速励磁电路处于满充备用状态,自励磁电路以PID闭环的方式动态调节磁控电抗器输出无功电流，锁定监测点功率因数或电压。...

【技术特征摘要】
1.通过纵轭线圈快速响应的磁控电抗器系统，包括缠绕于磁控电抗器的纵轭上的快速退磁线圈、缠绕于磁控电抗器的纵轭上的快速励磁线圈，所述快速退磁线圈和快速励磁线圈均与主线圈绕向相同，还包括快速退磁电路、快速励磁电路、变压器和快速励磁控制器；其中，所述快速退磁电路包括快速退磁整流充电电路、快速退磁电容、快速退磁放电电路，所述快速退磁电容与快速退磁线圈并联，所述变压器与快速退磁电容并联，所述快速退磁整流充电电路串联在变压器与快速退磁电容连接的支路上，所述快速退磁放电电路设置于快速退磁电容与快速退磁线圈连接的支路上，且快速退磁整流充电电路与快速退磁放电电路串联；所述快速励磁电路包括快速励磁整流充电电路、快速励磁电容、快速励磁放电电路，所述快速励磁电容与快速励磁线圈并联，所述变压器与快速励磁电容并联，所述快速励磁整流充电电路串联在变压器与快速励磁电容连接的支路上，所述快速励磁放电电路设置于快速励磁电容与快速励磁线圈连接的支路上，且快速励磁整流充电电路与快速励磁放电电路串联；所述快速退磁整流充电电路驱动输入端、快速退磁放电电路驱动输入端、快速励磁整流充电电路驱动输入端和快速励磁放电电路驱动输入端分别与励磁控制器的光纤控制信号对应驱动输出端连接；在电网系统低电压故障时，励磁控制器通过快速退磁电路使磁控电抗器快速进入并维持空载运行状态；在电网系统高电压故障时，励磁控制器通过快速励磁电路使磁控电抗器快速进入并维持满载运行状态；在低电压穿越成功后，磁控电抗器以PID闭环控制的方法控制磁控电抗器，动态锁定监测点的电压和功率因数；电网正常无故障时，快速退磁电路和快速励磁电路处于满充备用状态,自励磁电路以PID闭环的方式动态调节磁控电抗器输出无功电流，锁定监测点功率因数或电压。2.如权利要求1所述的通过纵轭线圈快速响应的磁控电抗器系统，其特征是，所述快速退磁整流充电电路由第三互补晶体管驱动电路和第三电子开关组成，所述互补晶体管驱动电路的输出和第三电子开关的门极-阴极并联，所述快速退磁放电电路由第四互补晶体管驱动电路和第四电子开关组成，第四互补晶体管驱动电路的输出和第四电子开关的门极-阴极并联。3.如权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭文毕，任玲艳，
申请(专利权)人：青岛研睿电子有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37