新型变压器式可控电抗器技术研究

摘要

可控电抗器作为一种常见的交流柔性输电设备，在无功调节、电压稳定以及电力负载特性改善等各方面有着广泛的用途。本文在总结国内外有关可控电抗器技术、以及本项目组研究成果的基础上，提出了一种新型的变压器式“混合调节型”可控电抗器方案。该电抗器在性能与成本上都有着比较大的优势。本文注重工程实用，主要围绕单相并联型电抗器，对其工作模型、控制方法、以及样机设计、应用作了全方面的分析和介绍，并以试验对其进行了验证。文章的主要内容包括：
　　 对本项目组已有的“基于磁通补偿的可控电抗器”技术进行了总结，解决了应用中多个控制绕组与单个控制绕组统一性的问题。在此基础上，进行概念拓展，提出了通过“线性二端口网络”端口的控制得到可控电抗的一般性原理，探讨了这类电抗器的设计原则。
　　 引入“分级调节”与“连续调节”结合的观点，提出了一种新型的变压器式“混合调节型”可控电抗器方案，给出了理论分析和实现方法；解决了开关投切实现电抗“分级调节”在工程实现上的一些关键性问题。与原有的电抗器方案相比，它具有成本更低、性能更为优越的特点。
　　 提出了新型可控电抗器本体的设计和实现方法。并借助ANSYS软件，成功设计出一套单相额定电压6kV、容量630kVA的电抗器样机，并通过参数实测进行了验证。
　　 针对该电抗器的PWM 逆变器控制系统进行了深入研究分析。文中以常见的三角载波电流控制技术为基础，建立了控制系统的模型，对它的稳定运行条件、功率平衡等方面进行了详细的研究；提出了适合的两种控制方案：电流、直流电压双闭环控制，直流电压不控的“自然电流控制”，分析了它们的可行性、工作特点以及使用条件；
　　 最后，根据运行特点，提出了逆变器主电路相关参数的设计原则和方法。
　　 通过对样机的试验验证了文中提出的新型电抗器理论、设计、运行方案的正确性和可行性，同时，证明该电抗器具有良好的运行性能，能够充分满足电抗值或容量大范围连续可调，并且具有控制精度高、谐波输出少，响应速度快等优点。
　　 介绍了项目开发中已进行的一些主要工作，解决了可控电抗器应用于“自动调谐型消弧线圈”的一些关键性问题：对消弧线圈装置启动和退出故障补偿的判据设置、初始电抗设定等应用事项提出了新的见解；提出了一种改进型的电网对地电容的检测方案及数据处理算法，在传统方案的基础上提高了实时性、准确性，使其实现更为简便；介绍了已有样机开发基础及试验研究情况，并以试验结果证实文中新型可控电抗器的优越性。