快速響應磁控電抗器的製作方法
2023-10-06 00:48:14 1
專利名稱：快速響應磁控電抗器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種快速響應磁控電抗器，適用於風電場動態無功補償裝置。
背景技術：
風電是一種清潔、可再生能源，是各國爭相發展的新能源，我國的風電裝機容量的增長速度近幾年都是世界最高的。為了保證電網的穩定可靠，風電併網必須滿足一系列嚴格的條件，對無功補償不僅有容量要求，還要求有足夠快速的響應速度。國家電網調2011974號《關於印發風電併網運行反事故措施要點的通知》要求「風電場應綜合考慮各種發電出力水平和接入系統各種運行工況下的穩態、暫態、動態過程，配置足夠的動態無功補償容量，且動態調節的響應時間不大於30ms。風電場無功動態調整的響應速度應與風電機組高電壓穿越能力相匹配，確保在調節過程中風電機組不因高電壓而脫網。」響應速度的提高作為動態無功補償裝置優化的重要組成部分越來越受到極高的重視。當前風電場中存在大量磁控(MSVC)動態無功補償成套裝置，其響應速度都在IOOms以上，遠遠超出國家電網調2011974號文件要求的30ms，急待解決。目前採用的普通磁控電抗器(見圖1)的每相包括對稱設置的兩個鐵芯柱、套在兩個鐵芯柱上的帶抽頭的第一至第四線圈Lf L4、第一至第二可控矽Κ1 (2、續流二極體Dl ；所述第一至第四線圈Lf L4的匝數均為N匝；第一線圈LI和第二線圈L2套在一個鐵芯柱上，第三線圈L3和第四線圈L4套在另一個鐵芯柱上，第一線圈LI的尾端Dll接第四線圈L4的首端D22，第二線圈L2的首端D12接第三線圈L3的尾端D21，繞流二極體Dl的正極接第一線圈LI的尾端D11，續流二極體Dl的負極接第三線圈L3的尾端D21 ;第一至第四線圈Lf L4的抽頭分別為第一至第四抽頭Κ11、Κ12、Κ21、Κ22 ;第一可控矽Kl的陽極接第一抽頭KlI，其陰極接第二抽頭Κ12 ;第二可控矽Κ2的陰極接第三抽頭Κ21，其陽極接第四抽頭Κ22 ;所述第一線圈LI的首端A l和第三線圈L3的首端Α2均接三相交流電源的A相接線端子；第二線圈L2的尾端Xl和第四線圈L4的尾端Χ2均接X接線端子。上述普通磁控電抗器的第一抽頭比為S1，第二抽頭比為δ2，並且δ1=δ2。由於普通磁控電抗器的第一至第四線圈LfL4的電感值較大，充放電時間常數(τ =L/R)數值大，因此，響應速度慢。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種結構簡單、可靠性高和成本低的快速響應的磁控電抗器。本發明解決其技術問題所採用的技術方案
本發明是在現有的普通磁控電抗器的基礎上改進而成的，其主要改進點是增加一阻尼電阻R和與阻尼電阻R並聯的IGBT。本發明的技術方案如下
一種快速響應磁控電抗器，所述快速響應磁控電抗器為三相或單相快速響應磁控電抗器；所述快速響應磁控電抗器的每相包括對稱設置的兩個鐵芯柱、套在兩個鐵芯柱上的帶抽頭的第一至第四線圈Lf L4、第一至第二可控矽Kf K2、續流二極體Dl ;所述第一至第四線圈Lf L4的匝數均為N匝；第一線圈LI和第二線圈L2套在一個鐵芯柱上，第三線圈L3和第四線圈L4套在另一個鐵芯柱上，第一線圈LI的尾端Dll接第四線圈L4的首端D22，第二線圈L2的首端D12接第三線圈L3的尾端D21，續流二極體Dl的正極接第一線圈LI的尾端D11，續流二極體Dl的負極接第三線圈L3的尾端D21 ;第一至第四線圈Lf L4的抽頭分別為第一至第四抽頭K11、K12、K21、K22 ;第一可控矽Kl的陽極接第一抽頭K11，其陰極接第二抽頭K12 ;第二可控矽K2的陰極接第三抽頭K21，其陽極接第四抽頭K22 ;所述第一線圈LI的首端Al和第三線圈L3的首端A2均接三相交流電源的A相接線端子；第二線圈L2的尾端Xl和第四線圈L4的尾端X2均接X接線端子；其特徵在於所述快速響應磁控電抗器的每相還包括絕緣柵雙極型電晶體IGBT和阻尼電阻R ;所述阻尼電阻R接在續流二極體Dl的正極與第一線圈LI的尾端Dll之間；所述絕緣柵雙極型電晶體IGBT與阻尼電阻R並聯，其柵極G接IGBT驅動晶片的輸出端；
所述第一抽頭Kll與第二抽頭K12之間的匝數為nl，所述第一線圈LI和第二線圈L2
的第一抽頭比S J= =1. 5 3. 0% ；
所述第三抽頭K21與第四抽頭K22之間的匝數為n2，所述第三線圈L3和第四線圈L4
的第二抽頭比S 2= =15 20%。本發明的工作原理如下
本發明所述快速動態響應包括兩部分，分別是快速勵磁和快速退磁。快速勵磁通過大抽頭比的自行強勵磁實現——抽頭比8增大就是直流勵磁電源的電壓提高，勵磁速度相應提高；快速退磁，通過增設的阻尼電阻來實現。對於大抽頭比的強勵，不影響設計難度和裝置成本，目前各廠家的MCR產品已經普遍應用，實現快速勵磁的效果也有了大量事實印證，這裡不再贅述。本發明的優點是由於採用阻尼電阻實現快速退磁，實現磁控電抗器的快速動態響應，簡單實用、可靠高、成本低。
圖1為現有普通磁控電抗器的電路原理圖。圖2為本發明每相的電路原理圖。圖3為本發明的二次控制部分的原理框圖。
具體實施例方式由圖1所示實施例可知，快速響應磁控電抗器為三相或單相快速響應磁控電抗器；所述快速響應磁控電抗器的每相包括對稱設置的兩個鐵芯柱、套在兩個鐵芯柱上的帶抽頭的第一至第四線圈Lf L4、第一至第二可控矽Kf K2、續流二極體Dl ;所述第一至第四線圈Lf L4的匝數均為N匝；第一線圈LI和第二線圈L2套在一個鐵芯柱上，第三線圈L3和第四線圈L4套在另一個鐵芯柱上，第一線圈LI的尾端Dll接第四線圈L4的首端D22，第二線圈L2的首端D12接第三線圈L3的尾端D21，續流二極體Dl的正極接第一線圈LI的尾端D11，續流二極體Dl的負極接第三線圈L3的尾端D21 ;第一至第四線圈Lf L4的抽頭分別為第一至第四抽頭K11、K12、K21、K22 ;第一可控矽Kl的陽極接第一抽頭K11，其陰極接第二抽頭K12 ;第二可控矽K2的陰極接第三抽頭K21，其陽極接第四抽頭K22 ;所述第一線圈LI的首端Al和第三線圈L3的首端A2均接三相交流電源的A相接線端子；第二線圈L2的尾端Xl和第四線圈L4的尾端X2均接X接線端子；其特徵在於所述快速響應磁控電抗器的每相還包括絕緣柵雙極型電晶體IGBT和阻尼電阻R ;所述阻尼電阻R接在續流二極體Dl的正極與第一線圈LI的尾端Dll之間；所述絕緣柵雙極型電晶體IGBT與阻尼電阻R並聯，其柵極G接IGBT驅動晶片的輸出端；
所述第一抽頭Kll與第二抽頭K12之間的匝數為nl，所述第一線圈LI和第二線圈L2
的第一抽頭比δ1=吾=1. 5 3. 0% ；
所述第三抽頭Κ21與第四抽頭Κ22之間的匝數為η2，所述第三線圈L3和第四線圈L4
的第二抽頭比5 =卷=15 20%。圖3所示的二次控制部分由CPU、光纖發送晶片、光纖接收晶片、IGBT驅動晶片組成。本實施例的工作原理
在本實施例中，第一抽頭比S1=L 5 3.0%與普通磁控電抗器的抽頭比δ相等，簡稱普通抽頭，補償容量小幅波動時由普通抽頭進行調節；第二抽頭比為S 2=15 20%，為強勵抽頭。在大的容量躍升即需要快速勵磁時，強勵抽頭可以保證響應時間不超過30mS。相對於普通磁控電抗器，在續流二極體Dl支路中串接了一隻阻尼電阻R，阻尼電阻R並聯了一隻IGBT (也可以是幾隻串聯的IGBT)，正常工作時，IGBT為導通狀態，阻尼電阻R被短接，與普通磁控電抗器的工作狀態完 全相同，需要快速退磁時，只需二次控制部分的CPU通過光纖給IGBT驅動晶片(如M57962L晶片)相應的信號即可，關閉IGBT，使阻尼電阻投入，整個直流勵磁迴路的時間常數(t=L/R)因為R的加入，變的很小，只要為阻尼電阻R選擇適當的阻值，即可實現足夠快速的響應速度。現在以風電場中常見的配置容量IOkVlOMvar磁控電抗器為例，分析和計算阻尼電阻的阻值。(I)計算磁控電抗器的電感 L=U2/ω/Q=IO. 52/314/10=35.1 (mH)
(2)計算阻尼電阻的阻值
假定需要的最大退磁時間30mS，穩定時間取照3倍時間時間常數，則
3* τ =3* L/R ( 30mS,由此式變換並帶入L的值，可得
R 彡 3. 51 Ω。
權利要求
1.一種快速響應磁控電抗器，所述快速響應磁控電抗器為三相或單相快速響應磁控電抗器；所述快速響應磁控電抗器的每相包括對稱設置的兩個鐵芯柱、套在兩個鐵芯柱上的帶抽頭的第一至第四線圈Lf L4、第一至第二可控矽Kf K2、續流二極體Dl ;所述第一至第四線圈Lf L4的匝數均為N匝；第一線圈LI和第二線圈L2套在一個鐵芯柱上，第三線圈L3和第四線圈L4套在另一個鐵芯柱上，第一線圈LI的尾端Dll接第四線圈L4的首端D22，第二線圈L2的首端D12接第三線圈L3的尾端D21，續流二極體Dl的正極接第一線圈LI的尾端D11，續流二極體Dl的負極接第三線圈L3的尾端D21 ;第一至第四線圈Lf L4的抽頭分別為第一至第四抽頭K11、K12、K21、K22 ;第一可控矽Kl的陽極接第一抽頭K11，其陰極接第二抽頭K12 ;第二可控矽K2的陰極接第三抽頭K21，其陽極接第四抽頭K22 ;所述第一線圈LI的首端Al和第三線圈L3的首端A2均接三相交流電源的A相接線端子；第二線圈L2的尾端Xl和第四線圈L4的尾端X2均接X接線端子；其特徵在於所述快速響應磁控電抗器的每相還包括絕緣柵雙極型電晶體IGBT和阻尼電阻R ;所述阻尼電阻R接在續流二極體Dl的正極與第一線圈LI的尾端Dll之間；所述絕緣柵雙極型電晶體IGBT與阻尼電阻R並聯，其柵極G接IGBT驅動晶片的輸出端； 所述第一抽頭Kll與第二抽頭K12之間的匝數為nl，所述第一線圈LI和第二線圈L2的第一抽頭比
全文摘要
本發明涉及一種快速響應磁控電抗器，適用於風電場動態無功補償裝置。本發明是在現有的普通磁控電抗器的基礎上改進而成的，其主要改進點是增加一阻尼電阻R和與阻尼電阻R並聯的IGBT。所述阻尼電阻R接在續流二極體D1的正極與第一線圈L1的尾端D11之間；所述絕緣柵雙極型電晶體IGBT與阻尼電阻R並聯，其柵極G接IGBT驅動晶片的輸出端；所述第一抽頭K11與第二抽頭K12之間的匝數為n1，所述第一線圈L1和第二線圈L2的第一抽頭比δ1==1.5～3.0%；所述第三抽頭K21與第四抽頭K22之間的匝數為n2，所述第三線圈L3和第四線圈L4的第二抽頭比δ2==15～20%。本發明的優點是由於採用阻尼電阻實現快速退磁，實現磁控電抗器的快速動態響應，簡單實用、可靠高、成本低。
文檔編號H02J3/18GK103066908SQ20121052806
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月11日 優先權日2012年12月11日
發明者李瑞桂, 張加玉, 王蘇 申請人:河北旭輝電氣股份有限公司