磁控电抗器原理及其在SVC中的应用

　　1　引言

　　近年来,新型磁控电抗器(MCR)以其优良的综合性能受到了国内外专家的高度重视并得到了广泛的应用。随着工业现代化的快速发展,高压电、大功率和超大功率的电机在电力、冶金及金属轧制传动、电力机车、煤矿、石化等行业中得到了日益广泛的应用。这一类负载都会给电网造成极大的有功和无功冲击,使电网电压不稳定,产生的无功和谐波危害电网的安全及可靠运行。所以,必须大量使用各类装置来补偿无功、抑制谐波并调节稳定电压[2]。静态无功补偿装置SVC是最常用的无功补偿和电压调整的装置之一,也是现代柔性交流输电系统(FACTS)的重要装置之一。SVC的核心部分是由晶闸管阀串控制的空芯电抗器TCR,而磁控电抗器MCR是一项比TCR综合性能更优的设备和技术[2~3]。其显著优点是稳定、可靠、可连续平滑调节无功、控制灵活、动态性能好、成本较低、寿命长、维护管理简便。世界上第一台磁控电抗器在英国研制成功,1986年原苏联科学家提出了MCR新的设计理论,使MCR的综合性能大大的改善。近年来,由于磁性材料制造水平及其性能的迅速提高和控制理论的不断完善,使MCR的研究、开发和应用进入了一个全新的时期。下面将对MCR的工作原理及其性能进行分析。

　　2　MCR的工作原理及其与TCR的比较

　　TCR(Tryristor Control Reactor)是由晶闸管阀串控制的并联电抗器,它是SVC装置中最重要最核心的部件。通过控制TCR中晶闸管阀串的导通角使与其串联的等效感抗发生连续变化,从而达到连续调节注入电网的无功功率的目的,所以TCR是SVC装置的核心部分,其工作原理及其电压电流波形如图1所示。

　　图中示出SVC中一相TCR的原理图,实际工作中,阀串由多对反并联的晶闸管对串联后再串接空芯电抗器组成,波形图中,α为晶闸管导通角,σ则为晶闸管的关断角,我们只要调节开通角α,即可调节电抗电流i的大小,从而达到平滑调节无功功率的目的。而磁控电抗器MCR是基于磁放大器原理来工作的[1]。它是一种交直流同时磁化的可控饱和度的铁芯电抗器,工作时,可以用极小的直流功率(约为电抗器额定功率的0.1%~0.5%)来改变控制铁芯的工作点(即铁芯的饱和度或者说改变铁芯的导磁率μ),来改变其感抗值,从而达到调节电抗电流的大小并平滑调节无功功率的目的。

　　MCR的工作其原理如图2所示,电抗器由两组交流线圈wi1、wi2以及两组直流控制线圈wk1、wk2组成,wi1、wi2首尾串联,wk1、wk2反极性串联,这样可以有效地抵消交流线圈工频感应电压对直流控制绕组的影响。

　　铁芯工作时的磁化曲线如图3所示,由图可知,直流控制电流ik可以使铁芯工作点发生偏移,从而可以显著改变交流线圈的感抗和电感电流i,它有以下几个特点: