电抗器作为电路的基础元件之一，在电力系统稳定、潮流调控、电机软起动和故障抑制等方面有着广泛的应用。固定电抗器虽然能够解决电力系统的部分问题，但同时也存在一定的缺点，如当负荷变化、新能源的接入导致串联线路电压波动、潮流需要调控时，固定电抗由于无法动态调节，其电抗值将无法实现对潮流的控制；同样对并联滤波而言，由固定电抗构成的定调谐滤波装置难以对频率变化的谐波进行滤除。

可控电抗器逐渐被广泛研究，可以根据应用场景的需要进行电感值调节，如动态调整无功补偿容量达到改善电能质量的目的，同时可控电抗器也能解决投切固定电抗的开关投资费用。应用在滤波器上则可以通过对电感值大小的调节，完成对不同频率的谐波滤除。

现有的可控电抗器主要分为传统可控电抗器、晶闸管控制电抗器、磁控电抗器、脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation, PWM）可控电抗器、超导可控电抗器五大类。

• 传统可控电抗器即机械式调控电抗器，其通过调节抽头从而改变接入系统线圈匝数或者通过调节动铁心之间的气隙宽度来使得电感值可控，该类型电抗器电感值离散变化，无法连续调节且动作时间较长，抽头容易损坏；
• 晶闸管控制电抗器通过控制晶闸管触发角的大小从而控制流过电抗器的电流以等效为电感值的变化，该类型在应用于高压环境中需要多个晶闸管级联构成，成本较高且电力电子器件会产生一定的谐波；
• 磁控电抗器通过控制铁心中磁通的大小以改变铁心磁导率来实现电感值的可控，其中，助磁式可控电抗器应用较为广泛，但其工作区域由于铁心的大面积饱和使得交流绕组中均产生较大的谐波含量且存在较大的噪声；PWM可控电抗器通过对双向开关的控制实现对电感值的调控，但控制较为复杂且成本较高；
• 超导可控电抗器利用超导材料的零电阻、迈斯纳效应等特性，但其冷却系统复杂、成本高，目前难以广泛应用。

针对以上内容，有学者提出了一种如图1所示的铁心正交的电抗器结构，但该种电抗器的电感值可调范围较小、占用空间较大且不易安装。

图1 传统正交电抗器结构

基于此，武汉大学等单位的研究人员提出两种新型紧凑化的正交可控电抗器，具有连续平滑调节的特性。他们根据铁心结构将其称为“十字型”和“丰字型”正交电抗器，如图2和图3所示。新型正交可控电抗器相比于传统正交电抗器结构更为紧凑，电感值的可调范围更大；相比于非正交的可控电抗器，正交结构能够使工作绕组和控制绕组解耦。

图2 十字型紧凑化正交可控电抗器结构

图3 丰字型正交可控电抗器结构

图4 实验电路及现场接线

​研究人员指出，紧凑化的“十字型”正交电抗器，在使用相同材料及相同的工作条件下，新型结构的电感值调节范围可达原结构的约2倍。而且，“十字型”正交可控电抗器相较传统型结构，所占用的立体空间体积减小了53.7%，且更易于放置。而“丰字型”拓扑通过增加直流铁心增大了正交面积和可变磁阻比例，将电感调节范围增大了53.25%，但增加直流铁心的收益是递减的。

他们最后表示，新型结构的正交可控电抗器的工作绕组和控制绕组无耦合，可以降低控制回路的设计难度和成本。

本文编自2022年第2期《电工技术学报》，论文标题为“紧凑化正交可控电抗器电感调节特性”，作者为袁佳歆、陈凡 等。