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。
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。