以提高自身响应速度为目的磁控电抗器快速性研究

磁控电抗器(MCR)作为一种SVC装置，主要应用在补偿系统无功、抑制电压波动和闪变等方面，因此快速性是其至关重要的一个特性。以提高可控电抗器在接入电网时自身响应速度为目的，根据其工作原理，对其快速性展开了深入探讨和研究，在快速励磁基础上，提出了

快速去磁方法，通过EMTDC／PSCAD软件进行了仿真，并进行了实验验证。结果表明其快速性得到了很好改善。

1 引言

可控并联电抗器可简化系统无功电压控制，抑制工频过电压和操作过电压，动态补偿线路充电功率，抑制潜供电流等，能满足系统多方面需求，因此具有广阔的应用前景。作为可控并联电抗器，MCR具有适用电压范围宽、可靠性高、谐波小等显著优点，是一种经济、高性能的静止型无功补偿装置。但MCR的部分特性(如谐波特性、快速性)需要进行改善，以便更好地应用于电力系统。这里针对MCR的快速性展开了相应探讨和研究，并提出一种可快速励磁及去磁的电路方案。

2 MCR的工作原理及快速性

2．1 MCR的工作原理

MCR主铁心分裂为两半，即铁心1和铁心2，截面积为A，每一半铁心截面积具有减小的一段，4个匝数为N／2的线圈分别对称绕在两个半铁心柱上，半铁心柱上的线圈总匝数为N，每一半铁心柱的上下两绕组各有一抽头比为δ=N2／N的抽头，它们之间接有晶闸管KP1(KP2)。不同铁心上的上下两个绕组交叉连接后，并联至电网电源，续流二极管则横跨在交叉端点上，对大容量的MCR而言，δ取值通常很小，因此KP1(KP2)的工作电压远小于其额定电压。图1为MCR结构电路。

在整个容量调节范围内，只有小面积段的磁路饱和，其余段均处于未饱和的线性状态，通过改变小截面段磁路的饱和程度来改变电抗器容量。在电源的一个工频周期内，KP1，KP2轮流导通，起到了全波整流的作用，二极管起续流作用。改变KP1，KP2的触发角便可改变控制电流的大小，从而改变电抗器铁心饱和度，以平滑连续地调节电抗器容量。2．2 磁控电抗器的快速性

MCR的响应时间决定于：n=(1-δ)／(2δ)，n为MCR容量从空载到额定值所需的工频周期数。

可见，n与MCR的抽头比6成反比。对大容量MCR而言，δ取值通常很小，并且在实际应用中考虑到MCR的有功损耗，其响应时间约在0．19～0．66s。但当MCR应用在抑制电压闪变、自动调谐消弧线圈、动态无功补偿等方面时，此响应时间显然不满足工况要求，因此需要有更快的响应速度，在一个工频周期内达到额定工作状态，即快速励磁，并且需要它从额定状态到空载的响应速度也在一个工频周期内，即快速去磁。

3 快速励磁及去磁工作原理

基于上述分析，提出MCR快速励磁及去磁的等效电路，如图2所示。电路由升压斩波电路(主要用于给电容储能)、电容C和V2构成的快速励磁电路、由去磁电阻R2和V4构成的快速去磁电路，及MCR本体的工作回路和控制回路组成。

该电路具体工作原理为：

状态1 根据MCR具体的应用电压等级场合，来选择升压斩波电路中的电压源值，并调节其内部IGBT的导通占空比，使C上电压值满足在控制电源电压值最大时，其放电时间不少于一个工频周期(20 ms)。待电容电压值稳定后，此时C上的储能为：，U0为电容上电压值。此状态内V1，V2和V4处于断开状态，V3闭合。

状态2 当电力系统发生电压波动，需要MCR工作来补偿无功时，V2导通，C向控制绕组(电感L)放电，要让L中的电流在极短时间内从零变为一定值，由WL=LI2／2可知，需快速给控制绕组储能。这就需要电容和电感间迅速的能量传递。其又为一个二阶等效电路，具体数学模型为：

式中：RL为控制 绕组电阻值。

U的值在系统发生电压波动瞬间，由KP1(KP2)的导通角便可得出。

状态3 V1在V2关断5 ms后导通，投入工作电压，延时5 ms是防止两个不同的电压并联。此时电流仿真波形如图3a所示。由图可见，MCR经过快速励磁后，其工作电流在一个工频周期内即到达了额定状态。但也可明显看到当MCR退出系统后，仍有较长去磁时间，这对系统的稳定相当不利。因此电路中必须有快速去磁环节。

状态4 在MCR退出瞬间，使V4导通，投入快速去磁回路，延迟5 ms后切断V3，防止V3先断开时对电路冲击过大，损坏器件。由其数学模型τ=L／R可知，R越大，τ越小，快速性越高。快速去磁后的工作电流ig和控制电流ik波形如图3b所示。可见，在MCR退出系统一个周波内，ig便可降到接近于零。

此处控制电路的另一大优点是，在进行完一次无功补偿后，当检测到C值减小时，升压斩波电路与C连通，给C充电，使C上电压值恒为初始值，为下一次补偿作准备。从而可以连续、无限次地作用于系统。

4 实验结果

此处装置控制器由DSP，FPGA和CPLD等构成，其中