磁饱和式和变压器式可控并联电抗器

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1、磁饱和式和变压器式可控并联电抗器1引言无功平衡是电网安全、可靠、经济运行的重要保证，对于超高压长距离输电网尤其如此。由于传统并联电抗器SR（ShuntReactor）的功率不能自动连续平滑调节，它不能很好满足超高压长距离输电网无功平衡的需要。而对于静止晶闸管补偿器STC（StaticThyristorCompensator），由于其技术复杂、造价昂贵、维护困难而不易在诸如俄罗斯、中国和印度等欠发达国家大量使用[1]。有文献指出[2]，SR只应在已建成的容量有限的传统电网中使用，而进一步研制STC的工作应被停止。可控并联电抗器CS

2、R（ControllableShuntReactor）具有功率自动连续平滑调节的固有特点，能在很短的时间内，从空载功率调节到额定功率，因此，在超高压长距离输电网中广泛使用CSR能够显著减少线路空载（轻载）损耗，提高电网可靠性和优化电网运行状况。有文献建议[2]，在新建的电网中应该广泛使用CSR，另外，CSR也可用作消弧线圈。2CSR的工作原理和分类图1为三相组式CSR的接线和工作原理图。电压互感器和电流互感器对电网功率和电压的变化进行检测，当它们发生变化时，控制器给出控制信号，使变流器驱动CSR随着电网功率和电压的变化而平滑快速

3、改变自己的输出无功，从而使电网无功总是达到平衡，电压水平维持在规定的范围内。图1三相MCSR的单线接线图大致来分，CSR有磁饱和式可控电抗器（MCSR：MagneticSaturationTypeControllableShuntReactor）和变压器式可控电抗器（TCSR：TransformerTypeControllableShuntReactor）两大类。3磁饱和式可控电抗器MCSRMCSR是基于磁放大器原理工作的，图2是它的工作原理图[3]。如图所示，当两个晶闸管都不导通时，可控电抗器工作于空载状态。当两个晶闸管在电源

4、正负半周里依次导通和关断时，就可在绕组回路里产生相应的直流环流，直流环流的大小取决于晶闸管导通角的大小。该环流产生的直流磁通改变了两个铁心的饱和程度，从而可以通过控制晶闸管的导通角来达到自动调节电抗器功率的目的。图2磁饱和式可控电抗器1变压器式可控电抗器TCSR上世纪70年代[4]，BBC公司研制了一种可控并联电抗器，与MCSR相比它具有电磁惯性小和响应快等优点，但是由于其存在电流谐波含量大和功率损耗大等缺陷而停止继续开发和生产。针对BBC电抗器的这一不足，俄罗斯学者在上世纪末提出了TCSR[5]。TCSR的工作原理如图3所示。

5、由图3可以看出，TCSR实质上相当于高短路阻抗的多绕组变压器。HVW为高压工作绕组，CW1、CW2、……、CWn为低压控制绕组，各个CW中串接反并联晶闸管，每个CW的额定功率是电抗器总额定功率的一部分，主要根据电网谐波要求而定。当第i个CWi投入工作时，第1、2、……、i-1个CW绕组均工作于短路状态，可以认为其中没有谐波电流存在，这样，HVW中工作绕组中的电流谐波只由CWi的晶闸管的导通程度决定，因此，当依次把CW投入工作并正确控制晶闸管的导通和关断时，TCSR的功率就可从空载功率到额定功率连续自动变化，而且满足谐波电流的要求

6、。图3变压器式可控电抗器2MCSR和TCSR的比较图4～7是MCSR和TCSR的稳态和过渡过程的仿真波形。由图4和图5可以看出，MCSR在晶闸管触发角调节过程中，工作电流波形较TCSR的工作电流波形畸变严重，因此，MCSR在挂网运行时，若不采取补偿措施，会对电网注入不能允许的谐波电流，相反，TCSR的工作电流谐波含量要小得多。比较图6和图7所示的MCSR和TCSR的由空载到额定负载的过渡过程波形，MCSR的过渡时间大约是15个工频周期（0.3s），而TCSR的过渡过程是很快的，当控制好触发脉冲和电源电压的相位关系时（在电源电压达

7、到正的峰值时触发晶闸管），可以实现一个稳态到另一个稳态的直接过渡，其间没有过渡过程。显然，MCSR较TCSR需要长得多的过渡时间。图4MCSR稳态工作电流波形图5TCSR稳态工作电流波形图6MCSR空载到额定负载的过渡过程图7TCSR空载到额定负载的过渡过程总之，与SR相比，MCSR和TCSR具有功率自动连续平滑调节的突出优点；与STC相比，MCSR和TCSR本质上与普通变压器很类似，所以它们的制造技术可借用普通变压器的制造技术，工作条件和运行维护也没有特殊要求。但是，MCSR存在如下两个缺陷[5]：（1）、因为铁心的饱和而使M

8、CSR的工作电流中含有不能允许的谐波成分；（2）、由于直流偏磁的存在，使MCSR的电磁惯性大，响应速度慢。TCSR正是针对MCSR的上述缺陷开始研制的，因此，对于TCSR来说，除了具有MCSR的优点以外，它的谐波电流更小，响应速度更快，功率损耗更小。1MCSR和