技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電抗器控制器及其方法，尤其涉及一種磁控電抗器控制器及其方法。

背景技術(shù)

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力的需求越來(lái)越大，負(fù)載的產(chǎn)生的無(wú)功污染也越來(lái)越大。我國(guó)幅員遼闊，能源分布不均，“西電東送，南北互供”是我國(guó)電力系統(tǒng)發(fā)展的基本國(guó)策[5]。這決定了我國(guó)電力系統(tǒng)輸電網(wǎng)龐大，存在大量的遠(yuǎn)距離輸電線(xiàn)路。在大電網(wǎng)的條件下，如何將電能從發(fā)電廠(chǎng)安全高效地輸送到配電系統(tǒng)所在的負(fù)荷中心，如何為用戶(hù)提供高質(zhì)量的電能，如何有效減小無(wú)功對(duì)電網(wǎng)的污染，保證電網(wǎng)的安全高效運(yùn)行成為電氣工程領(lǐng)域最為重要的研究課題之一。

電網(wǎng)中存在大量的異步電動(dòng)機(jī)、變壓器、電力電子裝置，這些設(shè)備要消耗大量的無(wú)功功率。這些無(wú)功功率如果不能及時(shí)地得到補(bǔ)償，會(huì)對(duì)電網(wǎng)的效率、安全、穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響。于是無(wú)功補(bǔ)償理論的研究和高性能無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的研發(fā)生產(chǎn)就提上了日程。

無(wú)功補(bǔ)償?shù)睦砟钌婕暗絹?lái)自系統(tǒng)和用戶(hù)的各方面問(wèn)題，尤其是與電能質(zhì)量有關(guān)的問(wèn)題，因?yàn)榇蠖鄶?shù)的電能質(zhì)量問(wèn)題都可以通過(guò)對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行適當(dāng)控制而得到緩解或徹底解決。通常，無(wú)功補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題可以從兩個(gè)方面考慮：負(fù)載補(bǔ)償和電壓支撐。負(fù)載補(bǔ)償?shù)哪康木褪且岣呦到y(tǒng)功率因數(shù)，從而平衡交流供電系統(tǒng)產(chǎn)生的有功功率，并消除大功率變化非線(xiàn)性負(fù)荷產(chǎn)生的諧波。電壓支撐的目標(biāo)就是要減小傳輸線(xiàn)路末端的電壓波動(dòng)。輸電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償是通過(guò)提高有功功率的最大傳輸能力來(lái)提高交流系統(tǒng)穩(wěn)定性，并有利于保持各級(jí)電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定。它能改善高壓直流輸電轉(zhuǎn)換終端性能，提高傳輸效率，控制穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)過(guò)電壓，避免系統(tǒng)崩潰。

串聯(lián)和并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償通常用來(lái)改善交流電力系統(tǒng)的固有電氣特性。串聯(lián)補(bǔ)償改變的是輸電系統(tǒng)或配電系統(tǒng)的參數(shù)，而并聯(lián)補(bǔ)償改變的是負(fù)載的等效阻抗。二者都可以對(duì)系統(tǒng)的無(wú)功潮流進(jìn)行有效控制，從而提高整個(gè)交流電力系統(tǒng)的性能。

無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆诸?lèi)和發(fā)展

在無(wú)功補(bǔ)償發(fā)展的早期，同步調(diào)相機(jī)在電壓穩(wěn)定和無(wú)功控制方面扮演了一個(gè)主要角色。從原理角度來(lái)講，同步調(diào)相機(jī)就是與電力系統(tǒng)相連的同步電機(jī)。調(diào)相機(jī)運(yùn)行后，能夠產(chǎn)生或吸收交流電路需要的無(wú)功功率。通過(guò)適當(dāng)?shù)淖詣?dòng)勵(lì)磁電路，調(diào)相機(jī)能提供連續(xù)的無(wú)功功率。同步調(diào)相機(jī)通常以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性為目的，用在分布系統(tǒng)和傳輸線(xiàn)路，在負(fù)載變化的情況下，保持電壓在允許的范圍內(nèi)變化。然而，同步調(diào)相機(jī)占用較大的空間，需要頻繁啟動(dòng)和保護(hù)裝置，而且它增加了短路電流，不能對(duì)快速變化的負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償，損耗和成本比靜止無(wú)功補(bǔ)償器要大得多，它的優(yōu)點(diǎn)僅是具有短時(shí)的高過(guò)載能力，現(xiàn)在已經(jīng)很少使用。

1914年首次使用并聯(lián)電容器來(lái)提高電網(wǎng)功率因數(shù)，并聯(lián)電容器產(chǎn)生超前電流對(duì)負(fù)載產(chǎn)生的滯后電流進(jìn)行補(bǔ)償。并聯(lián)電容器的選擇需要考慮的因素較多，其中需要重點(diǎn)考慮的是負(fù)載產(chǎn)生的滯后無(wú)功大小。若負(fù)載發(fā)生變化，無(wú)功也會(huì)在較大的范圍內(nèi)波動(dòng)，因此固定電容器組補(bǔ)償往往會(huì)導(dǎo)致過(guò)補(bǔ)或欠補(bǔ)。可以通過(guò)開(kāi)關(guān)投切電容器來(lái)改變無(wú)功補(bǔ)償量，根據(jù)總的無(wú)功需求來(lái)投入或切除電容器組。控制的平滑度取決于投切電容器的組數(shù)。然而，依靠機(jī)械開(kāi)關(guān)或接觸器投切電容的方法響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)且不可靠，同時(shí)它們還會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊電流，需要經(jīng)常維護(hù)。

靜止無(wú)功補(bǔ)償器(Static?Var?Compensator-SVC)是國(guó)外70年代發(fā)展起來(lái)一類(lèi)快速無(wú)功調(diào)節(jié)裝置，已成功地應(yīng)用于電氣化鐵路、冶金、電力、采礦和高能加速器等負(fù)荷的補(bǔ)償上。這類(lèi)裝置在調(diào)節(jié)的快速性、功能的多樣性、工作的可靠性、投資和運(yùn)行費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)性等方面比同步調(diào)相機(jī)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，能夠獲得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，因而在國(guó)內(nèi)外取得了較快的發(fā)展。

主流的SVC主要有三類(lèi)：晶閘管投切電容器(Thyristor?Switched?Capacitor，簡(jiǎn)稱(chēng)TSC)，晶閘管控制電抗器(Thyristor?Controlled?Reactor，簡(jiǎn)稱(chēng)TCR)，磁控電抗器(Magnetic?valve?Controllable?Reactor，簡(jiǎn)稱(chēng)MCR)。

TSC雖然只能分組投切電容器，不能連續(xù)調(diào)節(jié)無(wú)功功率，但是控制簡(jiǎn)單，成本較低，并且無(wú)諧波電流，適合在電網(wǎng)的低壓負(fù)載端進(jìn)行分散無(wú)功補(bǔ)償。