一㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉、摘要：磁閥式可控電抗器是在磁飽和式可控電抗器基礎上發展起來的,可隨電網傳輸功率的變化而自動平滑調節自身的容量ⓣⓤⓥⓦⓧⓨⓩ，當電網傳輸功率較大時☾☽❄☃，電抗器運行在空載或小容量狀態;當電網傳輸功率很小或空載時㈠㈡㈢㈣㈤㈥㈦，電抗器自動增大容量補償對地電容無功㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉，能夠限制工頻電壓升高☾☽❄☃。在很大程度上提高了電網的運行經濟效益✵✶✷✸✹✺✻✼❄❅。本文介紹了一種新型磁控電抗器的結構❣❦❧♡۵，并對其進行了數學建模웃유ღ♋♂。該電抗器運用兩級飽和電抗器來抑制諧波⒜⒝⒞⒟⒠⒡⒢⒣⒤。通過諧波抑制效果⒥⒦⒧⒨⒩⒪⒫⒬⒭⒮⒯⒰⒱⒲⒳⒴⒵❆❇❈❉❊†☨✞✝☥☦☓☩☯，可見雙級飽和可控 電抗器的總諧波含量明顯低于單級飽和可控電抗器웃유ღ♋♂。

二☧☬☸✡♁✙♆。，、＇：∶；、關鍵詞：電力系統♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃；電抗器⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾；兩級飽和電抗器⒜⒝⒞⒟⒠⒡⒢⒣⒤；諧波抑制

三⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ、引言

可控 電抗器對電力系統有著非常重要的作用ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ，磁閥式可控電抗器能隨著傳輸功率的變化自動平滑地調節自身容量㈠㈡㈢㈣㈤㈥㈦，在線路傳輸大功率時♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃，運行在小容量范圍內ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ，當線路輕載或空載時♀☿☼☀☁☂☄，它會增大容量而呈現出深度的補償效應⒃⒄⒅⒆⒇⒈⒉⒊⒋⒌⒍⒎⒏⒐⒑⒒⒓，能夠起到降低工頻電壓升高的作用㈠㈡㈢㈣㈤㈥㈦。這就在很大程度上提高了電網的經濟效益㈠㈡㈢㈣㈤㈥㈦。因此❣❦❧♡۵，可控電抗器的控制研究一直是電力系統方面研究的重點ⅲⅳⅴⅵⅶⅷⅸⅹⒶⒷⒸⒹ。傳統磁控電抗器應用于單相情況時[1]㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂，如電氣化鐵路動態無功補償裝置㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉、可調消弧線圈等時❋❀⚘☑✓✔√☐☒✗✘ㄨ✕✖✖⋆✢✣，由于缺乏3 次諧波補償回路而產生較大的諧波⑰⑱⑲⑳⓪⓿❶❷❸❹❺，為進一步減少磁控 電抗器在單相應用條件下的諧波㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂，本文提出一種新型可抑制3 次諧波的雙級磁控飽和電抗器㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉。

四☧☬☸✡♁✙♆。，、＇：∶；、傳統磁閥式可控 電抗器的原理

“磁閥”的概念是前蘇聯學者在直流助磁式飽和電抗器基礎上于1986 年提出的☾☽❄☃，使可控電抗器的理論向前發展了一大步웃유ღ♋♂。圖1 為磁閥式可控電抗器原理圖웃유ღ♋♂。

如圖1所示ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ，電抗器鐵芯磁路由大面積段A 和小面積段AS(長度為l)串聯而成✵✶✷✸✹✺✻✼❄❅。因為在磁閥式可控 電抗器的整個容量調節范圍內❋❀⚘☑✓✔√☐☒✗✘ㄨ✕✖✖⋆✢✣，大面積段鐵芯的工作狀態始終處于磁特性的未飽和線性區⒜⒝⒞⒟⒠⒡⒢⒣⒤，其磁阻相對小面積段鐵芯很小☾☽❄☃，故予忽略☈⊙☉℃℉❅。在電抗器的整個容量調節范圍內✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥，大截面段始終工作于未飽和線性區ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ，僅有小截面段鐵心磁路飽和☧☬☸✡♁✙♆。，、＇：∶；，且飽和程度很高[2]⒜⒝⒞⒟⒠⒡⒢⒣⒤。在磁控電抗器的工作鐵心柱上分別對稱的繞有兩個線圈⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ，其上有抽頭✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥，它們之間接有可控硅T1⒜⒝⒞⒟⒠⒡⒢⒣⒤、T2㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉，不同鐵心的上下兩個主繞組交叉鏈接后并聯至電源ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ，續流二極管D 接在兩個線圈的中間⒜⒝⒞⒟⒠⒡⒢⒣⒤。當磁控電抗器主繞組接至電源電壓♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃，在可控硅兩端感應出1%左右的系統電壓❋❀⚘☑✓✔√☐☒✗✘ㄨ✕✖✖⋆✢✣。在電源電壓正半周觸發導通可控硅T1ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ，形成圖2a 所示的等效電路❣❦❧♡۵。在后回路中產生直流控制電流⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾；在電源電壓負半周觸發導通可控硅T2ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ，形成圖2b 所示的等效電路[3]✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥。

五⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾、新型磁控電抗器的結構

為了減小工作繞組對控制回路的影響㈠㈡㈢㈣㈤㈥㈦，減少工作電流的諧波含量ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ，擴大電抗器調節深度⒃⒄⒅⒆⒇⒈⒉⒊⒋⒌⒍⒎⒏⒐⒑⒒⒓，降低可控電抗器的體積和成本웃유ღ♋♂，減少漏磁損耗及偏磁磁化容量①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯，提出一種新型磁控電抗器結構,如圖3 所示㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉。這種結構的突出特點是鐵芯的邊柱上布置了兩級減小截面的部分웃유ღ♋♂，這兩部分為鐵芯磁化區㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂，它們工作在不同的飽和度下①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯，可有效降低工作電流諧波含量❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰。同時其鐵芯中間柱上還存在空氣隙0 δ ☾☽❄☃，該氣隙的存在使偏磁強度下的工作電流波形進一步改善♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃，更為關鍵的是使得可控電抗器的響應速度顯著提高♀☿☼☀☁☂☄，有效的減小所需磁化容量✵✶✷✸✹✺✻✼❄❅，并使其伏安特性在較低工作電壓時仍接近線性♀☿☼☀☁☂☄。工作繞組有三個線包組成⒥⒦⒧⒨⒩⒪⒫⒬⒭⒮⒯⒰⒱⒲⒳⒴⒵❆❇❈❉❊†☨✞✝☥☦☓☩☯，分別布置在兩個邊柱和中間柱上ⓣⓤⓥⓦⓧⓨⓩ，直流控制繞組分別放置在兩個邊柱上⒃⒄⒅⒆⒇⒈⒉⒊⒋⒌⒍⒎⒏⒐⒑⒒⒓，兩繞組反串聯①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯，使得工頻感應電壓相互抵消✵✶✷✸✹✺✻✼❄❅，在忽略交直流繞組電阻的情況下☈⊙☉℃℉❅，控制回路的感應電流將將為零✤✥❋✦✧✩✰✪✫✬✭✮✯❂✡★✱✲✳✴。直流控制繞組布置在兩側交流工作繞組內部ⓊⓋⓌⓍⓎⓏⓐⓑⓒⓓⓔⓕⓖⓗⓘⓙ，所有繞組均為圓繞組㈠㈡㈢㈣㈤㈥㈦，鐵芯也為圓柱形✤✥❋✦✧✩✰✪✫✬✭✮✯❂✡★✱✲✳✴。中間柱空氣隙分段布置在中柱交流繞組的內部☾☽❄☃。減小截面的部分分多段布置在邊柱上✤✥❋✦✧✩✰✪✫✬✭✮✯❂✡★✱✲✳✴，這種布置的目的是為了提高空間利用系數웃유ღ♋♂，減小漏磁通✤✥❋✦✧✩✰✪✫✬✭✮✯❂✡★✱✲✳✴。

六⒃⒄⒅⒆⒇⒈⒉⒊⒋⒌⒍⒎⒏⒐⒑⒒⒓、兩級飽和 電抗器減小諧波機理研究

兩級飽和可控電抗器鐵芯結構如圖5所示⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ，繞組鐵芯由三段不同面積的鐵芯串聯組成✵✶✷✸✹✺✻✼❄❅。圖中bA為大截面段鐵芯面積⒜⒝⒞⒟⒠⒡⒢⒣⒤，sA為小截面段鐵芯面積⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾，長度為1l⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ，mA為中截面段鐵芯面積⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ，長度為2lⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ。雙擊飽和指在磁控電抗器的整個容量調節范圍內☾☽❄☃，不僅小截面進入飽和狀態✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥，中截面也進入飽和狀態㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂，大截面段始終工作在磁路未飽和狀態[4][5][6][7][8]☧☬☸✡♁✙♆。，、＇：∶；。圖5為兩級結構鐵芯等效磁特性⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ，由兩端斜率不同的曲線組成㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉，分別對應兩種不同的磁導率①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯，可推導出對應兩種不同磁通密度ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ。

圖7為在該設計條件下的3 次諧波抑制效果圖⒥⒦⒧⒨⒩⒪⒫⒬⒭⒮⒯⒰⒱⒲⒳⒴⒵❆❇❈❉❊†☨✞✝☥☦☓☩☯，可見當中截面進入飽和工作區后㈠㈡㈢㈣㈤㈥㈦，電抗

器輸出電流中3次諧波含量大大減小不到1%㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉，這是因為小截面產生的3次諧波電流與中截面產生的3次諧波電流相位相反⑰⑱⑲⑳⓪⓿❶❷❸❹❺，互相抵消⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾。圖8為單級飽和可控電抗器與兩級飽和可控電抗器總諧波含量的比較ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ，可見雙級飽和可控電抗器的總諧波含量明顯低于單級飽和可控電抗器⒜⒝⒞⒟⒠⒡⒢⒣⒤。

七⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾、結論

本文從減小磁控電抗器自身諧波含量的基礎上㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉，研究了一種新型的磁控電抗器的結構㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉。并對該新型可控電抗器的數學模型及諧波產生原因進行分析研究⒃⒄⒅⒆⒇⒈⒉⒊⒋⒌⒍⒎⒏⒐⒑⒒⒓。對比諧波抑制效果表明웃유ღ♋♂，通過設置兩級飽和區可以大大減小磁控電抗器產生的3 次諧波含量❣❦❧♡۵。