電網中的無功平衡對提高全網經濟效益和改善供電質量至關重要㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂。根據電力 工業的現狀和發展☈⊙☉℃℉❅，新型無功補償裝置的研制和應用是我國當前電力系統需要著重解決的重大關鍵技術課題⒃⒄⒅⒆⒇⒈⒉⒊⒋⒌⒍⒎⒏⒐⒑⒒⒓。

新型可控電抗器是電力系統中電壓控制與無功補償的重要裝置☈⊙☉℃℉❅，近年來受了廣泛重視并得到初步應用웃유ღ♋♂。與現有無源及有源靜止型動態無功補償裝置相比㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂，可控電抗器具有適用電壓范圍廣⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ、可靠性高㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉、諧波小✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥、占地面積省ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ、維護簡單等顯著優點✵✶✷✸✹✺✻✼❄❅，是一種經濟❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰、高性能的靜止型動態無功(感性)補償裝置☾☽❄☃。

可控電抗器的應用前景十分廣泛♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃，對于控制高壓和超高壓電網電壓✵✶✷✸✹✺✻✼❄❅、無功潮流❋❀⚘☑✓✔√☐☒✗✘ㄨ✕✖✖⋆✢✣，改善系統穩定性㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂，增加傳輸功率❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰，限制超高壓電網工頻和操作電壓웃유ღ♋♂；補償單相接地電流(消弧)以及抑制大功率整流系統的諧波等都具有顯著的效果❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰。可控 電抗器的結構形式千變萬化⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ，特性各異❣❦❧♡۵，研究表明✤✥❋✦✧✩✰✪✫✬✭✮✯❂✡★✱✲✳✴，調電路式可控電抗器是最具有應用前景的一種可控電抗器♀☿☼☀☁☂☄。

本文研究了調電路式可控 電抗器的基本結構和工作原理☾☽❄☃，建立了相應的數學模型✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥，并在此基礎上對其工作特性進行全面的分析✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥，提出了各級控制繞組的限流電抗值計算方法①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯。結合多繞組變壓器多邊形等值電路模型ⅲⅳⅴⅵⅶⅷⅸⅹⒶⒷⒸⒹ，以 Matlab/PSB 為平臺⒥⒦⒧⒨⒩⒪⒫⒬⒭⒮⒯⒰⒱⒲⒳⒴⒵❆❇❈❉❊†☨✞✝☥☦☓☩☯，建立了無級連續可控電抗器的仿真模型ⓣⓤⓥⓦⓧⓨⓩ。本文提出了單相傳輸線與負載相互關系的計算方法✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥，設計了單相超高壓長線的電壓控制系統♀☿☼☀☁☂☄，利用動態無功功率補償理論和工程設計方法建立了仿真模型♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃，仿真結果驗證了當傳輸功率變化時⑰⑱⑲⑳⓪⓿❶❷❸❹❺，電壓控制系統能夠有效地改變電抗器的輸出功率❋❀⚘☑✓✔√☐☒✗✘ㄨ✕✖✖⋆✢✣，同時保持傳輸網絡電壓穩定在額定電壓范圍內♀☿☼☀☁☂☄。在工程應用方面ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ，文中提出了一種基于無級連續可控電抗器型消弧線圈的工作原理⒃⒄⒅⒆⒇⒈⒉⒊⒋⒌⒍⒎⒏⒐⒑⒒⒓，分析了它產生諧波電流的原因♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃，設計了一種三控制繞組結構的無級連續可控電抗器型消弧線圈☾☽❄☃，并提出了合理設計各控制繞組額定輸出電流的方法웃유ღ♋♂。

無功功率平衡對提高電網的經濟效益和改善供電質量至關重要✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥。根據電力工業的現狀與發展①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯，新型無功功率補償裝置的研制和應用是我國當前電力系統需要解決的重大關鍵技術課題☾☽❄☃。可控 電抗器正是在這一背景下誕生和發展的㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉，表現出了極強的生命力⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ。對 6～220kV 電網ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ，系統用戶負荷通常為感性①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯，一般采用固定電容器組進行集中或分散補償ⅲⅳⅴⅵⅶⅷⅸⅹⒶⒷⒸⒹ，以提高功率因數⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ，降低損耗✵✶✷✸✹✺✻✼❄❅。在遠距離ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ、400kV 以上電壓電網通常需要安裝電抗器進行無功補償⒃⒄⒅⒆⒇⒈⒉⒊⒋⒌⒍⒎⒏⒐⒑⒒⒓。

另外✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥，隨著電力工業的高速發展ⅲⅳⅴⅵⅶⅷⅸⅹⒶⒷⒸⒹ，人們對供電質量及可靠性的要求越來越高웃유ღ♋♂。由此產生了一系列問題：如超/特高壓大電網的形成及負荷變化加劇✤✥❋✦✧✩✰✪✫✬✭✮✯❂✡★✱✲✳✴，要求大量快速響應的可控無功電源來調整電壓♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃，維持系統無功潮流平衡✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥，減少損耗✤✥❋✦✧✩✰✪✫✬✭✮✯❂✡★✱✲✳✴，提高供電可靠性☧☬☸✡♁✙♆。，、＇：∶；。

但電網中現有的自動無功補償裝置主要為同步調相機⒃⒄⒅⒆⒇⒈⒉⒊⒋⒌⒍⒎⒏⒐⒑⒒⒓、開關投切電容器組♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃、晶閘管投切電容器(Thyistor Switched Capacitor, TSC)☈⊙☉℃℉❅、靜止無功補償器(StaticSynchronous Compensator, STATCOM)等㈠㈡㈢㈣㈤㈥㈦。同步調相機由于響應速度慢✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥，運行維護困難等缺點而逐漸被淘汰㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉，而具有機械開關的補償設備在應用中會遇到許多問題☧☬☸✡♁✙♆。，、＇：∶；。比如：開關故障頻率高ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ、響應速度慢等✤✥❋✦✧✩✰✪✫✬✭✮✯❂✡★✱✲✳✴，且由于開關的合閘涌流和重燃容易產生過電壓和諧振現象⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾。TSC 造價高㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉，控制復雜⒜⒝⒞⒟⒠⒡⒢⒣⒤，且不能連續調節㈠㈡㈢㈣㈤㈥㈦。晶閘管控制電抗器(Thyristor Controlled Reactor, TCR)在電力系統中得到了廣泛的應用[1]⒥⒦⒧⒨⒩⒪⒫⒬⒭⒮⒯⒰⒱⒲⒳⒴⒵❆❇❈❉❊†☨✞✝☥☦☓☩☯，主要原因：(1)直流輸電和工業逆變裝置的研究和開發促進了大功率可控硅閥的發展ⅲⅳⅴⅵⅶⅷⅸⅹⒶⒷⒸⒹ，為 TCR 的應用打下了良好的基礎⑰⑱⑲⑳⓪⓿❶❷❸❹❺；(2)可控硅閥和空心電抗器的制造工藝簡單✤✥❋✦✧✩✰✪✫✬✭✮✯❂✡★✱✲✳✴；(3)TCR 控制靈活㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉，響應速度快ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ。

雖然 TCR 具有以上優點⒥⒦⒧⒨⒩⒪⒫⒬⒭⒮⒯⒰⒱⒲⒳⒴⒵❆❇❈❉❊†☨✞✝☥☦☓☩☯，但其接入 6kV 電壓等級以上的電網時需要器件串聯以承受高電壓⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ；同時⑰⑱⑲⑳⓪⓿❶❷❸❹❺，可控硅閥要求精確的控制和復雜的過壓ⅲⅳⅴⅵⅶⅷⅸⅹⒶⒷⒸⒹ、過流保護裝置☈⊙☉℃℉❅；如果控制不當⒃⒄⒅⒆⒇⒈⒉⒊⒋⒌⒍⒎⒏⒐⒑⒒⒓，就會產生直流分量使變壓器飽和ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ。當 TCR 投入電網時①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯，還會產生較大的諧波電流ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ，因而需添加輔助濾波裝置ⓊⓋⓌⓍⓎⓏⓐⓑⓒⓓⓔⓕⓖⓗⓘⓙ；同時高電壓晶閘管的價格頗為昂貴⑰⑱⑲⑳⓪⓿❶❷❸❹❺。因此❣❦❧♡۵，這些技術先進的無功功率補償設備造價高昂☾☽❄☃、維護復雜✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥，在超/特高壓系統中被廣泛應用還不現實ⓊⓋⓌⓍⓎⓏⓐⓑⓒⓓⓔⓕⓖⓗⓘⓙ。

因此有必要尋求更為經濟可靠的可控無功電源㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉。調電路式可控電抗器就在這個背景下產生的ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ，逐漸成為當前的研究熱點㈠㈡㈢㈣㈤㈥㈦。調電路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❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰，在線路傳輸大功率時☾☽❄☃，運行在小容量范圍內㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂，當線路新型調電路式可控 電抗器的研究輕載或者為空載時⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾，它會增大容量呈現出深度地補償效應✵✶✷✸✹✺✻✼❄❅，能夠起到降低工頻電壓升高的作用⒥⒦⒧⒨⒩⒪⒫⒬⒭⒮⒯⒰⒱⒲⒳⒴⒵❆❇❈❉❊†☨✞✝☥☦☓☩☯。這就在很大程度上提高了電網的經濟效益⒃⒄⒅⒆⒇⒈⒉⒊⒋⒌⒍⒎⒏⒐⒑⒒⒓。

另外⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾，調電路式可控電抗器在保持 TCR 優點的同時ⓊⓋⓌⓍⓎⓏⓐⓑⓒⓓⓔⓕⓖⓗⓘⓙ，又在很大程度上克服了它的不足❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰。初步的技術經濟分析表明：

(1)調電路式可控電抗器的造價不超過同等容量 TCR 的造價㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂，且產生諧波又比后者少得多⒜⒝⒞⒟⒠⒡⒢⒣⒤；

(2)調電路式可控 電抗器的損耗小⒃⒄⒅⒆⒇⒈⒉⒊⒋⒌⒍⒎⒏⒐⒑⒒⒓，低TCR的損耗✵✶✷✸✹✺✻✼❄❅；

(3)調電路式可控 電抗器在過負荷下可以持續運行的時間比在同等條件下的TCR 要長得多✤✥❋✦✧✩✰✪✫✬✭✮✯❂✡★✱✲✳✴；

(4)在不安裝濾波裝置的情況下㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉，調電路式可控電抗器的電流畸變比同樣情況下的TCR的電流畸變要小得多⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ。可見作為一種低成本⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ、高性能的靜止無功補償裝置☈⊙☉℃℉❅，調電路式可控電抗器具有廣闊的應用前景⑰⑱⑲⑳⓪⓿❶❷❸❹❺。

綜上所述⑰⑱⑲⑳⓪⓿❶❷❸❹❺，調電路式可控電抗器對于提高電網的輸電能力☧☬☸✡♁✙♆。，、＇：∶；、調整電網電壓♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃、補償無功以及限制過電壓等方面都有非常大的應用潛力㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂。這將為今后我國電力系統的發展起到重要作用♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃。

早在1916年美國學者就提出了磁放大器的概念ⓊⓋⓌⓍⓎⓏⓐⓑⓒⓓⓔⓕⓖⓗⓘⓙ，主要應用于自動化系統中作為控制元件⒥⒦⒧⒨⒩⒪⒫⒬⒭⒮⒯⒰⒱⒲⒳⒴⒵❆❇❈❉❊†☨✞✝☥☦☓☩☯。20世紀50年代ⓊⓋⓌⓍⓎⓏⓐⓑⓒⓓⓔⓕⓖⓗⓘⓙ，俄羅斯的科技工作者將磁放大理論引入電力系統中ⓣⓤⓥⓦⓧⓨⓩ，對飽和式可控電抗器進行了深入的研究♀☿☼☀☁☂☄。1955 年世界上第一臺可控電抗器在英國制造成功⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ。隨著70年代晶閘管的發展ⅲⅳⅴⅵⅶⅷⅸⅹⒶⒷⒸⒹ，晶閘管控制電抗器(TCR ) 以其控制靈活的特點成為了研究熱點⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ。1986年♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃，原蘇聯的學者A.M.Брянцев提出了新型的可控 電抗器結構❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰，使直流飽和式可控電抗器有了突破性的進展☧☬☸✡♁✙♆。，、＇：∶；。20 世紀70 年代⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾，BBC公司研制了一種晶閘管控制變壓器型可控電抗器(Thyristor Controlled Transformer, TCT)①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯。如圖1.1ⓣⓤⓥⓦⓧⓨⓩ，安裝在Kvebek省Loreatid變電站㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂，

一直運行到今天☈⊙☉℃℉❅。它的快速調節功能和響應時間(不超過工頻的半個周波)㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂，不僅能滿足在正常運行方式下ⓣⓤⓥⓦⓧⓨⓩ，同樣可以完成補償功能☾☽❄☃。因此ⓊⓋⓌⓍⓎⓏⓐⓑⓒⓓⓔⓕⓖⓗⓘⓙ，在線路上裝設此電抗器后✤✥❋✦✧✩✰✪✫✬✭✮✯❂✡★✱✲✳✴，可以保證將過電壓幅值限制在額定電壓之內ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ，因此能有效地限制操作過電壓㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉。美中不足的是該電抗器產品存在兩個嚴重地缺陷：一是 電抗器電流中含有很大的高次諧波成分♀☿☼☀☁☂☄；二是正常運行方式下有功損耗特別大웃유ღ♋♂。

目前✤✥❋✦✧✩✰✪✫✬✭✮✯❂✡★✱✲✳✴，國內外對可控電抗器的研究主要集中在磁閥式可控電抗器上㈠㈡㈢㈣㈤㈥㈦，俄羅斯學者在這方面進行了深入的研究⒃⒄⒅⒆⒇⒈⒉⒊⒋⒌⒍⒎⒏⒐⒑⒒⒓，取得了顯著的進展ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ。俄羅斯的磁閥式可控電抗器已經大面積地推向了市場㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂。國內武漢大學對磁閥式可控電抗器的研究開展得較早☧☬☸✡♁✙♆。，、＇：∶；，成功地研制出磁閥式動態無功補償裝置和消弧線圈웃유ღ♋♂。國內的電氣廠商現在已開始生產基于磁閥式可控電抗器的動態無功補償裝置和消弧線圈⒥⒦⒧⒨⒩⒪⒫⒬⒭⒮⒯⒰⒱⒲⒳⒴⒵❆❇❈❉❊†☨✞✝☥☦☓☩☯。但是磁飽和式可控電抗器(Magnetically Controllable Reactor, MCR)雖然具有功率自動連續平滑調節的特點☈⊙☉℃℉❅。但是MCR存在如下缺點：①因為鐵心的飽和而使MCR的工作電流中含有很大的諧波成分ⓣⓤⓥⓦⓧⓨⓩ；②由于直流偏磁的存在⑰⑱⑲⑳⓪⓿❶❷❸❹❺，使MCR的電磁慣性大❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰，響應速度慢♀☿☼☀☁☂☄。

針對上述情況ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ，俄羅斯學者在20世紀末首先提出了無級連續可控電路式可控電抗器⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾。此電抗器除了具有MCR的優點以外⒥⒦⒧⒨⒩⒪⒫⒬⒭⒮⒯⒰⒱⒲⒳⒴⒵❆❇❈❉❊†☨✞✝☥☦☓☩☯，還具有諧波電流更小ⓣⓤⓥⓦⓧⓨⓩ、響應速度更快⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾、功率損耗較小等特點⒜⒝⒞⒟⒠⒡⒢⒣⒤，它不僅可以用于電網的無功控制♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃，而且由于響應速度快ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ，也可以用于電網過電壓限制和用作快速消弧線圈①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯；另外☧☬☸✡♁✙♆。，、＇：∶；，在諸如擁有大功率設備的煉鋼廠等工廠里⒥⒦⒧⒨⒩⒪⒫⒬⒭⒮⒯⒰⒱⒲⒳⒴⒵❆❇❈❉❊†☨✞✝☥☦☓☩☯，因為負荷功率變化大ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ，無級連續可控電抗器還可以作線路電壓的調整和穩定設備⑰⑱⑲⑳⓪⓿❶❷❸❹❺。

國內對無級連續可控電抗器的研究基本上處于剛剛起步的階段☾☽❄☃，有關理論和應用方面的研究也很有限ⓣⓤⓥⓦⓧⓨⓩ，到目前為止⒥⒦⒧⒨⒩⒪⒫⒬⒭⒮⒯⒰⒱⒲⒳⒴⒵❆❇❈❉❊†☨✞✝☥☦☓☩☯，無級連續可控電抗器雖然在電氣化鐵路動態無功補償和自動調諧消弧線圈方面得到了很好的應用㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉，但是在其他方面應用的很少ⓣⓤⓥⓦⓧⓨⓩ，所以對無級連續可控電抗器進行深入和全面的研究很有必要ⓣⓤⓥⓦⓧⓨⓩ，特別是隨著超高壓ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ、特高壓電網的興建和發展以及電力負荷變化的日益加劇❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰，無級連續可控電抗器的理論和應用將會有更大的意義♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃。

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