專利名稱：一種柔性分合器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)送變電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種柔性分合器及其控制方法。
背景技術(shù)：
隨著大功率電力電子器件的不斷發(fā)展，大功率電力電子器件在電力系統(tǒng)越來越多 地得到應(yīng)用。自20世紀(jì)80年代美國電力科學(xué)院的N.G.Hingorani博士提出靈活交流輸電 系統(tǒng)(FACTS)的概念后，受到世界各國電力科研工作者的重視。靈活交流輸電系統(tǒng)已經(jīng)成 為電力工業(yè)20多年來發(fā)展最快、影響最廣的新興技術(shù)領(lǐng)域。柔性分合器是本發(fā)明提出的一種新的概念，是靈活交流輸電系統(tǒng)的一種新型控制
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發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是促進靈活交流輸電系統(tǒng)的發(fā)展，為電力系統(tǒng)提供一種新型控制 裝置及其控制方法。它能夠通過控制大功率電力電子器件來控制裝置兩側(cè)電力系統(tǒng)之間聯(lián) 系的緊密程度，可合并裝置兩側(cè)的電力系統(tǒng)，或分解電力系統(tǒng)；合并與分解過程連續(xù)可控。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種柔性分合器，它包括—個柔性分合器鐵芯，鐵芯上有兩個交流線圈，一個是一次線圈Ll，另一個是二次 線圈L2 ；鐵芯上還有兩個直流線圈，一個是直流線圈L3，另一個是直流線圈L4，直流線圈L3 的同名端與直流線圈L4的同名端連接，直流線圈L3的剩余端子與直流線圈L4的剩余端子 分別與全橋整流電路的輸出端連接，形成閉合回路；柔性分合器鐵芯有兩條主要磁通閉合回路，一條由一次線圈Ll和二次線圈L2組 成交流磁通閉合回路，另一條由直流線圈L3和直流線圈L4組成直流磁通閉合回路；一次線 圈Ll與二次線圈L2安裝在交流磁通路徑的不同路段，其中一次線圈Ll的鐵芯截面積與二 次線圈L2的鐵芯截面積相等；直流線圈L3與直流線圈L4安裝在直流磁通路徑的不同路 段，直流線圈L3的鐵芯截面積與直流線圈L4的鐵芯截面積相等；一次線圈Ll鐵芯與二次 線圈L2鐵芯的兩個鐵芯過渡連接處并聯(lián)直流線圈L3鐵芯與直流線圈L4鐵芯的兩個鐵芯 過渡連接處；一次線圈Ll (或二次線圈I^)產(chǎn)生的交流磁通從一個連接處分別流入直流磁 通回路的兩個半邊，從另一個連接處流回，形成閉合回路；兩個半邊分別有直流線圈L3和 直流線圈L4，兩直流線圈的匝數(shù)相等；交流電源，交流電源輸出連接反向并聯(lián)的一對晶閘管，給全橋整流電路的輸入供 電；一個控制電路，控制電路的兩個輸出分別連接兩反向并聯(lián)的晶閘管的觸發(fā)端。
所述反向并聯(lián)的晶閘管由晶閘管D5和晶閘管D6組成，兩晶閘管兩端為工頻電壓； 控制電路連續(xù)控制晶閘管D5與D6的導(dǎo)通量，晶閘管D5和晶閘管D6的觸發(fā)角小時，晶閘管 D5和晶閘管D6的導(dǎo)通量大；晶閘管D5和晶閘管D6的觸發(fā)角大時，晶閘管D5和晶閘管D6的導(dǎo)通量小。所述一次線圈Ll與二次線圈L2分別并行連接相同電壓等級或不同電壓等級的兩 個電力系統(tǒng)；直流線圈L3與直流線圈L4的直流電流為零時，一次線圈Ll與二次線圈L2磁 通回路不飽和。所述交流線圈的一次線圈Ll與二次線圈L2匝數(shù)相等并且串接時，兩線圈兩端連 接于電壓等級相同的兩個電力系統(tǒng)；直流線圈L3與直流線圈L4的直流電流為零時，兩串聯(lián) 的交流線圈加2倍工作電壓時，一次線圈Ll與二次線圈L2磁通回路不飽和。一種采用并聯(lián)型柔性分合器的工作方法，它的方法為控制電路控制晶閘管D5和 晶閘管D6的觸發(fā)角的大小，調(diào)節(jié)直流線圈L3與直流線圈L4的直流電流的大小，從而連續(xù) 調(diào)節(jié)柔性分合器兩側(cè)電力系統(tǒng)的耦合程度。當(dāng)控制電路觸發(fā)晶閘管D5和晶閘管D6全導(dǎo)通或晶閘管D5和晶閘管D6全關(guān)斷時， 直流線圈L3與直流線圈L4流過最大直流電流；直流線圈L3與直流線圈L4所在鐵芯深度 飽和，一次線圈Ll與二次線圈L2產(chǎn)生的交流磁通絕大部分都在交流磁通回路流動，一次線 圈Ll與二次線圈L2之間的磁耦合程度為裝置的最大值；并聯(lián)型柔性分合器兩側(cè)電力系統(tǒng) 合并為一個系統(tǒng)；當(dāng)控制電路逐步改變晶閘管的觸發(fā)角，晶閘管D5和晶閘管D6逐步改變導(dǎo)通量，直 流線圈L3與直流線圈L4中直流電流逐漸減?。徊⒙?lián)型柔性分合器一次線圈Ll與二次線圈 L2之間的磁耦合程度從裝置的最大值逐漸連續(xù)變??；當(dāng)控制電路觸發(fā)晶閘管D5和晶閘管D6全關(guān)斷或晶閘管D5和晶閘管D6全導(dǎo)通時， 直流線圈L3與直流線圈L4的直流電流為零；直流線圈L3與直流線圈L4所在鐵芯不飽和， 一次線圈Ll與二次線圈L2產(chǎn)生的交流磁通可以順利流到直流磁通回路，一次線圈Ll與二 次線圈L2之間的磁耦合程度為裝置的最小值，電力系統(tǒng)被并聯(lián)型柔性分合器分解為兩個 系統(tǒng)。當(dāng)控制電路控制晶閘管D5和晶閘管D6全關(guān)斷或晶閘管D5和晶閘管D6全導(dǎo)通時， 直流線圈L3與直流線圈L4的直流電流為零；如果二次線圈L2發(fā)生短路，一次線圈Ll產(chǎn)生 的交流磁通全部經(jīng)直流磁通回路構(gòu)成閉合回路，不經(jīng)過二次線圈L2鐵芯，使短路電流下降 接近為零；一次線圈Ll對于所在電力系統(tǒng)為勵磁阻抗，一次線圈Ll所在電力系統(tǒng)沒有短路 電流；如果一次線圈Ll發(fā)生短路，二次線圈L2產(chǎn)生的交流磁通全部經(jīng)直流磁通回路構(gòu)成閉 合回路，不經(jīng)過一次線圈Ll鐵芯，使短路電流下降接近為零；二次線圈L2對于所在電力系 統(tǒng)為勵磁阻抗，二次線圈L2所在電力系統(tǒng)沒有短路電流。一種采用串聯(lián)型柔性分合器的工作方法，它的方法為控制電路控制晶閘管D5和 晶閘管D6的觸發(fā)角的大小，調(diào)節(jié)直流線圈L3與直流線圈L4的直流電流的大小，從而連續(xù) 調(diào)節(jié)柔性分合器兩側(cè)電力系統(tǒng)連接阻抗的大小。當(dāng)控制電路的觸發(fā)晶閘管D5和晶閘管D6全導(dǎo)通或晶閘管D5和晶閘管D6全關(guān)斷 時，直流線圈L3與直流線圈L4流過設(shè)計的最大直流電流；直流線圈L3與直流線圈L4所在 鐵芯深度飽和，一次線圈Ll與二次線圈L2產(chǎn)生的交流磁通流到直流磁通回路很少，一次線 圈Ll與二次線圈L2產(chǎn)生的交流磁通大小相等、方向相反；相互抵消；一次線圈Ll與二次線 圈L2的阻抗很小，串聯(lián)型柔性分合器兩側(cè)電力系統(tǒng)合并為一個系統(tǒng)； 當(dāng)控制電路逐步改變晶閘管的觸發(fā)角，晶閘管D5和晶閘管D6逐步改變導(dǎo)通量，直
5流線圈L3與直流線圈L4中直流電流逐漸減??；串聯(lián)型柔性分合器一次線圈Ll與二次線圈 L2的阻抗從裝置的最小值逐漸連續(xù)變大；當(dāng)控制電路觸發(fā)晶閘管D5和晶閘管D6全關(guān)斷或晶閘管D5和晶閘管D6全導(dǎo)通時， 直流線圈L3與直流線圈L4的直流電流為零；直流線圈L3與直流線圈L4所在鐵芯不飽和， 一次線圈Ll與二次線圈L2產(chǎn)生的交流磁通可以順利流到直流磁通回路，一次線圈Ll與二 次線圈L2的阻抗為裝置的最大值，等于勵磁阻抗，電力系統(tǒng)被串聯(lián)型柔性分合器分解為兩 個系統(tǒng)。當(dāng)控制電路控制晶閘管D5和晶閘管D6全關(guān)斷或晶閘管D5和晶閘管D6全導(dǎo)通時， 直流線圈L3與直流線圈L4的直流電流為零；一次線圈Ll與二次線圈L2的阻抗為裝置的 最大值，等于勵磁阻抗。不論串聯(lián)型柔性分合器的那一側(cè)發(fā)生短路，另一側(cè)沒有短路電流； 一種串聯(lián)型柔性分合器有限制短路電流作用。本發(fā)明的有益效果是它具有不需要機械開關(guān)，能夠通過控制大功率電力電子器 件，控制直流線圈L3與直流線圈L4的直流電流的大?。豢梢钥刂埔淮尉€圈Ll與二次線圈 L2所在電力系統(tǒng)之間的耦合程度，并聯(lián)型柔性分合器可把電壓等級不同的兩個電力系統(tǒng) 緊密聯(lián)系成為一體，串聯(lián)型柔性分合器可把電壓等級相同的兩個電力系統(tǒng)緊密聯(lián)系成為一 體；柔性分合器可在不需要分開斷路器的情況下使柔性分合器兩側(cè)電力系統(tǒng)解列運行。柔 性分合器兩側(cè)電力系統(tǒng)并網(wǎng)時，令直流線圈L3與直流線圈L4的直流電流為零，合上柔性分 合器兩側(cè)斷路器，逐漸加大直流線圈L3與直流線圈L4的直流電流，把柔性分合器兩側(cè)電力 系統(tǒng)拉入同步。可消除并網(wǎng)時沖擊電流對電力系統(tǒng)的沖擊。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩時，調(diào)節(jié) 控制電路的控制策略，調(diào)節(jié)直流線圈L3與直流線圈L4的直流電流的變化，使電力系統(tǒng)處于 負(fù)阻尼，抑制電力系統(tǒng)振蕩?？刂浦绷骶€圈L3與直流線圈L4的直流電流的大小，可以控制 潮流分布，對電力系統(tǒng)電壓有調(diào)節(jié)作用。特別是一次線圈Ll與二次線圈L2施加的電壓相 位不相同，施加的電壓變比不等于一次線圈Ll與二次線圈L2匝數(shù)比的情況下，并聯(lián)型柔性 分合器對電力系統(tǒng)潮流的調(diào)節(jié)作用很大?？梢远啻?、連續(xù)、快速并網(wǎng)或解列柔性分合器兩側(cè) 電力系統(tǒng)，使電力系統(tǒng)運行靈活。當(dāng)柔性分合器某一側(cè)電力系統(tǒng)發(fā)生短路，迅速切斷直流線 圈L3與直流線圈L4的直流電流，可使非故障側(cè)電力系統(tǒng)的短路電流很小。本發(fā)明的工作原理可以應(yīng)用于直流輸電系統(tǒng)的電壓互感器和電流互感器，以提高 靈敏度和精確度。


圖1表示一種柔性分合器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與連接方式；圖加為并聯(lián)型柔性分合器的主體鐵芯的正視圖；圖2b為并聯(lián)型柔性分合器的主體鐵芯的側(cè)視圖；圖2c為并聯(lián)型柔性分合器的主體鐵芯的俯視圖。其中，1. 一次線圈端子I，2. —次線圈端子II，3. 二次線圈端子I，4. 二次線圈端 子II，5.直流線圈端子Ι，6.直流線圈端子ΙΙ，7.柔性分合器鐵芯，8.過電壓保護器，9.交 流電源，10.控制電路。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明做進一步說明。實施例1 一種并聯(lián)型柔性分合器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與連接方式如圖1所示。一種柔性分合器包 括一個柔性分合器鐵芯7，鐵芯上有兩個交流線圈，一個是一次線圈Li，另一個是二次線 圈L2，一次線圈Ll有兩個端子一次線圈端子Il和一次線圈端子112，二次線圈L2有兩個 端子二次線圈端子13和二次線圈端子114 ；鐵芯上有兩個直流線圈，一個是直流線圈L3， 另一個是直流線圈L4，直流線圈L3的同名端與直流線圈L4的同名端連接，直流線圈L3的 剩余端子與直流線圈L4的剩余端子是裝置直流線圈兩個對外接線端子直流線圈端子15 和直流線圈端子116;交流電源9為電壓源時，交流電源9串聯(lián)一對反向并聯(lián)的晶閘管D5和晶閘管D6 后連接由二極管D1、二極管D2、二極管D3、二極管D4構(gòu)成的全橋整流電路的輸入端，全橋整 流電路的輸出端連接直流線圈端子15和直流線圈端子116，形成閉合回路；如圖1所示。交流電源9為電流源時，交流電源9并聯(lián)一對反向并聯(lián)的晶閘管D5和晶閘管D6 后連接由二極管D1、二極管D2、二極管D3、二極管D4構(gòu)成的全橋整流電路的輸入端，全橋整 流電路的輸出端連接直流線圈端子15和直流線圈端子116，形成閉合回路；如發(fā)明專利號 為20111000120 的“一種可控飽和電抗器及其控制方法”提出了一種一對反向并聯(lián)的晶 閘管并聯(lián)于全橋整流電路的兩輸入端間。一個控制電路10，它的兩個輸出端分別連接兩反向并聯(lián)的晶閘管的觸發(fā)端。所述一個柔性分合器鐵芯7 ；鐵芯有兩條主要磁通閉合回路，一條交流磁通閉合回 路，另一條直流磁通閉合回路；一次線圈Ll和二次線圈L2組成交流磁通閉合回路；直流線圈 L3和直流線圈L4組成直流磁通閉合回路；直流線圈L3的匝數(shù)與直流線圈L4的匝數(shù)相等。所述一次線圈Ll與二次線圈L2安裝在交流磁通路徑的不同路段，一次線圈Ll的 鐵芯截面積與二次線圈L2的鐵芯截面積相等；直流線圈L3與直流線圈L4安裝在直流磁通 路徑的不同路段，直流線圈L3的鐵芯截面積與直流線圈L4的鐵芯截面積相等，等于交流一 次線圈Ll的鐵芯截面積。所述一次線圈Ll與二次線圈L2安裝在交流磁通路徑的不同路段，直流線圈L3與 直流線圈L4安裝在直流磁通路徑的不同路段；一次線圈Ll鐵芯與二次線圈L2鐵芯的兩鐵 芯過渡連接處，直流線圈L3鐵芯與直流線圈L4鐵芯的兩鐵芯過渡連接處，交流磁通鐵芯與 直流磁通鐵芯垂直交叉相連，在連接處，交流磁通方向與直流磁通方向相互垂直；一次線圈 Ll鐵芯產(chǎn)生的交流磁通可以從一個交匯處分別流入直流回路的兩個半邊，然后從兩個半邊 匯集到另一個交匯處后流回一次線圈Ll鐵芯，并形成不經(jīng)過二次線圈L2鐵芯的交流磁通 閉環(huán)；二次線圈L2鐵芯產(chǎn)生的交流磁通可以從一個交匯處分別流入直流回路的兩個半邊， 然后從兩個半邊匯集到另一個交匯處后流回二次線圈Ll鐵芯，并形成不經(jīng)過一次線圈Ll 鐵芯的交流磁通閉環(huán)。交流磁通鐵芯與直流磁通鐵芯可以不垂直交叉相連。在連接處，交 流磁通方向與直流磁通方向也可以不相互垂直。交流磁通方向與直流磁通方向相互垂直， 裝置的性能較好。例如圖2a、圖2b、圖2c表示一種并聯(lián)型柔性分合器的主體結(jié)構(gòu)。所述一次線圈Ll產(chǎn)生的交流磁通從交匯處分別流入直流回路的兩個半邊，兩個半邊有相同的鐵芯結(jié)構(gòu)，兩個相同鐵芯結(jié)構(gòu)上分別有直流線圈L3和直流線圈L4，兩直流線 圈的匝數(shù)相等；交流磁通在直流線圈L3和直流線圈L4產(chǎn)生的交流電壓相互抵消，使得交流 電壓對直流電流回路不產(chǎn)生影響；所述二次線圈L2產(chǎn)生的交流磁通從交匯處分別流入直 流回路的兩個半邊，兩個半邊上分別有直流線圈L3和直流線圈L4，交流磁通在直流線圈L3 和直流線圈L4產(chǎn)生的交流電壓相互抵消，使得交流電壓對直流電流回路不產(chǎn)生影響。如果 兩個半邊沒有相同的鐵芯結(jié)構(gòu)，可以增加平衡線圈使交流磁通在直流線圈L3和直流線圈 L4產(chǎn)生的交流電壓相互抵消。兩個半邊有相同的鐵芯結(jié)構(gòu)，直流線圈L3和直流線圈L4產(chǎn) 生的交流電壓相互抵消的效果較好。所述直流線圈L3和直流線圈L4產(chǎn)生的直流磁通只在直流磁通回路流通，不會流 到一次線圈Ll的鐵芯與二次線圈L2的鐵芯。一般情況下，一次線圈Ll的匝數(shù)與二次線圈L2匝數(shù)之比為柔性分合器兩側(cè)電力 系統(tǒng)電壓之比，并聯(lián)型柔性分合器的交流一次線圈Ll與二次線圈L2分別并行連接相同電 壓等級或不同電壓等級的兩個電力系統(tǒng)。如果一次線圈Ll與二次線圈L2施加的電壓相位 不相同，施加的電壓變比不等于一次線圈Ll與二次線圈L2匝數(shù)比，并聯(lián)型柔性分合器對電 力系統(tǒng)潮流的調(diào)節(jié)作用很大。并聯(lián)型柔性分合器直流線圈L3與直流線圈L4的直流電流為 零時，一次線圈Ll與二次線圈L2加不同電壓等級或相同電壓等級的兩個電力系統(tǒng)的工作 電壓時，一次線圈Ll與二次線圈L2磁通回路不飽和，一次線圈Ll與二次線圈L2流過空載 勵磁電流。一次線圈Ll產(chǎn)生的交流磁通從交匯處分別流入直流回路的兩個半邊，兩個半邊 上分別有直流線圈L3和直流線圈L4，一次線圈Ll的交流磁通在直流線圈L3和直流線圈 L4產(chǎn)生感生電動勢，直流線圈L3和直流線圈L4的同名端有相同的電壓；直流線圈L3的同 名端與直流線圈L4的同名端連接，交流磁通在直流線圈L3和直流線圈L4產(chǎn)生的交流電壓 相互抵消，裝置直流線圈兩個對外接線端子直流線圈端子15和直流線圈端子116的電壓 為零，使得交流電壓對直流電流回路不產(chǎn)生影響；所述二次線圈L2產(chǎn)生的交流磁通從交匯 處分別流入直流回路的兩個半邊，兩個半邊上分別有直流線圈I和直流線圈II，交流磁通 在直流線圈I和直流線圈II產(chǎn)生的交流電壓相互抵消，使得交流電壓對直流電流回路不產(chǎn) 生影響。全橋整流電路的輸出連接裝置直流線圈端子直流線圈端子15和直流線圈端子 116，形成閉合回路；全橋整流電路輸出的直流電流同時流過直流線圈L3和直流線圈L4，直 流線圈L3和直流線圈L4產(chǎn)生的直流磁通大小相等，方向相同；直流磁通只在直流磁通回路 流通，不流到一次線圈Ll與二次線圈L2的鐵芯。全橋整流電路的輸出并聯(lián)電容Cl電阻Rl串，可使直流電流更平穩(wěn)，并吸收脈沖干 擾電壓。并聯(lián)過壓保護器8可保護整流電路。晶閘管D5和晶閘管D6兩端為工頻電壓；控制電路可從0°至180°范圍連續(xù)控制 晶閘管的導(dǎo)通量；晶閘管D5和晶閘管D6的觸發(fā)角小時，晶閘管D5和晶閘管D6的導(dǎo)通量 大；晶閘管D5和晶閘管D6的觸發(fā)角大時，晶閘管D5和晶閘管D6的導(dǎo)通量小?？刂齐娐愤B 續(xù)控制晶閘管D5與D6的導(dǎo)通量，可以連續(xù)控制直流線圈L3和直流線圈L4直流電流的大 小。當(dāng)交流電源9為電壓源時，控制電路10的觸發(fā)晶閘管D5和晶閘管D6全導(dǎo)通(當(dāng)交流電源9為電流源時，控制電路的觸發(fā)晶閘管D5和晶閘管D6全關(guān)斷)，直流線圈L3與 直流線圈L4流過設(shè)計的最大直流電流；直流線圈L3與直流線圈L4所在鐵芯深度飽和，直 流磁通回路磁阻很大，一次線圈Ll與二次線圈L2產(chǎn)生的交流磁通流到直流磁通回路很少， 一次線圈Ll與二次線圈L2產(chǎn)生的交流磁通絕大部分都在交流磁通回路流動，一次線圈Ll 與二次線圈L2之間的磁耦合程度最大。并聯(lián)型柔性分合器兩側(cè)電力系統(tǒng)合并為一個系統(tǒng)。 直流線圈設(shè)計的最大直流電流越大，直流線圈所在鐵芯越飽和，一次線圈Ll與二次線圈L2 的漏磁越小，可減小正常運行的無功損耗。但直流線圈設(shè)計的最大直流電流越大，直流回路 的有功損耗就越大。需要根據(jù)要求選擇合理的設(shè)計值。當(dāng)控制電路逐步改變晶閘管的觸發(fā)角，晶閘管D5和晶閘管D6逐步改變導(dǎo)通量，直 流線圈L3與直流線圈L4中直流電流逐漸減??；并聯(lián)型柔性分合器一次線圈Ll與二次線圈 L2之間的磁耦合程度從裝置的最大值逐漸連續(xù)變小。當(dāng)控制電路的觸發(fā)晶閘管D5和晶閘管D6全關(guān)斷(當(dāng)交流電源9為電流源時，控 制電路10的觸發(fā)晶閘管D5和晶閘管D6全導(dǎo)通)，直流線圈L3與直流線圈L4的直流電流 為零；直流線圈L3與直流線圈L4所在鐵芯不飽和，直流磁通回路磁阻很小，一次線圈Ll與 二次線圈L2產(chǎn)生的交流磁通可以順利流到直流磁通回路，一次線圈Ll與二次線圈L2之間 的磁耦合程度最小。電力系統(tǒng)被并聯(lián)型柔性分合器分解為兩個系統(tǒng)?？刂齐娐?0控制晶閘管D5和晶閘管D6的觸發(fā)角的大小，調(diào)節(jié)晶閘管D5和晶閘 管D6導(dǎo)通量的大小，調(diào)節(jié)直流線圈L3與直流線圈L4的直流電流的大小，從而連續(xù)調(diào)節(jié)并 聯(lián)型柔性分合器兩側(cè)電力系統(tǒng)的耦合程度。由二極管D1、二極管D2、二極管D3、二極管D4構(gòu)成的全橋整流電路可改為晶閘管 Dl、晶閘管D2、晶閘管D3、晶閘管D4構(gòu)成的全控橋整流電路；控制晶閘管Dl、晶閘管D2、晶 閘管D3、晶閘管D4的觸發(fā)角的大小，調(diào)節(jié)直流線圈L3與直流線圈L4中直流電流大小，從 而連續(xù)調(diào)節(jié)并聯(lián)型柔性分合器的耦合程度。這樣，晶閘管D5和晶閘管D6可以省去，減小損 耗。二極管D1、二極管D2、二極管D3、二極管D4構(gòu)成的全橋整流電路也可采用半控橋整流 電路。當(dāng)控制電路10的觸發(fā)晶閘管D5和晶閘管D6全關(guān)斷(當(dāng)交流電源9為電流源時， 控制電路的觸發(fā)晶閘管D5和晶閘管D6全導(dǎo)通)，直流線圈L3與直流線圈L4的直流電流為 零；直流線圈L3與直流線圈L4所在鐵芯不飽和，直流磁通回路磁阻很??；一次線圈Ll與二 次線圈L2產(chǎn)生的交流磁通可以沿著交流磁通回路流動，也可以沿著直流磁通回路流動。如 果二次線圈L2發(fā)生短路，一次線圈Ll產(chǎn)生的交流磁通不再流入二次線圈L2所在的鐵芯， 一次線圈Ll產(chǎn)生的交流磁通全部流到直流磁通回路，二次線圈L2獲得的電源電壓很小，短 路電流很小。一次線圈Ll產(chǎn)生的交流磁通全部經(jīng)直流磁通回路構(gòu)成閉合回路，一次線圈Ll 對于所在電力系統(tǒng)為勵磁阻抗，勵磁阻抗很大，一次線圈Ll所在電力系統(tǒng)沒有短路電流； 如果一次線圈Ll發(fā)生短路，二次線圈L2產(chǎn)生的交流磁通全部流到直流磁通回路，一次線圈 Ll獲得的電源電壓很小，短路電流很??；二次線圈L2對于所在電力系統(tǒng)為勵磁阻抗，勵磁 阻抗很大，二次線圈L2所在電力系統(tǒng)沒有短路電流。一種并聯(lián)型柔性分合器有限制短路電 流作用?？刹捎脠D加、圖2b、圖2c表示的一種并聯(lián)型柔性分合器的主體結(jié)構(gòu)，圖加為并聯(lián) 型柔性分合器的主體鐵芯的正視圖，圖2b為并聯(lián)型柔性分合器的主體鐵芯的側(cè)視圖，圖2c為并聯(lián)型柔性分合器的主體鐵芯的俯視圖；圖2a、圖2b、圖2c表示的一種并聯(lián)型柔性分合 器的主體結(jié)構(gòu)可以看作兩個口子型鐵芯交錯組合成一個空心的十字型鐵芯結(jié)構(gòu)。直流磁通 回路距離一次線圈Ll和二次線圈L2平均，直流磁通回路對一次線圈Ll和二次線圈可獲得 較均等的直流控制效果。也可設(shè)計直流磁通回路距離某交流線圈近，距離另一交流線圈遠(yuǎn) 的方式，加強直流磁通回路對某交流線圈的控制效果。當(dāng)控制電路從電力系統(tǒng)電壓互感器取電壓，從電流互感器取電流，設(shè)計合適的控 制電路的控制策略，調(diào)節(jié)直流線圈L3與直流線圈L4的直流電流的變化規(guī)律，可使電力系統(tǒng) 處于負(fù)阻尼，抑制電力系統(tǒng)振蕩。對于單側(cè)電源饋電線路應(yīng)用，圖2a、圖2b、圖2c表示的一種并聯(lián)型柔性分合器的 主體結(jié)構(gòu)中的直流線圈的鐵芯截面積可以等于交流線圈鐵芯截面積的一半，以減輕鐵芯重 量。直流磁通回路可以距離有電源的一次線圈Ll盡可能近，加強直流磁通回路對并聯(lián)型柔 性分合器的控制效果。控制電路10控制晶閘管D5和晶閘管D6的觸發(fā)角的大小，調(diào)節(jié)晶閘 管D5和晶閘管D6導(dǎo)通量的大小，有連續(xù)調(diào)節(jié)并聯(lián)型柔性分合器二次線圈L2輸出電壓的作 用。控制電路10從二次線圈側(cè)電壓互感器取電壓值為反饋監(jiān)控量，控制電路10可自動控 制二次線圈L2輸出電壓恒定。實施例2 在本實施例中，只要把如圖1中的一次線圈端子112與二次線圈端子13連接，圖 1就變?yōu)橐环N串聯(lián)型柔性分合器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與連接方式。只要把圖2a、圖2b、圖2c中的一 次線圈端子Π2與二次線圈端子13連接，圖2a、圖2b、圖2c就變?yōu)橐环N串聯(lián)型柔性分合器 的主體結(jié)構(gòu)。一種串聯(lián)型柔性分合器包括一個串聯(lián)型柔性分合器鐵芯，鐵芯上有兩個交流線 圈，一個是一次線圈Li，另一個是二次線圈L2，一次線圈Ll異名端子與二次線圈L2同名端 子連接，一次線圈Ll的剩余端子與二次線圈L2的剩余端子是裝置交流線圈兩個對外接線 端子；鐵芯上有兩個直流線圈，一個是直流線圈L3，另一個是直流線圈L4，直流線圈L3的同 名端與直流線圈L4的同名端連接，直流線圈L3的剩余端子與直流線圈L4的剩余端子是裝 置直流線圈兩個對外接線端子直流線圈端子15和直流線圈端子116 ；交流電源9，它連接一對反向并聯(lián)的晶閘管D5和晶閘管D6后，連接由二極管D1、 二極管D2、二極管D3、二極管D4構(gòu)成的全橋整流電路的輸入端，全橋整流電路的輸出端連 接直流線圈端子15和直流線圈端子116，形成閉合回路；一個控制電路10，控制電路10的兩個輸出分別連接反向并聯(lián)的晶閘管的觸發(fā)端。串聯(lián)型柔性分合器一次線圈端子Il與二次線圈端子114串聯(lián)連接電壓等級相同 的兩個電力系統(tǒng)。串聯(lián)型柔性分合器一次線圈Ll與二次線圈L2匝數(shù)相等；直流線圈L3與直流線圈 L4的直流電流為零時，裝置交流線圈兩個對外接線端子加2倍工作電壓時，一次線圈Ll與 二次線圈L2磁通回路不飽和，一次線圈Ll與二次線圈L2流過空載勵磁電流?？刂齐娐?0控制晶閘管D5和晶閘管D6的觸發(fā)角的大小，調(diào)節(jié)晶閘管D5和晶閘 管D6導(dǎo)通量的大小，調(diào)節(jié)直流線圈L3與直流線圈L4的直流電流的大小，從而連續(xù)調(diào)節(jié)串 聯(lián)型柔性分合器兩側(cè)電力系統(tǒng)連接阻抗的大小。當(dāng)控制電路10的觸發(fā)晶閘管D5和晶閘管D6全導(dǎo)通(當(dāng)交流電源9為電流源時，
10控制電路的觸發(fā)晶閘管D5和晶閘管D6全關(guān)斷)，直流線圈L3與直流線圈L4流過設(shè)計的最 大直流電流；直流線圈L3與直流線圈L4所在鐵芯深度飽和，直流磁通回路磁阻很大，一次 線圈Ll與二次線圈L2產(chǎn)生的交流磁通流到直流磁通回路很少，一次線圈Ll與二次線圈L2 產(chǎn)生的交流磁通大小相等、方向相反；相互抵消。一次線圈Ll與二次線圈L2的阻抗很小， 串聯(lián)型柔性分合器兩側(cè)電力系統(tǒng)合并為一個系統(tǒng)。當(dāng)控制電路逐步改變晶閘管的觸發(fā)角，晶閘管D5和晶閘管D6逐步改變導(dǎo)通量，直 流線圈L3與直流線圈L4中直流電流逐漸減??；串聯(lián)型柔性分合器一次線圈Ll與二次線圈 L2的阻抗從裝置的最小值逐漸連續(xù)變大；當(dāng)控制電路10觸發(fā)晶閘管D5和晶閘管D6全關(guān)斷(當(dāng)交流電源9為電流源時，控 制電路的觸發(fā)晶閘管D5和晶閘管D6全導(dǎo)通)，直流線圈L3與直流線圈L4的直流電流為 零；直流線圈L3與直流線圈L4所在鐵芯不飽和，直流磁通回路磁阻很小，一次線圈Ll與二 次線圈L2產(chǎn)生的交流磁通可以順利流到直流磁通回路，一次線圈Ll與二次線圈L2的阻抗 為裝置的最大值，等于勵磁阻抗，電力系統(tǒng)被串聯(lián)型柔性分合器分解為兩個系統(tǒng)。當(dāng)控制電路控制晶閘管D5和晶閘管D6全關(guān)斷(當(dāng)交流電源9為電流源時，控制 電路的觸發(fā)晶閘管D5和晶閘管D6全導(dǎo)通)，直流線圈L3與直流線圈L4的直流電流為零； 一次線圈Ll與二次線圈L2的阻抗為裝置的最大值，等于勵磁阻抗。不論串聯(lián)型柔性分合 器的那一側(cè)發(fā)生短路，另一側(cè)沒有短路電流；一種串聯(lián)型柔性分合器有限制短路電流作用。對于單側(cè)電源饋電線路應(yīng)用，一次線圈Ll與二次線圈L2匝數(shù)為雙側(cè)電源串聯(lián)型 柔性分合器的主體結(jié)構(gòu)中的一次線圈Ll與二次線圈L2匝數(shù)的一半。可以減輕串聯(lián)型柔性 分合器主體的重量。本柔性分合器及其控制方法的各部件可用現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計制造，完全可以實現(xiàn)。有 廣闊應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.一種柔性分合器，其特征是，它包括一個柔性分合器鐵芯，鐵芯上有兩個交流線圈，一個是一次線圈Ll，另一個是二次線圈 L2 ；鐵芯上還有兩個直流線圈，一個是直流線圈L3，另一個是直流線圈L4，直流線圈L3的同 名端與直流線圈L4的同名端連接，直流線圈L3的剩余端子與直流線圈L4的剩余端子分別 與全橋整流電路的輸出端連接，形成閉合回路；柔性分合器鐵芯有兩條主要磁通閉合回路，一條由一次線圈Ll和二次線圈L2組成交 流磁通閉合回路，另一條由直流線圈L3和直流線圈L4組成直流磁通閉合回路；一次線圈 Ll與二次線圈L2安裝在交流磁通路徑的不同路段，其中一次線圈Ll的鐵芯截面積與二次 線圈L2的鐵芯截面積相等；直流線圈L3與直流線圈L4安裝在直流磁通路徑的不同路段， 直流線圈L3的鐵芯截面積與直流線圈L4的鐵芯截面積相等；一次線圈Ll鐵芯與二次線圈 L2鐵芯的兩個鐵芯過渡連接處并聯(lián)直流線圈L3鐵芯與直流線圈L4鐵芯的兩個鐵芯過渡連 接處；一次線圈Ll或二次線圈L2產(chǎn)生的交流磁通從一個連接處分別流入直流磁通回路的 兩個半邊，從另一個連接處流回，形成閉合回路；兩個半邊分別有直流線圈L3和直流線圈 L4，兩直流線圈的匝數(shù)相等；交流電源，交流電源輸出連接反向并聯(lián)的一對晶閘管，給全橋整流電路的輸入供電；一個控制電路，控制電路的兩個輸出分別連接兩反向并聯(lián)的晶閘管的觸發(fā)端。
2.如權(quán)利要求1所述的一種柔性分合器，其特征是，所述兩反向并聯(lián)的晶閘管由晶閘 管D5和晶閘管D6組成，兩晶閘管兩端為工頻電壓；控制電路連續(xù)控制晶閘管D5與D6的導(dǎo) 通量，晶閘管D5和晶閘管D6的觸發(fā)角小時，晶閘管D5和晶閘管D6的導(dǎo)通量大；晶閘管D5 和晶閘管D6的觸發(fā)角大時，晶閘管D5和晶閘管D6的導(dǎo)通量小。
3.如權(quán)利要求1所述的一種并聯(lián)型柔性分合器，其特征是，所述一次線圈Ll與二次線 圈L2分別并行連接相同電壓等級或不同電壓等級的兩個電力系統(tǒng)；直流線圈L3與直流線 圈L4的直流電流為零時，一次線圈Ll與二次線圈L2磁通回路不飽和。
4.如權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)型柔性分合器，其特征是，所述交流線圈的一次線圈 Ll與二次線圈L2匝數(shù)相等并且串接，兩線圈兩端連接于電壓等級相同的兩個電力系統(tǒng)；直 流線圈L3與直流線圈L4的直流電流為零時，兩串聯(lián)的交流線圈加2倍工作電壓時，一次線 圈Ll與二次線圈L2磁通回路不飽和。
5.一種采用權(quán)利要求3所述的一種并聯(lián)型柔性分合器的工作方法，其特征是，它的方 法為控制電路控制晶閘管D5和晶閘管D6的觸發(fā)角的大小，調(diào)節(jié)直流線圈L3與直流線圈 L4的直流電流的大小，從而連續(xù)調(diào)節(jié)柔性分合器兩側(cè)電力系統(tǒng)的耦合程度。
6.如權(quán)利要求5所述的一種并聯(lián)型柔性分合器的工作方法，其特征是，當(dāng)控制電路觸 發(fā)晶閘管D5和晶閘管D6全導(dǎo)通或晶閘管D5和晶閘管D6全關(guān)斷時，直流線圈L3與直流線 圈L4流過最大直流電流；直流線圈L3與直流線圈L4所在鐵芯深度飽和，一次線圈Ll與二 次線圈L2產(chǎn)生的交流磁通絕大部分都在交流磁通回路流動，一次線圈Ll與二次線圈L2之 間的磁耦合程度為裝置的最大值；并聯(lián)型柔性分合器兩側(cè)電力系統(tǒng)合并為一個系統(tǒng)；當(dāng)控制電路逐步改變晶閘管的觸發(fā)角，晶閘管D5和晶閘管D6逐步改變導(dǎo)通量，直流線 圈L3與直流線圈L4中直流電流逐漸減??；并聯(lián)型柔性分合器一次線圈Ll與二次線圈L2 之間的磁耦合程度從裝置的最大值逐漸連續(xù)變小；當(dāng)控制電路觸發(fā)晶閘管D5和晶閘管D6全關(guān)斷或晶閘管D5和晶閘管D6全導(dǎo)通時，直流線圈L3與直流線圈L4的直流電流為零；直流線圈L3與直流線圈L4所在鐵芯不飽和，一 次線圈Ll與二次線圈L2產(chǎn)生的交流磁通順利流到直流磁通回路，一次線圈Ll與二次線圈 L2之間的磁耦合程度為裝置的最小值，電力系統(tǒng)被并聯(lián)型柔性分合器分解為兩個系統(tǒng)。
7.如權(quán)利要求5所述的一種并聯(lián)型柔性分合器的工作方法，其特征是，當(dāng)控制電路控 制晶閘管D5和晶閘管D6全關(guān)斷或晶閘管D5和晶閘管D6全導(dǎo)通時，直流線圈L3與直流線 圈L4的直流電流為零；如果二次線圈L2發(fā)生短路，一次線圈Ll產(chǎn)生的交流磁通全部經(jīng)直 流磁通回路構(gòu)成閉合回路，不經(jīng)過二次線圈L2鐵芯，使短路電流下降接近為零；一次線圈 Ll對于所在電力系統(tǒng)為勵磁阻抗，一次線圈Ll所在電力系統(tǒng)沒有短路電流；如果一次線圈 Ll發(fā)生短路，二次線圈L2產(chǎn)生的交流磁通全部經(jīng)直流磁通回路構(gòu)成閉合回路，不經(jīng)過一次 線圈Ll鐵芯，使短路電流下降接近為零；二次線圈L2對于所在電力系統(tǒng)為勵磁阻抗，二次 線圈L2所在電力系統(tǒng)沒有短路電流。
8.一種采用權(quán)利要求4所述的一種串聯(lián)型柔性分合器的工作方法，其特征是，它的方 法為控制電路控制晶閘管D5和晶閘管D6的觸發(fā)角的大小，調(diào)節(jié)直流線圈L3與直流線圈 L4的直流電流的大小，從而連續(xù)調(diào)節(jié)柔性分合器兩側(cè)電力系統(tǒng)連接阻抗的大小。
9.如權(quán)利要求8所述的一種串聯(lián)型柔性分合器的工作方法，其特征是，當(dāng)控制電路的 觸發(fā)晶閘管D5和晶閘管D6全導(dǎo)通或晶閘管D5和晶閘管D6全關(guān)斷時，直流線圈L3與直流 線圈L4流過設(shè)計的最大直流電流；直流線圈L3與直流線圈L4所在鐵芯深度飽和，一次線 圈Ll與二次線圈L2產(chǎn)生的交流磁通流到直流磁通回路很少，一次線圈Ll與二次線圈L2 產(chǎn)生的交流磁通大小相等、方向相反；相互抵消；一次線圈Ll與二次線圈L2的阻抗很小， 串聯(lián)型柔性分合器兩側(cè)電力系統(tǒng)合并為一個系統(tǒng)；當(dāng)控制電路逐步改變晶閘管的觸發(fā)角，晶閘管D5和晶閘管D6逐步改變導(dǎo)通量，直流線 圈L3與直流線圈L4中直流電流逐漸減??；串聯(lián)型柔性分合器一次線圈Ll與二次線圈L2 的阻抗從裝置的最小值逐漸連續(xù)變大；當(dāng)控制電路觸發(fā)晶閘管D5和晶閘管D6全關(guān)斷或晶閘管D5和晶閘管D6全導(dǎo)通時，直 流線圈L3與直流線圈L4的直流電流為零；直流線圈L3與直流線圈L4所在鐵芯不飽和，一 次線圈Ll與二次線圈L2產(chǎn)生的交流磁通順利流到直流磁通回路，一次線圈Ll與二次線圈 L2的阻抗為裝置的最大值，等于勵磁阻抗，電力系統(tǒng)被串聯(lián)型柔性分合器分解為兩個系統(tǒng)。
10.如權(quán)利要求8所述的一種串聯(lián)型柔性分合器的工作方法，其特征是，當(dāng)控制電路控 制晶閘管D5和晶閘管D6全關(guān)斷或晶閘管D5和晶閘管D6全導(dǎo)通時，直流線圈L3與直流線 圈L4的直流電流為零；一次線圈Ll與二次線圈L2的阻抗為裝置的最大值，等于勵磁阻抗。 不論串聯(lián)型柔性分合器的那一側(cè)發(fā)生短路，另一側(cè)沒有短路電流；該串聯(lián)型柔性分合器有 限制短路電流作用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種柔性分合器及其控制方法。它包括一個柔性分合器鐵芯，鐵芯上有兩個交流線圈，一個是一次線圈L1，另一個是二次線圈L2；鐵芯上有兩個直流線圈，一個是直流線圈L3，另一個是直流線圈L4，直流線圈I的同名端與直流線圈II的同名端連接，直流線圈I的剩余端子與直流線圈II的剩余端子分別為輸出端子；交流電源輸出連接反向并聯(lián)的晶閘管，給全橋整流電路的輸入供電，全橋整流電路的輸出端連接直流線圈端子，形成閉合回路；控制電路的兩個輸出分別連接反向并聯(lián)的晶閘管的觸發(fā)端。工作時通過控制電路控制晶閘管D5和晶閘管D6的觸發(fā)角的大小，調(diào)節(jié)直流線圈L3與直流線圈L4的直流電流的大小，從而連續(xù)調(diào)節(jié)柔性分合器兩側(cè)電力系統(tǒng)聯(lián)系的緊密程度。
文檔編號H02J3/01GK102136728SQ20111002456
公開日2011年7月27日 申請日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
發(fā)明者李曉明 申請人:山東大學(xué)