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包含pwm功率控制單元的超導可控電抗器的制作方法

文檔序號:7341132閱讀:159來源:國知局
專利名稱:包含pwm功率控制單元的超導可控電抗器的制作方法
技術領域
本發(fā)明屬于超導技術應 用領域中超導可控電抗器裝置,特別涉及一種可控高溫超導繞組和PWM功率控制單元,既可以提高對二次超導控制繞組短路與開路的電抗值的粗略調整,又可以通過調整PWM超導功率控制單元實現對電抗值的精細調整,進而實現對電抗值進行更優(yōu)調整。
背景技術
在超高壓、長距離輸電系統(tǒng)中,我國目前普遍采用超高壓并聯電抗器。并聯電抗器的結構十分復雜,價格要比同功率級的電力變壓器高得多,且其容量不能做成連續(xù)可調。特高壓或超高壓線路的最大傳輸功率通常接近于線路的自然功率。當傳輸小功率時例如在水電站的枯水季節(jié),并聯電抗器起到充分補償線路容性無功的作用。但是,當傳輸功率接近于自然功率時,線路中的容性和感性恰好自我補償,并聯電抗器就將成為多余的裝置,它不僅使得線路電壓過分降低,且其無功電流會在電網中造成附加的有功損耗,也就降低了電網的經濟效益。故在傳輸大功率時,特高壓或超高壓并聯電抗器應該從線路中切除。然而,如果此時發(fā)生線路的故障切除和重合閘,并在此過程中造成短時間的單向供電方式,那么空載線路會因失去補償而產生不能容許的工頻和操作過電壓,這是常規(guī)電抗器的固有缺點。 隨著電力工業(yè)的飛速發(fā)展,特高壓或超高壓電網相繼投入運行,人們對電網的安全穩(wěn)定運行及電能質量提出了更高的要求。特高壓或超高壓大電網的形成及負荷變化加劇,要求大量可調的無功功率源以調整電壓,維持系統(tǒng)無功潮流平衡,減少損耗,提高供電可靠性。因此,在特高壓或超高壓、遠距離輸電系統(tǒng)中,普通并聯電抗器由于功率不能自動連續(xù)平滑調整,不能很好地滿足特高壓或超高壓、遠距離輸電網無功平衡的需要。超導技術引入可控電抗器而制成的超導可控電抗器為解決這一問題提供理想的技術方案,其特點在于(1)超導可控電抗器是利用超導體的超導態(tài)(S)/正常態(tài)(N)轉變特性。線路正常時,超導體處于超導態(tài),具有零電阻和完全排磁通效應(邁斯納效應),裝置阻抗很低;在發(fā)生短路故障時, 它轉為正常態(tài),具有一定的電阻,失去完全排磁通效應,使裝置阻抗迅速增大以限制短路電流。(2)超導型可控電抗器(Super-Conducting Type Controlled Reactor-SCTCR)同樣也有飽和鐵芯電抗器型、磁通鎖型、變壓器型、三相電抗器型、混合型、磁屏蔽感應型以及橋路型等結構形式。SCTCR集檢測、轉換和限流于一體,響應速度快,且具有自恢復功能,與其它裝置相比具有無可比擬的優(yōu)越性,是一種理想的限流裝置,具有廣闊的應用前景。但由于受到超導體材料和制造工藝的限制,這種形式的可控電抗器仍停留在研究室,沒有真正在電力系統(tǒng)中應用。(3)由于超導材料特有的零電阻、大容量通流的特性,可以使傳統(tǒng)可調電抗器中高損耗、直流勵磁容量較低等技術瓶頸迎刃而解,使高電壓等級的可調電抗器成為可能
發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種包含PWM功率控制單元的超導可控電抗器,目的在于解決目前電抗器無法有效調整電抗值的難題,提高對超導電抗器的電抗值調整能力,更加有效而準確的改變電抗器并聯接入線路的電抗值。本發(fā)明的技術方案如下
包含PWM功率控制單元的超導可控電抗器,其原理與普通電力變壓器原理類似,包括有鐵心、一次超導主線圈、二次超導控制繞組a、二次超導控制繞組b、二次PWM超導控制繞組c,其連接結構為
四個繞組繞于同一鐵心上,四個繞組的放置順序由外到內依次為一次超導主線圈、二次PWM超導控制繞組C、二次超導控制繞組b、二次超導控制繞組a ;
一次超導主線圈、二次超導控制繞組a、二次超導控制繞組b、二次PWM超導控制繞組c 相互獨立;
本發(fā)明一次超導主線圈并聯接入線路之中,二次超導控制繞組a、二次超導控制繞組b 均為由雙向可控硅開關控制短路和開路的閉合繞組,二次PWM超導控制繞組c為由PWM功率控制單元控制其輸出功率的閉合繞組;
本發(fā)明二次超導控制繞組a、二次超導控制繞組b均為由雙向可控硅開關控制短路和開路的閉合繞組,二次PWM超導控制繞組c為由PWM功率控制單元控制其輸出功率的閉合繞組。本發(fā)明通過雙向可控硅開關將二次超導控制繞組短路,則二次超導控制繞組中的磁控被擠出,此時一次超導主線圈中的磁通回路截面積減小,電抗相應減小,可實現對電抗值的大范圍調整。而二次PWM超導控制繞組通過對該繞組PWM功率控制單元輸出功率的調整可以實現對電抗值更小范圍內更加精確和細微的調整。可根據可控電抗器所需的容量調整要求,設計出多組二次超導控制繞組。本發(fā)明的有益效果在于包含PWM功率控制單元的超導可控電抗器由于一、二次超導控制繞組采用高溫超導材料,其感應的電壓比較低,消耗在繞組上的功率比較小,可以有效減小電抗器的功耗和體積,減少電抗器的散熱設備等。本可控電抗器線性度好,適合做成高抗,與中性點小電抗配合,具有限制潛供電流的功能。由于所述的包含PWM功率控制單元的超導可控電抗器的結構與普通變壓器相同,可以做到任何一個電壓等級,工藝上不存在任何問題。通過雙向可控硅開關將二次超導控制繞組短路,可實現粗略的大范圍調整。二次PWM超導控制繞組通過對該繞組PWM功率控制單元輸出功率的調整側可以實現對電抗值更小范圍內更加精確和細微的調整。二次超導控制繞組和二次PWM超導控制繞組c 二者結合起來使用可實現對電抗值更優(yōu)的控制。


圖1為包含PWM功率控制單元的超導可控電抗器的電路原理圖2為短路二次超導控制繞組a (3)時,包含PWM功率控制單元的超導可控電抗器磁通回路示意圖3為同時短路二次超導控制繞組a (3)和二次超導控制繞組b (4)時,包含PWM功率控制單元的超導可控電抗器磁通回路示意圖4為同時短路二次超導控制繞組a (3)、二次超導控制繞組b (4)和二次PWM超導控制繞組c (5)同時短路時,包含PWM功率控制單元的超導可控電抗器磁通回路示意圖5為具有η (η大于2)組雙向可控硅開關控制的二次超導控制繞組的包含PWM功率控制單元的超導可控電抗器電路圖。
具體實施例方式
見圖1,圖2,圖3,圖4,圖5,本發(fā)明四個繞組繞于同一鐵心1上,四個繞組的放置順序由外到內依次為一次超導主線圈2、二次PWM超導控制繞組c5、二次超導控制繞組 b4、二次超導控制繞組a3 ;
一次超導主線圈2、二次超導控制繞組a3、二次超導控制繞組b4、二次PWM超導控制繞組c5相互獨立;
本發(fā)明一次超導主線圈2并聯接入線路之中,二次超導控制繞組a3、二次超導控制繞組b4均為由雙向可控硅開關控制短路和開路的閉合繞組,二次PWM超導控制繞組c5為由 PWM功率控制單元控制其輸出功率的閉合繞組;
本發(fā)明二次超導控制繞組a3、二次超導控制繞組b4均為由雙向可控硅開關控制短路和開路的閉合繞組,二次PWM超導控制繞組c5為由PWM功率控制單元控制其輸出功率的閉合繞組。 首先,根據需要調整電抗器的電抗值時,通過雙向可控硅開關將二次超導控制繞組a3短路或者同時將二次超導控制繞組a3和二次超導控制繞組b4短路,則二次超導控制繞組a3中的磁控被擠出或者二次超導控制繞組a3和二次超導可控繞組b4中的磁控同時被擠出,減小了一次超導主線圈2產生的的磁通回路截面積,減小了電抗器的電抗值,此時可實現對電抗器電抗值大范圍的粗略調節(jié)。當又通過對PWM功率控制單元輸出功率的調整可以實現對電抗值更小范圍內更加精確和細微的調整。二次超導可控繞組和二次PWM超導控制繞組二者結合起來使用可實現對電抗器的電抗值可實現更優(yōu)控制。具體過程如下
包含PWM功率控制單元的超導可控電抗器工作時,將一次超導主線圈2并聯接入線路, 如果所有的二次超導控制繞組a3、二次超導控制繞組b4和二次PWM超導控制繞組c5均開路,則可控電抗器為一空載的變壓器,一次主線圈2流過的電流很小,此時可控電抗器的容量最小空載。通過雙向可控硅開關將二次超導控制繞組a3短路,則二次超導控制繞組a3中的磁控被擠出,形成如圖2示的磁通回路,此時一次超導主線圈2中的截面積如圖2中Al部分所示。此時電抗器相當于殼式鐵心電抗器,其電抗值由一次超導主線圈2磁通回路截面積Al、高度及匝數所確定。在將二次超導控制繞組a3短路的基礎上,又將二次超導控制繞組b4短路,則二次超導控制繞組a3和二次超導控制繞組b4中的磁控均被擠出,形成如圖3示的磁通回路,此時一次超導主線圈2中的磁通回路截面積如圖3中A2部分所示。由于A2磁通回路截面積小于Al磁通回路截面積,故此時可控電抗器的電抗值小于將二次超導控制繞組a3短路時的電抗值。可以在將二次超導控制繞組a3和二次超導控制繞組b4同時短路基礎上,通過對 PWM功率控制單元輸出功率的調整可以實現對電抗值更小范圍內更加精確和細微的調整,此時一次超導主線圈的磁通回路截面積如圖4中A3部分所示。側此時A3的截面積略小于 A2的截面積,此時電抗值將略小于同時將二次超導控制繞組a3和二次超導控制繞組b4短路時的電抗值,此過程即是對電抗值的微調的實現過程。 包含PWM功率控制單元的超導可控電抗器其安裝位置和普通電抗器安裝位置相同并聯接入線路電路,只是其電抗值的具體值可以根據需要進行連續(xù)和精確的調整。應用該技術時可以根據可控電抗器所需的容量調整范圍,設計出如圖5示的有rm大于2組二次超導控制繞組的包含PWM功率控制單元的超導可控電抗器。
權利要求
1.包含PWM功率控制單元的超導可控電抗器,其特征在于,包括有鐵心(1)、一次超導主線圈(2)、二次超導控制繞組a (3)、二次超導控制繞組b (4),二次PWM超導控制繞組c (5),其連接結構為將四個繞組繞于同一鐵心(1)上,四個繞組的放置順序由外到內依次為一次超導主線圈(2)、二次PWM超導控制繞組c (5)、二次超導控制繞組b (4)、二次超導控制繞組a (3);—次超導主線圈(2)、二次超導控制繞組a (3)、二次超導控制繞組b (4)、 二次PWM超導控制繞組c (5)相互之間獨立。
2.如權利要求1所述的包含PWM功率控制單元的超導可控電抗器,其特征在于所述的鐵心(1)材料為常規(guī)鐵心材料;所述的一次超導主線圈(2)、二次超導控制繞組a (3)、二次超導控制繞組b (4)和二次PWM超導控制繞組c (5)的材料均為高溫超導材料。
3.如權利要求1所述的包含PWM功率控制單元的超導可控電抗器,其特征在于二次超導控制繞組a (3)、二次超導控制繞組b (4)均為由雙向可控硅開關控制短路和開路的閉合繞組,二次PWM超導控制繞組c (5)為由PWM功率控制單元控制其輸出功率的閉合繞組。
全文摘要
包含PWM功率控制單元的超導可控電抗器,本發(fā)明將四個繞組繞于同一鐵心(1)上,四個繞組的放置順序由外到內依次為一次超導主線圈(2)、二次PWM超導控制繞組c(5)、二次超導控制繞組b(4)、二次超導控制繞組a(3);一次超導主線圈(2)、二次超導控制繞組a(3)、二次超導控制繞組b(4)、二次PWM超導控制繞組c(5)相互之間獨立。本發(fā)明通過對該繞組PWM功率控制單元輸出功率的調整側可以實現對電抗值更小范圍內更加精確和細微的調整。從而可以實現對電抗值的粗調和細調的結合,更加有效的調整接入線路的電抗值。
文檔編號H02P13/00GK102426896SQ201110394389
公開日2012年4月25日 申請日期2011年12月2日 優(yōu)先權日2011年12月2日
發(fā)明者宋萌, 張少泉, 張毅, 曹昆南, 王達達, 王龍, 鄒榮敏 申請人:云南電力試驗研究院(集團)有限公司電力研究院
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