電抗器原理：電抗器靜止型高壓動態無功補償

      摘要：文章在對10kV母線的電壓起伏較為頻繁的緣由進行深入探討的同時，研制了110kV電抗器靜止型高壓動態無功補償裝置，并在深入了解了母線加裝、并聯可控電抗器的基礎上，提出了Intel80C196KC單片機控制裝置和保護裝置的問題解決方案。

      關鍵詞：電抗器；充電功率；無功補償；變電站；電力系統

      目前，我國在無功補償方面還存在很多的缺點和問題，有關專業人士也為此專門研制出了多種類型的新型無功補償調節裝置。其中主要包括：晶閘管控制電抗器、可控硅投切電容器等類型的裝置。它們的性能也或多或少的有些差別。但是，筆者在研究這些新型的調節裝置時，發現它們的目的都是一樣的：穩定電網；制成電網電壓；確保線路正常輸電；調節電壓；改進無功潮流。這五種功能使得國家電網的穩定性、安全性得到了保證。但是，為了國家電網發展得更好，一定要保證連續可調無功功率能夠持續地提供。我們國家的各項政策也是從各個方面支持各個變電站裝備上無功補償裝置。
　　
      就我國的現狀來看，我們很少在110kV和以上的國家電網上有那種直掛式的無功補償裝置。我國多是采用低壓側的動態無功補償裝置來實現對這種類型電網的電壓、無功的控制。但是，如果是用這種方式，就使得補償的效果有所降低，并且也會使得損耗有所增加。除去這些因素，低側壓裝置本身價格高昂、體積龐大、安裝后的維修和檢測費用高等缺點也使得這種裝置目前在我國的市場很小。基于上述的基本情況，這種裝置就更加不適合用在沒有人員看守的變電站了。
　　
      筆者在前人研究成果的基礎上分析了磁控電抗器的特性、工作原理，研制成功了新型的高壓并聯磁閥式電抗器的樣機。有關的控制性裝置也得到了開發，還認真分析了現場的運行情況。
　　
      1磁控電抗器的工作原理及特性
　　1.1　工作原理
　　目前我國的磁控電抗器主要是三相融為一體的結構模式，兩個工作鐵心在每個相內都會有配置，直流的控制繞組以及交流的主繞組在每個工作鐵心上都纏繞著。在同一個相中的這兩個工作鐵心柱的交流的主繞組在進行并聯后還可以接到大的電網上去。
　　
      1.2　特性
　　1.2.1 諧波特性
　　如果出現額定的飽和度達到2π的情況，那么在電抗器的容量調節范圍中，和規定的標準電波值相比，3、5、7次諧波電流從電抗器注入到電網中的幅值要小很多。通過我們的仔細分析，得出了這樣的結論：它們分別必須在6.46%、2.31%、1.35%的范圍內。因為每次的最大諧波值是不會相交的，所以，我們能夠得出的電流波變為畸形的可能性也會更小。
　　1.2.2　可控性
　　圖1中顯示的是：磁控電抗器輸出的基波電流的標么值I1和控制電壓的標度值Uk（基準值為額定直流控制電壓）之間的關系曲線。從圖中我們可以看出，控制特性的曲線是一種非線性的關系。
　　
　　1.3　變電站動態無功補償原理分析
　　為了能夠穩定變電站內的電壓，對潮流界面的交換無功進行限制，我國的大部分變電站內部都配置了110kV磁控電抗器。安裝了110kV的磁控電抗器，就等于是給系統注入了一個相比較而言非常靈活的電流源，而這個電流源我們一般會稱之為感性電流源。在這個裝置中，感性電流源的大小和等效電源內阻的壓降的大小成正比關系，而接入點的電壓則和它成反比關系。這就充分地說明了系統電壓是會受到電抗器的電流影響的。
　　
      在負荷條件下，我們可以參照系統的無功、根據經驗所得的具體數據、是否有調整電壓的需求等情況，來有效地、協調地控制電容組、變壓器的分接頭和MCR。而且這種裝置可以采集到電流信號和系統的電壓的實際數據情況，并且可以用信號處理傳輸到單片機的控制器中，系統可以以此來計算有功及無功功率。還可以依照檢查的數據大小，使得系統和MCR之間做到科學的協調。而經過科學計算，控制信號會經由變壓器直接傳送。這種控制信號在到達現場之后，可以實現對MCR、電容器、變壓器接頭的有效控制，并且最終使得合理調節無功投入能夠實現。
　　
      2　仿真技術
　　筆者為了證明這種類型的動態無功補償裝置的控制系統在無功的電壓控制中是完全有效地，組建了一個變電站的仿真模型，在進行仿真試驗的過程中，我們使用了負載變化的方法來模擬公共的連接點在無功電壓狀態下的波動情況，并在試驗的基礎上對電抗器的使用做了仿真性的分析。
　　　
　　通過試驗，我們發現在這之前的負荷波動，使得電壓波動遠遠地超出了電壓的規定標準，處在1.00s時就會自動地切換負荷，在2.00s的時候就會恢復，而在1.00～2.00s之間時就會出現電壓忽然升高，增長的幅度有時能夠達到3.5%；在安裝之后，因為電抗器有實時的補償作用，這樣就會很明顯地降低電壓，并且這個時候它的響應時間也會變得更短，在過渡過程中，我們能夠把電壓降到標準水平。仿真技術試驗的結果告訴我們，系統能夠控制電壓的變化并迅速地補償無功等的優點，這就能夠滿足變電站在無功電壓控制方面的需要。
　　
      3　結語
　　筆者通過對磁控電抗器運行一個月的數據統計發現，這種裝置完全可以滿足設計的要求，來保證整個系統能夠穩定、順利的運行。同時，筆者也得出了這樣的結論：磁控電抗器可以保證系統有一個有效地無功電壓的支持，這就能夠保證各個點的電壓的穩定。同時，我們使用的控制策略非常合理且應用的軟件也容易修改，非常靈活方便。