磁阀式可控电抗器在无功补偿中的应用

文中首先简单介绍了电抗器的发展历程，可控电抗器的理论研究及其应用现状。文章中重点对磁阀式可控电抗器(Magnetic-Valve Controllable Reactor，MVCR)做了详细的理论研究，在已有状态方程的基础上，推导出电抗器的等效电路方程，并使用MATLAB建立了等效仿真模型。文中第三章对磁阀式可控电抗器的伏安特性、控制特性、谐波特性及响应特性分别进行了仿真分析，给出各种特性曲线；另一方面，通过公式推导的方式对以上各个特性进行理论分析，做出各种理论分析特性曲线；将模型仿真的结果与理论推导公式的结果进行比较，验证了仿真模型的准确性和有效性。 在MATLAB仿真模型的基础上，对提高响应速度的方法进行了讨论。从硬件结构上来说，要提高响应速度可以增加电抗器的抽头比、直流预偏磁、电容放电振荡等；从控制策略上来讲，可以通过增加电抗器的导通角来提高响应速度，但这仅适用于非满负荷运行的状况。文中选择了一种增加抽头比来提高响应速度的方式，使直流控制电压变为2倍，相应的晶闸管导通角范围变为0～90度；文中从控制特性的线性度、有功损耗、谐波特性等方面进行分析。结果显示，增加抽头比后控制特性由原来的近似余弦变为近似线性，谐波特性保持不变，有功损耗没有增加。通过MABLAB对增加抽头比的电抗器进行仿真分析，采用适当的启动控制方法，达到额定输出状态时响应时间减少一半，约0.15s；当要求电抗器输出电流越小时，在2倍电压下启动，响应速度越快。 文中对通过电容放电来提高响应速度的方法进行了分析，包括控制回路电感的非线性问题、最佳振荡周期选取问题，以及电容充电的控制策略问题。通过基于MATLAB的模型仿真表明，带有电容充放电的MVCR，可将响应时间缩短到一个甚至半个工频周期，可以从根本上解决电抗器响应速度慢的问题。但使用电容充放电也存在很多问题，如充电电压过高、确定预充电电压值等，需要进一步解决。 最后，文章将提高响应速度后的MVCR应用到电气化铁道动态无功补偿中，使用MVCR+FC进行动态补偿，在动态补偿效果、响应时间、功率因数等几个方面，对2倍电压控制方式、电容放电控制方式与普通控制方式的补偿效果进行了比较分析。结果表明2倍电压控制方式可以从一定程度上提高响应速度，特别是当要求输出电流较小时，可以在几个周期内完成响应过程。电容放电控制方式，可以从根本上解决提高响应速度的问题，响应时间可提高到0.01s，且动态补偿效果良好。