磁控電抗器響應(yīng)速度的提高方案

許暉+尹忠東

摘 要：磁控電抗器（magnetically controlled reactor，MCR）以其靈活的控制性、安全的可靠性和高壓適用性受到越來越多的關(guān)注。但是其響應(yīng)速度慢的缺點(diǎn)限制了其應(yīng)用范圍。為了應(yīng)對這一問題，文章提出了一種利用斬波電路配合電容來實(shí)現(xiàn)MCR的快速勵(lì)磁與去磁的新型方案。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的結(jié)論，證明了新的方案能夠顯著提高M(jìn)CR的響應(yīng)速度。

關(guān)鍵詞：磁控電抗器；快速勵(lì)磁；響應(yīng)速度；工作繞組

1 引言

超/特高壓交流輸電線路的發(fā)展和建設(shè)，使得電網(wǎng)中出現(xiàn)了巨大的充電功率，這給系統(tǒng)的無功調(diào)節(jié)和過高壓抑制提出了更高的要求。磁控電抗器（magnetically controlled reactor，MCR）因其靈活的控制性、低廉的成本，在電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償方面有著廣泛的應(yīng)用前景[1]。響應(yīng)速度慢則成為了限制其應(yīng)用的主要原因。在無功調(diào)節(jié)時(shí)，響應(yīng)速度慢會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，增大系統(tǒng)震蕩的風(fēng)險(xiǎn)[2-3]。

針對這一問題，文獻(xiàn)4、5提出了通過電容的諧振放電來提高M(jìn)CR響應(yīng)速度的方法。但此方法在不同的場合和工況下，需要不同的電容電壓和電容值，對其參數(shù)有精確的要求，實(shí)現(xiàn)起來并不方便。

通過數(shù)學(xué)分析，本文得到導(dǎo)致MCR響應(yīng)速度慢的根本原因在于直流偏置電流回路。在MCR本體改造方面，提出了一種合理配置工作繞組與控制繞組的方法，這種方法去除了在快速勵(lì)磁時(shí)工作繞組中的直流偏置電流的流通回路。很大程度提高了MCR的響應(yīng)速度。在控制算法優(yōu)化方面，本文在控制繞組中加入了快速勵(lì)磁控制策略。進(jìn)一步把響應(yīng)速度提高到了半個(gè)工頻周期以內(nèi)。

2 傳統(tǒng)的MCR響應(yīng)速度提高方法

傳統(tǒng)的MCR響應(yīng)速度提高方法有如下幾類：

2.1 增加直流控制電壓

MCR容量與鐵芯磁感應(yīng)強(qiáng)度的直流分量成正比。而鐵芯磁感強(qiáng)度直流分量的變化速度與控制電壓大小成正比。在較高控制電壓下，磁感應(yīng)強(qiáng)度直流分量上升到一定值的時(shí)間較短。這種辦法通過加大直流控制電壓能夠?qū)CR的響應(yīng)速度提高到20ms之內(nèi)。但是提高控制電壓需要大容量直流控制電源，這在工程應(yīng)用中是不可能任意滿足的，因此只適合在小容量的場合應(yīng)用。

2.2 加入勵(lì)磁電容

MCR的穩(wěn)態(tài)激磁由晶閘管控制。改變晶閘管的觸發(fā)角可以調(diào)節(jié)電容的儲(chǔ)能，在MCR運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換的瞬間控制IGBT導(dǎo)通，使充電電容對控制繞組放電，實(shí)現(xiàn)快速勵(lì)磁的目的。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)沒有加快速勵(lì)磁支路時(shí)，改變直流勵(lì)磁工作電流需要經(jīng)過7個(gè)周期才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)，而當(dāng)采取了快速勵(lì)磁的時(shí)，經(jīng)過2個(gè)周期就可以達(dá)到穩(wěn)態(tài)。但是此方法在電抗器容量變化時(shí)，需要重新校驗(yàn)勵(lì)磁電容和電壓初始值，不能滿足工程實(shí)際需求。

2.3 直流預(yù)偏磁

在對MCR加入工作電壓之前，預(yù)先加入直流偏磁，之后再加入工作電壓，MCR的響應(yīng)速度可以大大提高。這種快速響應(yīng)的功率稱為瞬時(shí)暫態(tài)功率。這種響應(yīng)速度提高的方法主要應(yīng)用在動(dòng)態(tài)消弧線圈，因?yàn)橹挥薪釉谥行渣c(diǎn)的消弧線圈可以在工作時(shí)突然施加工作電壓。但是這種響應(yīng)速度優(yōu)化方法對突然加入工作電壓這一點(diǎn)要求比較苛刻。對于MCR來說，這一工作條件顯然不具備。并且這種方法僅僅對于容量單向（增大）調(diào)節(jié)速度有提高作用。

2.4 增大控制繞組

由控制直流偏置電流公式：

3 集快速去磁與勵(lì)磁一體的新型方案

本文提出了一種MCR快速去磁等效電路，如圖1所示：

此電路根據(jù)MCR具體的應(yīng)用電壓等級場合，來確定升壓斬波電路中的電壓源值，并調(diào)節(jié)其內(nèi)部IGBT的導(dǎo)通占空比，使電容C滿足在控制電源電壓值最大時(shí)，它的放電時(shí)間不少于20ms。

電路工作過程如下：（1）電力系統(tǒng)穩(wěn)定并且無需無功功率補(bǔ)償時(shí)，IGBT1、IGBT2和IGBT4處于斷開狀態(tài)，IGBT3閉合，此時(shí)斬波電路給電容充電，電容電壓鎖定在設(shè)定好的電壓值；（2）電力系統(tǒng)有波動(dòng)需要無功補(bǔ)償時(shí)候，IGBT2和IGBT3導(dǎo)通，IGBT1和IGBT4關(guān)斷，此時(shí)給勵(lì)磁電路充磁，加快響應(yīng)速度。穩(wěn)定后，IGBT2、IGBT4關(guān)斷，IGBT1和IGBT3導(dǎo)通，此時(shí)給系統(tǒng)提供穩(wěn)定無功；（3）MCR退出系統(tǒng)，使IGBT4導(dǎo)通，投入快速去磁回路，延時(shí)5ms后切斷IGBT3，防止IGBT3先斷開時(shí)對電路造成大的沖擊。根據(jù)仿真結(jié)果可以看到勵(lì)磁速度很快，并且退出系統(tǒng)的時(shí)間也很短，在20ms以內(nèi)便可以實(shí)現(xiàn)。

控制方面，在工作繞組正向串聯(lián)與控制繞組反向串聯(lián)的基礎(chǔ)上，控制回路中加入適當(dāng)?shù)目焖賱?lì)磁控制則可以進(jìn)一步加快響應(yīng)速度。在容量發(fā)生正向突變時(shí)令直流控制電壓持續(xù)一定時(shí)間的峰值，達(dá)到目標(biāo)容量后再恢復(fù)到目標(biāo)容量對應(yīng)的控制電壓運(yùn)行；在容量發(fā)生負(fù)方向突變時(shí)令直流控制電壓持續(xù)一定時(shí)間為極低值，達(dá)到目標(biāo)容量后再恢復(fù)到目標(biāo)容量對應(yīng)的控制電壓。

容量增減的快速勵(lì)磁關(guān)鍵參數(shù)主要有快速勵(lì)磁持續(xù)時(shí)間tf與快速勵(lì)磁電壓Vf。為了把響應(yīng)速度控制在半個(gè)工頻周期以內(nèi)，必須保證tf小于等于10ms，考慮到控制電源采用晶閘管全控整流，其控制速度也在4ms以上，所以在選取快速勵(lì)磁參數(shù)時(shí)可以把tf取為10ms，通過控制Vf的大小來實(shí)現(xiàn)不同容量調(diào)節(jié)的快速勵(lì)磁。Vf過大則導(dǎo)致過勵(lì)磁，工作電流會(huì)出現(xiàn)尖峰波動(dòng)，Vf過小則導(dǎo)致欠勵(lì)磁，工作電流上升速度偏慢。

經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)采用優(yōu)化繞組配置并加入快速勵(lì)磁后，容量雙向變化的響應(yīng)速度明顯提升，可以縮短到半個(gè)工頻周期以內(nèi)。這從事實(shí)上證明了本文提出的工作繞組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案與快速勵(lì)磁控制方法的正確性。

3 結(jié)束語

經(jīng)過理論分析，并進(jìn)行了仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證，表明MCR的響應(yīng)速度（雙向調(diào)節(jié)）可達(dá)到半個(gè)周期以內(nèi)（10ms）。本文提出的MCR響應(yīng)速度優(yōu)化方案可顯著提高M(jìn)CR響應(yīng)速度，具有廣闊應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]余夢澤，陳柏超，曹志煌，等.110kV并聯(lián)可控電抗器及其應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，32（3）：87-91.

[2]田翠華，陳柏超.磁控電抗器在750kV系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2005，20（1）：31-37.

[3]周麗霞.大容量輸電長線可控并聯(lián)補(bǔ)償與潛供電弧抑制的研究[D].華北電力大學(xué)，2009.

[4]孔寧.基于MCR的特高壓交流輸電系統(tǒng)的無功電壓控制[D].華北電力大學(xué)，2011.

[5]田銘興，勵(lì)慶孚.磁飽和式可控電抗器的等效電路及仿真分析[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2003，18（6）：64-67.endprint

摘 要：磁控電抗器（magnetically controlled reactor，MCR）以其靈活的控制性、安全的可靠性和高壓適用性受到越來越多的關(guān)注。但是其響應(yīng)速度慢的缺點(diǎn)限制了其應(yīng)用范圍。為了應(yīng)對這一問題，文章提出了一種利用斬波電路配合電容來實(shí)現(xiàn)MCR的快速勵(lì)磁與去磁的新型方案。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的結(jié)論，證明了新的方案能夠顯著提高M(jìn)CR的響應(yīng)速度。

關(guān)鍵詞：磁控電抗器；快速勵(lì)磁；響應(yīng)速度；工作繞組

1 引言

超/特高壓交流輸電線路的發(fā)展和建設(shè)，使得電網(wǎng)中出現(xiàn)了巨大的充電功率，這給系統(tǒng)的無功調(diào)節(jié)和過高壓抑制提出了更高的要求。磁控電抗器（magnetically controlled reactor，MCR）因其靈活的控制性、低廉的成本，在電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償方面有著廣泛的應(yīng)用前景[1]。響應(yīng)速度慢則成為了限制其應(yīng)用的主要原因。在無功調(diào)節(jié)時(shí)，響應(yīng)速度慢會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，增大系統(tǒng)震蕩的風(fēng)險(xiǎn)[2-3]。

針對這一問題，文獻(xiàn)4、5提出了通過電容的諧振放電來提高M(jìn)CR響應(yīng)速度的方法。但此方法在不同的場合和工況下，需要不同的電容電壓和電容值，對其參數(shù)有精確的要求，實(shí)現(xiàn)起來并不方便。

通過數(shù)學(xué)分析，本文得到導(dǎo)致MCR響應(yīng)速度慢的根本原因在于直流偏置電流回路。在MCR本體改造方面，提出了一種合理配置工作繞組與控制繞組的方法，這種方法去除了在快速勵(lì)磁時(shí)工作繞組中的直流偏置電流的流通回路。很大程度提高了MCR的響應(yīng)速度。在控制算法優(yōu)化方面，本文在控制繞組中加入了快速勵(lì)磁控制策略。進(jìn)一步把響應(yīng)速度提高到了半個(gè)工頻周期以內(nèi)。

2 傳統(tǒng)的MCR響應(yīng)速度提高方法

傳統(tǒng)的MCR響應(yīng)速度提高方法有如下幾類：

2.1 增加直流控制電壓

MCR容量與鐵芯磁感應(yīng)強(qiáng)度的直流分量成正比。而鐵芯磁感強(qiáng)度直流分量的變化速度與控制電壓大小成正比。在較高控制電壓下，磁感應(yīng)強(qiáng)度直流分量上升到一定值的時(shí)間較短。這種辦法通過加大直流控制電壓能夠?qū)CR的響應(yīng)速度提高到20ms之內(nèi)。但是提高控制電壓需要大容量直流控制電源，這在工程應(yīng)用中是不可能任意滿足的，因此只適合在小容量的場合應(yīng)用。

2.2 加入勵(lì)磁電容

MCR的穩(wěn)態(tài)激磁由晶閘管控制。改變晶閘管的觸發(fā)角可以調(diào)節(jié)電容的儲(chǔ)能，在MCR運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換的瞬間控制IGBT導(dǎo)通，使充電電容對控制繞組放電，實(shí)現(xiàn)快速勵(lì)磁的目的。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)沒有加快速勵(lì)磁支路時(shí)，改變直流勵(lì)磁工作電流需要經(jīng)過7個(gè)周期才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)，而當(dāng)采取了快速勵(lì)磁的時(shí)，經(jīng)過2個(gè)周期就可以達(dá)到穩(wěn)態(tài)。但是此方法在電抗器容量變化時(shí)，需要重新校驗(yàn)勵(lì)磁電容和電壓初始值，不能滿足工程實(shí)際需求。

2.3 直流預(yù)偏磁

在對MCR加入工作電壓之前，預(yù)先加入直流偏磁，之后再加入工作電壓，MCR的響應(yīng)速度可以大大提高。這種快速響應(yīng)的功率稱為瞬時(shí)暫態(tài)功率。這種響應(yīng)速度提高的方法主要應(yīng)用在動(dòng)態(tài)消弧線圈，因?yàn)橹挥薪釉谥行渣c(diǎn)的消弧線圈可以在工作時(shí)突然施加工作電壓。但是這種響應(yīng)速度優(yōu)化方法對突然加入工作電壓這一點(diǎn)要求比較苛刻。對于MCR來說，這一工作條件顯然不具備。并且這種方法僅僅對于容量單向（增大）調(diào)節(jié)速度有提高作用。

2.4 增大控制繞組

由控制直流偏置電流公式：

3 集快速去磁與勵(lì)磁一體的新型方案

本文提出了一種MCR快速去磁等效電路，如圖1所示：

此電路根據(jù)MCR具體的應(yīng)用電壓等級場合，來確定升壓斬波電路中的電壓源值，并調(diào)節(jié)其內(nèi)部IGBT的導(dǎo)通占空比，使電容C滿足在控制電源電壓值最大時(shí)，它的放電時(shí)間不少于20ms。

電路工作過程如下：（1）電力系統(tǒng)穩(wěn)定并且無需無功功率補(bǔ)償時(shí)，IGBT1、IGBT2和IGBT4處于斷開狀態(tài)，IGBT3閉合，此時(shí)斬波電路給電容充電，電容電壓鎖定在設(shè)定好的電壓值；（2）電力系統(tǒng)有波動(dòng)需要無功補(bǔ)償時(shí)候，IGBT2和IGBT3導(dǎo)通，IGBT1和IGBT4關(guān)斷，此時(shí)給勵(lì)磁電路充磁，加快響應(yīng)速度。穩(wěn)定后，IGBT2、IGBT4關(guān)斷，IGBT1和IGBT3導(dǎo)通，此時(shí)給系統(tǒng)提供穩(wěn)定無功；（3）MCR退出系統(tǒng)，使IGBT4導(dǎo)通，投入快速去磁回路，延時(shí)5ms后切斷IGBT3，防止IGBT3先斷開時(shí)對電路造成大的沖擊。根據(jù)仿真結(jié)果可以看到勵(lì)磁速度很快，并且退出系統(tǒng)的時(shí)間也很短，在20ms以內(nèi)便可以實(shí)現(xiàn)。

控制方面，在工作繞組正向串聯(lián)與控制繞組反向串聯(lián)的基礎(chǔ)上，控制回路中加入適當(dāng)?shù)目焖賱?lì)磁控制則可以進(jìn)一步加快響應(yīng)速度。在容量發(fā)生正向突變時(shí)令直流控制電壓持續(xù)一定時(shí)間的峰值，達(dá)到目標(biāo)容量后再恢復(fù)到目標(biāo)容量對應(yīng)的控制電壓運(yùn)行；在容量發(fā)生負(fù)方向突變時(shí)令直流控制電壓持續(xù)一定時(shí)間為極低值，達(dá)到目標(biāo)容量后再恢復(fù)到目標(biāo)容量對應(yīng)的控制電壓。

容量增減的快速勵(lì)磁關(guān)鍵參數(shù)主要有快速勵(lì)磁持續(xù)時(shí)間tf與快速勵(lì)磁電壓Vf。為了把響應(yīng)速度控制在半個(gè)工頻周期以內(nèi)，必須保證tf小于等于10ms，考慮到控制電源采用晶閘管全控整流，其控制速度也在4ms以上，所以在選取快速勵(lì)磁參數(shù)時(shí)可以把tf取為10ms，通過控制Vf的大小來實(shí)現(xiàn)不同容量調(diào)節(jié)的快速勵(lì)磁。Vf過大則導(dǎo)致過勵(lì)磁，工作電流會(huì)出現(xiàn)尖峰波動(dòng)，Vf過小則導(dǎo)致欠勵(lì)磁，工作電流上升速度偏慢。

經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)采用優(yōu)化繞組配置并加入快速勵(lì)磁后，容量雙向變化的響應(yīng)速度明顯提升，可以縮短到半個(gè)工頻周期以內(nèi)。這從事實(shí)上證明了本文提出的工作繞組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案與快速勵(lì)磁控制方法的正確性。

3 結(jié)束語

經(jīng)過理論分析，并進(jìn)行了仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證，表明MCR的響應(yīng)速度（雙向調(diào)節(jié)）可達(dá)到半個(gè)周期以內(nèi)（10ms）。本文提出的MCR響應(yīng)速度優(yōu)化方案可顯著提高M(jìn)CR響應(yīng)速度，具有廣闊應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]余夢澤，陳柏超，曹志煌，等.110kV并聯(lián)可控電抗器及其應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，32（3）：87-91.

[2]田翠華，陳柏超.磁控電抗器在750kV系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2005，20（1）：31-37.

[3]周麗霞.大容量輸電長線可控并聯(lián)補(bǔ)償與潛供電弧抑制的研究[D].華北電力大學(xué)，2009.

[4]孔寧.基于MCR的特高壓交流輸電系統(tǒng)的無功電壓控制[D].華北電力大學(xué)，2011.

[5]田銘興，勵(lì)慶孚.磁飽和式可控電抗器的等效電路及仿真分析[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2003，18（6）：64-67.endprint

摘 要：磁控電抗器（magnetically controlled reactor，MCR）以其靈活的控制性、安全的可靠性和高壓適用性受到越來越多的關(guān)注。但是其響應(yīng)速度慢的缺點(diǎn)限制了其應(yīng)用范圍。為了應(yīng)對這一問題，文章提出了一種利用斬波電路配合電容來實(shí)現(xiàn)MCR的快速勵(lì)磁與去磁的新型方案。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的結(jié)論，證明了新的方案能夠顯著提高M(jìn)CR的響應(yīng)速度。

關(guān)鍵詞：磁控電抗器；快速勵(lì)磁；響應(yīng)速度；工作繞組

1 引言

超/特高壓交流輸電線路的發(fā)展和建設(shè)，使得電網(wǎng)中出現(xiàn)了巨大的充電功率，這給系統(tǒng)的無功調(diào)節(jié)和過高壓抑制提出了更高的要求。磁控電抗器（magnetically controlled reactor，MCR）因其靈活的控制性、低廉的成本，在電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償方面有著廣泛的應(yīng)用前景[1]。響應(yīng)速度慢則成為了限制其應(yīng)用的主要原因。在無功調(diào)節(jié)時(shí)，響應(yīng)速度慢會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，增大系統(tǒng)震蕩的風(fēng)險(xiǎn)[2-3]。

針對這一問題，文獻(xiàn)4、5提出了通過電容的諧振放電來提高M(jìn)CR響應(yīng)速度的方法。但此方法在不同的場合和工況下，需要不同的電容電壓和電容值，對其參數(shù)有精確的要求，實(shí)現(xiàn)起來并不方便。

通過數(shù)學(xué)分析，本文得到導(dǎo)致MCR響應(yīng)速度慢的根本原因在于直流偏置電流回路。在MCR本體改造方面，提出了一種合理配置工作繞組與控制繞組的方法，這種方法去除了在快速勵(lì)磁時(shí)工作繞組中的直流偏置電流的流通回路。很大程度提高了MCR的響應(yīng)速度。在控制算法優(yōu)化方面，本文在控制繞組中加入了快速勵(lì)磁控制策略。進(jìn)一步把響應(yīng)速度提高到了半個(gè)工頻周期以內(nèi)。

2 傳統(tǒng)的MCR響應(yīng)速度提高方法

傳統(tǒng)的MCR響應(yīng)速度提高方法有如下幾類：

2.1 增加直流控制電壓

MCR容量與鐵芯磁感應(yīng)強(qiáng)度的直流分量成正比。而鐵芯磁感強(qiáng)度直流分量的變化速度與控制電壓大小成正比。在較高控制電壓下，磁感應(yīng)強(qiáng)度直流分量上升到一定值的時(shí)間較短。這種辦法通過加大直流控制電壓能夠?qū)CR的響應(yīng)速度提高到20ms之內(nèi)。但是提高控制電壓需要大容量直流控制電源，這在工程應(yīng)用中是不可能任意滿足的，因此只適合在小容量的場合應(yīng)用。

2.2 加入勵(lì)磁電容

MCR的穩(wěn)態(tài)激磁由晶閘管控制。改變晶閘管的觸發(fā)角可以調(diào)節(jié)電容的儲(chǔ)能，在MCR運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換的瞬間控制IGBT導(dǎo)通，使充電電容對控制繞組放電，實(shí)現(xiàn)快速勵(lì)磁的目的。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)沒有加快速勵(lì)磁支路時(shí)，改變直流勵(lì)磁工作電流需要經(jīng)過7個(gè)周期才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)，而當(dāng)采取了快速勵(lì)磁的時(shí)，經(jīng)過2個(gè)周期就可以達(dá)到穩(wěn)態(tài)。但是此方法在電抗器容量變化時(shí)，需要重新校驗(yàn)勵(lì)磁電容和電壓初始值，不能滿足工程實(shí)際需求。

2.3 直流預(yù)偏磁

在對MCR加入工作電壓之前，預(yù)先加入直流偏磁，之后再加入工作電壓，MCR的響應(yīng)速度可以大大提高。這種快速響應(yīng)的功率稱為瞬時(shí)暫態(tài)功率。這種響應(yīng)速度提高的方法主要應(yīng)用在動(dòng)態(tài)消弧線圈，因?yàn)橹挥薪釉谥行渣c(diǎn)的消弧線圈可以在工作時(shí)突然施加工作電壓。但是這種響應(yīng)速度優(yōu)化方法對突然加入工作電壓這一點(diǎn)要求比較苛刻。對于MCR來說，這一工作條件顯然不具備。并且這種方法僅僅對于容量單向（增大）調(diào)節(jié)速度有提高作用。

2.4 增大控制繞組

由控制直流偏置電流公式：

3 集快速去磁與勵(lì)磁一體的新型方案

本文提出了一種MCR快速去磁等效電路，如圖1所示：

此電路根據(jù)MCR具體的應(yīng)用電壓等級場合，來確定升壓斬波電路中的電壓源值，并調(diào)節(jié)其內(nèi)部IGBT的導(dǎo)通占空比，使電容C滿足在控制電源電壓值最大時(shí)，它的放電時(shí)間不少于20ms。

電路工作過程如下：（1）電力系統(tǒng)穩(wěn)定并且無需無功功率補(bǔ)償時(shí)，IGBT1、IGBT2和IGBT4處于斷開狀態(tài)，IGBT3閉合，此時(shí)斬波電路給電容充電，電容電壓鎖定在設(shè)定好的電壓值；（2）電力系統(tǒng)有波動(dòng)需要無功補(bǔ)償時(shí)候，IGBT2和IGBT3導(dǎo)通，IGBT1和IGBT4關(guān)斷，此時(shí)給勵(lì)磁電路充磁，加快響應(yīng)速度。穩(wěn)定后，IGBT2、IGBT4關(guān)斷，IGBT1和IGBT3導(dǎo)通，此時(shí)給系統(tǒng)提供穩(wěn)定無功；（3）MCR退出系統(tǒng)，使IGBT4導(dǎo)通，投入快速去磁回路，延時(shí)5ms后切斷IGBT3，防止IGBT3先斷開時(shí)對電路造成大的沖擊。根據(jù)仿真結(jié)果可以看到勵(lì)磁速度很快，并且退出系統(tǒng)的時(shí)間也很短，在20ms以內(nèi)便可以實(shí)現(xiàn)。

控制方面，在工作繞組正向串聯(lián)與控制繞組反向串聯(lián)的基礎(chǔ)上，控制回路中加入適當(dāng)?shù)目焖賱?lì)磁控制則可以進(jìn)一步加快響應(yīng)速度。在容量發(fā)生正向突變時(shí)令直流控制電壓持續(xù)一定時(shí)間的峰值，達(dá)到目標(biāo)容量后再恢復(fù)到目標(biāo)容量對應(yīng)的控制電壓運(yùn)行；在容量發(fā)生負(fù)方向突變時(shí)令直流控制電壓持續(xù)一定時(shí)間為極低值，達(dá)到目標(biāo)容量后再恢復(fù)到目標(biāo)容量對應(yīng)的控制電壓。

容量增減的快速勵(lì)磁關(guān)鍵參數(shù)主要有快速勵(lì)磁持續(xù)時(shí)間tf與快速勵(lì)磁電壓Vf。為了把響應(yīng)速度控制在半個(gè)工頻周期以內(nèi)，必須保證tf小于等于10ms，考慮到控制電源采用晶閘管全控整流，其控制速度也在4ms以上，所以在選取快速勵(lì)磁參數(shù)時(shí)可以把tf取為10ms，通過控制Vf的大小來實(shí)現(xiàn)不同容量調(diào)節(jié)的快速勵(lì)磁。Vf過大則導(dǎo)致過勵(lì)磁，工作電流會(huì)出現(xiàn)尖峰波動(dòng)，Vf過小則導(dǎo)致欠勵(lì)磁，工作電流上升速度偏慢。

經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)采用優(yōu)化繞組配置并加入快速勵(lì)磁后，容量雙向變化的響應(yīng)速度明顯提升，可以縮短到半個(gè)工頻周期以內(nèi)。這從事實(shí)上證明了本文提出的工作繞組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案與快速勵(lì)磁控制方法的正確性。

3 結(jié)束語

經(jīng)過理論分析，并進(jìn)行了仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證，表明MCR的響應(yīng)速度（雙向調(diào)節(jié)）可達(dá)到半個(gè)周期以內(nèi)（10ms）。本文提出的MCR響應(yīng)速度優(yōu)化方案可顯著提高M(jìn)CR響應(yīng)速度，具有廣闊應(yīng)用前景。

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