關(guān)于可變電抗器的原理分析，從帶氣隙變壓器的電壓方程式的分析可知，如果向變壓器的二次側(cè)主動注入與一次側(cè)相同頻率、相反相位的電流，則隨著注入電流的大小的變化，變壓器的主磁通連續(xù)變化，變壓器的一次側(cè)阻抗連續(xù)的無級該新原理可應用于故障限流、電力系統(tǒng)潮流控制、消弧線圈和晶閘管控制串聯(lián)電容器(TCSC  )等領(lǐng)域，在電力系統(tǒng)柔性輸電裝置中有廣闊的應用前景。 實驗結(jié)果證明了這一新原理的正確性。

　　1引言

　　為了提高電網(wǎng)輸電能力，調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓，補償無功，電力系統(tǒng)需要采用具有可變阻抗的電抗器。 現(xiàn)有可調(diào)電抗器大致可分為以下方案[1~3] : 調(diào)節(jié)電抗器抽頭； 調(diào)節(jié)電抗器氣隙直流輔助式；  TCR  )晶閘管控制電抗器)，TCSC采用調(diào)節(jié)晶閘管觸發(fā)角的方式。 在這幾種方案中，采用調(diào)節(jié)電抗器抽頭的方案成本低，容易調(diào)節(jié)，但電感量不能連續(xù)調(diào)節(jié)； 電抗器氣隙調(diào)節(jié)方案的電感量可以連續(xù)調(diào)節(jié)，結(jié)構(gòu)簡單，但需要較精密的機械傳動裝置，響應緩慢，噪聲大； 另一方面，采用直流輔助方式的方案，通過調(diào)節(jié)直流勵磁電流的大小改變交流等效電導來實現(xiàn)電感的連續(xù)調(diào)整，其響應速度快，但長期正常運行時，鐵芯處于磁飽和狀態(tài)，損耗大，噪聲大，諧波大在TCR、TCSC方式下，晶閘管通過調(diào)整觸發(fā)角來改變電感量，必然產(chǎn)生高次諧波污染。

　　2、雙磁通可控可調(diào)電抗器原理

　　設帶氣隙串聯(lián)變壓器鐵心中的一次側(cè)繞組AX的匝數(shù)為W1，二次側(cè)繞組AX的匝數(shù)為W2，則一次側(cè)和二次側(cè)的匝數(shù)比k=W1/W2。 當該變壓器的一次側(cè)AX串聯(lián)在電網(wǎng)和一個負載之間時，在其一次側(cè)流過電流i1。 檢測變壓器一次側(cè)的電流i1，用電壓型逆變器跟蹤該電流產(chǎn)生電流i2，以反相位將i2注入變壓器二次側(cè)，則該變壓器成為圖1所示的雙邊勵磁的串聯(lián)變壓器。 該雙邊勵磁串聯(lián)變壓器的t形等效電路如圖2所示(將i2換算為變壓器初級側(cè))，其中，Z1=r1 jx1是初級側(cè)AX線圈的漏阻抗； 將變壓器二次側(cè)換算為一次側(cè)的泄漏電阻； Zm=rm  jxm是變壓器勵磁阻抗？

　　變壓器空載運行時，鐵芯上產(chǎn)生的空載磁動勢會產(chǎn)生空載磁動勢引起的主磁通Mn，該主磁通會在變壓器一次側(cè)產(chǎn)生感應電動勢？ 其中，a是實數(shù)，是0a1。從式(5)可以看出，從AX側(cè)看，變壓器顯示的阻抗是可變量，其大小與a滿足一定的比例關(guān)系。 因此，通過調(diào)節(jié)a的大小，可以改變變壓器次級側(cè)的磁勢，可以改變變壓器鐵芯的主磁通，變壓器初級側(cè)也呈現(xiàn)無級可變阻抗。 該原理適用于目前許多柔性輸電系統(tǒng)(FACTS  )裝置和消弧圈，如UPFC  (統(tǒng)一潮流控制器)5)和TCSC  (晶閘管控制串聯(lián)電容器)3)中，只需連續(xù)改變系統(tǒng)阻抗在故障限流器(FCL  )中，正常運行時a=1，可調(diào)電抗器初級側(cè)漏阻抗小，對系統(tǒng)幾乎沒有影響。 發(fā)生故障時，在一定的控制下立即設為a=0，并將該可變電抗器設為勵磁阻抗，從而將故障電流限制在一定范圍內(nèi)； 這些可以基于基于該磁通控制的可變電抗器的新原理來實現(xiàn)。 本方案通過變壓器主磁通向下下降且具有氣隙，因此該可調(diào)電抗器無飽和現(xiàn)象，且實現(xiàn)阻抗連續(xù)可調(diào)時不會產(chǎn)生任何諧波。

　　3、實驗電路結(jié)構(gòu)及控制方式

　　為了證明上述原理的正確性，本文設計了一種基于磁通控制的可調(diào)電抗器原理電路。 如圖5所示，串聯(lián)變壓器的初級側(cè)AX串聯(lián)連接在電力系統(tǒng)和電阻負載Rd之間，Us是電網(wǎng)電壓，Ls是電力系統(tǒng)的等效內(nèi)阻。 將變壓器次級側(cè)ax和一個電壓型逆變器連接起來，該逆變器用于產(chǎn)生一個磁通補償電流。 Ud是逆變器的直流側(cè)電壓，Ld和Cd用于抑制逆變器產(chǎn)生的高頻脈動。 檢測電路和整個控制電路以與變壓器初級側(cè)電流相同的頻率，用于產(chǎn)生反相位的補償電流。

　　電壓型PWM逆變器的電流控制方式一般有三種[6]，本文選擇目前應用最廣泛且實現(xiàn)的最簡單的電流控制方法，將補償基準電流與逆變器的輸出電流進行比較，當實際電流大于給定值時，逆變器相反，實際電流小于規(guī)定值時，通過改變變頻器對應的開關(guān)器件的開關(guān)狀態(tài)，使實際電流增大。 滯環(huán)電流控制對負載和系統(tǒng)參數(shù)的變化具有較強的魯棒性，其動態(tài)響應速度快。

　　4、實驗結(jié)果與分析

　　根據(jù)磁通可控可調(diào)電抗器的原理電路圖5設計了一系列實驗裝置。 其中，變壓器的變比為1:1，勵磁阻抗Zm為16.309W，初級側(cè)泄漏阻抗Z1為0.088 W，負載Rd為10.1 W。 系統(tǒng)電壓為150V，直流電壓為240V，開關(guān)器件為SEMIKRON公司的NPT型IGBT  SKM300GB123D。 調(diào)節(jié)注入變壓器二次側(cè)的電流大小，使a在0和1之間變化，測量變壓器一次側(cè)的電壓UAX和電流I1，可以計算出變壓器一次側(cè)的等效阻抗ZAX=UAX  /I1，其結(jié)果如表1所示。