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產(chǎn)品知識

電力電子電抗器拓撲結(jié)構(gòu)與阻抗變換分析

1、引言
    電抗器按其特性可分為固定電抗器和可變電抗器。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，在很多場合都希望電抗器的電抗值能夠?qū)崟r調(diào)節(jié)。可變電抗器經(jīng)歷了從機械式到電磁式，再到電力電子式的發(fā)展過程。機械式可調(diào)電抗器結(jié)構(gòu)簡單，線性度好，但不能實現(xiàn)電感的平滑調(diào)節(jié)，目前應(yīng)用較少。電磁式可變電抗器通過改變鐵心的磁阻來改變電感。磁阻大，則電感小；反之，磁阻小，則電感大。電磁式可變電抗器制造工藝簡單，成本較低，在限制過電壓、補償無功功率等方面應(yīng)用潛力大。其主要缺點是響應(yīng)時間長，振動和噪聲較大。電力電子電抗器是近年來研究和開發(fā)出來的一種新型可變電抗器，它采用電磁技術(shù)、電力電子技術(shù)、控制技術(shù)、計算機技術(shù)等，可實現(xiàn)阻抗值的連續(xù)無級可調(diào)。典型代表有晶閘管式電抗器、IGBT式電抗器。這里主要研究晶閘管式電力電子電抗器，它結(jié)合了傳統(tǒng)機械式電抗器和電磁式電抗器的優(yōu)點，對傳統(tǒng)電抗器進行改進，可實現(xiàn)電抗值的連續(xù)無級可調(diào)，且高次諧波較小。
2、電力電子電抗器結(jié)構(gòu)
    傳統(tǒng)的機械式電抗器采用調(diào)節(jié)分接頭式的方式來改變電抗器的電感，僅能實現(xiàn)阻抗的有級變換。這里所述的電力電子電抗器將傳統(tǒng)電抗器與電力電子技術(shù)相結(jié)合,電力電子電抗器將傳統(tǒng)電抗器的單邊繞組結(jié)構(gòu)設(shè)計成雙邊繞組結(jié)構(gòu)，其初級繞組與負載、電網(wǎng)串接、次級繞組與電力電子阻抗變換器相接，通過阻抗變換控制器控制電力電子阻抗變換器的工作狀態(tài)，調(diào)節(jié)電抗變換器次級繞組的電流與阻抗，改變電抗變換器初級繞組的電流和阻抗，實現(xiàn)電抗器的阻抗變換。
3、電力電子電抗器拓撲結(jié)構(gòu)
    電力電子電抗器是一種較典型的可變電抗器。三組兩兩反并聯(lián)的晶閘管構(gòu)成電力電子阻抗變換器，通過控制晶閘管的導(dǎo)通角就可控制電抗器的等效阻抗值。
4、建模與阻抗變換分析
    在Matlab／Simulink中，利用電氣模塊PSB對三相電力電子電抗器進行建模與阻抗變換分析。三相電力電子電抗器仿真模型包括：三相電源模塊、三相可變電抗器模塊、三相晶閘管阻抗變換模塊、脈沖觸發(fā)器模塊、負載模塊等。
設(shè)置電源參數(shù)：電壓峰值為，頻率為50 Hz；電力電子電抗變換器功率：Pn=107VA，fn=50Hz；初級線圈參數(shù)：U1=104V，R1=2 mΩ，L1=0．05H；次級線圈參數(shù)：U2=25×105V，R2=2 mΩ，L2=0．05 H；磁阻Rm=200 Ω；勵磁電感Lm=200 H。晶閘管參數(shù)使用默認值。設(shè)置Series RLC Branch的參數(shù)：R=100 Ω，L=0．05 H；C為inf，此時負載為感性負載。改變α得到仿真數(shù)據(jù)，根據(jù)此數(shù)據(jù)可描點繪出感性負載時α與電力電子電抗器的阻抗模值Z的關(guān)系圖。隨著α的增大，電力電子電抗器初級繞組電壓增大，電流減小，初級繞組阻抗增大，即電力電子電抗器阻抗隨α的增大而增大。
5、結(jié)論
    電力電子電抗器的結(jié)構(gòu)是對傳統(tǒng)機械式可變電抗器結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，這種結(jié)構(gòu)具有高壓與低壓隔離、無源阻抗變換、對元器件的耐壓要求低、阻抗無極調(diào)節(jié)等優(yōu)點。已成功運用于高壓電機軟起動、靜止無功補償器、動態(tài)諧波抑制、風(fēng)機水泵的調(diào)速等方面，具有廣闊的應(yīng)用價值。

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