電力電子電抗器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與阻抗變換分析

摘要：可變電抗器是電力系統(tǒng)中調(diào)壓調(diào)功控制、諧波治理和無功補償?shù)年P(guān)鍵設(shè)備。電力電子電抗器是一種新型的可變電抗器，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)等實現(xiàn)阻抗值的連續(xù)可調(diào)。這里介紹了電力電子電抗器的結(jié)構(gòu)，分析了其阻抗變換原理，對其阻抗變換進行了仿真，并將其應(yīng)用在電機軟起動中，給出了實驗結(jié)果。仿真及實驗結(jié)果表明，基于電力電子電抗器阻抗可連續(xù)變化的特性，可將其應(yīng)用在電機軟起動、無功補償、諧波抑制等方面，具有良好的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：電抗器；阻抗變換；軟起動

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)的機械式電抗器結(jié)構(gòu)如圖1所示。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，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

對比圖1，2知，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(fù)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。