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電抗器作為電路的基礎(chǔ)元件之一，在電力系統(tǒng)穩(wěn)定、潮流調(diào)控、電機(jī)軟起動和故障抑制等方面有著廣泛的應(yīng)用。固定電抗器雖然能夠解決電力系統(tǒng)的部分問題，但同時也存在一定的缺點(diǎn)，如當(dāng)負(fù)荷變化、新能源的接入導(dǎo)致串聯(lián)線路電壓波動、潮流需要調(diào)控時，固定電抗由于無法動態(tài)調(diào)節(jié)，其電抗值將無法實(shí)現(xiàn)對潮流的控制；同樣對并聯(lián)濾波而言，由固定電抗構(gòu)成的定調(diào)諧濾波裝置難以對頻率變化的諧波進(jìn)行濾除。

可控電抗器逐漸被廣泛研究，可以根據(jù)應(yīng)用場景的需要進(jìn)行電感值調(diào)節(jié)，如動態(tài)調(diào)整無功補(bǔ)償容量達(dá)到改善電能質(zhì)量的目的，同時可控電抗器也能解決投切固定電抗的開關(guān)投資費(fèi)用。應(yīng)用在濾波器上則可以通過對電感值大小的調(diào)節(jié)，完成對不同頻率的諧波濾除。

現(xiàn)有的可控電抗器主要分為傳統(tǒng)可控電抗器、晶閘管控制電抗器、磁控電抗器、脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation, PWM）可控電抗器、超導(dǎo)可控電抗器五大類。

• 傳統(tǒng)可控電抗器即機(jī)械式調(diào)控電抗器，其通過調(diào)節(jié)抽頭從而改變接入系統(tǒng)線圈匝數(shù)或者通過調(diào)節(jié)動鐵心之間的氣隙寬度來使得電感值可控，該類型電抗器電感值離散變化，無法連續(xù)調(diào)節(jié)且動作時間較長，抽頭容易損壞；
• 晶閘管控制電抗器通過控制晶閘管觸發(fā)角的大小從而控制流過電抗器的電流以等效為電感值的變化，該類型在應(yīng)用于高壓環(huán)境中需要多個晶閘管級聯(lián)構(gòu)成，成本較高且電力電子器件會產(chǎn)生一定的諧波；
• 磁控電抗器通過控制鐵心中磁通的大小以改變鐵心磁導(dǎo)率來實(shí)現(xiàn)電感值的可控，其中，助磁式可控電抗器應(yīng)用較為廣泛，但其工作區(qū)域由于鐵心的大面積飽和使得交流繞組中均產(chǎn)生較大的諧波含量且存在較大的噪聲；PWM可控電抗器通過對雙向開關(guān)的控制實(shí)現(xiàn)對電感值的調(diào)控，但控制較為復(fù)雜且成本較高；
• 超導(dǎo)可控電抗器利用超導(dǎo)材料的零電阻、邁斯納效應(yīng)等特性，但其冷卻系統(tǒng)復(fù)雜、成本高，目前難以廣泛應(yīng)用。

針對以上內(nèi)容，有學(xué)者提出了一種如圖1所示的鐵心正交的電抗器結(jié)構(gòu)，但該種電抗器的電感值可調(diào)范圍較小、占用空間較大且不易安裝。

圖1 傳統(tǒng)正交電抗器結(jié)構(gòu)

基于此，武漢大學(xué)等單位的研究人員提出兩種新型緊湊化的正交可控電抗器，具有連續(xù)平滑調(diào)節(jié)的特性。他們根據(jù)鐵心結(jié)構(gòu)將其稱為“十字型”和“豐字型”正交電抗器，如圖2和圖3所示。新型正交可控電抗器相比于傳統(tǒng)正交電抗器結(jié)構(gòu)更為緊湊，電感值的可調(diào)范圍更大；相比于非正交的可控電抗器，正交結(jié)構(gòu)能夠使工作繞組和控制繞組解耦。

圖2 十字型緊湊化正交可控電抗器結(jié)構(gòu)

圖3 豐字型正交可控電抗器結(jié)構(gòu)

圖4 實(shí)驗(yàn)電路及現(xiàn)場接線

?研究人員指出，緊湊化的“十字型”正交電抗器，在使用相同材料及相同的工作條件下，新型結(jié)構(gòu)的電感值調(diào)節(jié)范圍可達(dá)原結(jié)構(gòu)的約2倍。而且，“十字型”正交可控電抗器相較傳統(tǒng)型結(jié)構(gòu)，所占用的立體空間體積減小了53.7%，且更易于放置。而“豐字型”拓?fù)渫ㄟ^增加直流鐵心增大了正交面積和可變磁阻比例，將電感調(diào)節(jié)范圍增大了53.25%，但增加直流鐵心的收益是遞減的。

他們最后表示，新型結(jié)構(gòu)的正交可控電抗器的工作繞組和控制繞組無耦合，可以降低控制回路的設(shè)計難度和成本。

本文編自2022年第2期《電工技術(shù)學(xué)報》，論文標(biāo)題為“緊湊化正交可控電抗器電感調(diào)節(jié)特性”，作者為袁佳歆、陳凡 等。