·上一文章：详解变频空调器的主要器件
·下一文章：三级联调治理技术在农村电网低电压中的应用
摘要：本文针对现有磁控电杭器的暂态相应时间很长，不能满足电力系统要求的问题，提出一种快速响应的新型磁控电杭器，并基于MATLAB/ Simulink构建新型磁控电杭器仿真模型，对新型磁控电抗器进行仿真。仿真结果表明，新型磁控电杭器不但上升调节响应速度很快，而且下降调节响应速度也很快。
0 引言
磁控电抗器（Magnetically Controllable Reactor、MCR）是一种电抗值可连续调节的电抗器，在电力系统中有着广泛应用。但现有磁控电抗器的性能欠佳，不能满足电力系统需求。提出了磁控电抗器新方案，以提高磁控电抗器性能。提出了一种快速响应磁控电抗器，该快速响应磁控电抗器是在传统磁控电抗器基础上进行改进的，可有效提高磁控电抗器从大电抗值调节到小电抗值的调节响应速度，但从小电抗值调节到大电抗值仍然采用传统方法，效果不好。为此，本文提出一种新型快速响应磁控电抗器，并利用MATLAB/Simulink软件进行仿真分析。
1 新型磁控电抗器结构与原理
图1（a）是本文提出的新型快速响应磁控电抗器的一种结构，为表述方便，称为第一种磁控电抗器。图1（b）是本文提出的新型快速响应磁控电抗器的另一种结构，为表述方便，称为第二种磁控电抗器。图1中，1、2是新型磁控电抗器的两端；3是新型磁控电抗器闭环铁心；D1、D2是晶闸管，控制电路4控制晶闸管触发角的大小；D4、D5是大功率稳压管。线圈L1～线圈以匝数都等于同电压等级变压器线圈匝数的1/2。线圈L5、线圈L6匝数相等，但与其它线圈不相等，以便晶闸管D1、D2两端获得交流电压。一般情况下，磁控电抗器线圈L5、线圈L6匝数是线圈L3、线圈L4匝数的0.98倍或1.02倍。第一种磁控电抗器的D3是晶闸管，第二种磁控电抗器的D3是二级管。
第一种磁控电抗器正常、稳定运行时，晶闸管D3由控制电路4触发全导通，晶闸管D3实际起到了续流二极管的作用。
第二种磁控电抗器正常、稳定运行时，IGBT由控制电路4控制全导通，电阻不起作用，二极管D3实际起到了续流二极管的作用。
在新型磁控电抗器的1、2两端加额定交流电压，线圈L1～线圈L4两端的电压都等于1/2额定电压，且都流过励磁电流。由于线圈L5（线圈L6）匝数是线圈L3（线圈L4）匝数的0.98倍，因此线圈L5（线圈L6）两端电压比磁控电抗器1、2两端额定交流电压小1%，晶闸管D1、D2两端有交流电压，该电压是额定电压的1%。
如果晶闸管D1、D2截止，线圈L5、线圈L6没有直流电流，那么新型磁控电抗器闭环铁心不会饱和，线圈L1～线圈L4流过的是励磁电流，新型磁控电抗器呈现最大电抗Zmax。
如果晶闸管D1、D2被触发为全导通，晶闸管D1、D2构成半波整流电路。从图1可看出，线圈L5、线圈1、2的直流电流向下流，线圈L6、线圈L1的直流电流向上流。但是，线圈L3、线圈L4的旁路作用，使线圈L5的直流电流与线圈L2的直流电流大小不相等，线圈L6的直流电流与线圈L1的直流电流大小不相等。因为线圈L1与线圈L5处于同一铁心柱上，所以线圈L5直流电流在铁心柱中产生的磁通被线圈L1直流电流产生的磁通抵消一部分，还剩余一部分。同理，线圈L2与线圈L6处于同一铁心柱上，所以线圈L6直流电流在铁心柱中产生的磁通被线圈L2直流电流产生的磁通抵消一部分，还剩余一部分。剩余的直流磁通在线圈L5、线圈L6所在的两铁心柱之间形成直流磁通闭环。此时，新型磁控电抗器铁心柱出现饱和，线圈L1～线圈L4呈现较大的过励磁电流，新型磁控电抗器呈现最小电抗Zmin。
通过调节新型磁控电抗器晶闸管D1、D2触发角的大小，可控制线圈L5、线圈1、6中直流电流的大小，从而调节新型磁控电抗器铁心的饱和程度。新型磁控电抗器电抗值可在Zmin～Zmax间变化。
如果新型磁控电抗器从大电抗值调节到小电抗值，第一种磁控电抗器的晶闸管D3的状态与新型磁控电抗器正常、稳定运行时一样，不变，仍然由控制电路4触发晶闸管D3全导通，晶闸管D3仍然是续流二极管的作用。
新型磁控电抗器从大电抗值调节到小电抗值的过程中，线圈L1直流电流的流通方向与线圈L5直流电流的流通方向相反，线圈L1电流的暂态过程与线圈L5电流的暂态过程对冲；线圈L2直流电流的流通方向与线圈L6直流电流的流通方向相反，线圈L2电流的暂态过程与线圈L6电流的暂态过程对冲。试验表明，同一铁心柱上的两线圈电流方向发生对冲，可缩短电流暂态过程，加快磁控电抗器响应速度。
第一种（第二种）磁控电抗器从小电抗值调节到大电抗值的过程中，控制电路4调节晶闸管D1、D2的触发角的同时，调节晶闸管D3 （IGBT）触发角使其导通不畅或截止。此时，晶闸管D3 （IGBT）两端产生的过电压将被大功率稳压管D4、D5限制。一方面，大功率稳压管D4、D5可保护晶闸管D3 （IGBT），使其不会因过电压而损毁；另一方面，大功率稳压管D4、D5在过电压时流过电流，将消耗能量（对于第二种磁控电抗器，IGBT两端电压上升，与IGBT并联的电阻R也消耗能量），从而缩短第一种（第二种）磁控电抗器从小电抗值调节到大电抗值时的暂态响应时间，加快响应速度。
