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產品知識

電力電子電抗器拓撲結構與阻抗變換分析

1、引言
    電抗器按其特性可分為固定電抗器和可變電抗器。隨著電力系統的發展，在很多場合都希望電抗器的電抗值能夠實時調節。可變電抗器經歷了從機械式到電磁式，再到電力電子式的發展過程。機械式可調電抗器結構簡單，線性度好，但不能實現電感的平滑調節，目前應用較少。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用潛力大。其主要缺點是響應時間長，振動和噪聲較大。電力電子電抗器是近年來研究和開發出來的一種新型可變電抗器，它采用電磁技術、電力電子技術、控制技術、計算機技術等，可實現阻抗值的連續無級可調。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，它結合了傳統機械式電抗器和電磁式電抗器的優點，對傳統電抗器進行改進，可實現電抗值的連續無級可調，且高次諧波較小。
2、電力電子電抗器結構
    傳統的機械式電抗器采用調節分接頭式的方式來改變電抗器的電感，僅能實現阻抗的有級變換。這里所述的電力電子電抗器將傳統電抗器與電力電子技術相結合,電力電子電抗器將傳統電抗器的單邊繞組結構設計成雙邊繞組結構，其初級繞組與負載、電網串接、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，調節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，實現電抗器的阻抗變換。
3、電力電子電抗器拓撲結構
    電力電子電抗器是一種較典型的可變電抗器。三組兩兩反并聯的晶閘管構成電力電子阻抗變換器，通過控制晶閘管的導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、脈沖觸發器模塊、負載模塊等。
設置電源參數：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：U1=104V，R1=2 mΩ，L1=0．05H；次級線圈參數：U2=25×105V，R2=2 mΩ，L2=0．05 H；磁阻Rm=200 Ω；勵磁電感Lm=200 H。晶閘管參數使用默認值。設置Series RLC Branch的參數：R=100 Ω，L=0．05 H；C為inf，此時負載為感性負載。改變α得到仿真數據，根據此數據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、結論
    電力電子電抗器的結構是對傳統機械式可變電抗器結構的創新，這種結構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、阻抗無極調節等優點。已成功運用于高壓電機軟起動、靜止無功補償器、動態諧波抑制、風機水泵的調速等方面，具有廣闊的應用價值。

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