摘  要： 簡要介紹了磁閥式可控電抗器（MCR）的結(jié)構(gòu)和工作原理，通過對磁飽和技術(shù)進(jìn)行分析，指出了影響磁閥式可控電抗器響應(yīng)時(shí)間的直接因素，并據(jù)此提出了提高響應(yīng)速度的方法以及這些方法的優(yōu)劣性和可行性。
關(guān)鍵詞： 磁閥式可控電抗器；響應(yīng)時(shí)間；磁飽和

　磁閥式可控電抗器MCR（Magnetically Controlled Reactor）型動態(tài)無功補(bǔ)償裝置（SVC）作為近年來受到廣泛關(guān)注的動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，具有可靠性高、壽命長、維護(hù)簡單、適用電壓范圍廣、產(chǎn)生諧波小和成本較低等顯著優(yōu)點(diǎn)[1-2]，很好地克服了晶閘管控制電抗器（TCR）型動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的諸多缺點(diǎn)。作為MCR型SVC的核心部分，磁閥式可控電抗器本身的性能很大程度上決定了整個(gè)動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的性能[3]，相比于TCR的直接控制晶閘管導(dǎo)通角調(diào)節(jié)電抗器容量的技術(shù)，磁閥式可控電抗器采用的是磁飽和技術(shù)控制電抗器容量的變化，受磁飽和響應(yīng)時(shí)間的影響，整個(gè)動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的響應(yīng)時(shí)間就成為了一個(gè)不可忽視的問題。
1 磁閥式可控電抗器的電路分析
1.1 結(jié)構(gòu)原理和等效電路
　圖1為MCR的結(jié)構(gòu)原理圖，關(guān)于MCR的結(jié)構(gòu)原理，參考文獻(xiàn)[4]和[5]中都有詳細(xì)說明。

　在MCR工作過程中，只有小截面段鐵芯處于磁飽和狀態(tài)，其余段均處于未飽和的線性狀態(tài)，輪流觸發(fā)導(dǎo)通晶閘管K1和K2，產(chǎn)生直流控制電流，控制鐵芯的飽和程度，從而達(dá)到控制電抗器容量的目的。
1.2 響應(yīng)時(shí)間
　磁閥式可控電抗器的響應(yīng)時(shí)間指的是電抗器容量從空載變化到額定值時(shí)所需的調(diào)節(jié)時(shí)間?？煽仉娍蛊鞯捻憫?yīng)時(shí)間由下式確定[6]：

1.3 有功損耗
　由于磁閥式可控電抗器的品質(zhì)因數(shù)在100以上，因此其繞組電阻值相對來說很小。大量的計(jì)算和實(shí)測數(shù)據(jù)表明，磁閥式可控電抗器的有功損耗與無功功率的比值只與其抽頭比δ有關(guān)：

　但是，在某些應(yīng)用中（如抑制沖擊負(fù)荷引起的電壓閃變和波動、自動調(diào)諧消弧線圈等）要求動補(bǔ)裝置具有很快的響應(yīng)速度，要在幾個(gè)甚至1個(gè)工頻周期內(nèi)達(dá)到額定工作狀態(tài)。而磁閥式可控電抗器的最快響應(yīng)時(shí)間為10個(gè)工頻周期，難以達(dá)到控制要求，因此必須縮短響應(yīng)時(shí)間。
3 縮短響應(yīng)時(shí)間的方法
3.1 增加直流控制電壓
　磁閥式可控電抗器的響應(yīng)時(shí)間雖然與δ成反比，但實(shí)際上影響響應(yīng)時(shí)間的直接因素是鐵芯飽和度（或鐵芯磁導(dǎo)率μ）達(dá)到定值的時(shí)間，即控制回路直流電流達(dá)到定值的時(shí)間。可控電抗器容量隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度直流分量的增減而增減，控制回路中直流電流越大，鐵芯中磁感應(yīng)強(qiáng)度的直流分量到達(dá)定值的時(shí)間就越短，可控電抗器的響應(yīng)時(shí)間就越短。而在控制回路中增加直流電流最直接的方法就是增加直流控制電壓。
3.1.1 增大抽頭比來增加直流控制電壓

　顯然，磁閥式可控電抗器在空載時(shí)相當(dāng)于自耦變壓器，增加抽頭比就可以增加控制電壓。當(dāng)然，增加抽頭比會導(dǎo)致電抗器有功損耗的增加，然而通過控制晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間可以有效地減少有功損耗。



　但是，利用電容放電提高響應(yīng)速度存在著明顯的缺點(diǎn)：（1）充電電容器和可控電抗器控制繞組的連接問題；（2）充電電容器的初始電壓要很大，如何充電的問題；（3）充電電容器放電只適合電抗器一開始的響應(yīng)，在負(fù)載無功功率變化過程中的動態(tài)響應(yīng)時(shí)間不能夠靠電容器放電來提高；（4）外加直流電源、晶閘管等使線路和控制變得更加復(fù)雜。因此，目前來看，該方法并不能應(yīng)用于實(shí)際電抗器當(dāng)中。
3.3 外加直流勵磁繞組
　外加直流勵磁繞組即在響應(yīng)時(shí)間段加入直流勵磁繞組來縮短響應(yīng)時(shí)間，這和增加直流控制電壓來縮短響應(yīng)時(shí)間的方法在原理上是類似的。可控電抗器的復(fù)勵式結(jié)構(gòu)如圖7所示，其中，直流勵磁繞組產(chǎn)生的磁通可在兩鐵芯內(nèi)閉合，無需第3個(gè)鐵芯構(gòu)成閉合回路。直流勵磁控制系統(tǒng)一方面在K1和K2導(dǎo)通時(shí)產(chǎn)生相同方向的助磁，另一方面，當(dāng)K1和K2的導(dǎo)通角調(diào)整時(shí)也要產(chǎn)生相應(yīng)的助磁或去磁，要求直流勵磁控制電路能夠及時(shí)地通斷，能對勵磁程度和方向進(jìn)行快速地調(diào)整和改變，這對檢測回路和控制回路都有很高的要求。此外，由于外加了直流勵磁繞組，使得電抗器的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。

　磁閥式可控電抗器在動態(tài)無功補(bǔ)償領(lǐng)域中起到了越來越重要的作用，然而在某些需要快速無功補(bǔ)償?shù)膱龊?，磁閥式可控電抗器的響應(yīng)時(shí)間是制約其應(yīng)用的主要因素。本文根據(jù)影響磁閥式可控電抗器響應(yīng)時(shí)間的直接因素，提出了幾種提高響應(yīng)速度的方法，并通過仿真探討了這些方法的優(yōu)劣性和可行性。
參考文獻(xiàn)
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[6] 陳柏超.新型可控飽和電抗器的理論及應(yīng)用[M].武漢：武漢水利電力大學(xué)出版社，1999.