變壓器式串聯(lián)電抗器(限流電抗器)的含義及其特點(diǎn)

    一、變壓器式串聯(lián)電抗器(限流電抗器)的含義
    我國一次能源與負(fù)荷中心分布不均衡。隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，需要將更大容量的電力輸送到更遠(yuǎn)距離的負(fù)荷中心[1-3]。因此，特高壓、超高壓緊湊型長距離輸電線路的建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大[4-7]，無功平衡與電壓控制問題日益突出[8-10]。為解決上述問題，串聯(lián)電抗器(限流電抗器)的研究受到了眾多科研工作者的關(guān)注，經(jīng)過長期努力，基于不同工作原理的串聯(lián)電抗器(限流電抗器)相繼出現(xiàn)[11-20]。

    變壓器式串聯(lián)電抗器(限流電抗器)（Controllable Reactor ofTransformer type, 串聯(lián)電抗器）具有對外等效電抗能在大范圍內(nèi)快速平滑調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，是一種適用于超高壓長距離輸電線路的無功補(bǔ)償設(shè)備，對于穩(wěn)定線路末端電壓具有重要作用[14]。而在串聯(lián)電抗器(限流電抗器) 的設(shè)計(jì)過程中，為各控制繞組匹配合適的限流電感則是實(shí)現(xiàn)串聯(lián)電抗器(限流電抗器) 給定運(yùn)行性能的關(guān)鍵所在。

    文獻(xiàn)[14]在順次單支路調(diào)節(jié)模式（逐級短路調(diào)節(jié)模式）下，按照電網(wǎng)對諧波電流的要求，確定了調(diào)節(jié)級數(shù)及各級額定容量，然后采用遞推算法求解了各限流電感參數(shù)。然而串聯(lián)電抗器(限流電抗器) 以逐級短路調(diào)節(jié)模式運(yùn)行時(shí)，在大多數(shù)工況下總是讓大容量的控制繞組作為調(diào)節(jié)控制繞組，此時(shí)串聯(lián)電抗器(限流電抗器) 工作繞組電流的諧波含量往往很大。由此可見，逐級短路調(diào)節(jié)模式并非一種性能優(yōu)良的調(diào)節(jié)模式，因此，按照這種模式來確定限流電感參數(shù)顯然不是一種很好的設(shè)計(jì)方案。

    目前，在串聯(lián)電抗器(限流電抗器)諸調(diào)節(jié)模式中，固定單支路調(diào)節(jié)模式[14]（支撐導(dǎo)通法[16]）以其優(yōu)越的諧波性能而受到了廣泛關(guān)注[14,16,17]。當(dāng)串聯(lián)電抗器(限流電抗器) 按照固定單支路調(diào)節(jié)模式運(yùn)行時(shí)，諧波含量要明顯小于逐級短路調(diào)節(jié)模式，因此在固定單支路調(diào)節(jié)模式下研究串聯(lián)電抗器(限流電抗器) 限流電感的合理匹配具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

    但目前已有文獻(xiàn)均是在假定各控制繞組電流之間互不影響的情況下對固定單支路調(diào)節(jié)模式進(jìn)行分析的[14,16,17]，本文將這種情況稱為理想情況。在理想情況下，只要各控制繞組所匹配的限流電感能使各控制繞組單獨(dú)短路時(shí)串聯(lián)電抗器(限流電抗器) 的輸出容量之比為1∶1∶2∶4∶8（5 個(gè)控制繞組），便能很好地實(shí)現(xiàn)固定單支路調(diào)節(jié)模式。但是由于串聯(lián)電抗器(限流電抗器) 各繞組之間不可避免地會存在電磁耦合，各控制繞組的電流總會相互影響，若仍按理想情況來計(jì)算各限流電感，其實(shí)根本無法保證串聯(lián)電抗器(限流電抗器) 在固定單支路調(diào)節(jié)模式下正常運(yùn)行。

    二、變壓器式串聯(lián)電抗器(限流電抗器)的主要特點(diǎn)
    串聯(lián)電抗器(限流電抗器)具有動態(tài)無功補(bǔ)償作用，能使線路末端電壓保持不變，因此，本文直接用串聯(lián)電抗器(限流電抗器) 的工作繞組電流基波分量有效值來表示串聯(lián)電抗器(限流電抗器) 的輸出容量。此外，起補(bǔ)償作用的是串聯(lián)電抗器(限流電抗器) 工作繞組電流中的基波無功電流，由于本文忽略了所有電阻，因此，工作繞組的基波電流全部為無功電流。

    對于固定單支路調(diào)節(jié)模式，其基本原理就是在串聯(lián)電抗器(限流電抗器)運(yùn)行時(shí)的任何工況下，始終只允許容量最小的一個(gè)控制繞組所串聯(lián)的反并聯(lián)晶閘管的觸發(fā)延遲角介于0 ～π/2（稱為調(diào)節(jié)繞組）之間，而其余各繞組反并聯(lián)晶閘管的觸發(fā)延遲角要么為0（稱為短路繞組），要么為π/2（稱為截止繞組）。不考慮鐵心磁化曲線的非線性，忽略所有電阻。若某一時(shí)刻串聯(lián)電抗器(限流電抗器)所有控制繞組的反并聯(lián)晶閘管均處于導(dǎo)通狀態(tài)。

    本文將導(dǎo)出固定單支路調(diào)節(jié)模式下串聯(lián)電抗器(限流電抗器)工作繞組基波電流有效值的計(jì)算公式，并給出調(diào)節(jié)過程及容量區(qū)間的概念；然后基于固定單支路調(diào)節(jié)模式的切換流程，根據(jù)輸出容量全程連續(xù)且容量區(qū)間重疊最小的原則，建立了非線性優(yōu)化模型，并尋優(yōu)求解，得出了各限流電感參數(shù)的合理取值。