電力電子電抗器拓撲結構與阻抗變換分析

摘要：可變電抗器是電力系統中調壓調功控制、諧波治理和無功補償的關鍵設備。電力電子電抗器是一種新型的可變電抗器，它采用電磁技術、電力電子技術、控制技術、計算機技術等實現阻抗值的連續可調。這里介紹了電力電子電抗器的拓撲結構，分析了其阻抗變換原理，對其阻抗變換進行了仿真，并將其應用在電機軟起動中，給出了實驗結果。仿真及實驗結果表明，基于電力電子電抗器阻抗可連續變化的特性，可將其應用在電機軟起動、無功補償、諧波抑制等方面，具有良好的應用前景。
關鍵詞：電抗器；阻抗變換；軟起動

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結構如圖1所示。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，其結構如圖2所示。

對比圖1，2知，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。