一种互感型限流电抗器的制作方法

本发明涉及可调电抗器技术领域，特别是涉及一种互感型限流电抗器。

背景技术：

随着电网规模的日益扩大，各种分布式能源接入电网，电网互联程度大大增加，电网的故障限流水平已经接近现有断路器遮断容量的上限，因此，为了有效限制短路电流的大小，提高短路容量，电力系统故障限流器(fcl)应运而生。以fcl为代表的主动动作型的限流器是在电网正常运行期间，呈现出小电抗特性；当电网发生故障时，立即转变为大阻抗，将故障电流限制到较低水平，实现了故障限流的动态控制。

现有的限流器大致可以分为如下几种：

(1)超导型故障限流器，失超型超导限流器利用超导体的超导/正常(s/n)态的转变(即温度、磁场或电流超过临界值时，超导体将由无阻态转移到高阻态)。其缺点是由于需要冷却装置不间断对装置冷却，成本很高，且恢复超导时间过长，容易对系统自动重合闸装置造成误动作。

(2)固态限流器，固态限流器是利用电力电子技术开发的一种新型短路限流器，一般由常规电抗器、电力电子器件和控制器构成，可以根据需要构成许多不同拓扑结构，具有动作速度快，允许动作次数多，控制简便等优点。但由于收到器件容量的限制，难以与其他控制系统协调配合。

(3)串联谐振限流器，联谐振限流器(seriesresonancefcl)，又称“基于晶闸管保护的串联补偿限流器”(tpscbasedfcl)，是目前唯一可用于超高压电网的限流器。串联谐振限流器的工作原理是：将串联电容器组与限流电抗器调整到工频谐振状态，使正常运行时阻抗接近零；发生短路故障时，与电容器组并联的快速旁路保护装置(包括晶闸管阀、moa、可控放电间隙等)迅速将电容器组旁路，使电抗器插入线路发挥限流作用，其可控性高，且当电网正常运行时，消耗能量较小。但若要应用于高压大电网时，需要多个元件串并联，制造难度大，成本高。

为了改善以上限流器的缺点，一些学者提出了一种能自动均流/限流的并联断路器方案，该方案中并联型断路器的两个灭弧室并联运行，共同承担系统的短路电流，但由于其均流条件要求两个灭弧室的性能一致，且对于互感器的匝数比有限制。

技术实现要素：

本发明提供一种互感型限流电抗器，用以解决现有限流电抗器存在的工作过程复杂的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种互感型限流电抗器，其特征在于，包括：互感器，断路器，以及电流检测器；

所述互感器的一次侧的一端用于外接电网的输出端、另一端用于外接负载，所述互感器的二次侧连接所述断路器的输出端，所述断路器的输入端与所述电流检测器的输出端连接，所述电流检测器的输入端用于外接所述电网的输出端；

其中，所述电流检测器用于实时采集所述电网的输出电流，并判断所述输出电流是否小于预设电流阈值，若是，控制所述断路器处于闭合状态，以使所述二次侧处于短路状态，若否，控制所述断路器断开，以使所述二次侧处于开路状态。

本发明的有益效果是：当输出电流小于预设电流阈值时即电网正常工作，向所述二次侧供电，互感器表现出漏阻抗，数值比较小，对电网运行不产生影响；当输出电流大于预设电流阈值时即电网短路时，停止向二次侧供电，互感器表现出励磁阻抗，降低电网的电流大小，电流检测器及其连接方式和控制过程，实现了限流电抗器对电网电流的自动控制。其次，本发明未通过分流的形式去限制短路电流，避免了现有分流控制导致的一次侧和二次侧匝数比受限的问题，且不需要调节向二次侧输入的电流大小，只需控制断路器开启和断开，操作方便。另外，本发明提供的限流电抗器，相比较现有电抗器，结构简单，成本低，操作方便。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述电流检测器包括：依次连接的电流采集单元、电流比较器和运算放大器；

其中，所述电流采集单元，其输入端为所述电流检测器的输入端，用于采集所述电网的输出电流；

所述电流比较器用于判断所述输出电流是否小于预设电流阈值，若是，生成闭合所述断路器的第一控制信号并发送至所述运算放大器，若否，生成断开所述断路器的第二控制信号并发送至所述运算放大器；

所述运算放大器，其输出端为所述电流检测器的输出端，用于对所述第一控制信号和所述第二控制信号进行运算放大处理并发送至所述断路器。

本发明的进一步有益效果是：基于该电流检测器，可根据实际需要，改变预设电流阈值，适用于多种工况。

进一步，所述互感器为带气隙的铁芯。

本发明的进一步有益效果是：与现有的可调电抗器相比，首先当互感器为带气隙的铁芯，由于铁芯气隙可以避免在交流大信号或直流偏置下的磁饱和现象，因此，该磁通可控的可调限流电抗器没有饱和现象，更好地控制电感量，对高低压系统均可用，应用范围广，当一次侧绕组串接于电网与负载之间，对电网而言可相当于一可调电抗，因此不会造成谐波污染，并可以实现电抗值的无级可调，阻抗线性度好。其次，气隙不影响铁芯原本的特性，且可加大工作的磁通密度和饱和磁通密度。另外，气隙主要是为了减少铁芯在不对称磁场状态下工作时的剩磁，而且气隙越大，线圈电流降为零时铁芯的剩磁越小，这与同体积的铁芯相比，可输出更大的功率。

进一步，所述互感器的电感l＝w1²μa/l，式中，μ为所述互感器的磁导率，a为所述互感器的截面积，l为平均磁路长度，w1为所述一次侧的绕组的匝数。

附图说明

图1为本发明一个实施例提供的一种互感型限流电抗器的结构示意图；

图2为图1对应的一种等效电路图：

图3为图1对应的另一种等效电路图；

图4为本发明另一个实施例提供的一种互感型限流电抗器的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例一

一种互感型限流电抗器100，包括：互感器，断路器，以及电流检测器。其中，互感器的一次侧的一端用于外接电网的输出端、另一端用于外接负载，互感器的二次侧连接断路器的输出端，断路器的输入端与电流检测器的输出端连接，电流检测器的输入端用于外接电网的输出端；电流检测器用于实时采集电网的输出电流，并判断输出电流是否小于预设电流阈值，若是，控制断路器处于闭合状态，以使二次侧处于短路状态，若否，控制断路器断开，以使二次侧处于开路状态。

需要说明的是，图中箭头指向代表电网的输出电流流向。当通过互感器的二次侧采用有源的方式注入一个与一次侧电流频率相同、相位相反的电流，通过改变限流电抗器的二次侧注入电流的大小，可实现限流电抗器的主磁通的连续可调，从而实现限流电抗器的一次侧阻抗的连续可调。由于现有技术一般通过分流的连接方式，因此通过有源输入电流的方式，实现对电网的限流控制，该种方法需要对一次侧和二次侧的匝数比进行限制，且需要有源输入，调节电流大小。

将图1所示的电路等效，从一次侧即(ax端口)看进去的等效电路如图2所示，为一次侧的电流，r1为一次侧等效电阻，x1为一次侧等效感抗，j为复数，zm＝rm+jxm为互感器的励磁阻抗，即气隙体现的阻抗。r2′为二次侧根据磁动势守恒原理折算到一次侧的电阻，x2′为折算到一次侧的感抗，为折算到一次侧的二次侧电流，为二次侧电压，z1＝r1+jx1为一次侧ax线圈的漏阻抗，z′2＝r′2+jx′2为互感器二次侧折算到一次侧的漏阻抗；zm＝rm+jxm为互感器励磁阻抗。

设在此限流电抗器的铁芯上一次侧绕组ax的匝数为w1，二次侧绕组ax的匝数为w2，则一次侧与二次侧的匝比k＝w1/w2。若将此限流电抗器的一次侧ax串联接在电网中，则在其一次侧便有电流流过。则通过限流电抗器中电流检测器的电流为比较与预设电流阈值的大小关系来决定断路器的通断状态。

当互感器空载运行时，铁芯中建立了的空载磁势，由此空载磁势产生的主磁通φmn，该主磁通在互感器一次侧产生的感生电动势而电抗器一次侧电压方程为：

当电网正常运行时，如图2所示，由于zm和z2并联，z2远小于zm，电网的输出电流经过z1后，主要通过z2′到达负载，整个限流器接入电路的阻抗仅为电感器的漏阻抗，即zeq＝z1+z′2，数值很小，对电路正常运行几乎不产生影响，能耗极小；当电网发生短路后，断路器断开，z2不通，如图3所示，电网的输出电流的流经方向从z1到达zm，电感器表现出励磁阻抗，因而可以有效限制电路的短路电流。

本实施例，当电网正常工作时，互感器仅仅表现出漏阻抗，当电网发生短路时，互感器表现出励磁阻抗，因此本实施例仅通过一个支路的连接方式进行控制，一次侧和二次侧的匝数比不受限制，且不需要对阻抗进行连续调节，即不需要调节有源输入的电流大小，只需要在有源输入的电流最大值与电流最小值两个挡位之间进行开启和断开的切换即可，操作方便。

当输出电流小于预设电流阈值时即电网正常工作，向所述二次侧供电，互感器表现出漏阻抗，数值比较小，对电网运行不产生影响；当输出电流大于预设电流阈值时即电网短路时，停止向二次侧供电，互感器表现出励磁阻抗，降低电网的电流大小，电流检测器及其连接方式和控制过程，实现了限流电抗器对电网电流的自动控制。其次，本发明未通过分流的形式去限制短路电流，避免了现有分流控制导致的一次侧和二次侧匝数比受限的问题，且不需要调节向二次侧输入的电流大小，只需控制断路器开启和断开，操作方便。另外，本发明提供的限流电抗器，相比较现有电抗器，结构简单，成本低。

优选的，如图4所示，电流检测器包括：依次连接的电流采集单元、电流比较器和运算放大器。其中，电流采集单元，其输入端为电流检测器的输入端，用于采集电网的输出电流；电流比较器用于判断输出电流是否小于预设电流阈值，若是，生成闭合断路器的第一控制信号并发送至运算放大器，若否，生成断开断路器的第二控制信号并发送至运算放大器；运算放大器，其输出端为电流检测器的输出端，用于对第一控制信号和第二控制信号进行运算放大处理并发送至断路器。

基于该电流检测器，可根据实际需要，改变预设电流阈值，适用于多种工况。

优选的，互感器为带气隙的铁芯。

本实施例，与现有的可调电抗器相比，首先当互感器为带气隙的铁芯，由于铁芯气隙可以避免在交流大信号或直流偏置下的磁饱和现象，因此，该磁通可控的可调限流电抗器没有饱和现象，更好地控制电感量，对高低压系统均可用，应用范围广，且不产生谐波，并可以实现电抗值的无级可调，阻抗线性度好。其次，气隙不影响铁芯原本的特性，且可加大工作的磁通密度和饱和磁通密度。另外，气隙主要是为了减少铁芯在不对称磁场状态下工作时的剩磁，而且气隙越大，线圈电流降为零时铁芯的剩磁越小，这与同体积的铁芯相比，可输出更大的功率。

优选的，从工程观点来看，置于线性磁煤质中的线圈电感只和线圈及其匝导体的形状、尺寸有关，而和电流大小无关。因此，所述互感器的电感可以利用长螺线管的自感公式等价计算，电感大小为l＝w1²μa/l，式中，μ为所述互感器的磁导率，a为所述互感器的截面积，l为平均磁路长度，w1为所述一次侧的绕组的匝数。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。