摘要：本文針對(duì)現(xiàn)有磁控電杭器的暫態(tài)相應(yīng)時(shí)間很長(zhǎng)，不能滿足電力系統(tǒng)要求的問(wèn)題，提出一種快速響應(yīng)的新型磁控電杭器，并基于MATLAB/ Simulink構(gòu)建新型磁控電杭器仿真模型，對(duì)新型磁控電抗器進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果表明，新型磁控電杭器不但上升調(diào)節(jié)響應(yīng)速度很快，而且下降調(diào)節(jié)響應(yīng)速度也很快。

    0 引言
    磁控電抗器（Magnetically Controllable Reactor、MCR）是一種電抗值可連續(xù)調(diào)節(jié)的電抗器，在電力系統(tǒng)中有著廣泛應(yīng)用。但現(xiàn)有磁控電抗器的性能欠佳，不能滿足電力系統(tǒng)需求。提出了磁控電抗器新方案，以提高磁控電抗器性能。提出了一種快速響應(yīng)磁控電抗器，該快速響應(yīng)磁控電抗器是在傳統(tǒng)磁控電抗器基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的，可有效提高磁控電抗器從大電抗值調(diào)節(jié)到小電抗值的調(diào)節(jié)響應(yīng)速度，但從小電抗值調(diào)節(jié)到大電抗值仍然采用傳統(tǒng)方法，效果不好。為此，本文提出一種新型快速響應(yīng)磁控電抗器，并利用MATLAB/Simulink軟件進(jìn)行仿真分析。

    1 新型磁控電抗器結(jié)構(gòu)與原理
    圖1（a）是本文提出的新型快速響應(yīng)磁控電抗器的一種結(jié)構(gòu)，為表述方便，稱為第一種磁控電抗器。圖1（b）是本文提出的新型快速響應(yīng)磁控電抗器的另一種結(jié)構(gòu)，為表述方便，稱為第二種磁控電抗器。圖1中，1、2是新型磁控電抗器的兩端；3是新型磁控電抗器閉環(huán)鐵心；D1、D2是晶閘管，控制電路4控制晶閘管觸發(fā)角的大小；D4、D5是大功率穩(wěn)壓管。線圈L1～線圈以匝數(shù)都等于同電壓等級(jí)變壓器線圈匝數(shù)的1/2。線圈L5、線圈L6匝數(shù)相等，但與其它線圈不相等，以便晶閘管D1、D2兩端獲得交流電壓。一般情況下，磁控電抗器線圈L5、線圈L6匝數(shù)是線圈L3、線圈L4匝數(shù)的0.98倍或1.02倍。第一種磁控電抗器的D3是晶閘管，第二種磁控電抗器的D3是二級(jí)管。

    第一種磁控電抗器正常、穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，晶閘管D3由控制電路4觸發(fā)全導(dǎo)通，晶閘管D3實(shí)際起到了續(xù)流二極管的作用。
    第二種磁控電抗器正常、穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，IGBT由控制電路4控制全導(dǎo)通，電阻不起作用，二極管D3實(shí)際起到了續(xù)流二極管的作用。
    在新型磁控電抗器的1、2兩端加額定交流電壓，線圈L1～線圈L4兩端的電壓都等于1/2額定電壓，且都流過(guò)勵(lì)磁電流。由于線圈L5（線圈L6）匝數(shù)是線圈L3（線圈L4）匝數(shù)的0.98倍，因此線圈L5（線圈L6）兩端電壓比磁控電抗器1、2兩端額定交流電壓小1%，晶閘管D1、D2兩端有交流電壓，該電壓是額定電壓的1%。
    如果晶閘管D1、D2截止，線圈L5、線圈L6沒(méi)有直流電流，那么新型磁控電抗器閉環(huán)鐵心不會(huì)飽和，線圈L1～線圈L4流過(guò)的是勵(lì)磁電流，新型磁控電抗器呈現(xiàn)最大電抗Zmax。
    如果晶閘管D1、D2被觸發(fā)為全導(dǎo)通，晶閘管D1、D2構(gòu)成半波整流電路。從圖1可看出，線圈L5、線圈1、2的直流電流向下流，線圈L6、線圈L1的直流電流向上流。但是，線圈L3、線圈L4的旁路作用，使線圈L5的直流電流與線圈L2的直流電流大小不相等，線圈L6的直流電流與線圈L1的直流電流大小不相等。因?yàn)榫�圈L1與線圈L5處于同一鐵心柱上，所以線圈L5直流電流在鐵心柱中產(chǎn)生的磁通被線圈L1直流電流產(chǎn)生的磁通抵消一部分，還剩余一部分。同理，線圈L2與線圈L6處于同一鐵心柱上，所以線圈L6直流電流在鐵心柱中產(chǎn)生的磁通被線圈L2直流電流產(chǎn)生的磁通抵消一部分，還剩余一部分。剩余的直流磁通在線圈L5、線圈L6所在的兩鐵心柱之間形成直流磁通閉環(huán)。此時(shí)，新型磁控電抗器鐵心柱出現(xiàn)飽和，線圈L1～線圈L4呈現(xiàn)較大的過(guò)勵(lì)磁電流，新型磁控電抗器呈現(xiàn)最小電抗Zmin。
    通過(guò)調(diào)節(jié)新型磁控電抗器晶閘管D1、D2觸發(fā)角的大小，可控制線圈L5、線圈1、6中直流電流的大小，從而調(diào)節(jié)新型磁控電抗器鐵心的飽和程度。新型磁控電抗器電抗值可在Zmin～Zmax間變化。
    如果新型磁控電抗器從大電抗值調(diào)節(jié)到小電抗值，第一種磁控電抗器的晶閘管D3的狀態(tài)與新型磁控電抗器正常、穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)一樣，不變，仍然由控制電路4觸發(fā)晶閘管D3全導(dǎo)通，晶閘管D3仍然是續(xù)流二極管的作用。
    新型磁控電抗器從大電抗值調(diào)節(jié)到小電抗值的過(guò)程中，線圈L1直流電流的流通方向與線圈L5直流電流的流通方向相反，線圈L1電流的暫態(tài)過(guò)程與線圈L5電流的暫態(tài)過(guò)程對(duì)沖；線圈L2直流電流的流通方向與線圈L6直流電流的流通方向相反，線圈L2電流的暫態(tài)過(guò)程與線圈L6電流的暫態(tài)過(guò)程對(duì)沖。試驗(yàn)表明，同一鐵心柱上的兩線圈電流方向發(fā)生對(duì)沖，可縮短電流暫態(tài)過(guò)程，加快磁控電抗器響應(yīng)速度。
    第一種（第二種）磁控電抗器從小電抗值調(diào)節(jié)到大電抗值的過(guò)程中，控制電路4調(diào)節(jié)晶閘管D1、D2的觸發(fā)角的同時(shí)，調(diào)節(jié)晶閘管D3 （IGBT）觸發(fā)角使其導(dǎo)通不暢或截止。此時(shí)，晶閘管D3 （IGBT）兩端產(chǎn)生的過(guò)電壓將被大功率穩(wěn)壓管D4、D5限制。一方面，大功率穩(wěn)壓管D4、D5可保護(hù)晶閘管D3 （IGBT），使其不會(huì)因過(guò)電壓而損毀；另一方面，大功率穩(wěn)壓管D4、D5在過(guò)電壓時(shí)流過(guò)電流，將消耗能量（對(duì)于第二種磁控電抗器，IGBT兩端電壓上升，與IGBT并聯(lián)的電阻R也消耗能量），從而縮短第一種（第二種）磁控電抗器從小電抗值調(diào)節(jié)到大電抗值時(shí)的暫態(tài)響應(yīng)時(shí)間，加快響應(yīng)速度。

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