论文总字数：19103字

目 录

摘要 1

Abstract 2

1绪论 3

1.1论文背景及意义 3

1.2国内外研究现状 4

1.3磁饱和式可控电抗器的应用 6

1.4 发展过程中的难点与趋势 7

1.5论文的主要工作 8

2工作原理及特性分析 8

2.1可控电抗器的分类 8

2.2磁饱和式可控电抗器结构 9

2.3电磁感应定律 11

2.4 磁滞回线（B-H曲线） 11

2.5工作原理 12

2.6基于Matlab/Simulink的仿真 16

2.7模块介绍 16

3基于MATLAB的MCSR仿真模型 16

3.1等效物理模型图 17

3.2构建仿真模型 17

3.3仿真参数的设置 18

4分析仿真结果 22

参考文献 29

致谢 30

可控电抗器的饱和特性建模分析

计成城

，China

Abstract: The capacity of the MCSR (Magnetic Controlled Saturated Reactor) can be smoothly reduced from the rated value to zero as the transmission power increases. When the transmission line is transient, the line The capacity is rapidly becoming larger, and thus effectively reduce the operating over-voltage, reduce the unnecessary loss in the power grid, power supply quality and stability of the power system can be effectively protected. In this paper, the saturation characteristics of the magnetic saturation controllable reactor are analyzed and analyzed, and the physical model is analyzed based on the test winding and the excitation winding based on the controllable reactor. Through the matlab platform, the simulation model is built and the simulation modules are used. The relationship between the DC magnetic potential and the induced potential waveform is analyzed, and the saturation characteristic of the magnetic saturation controllable reactor is deeply understood.

Key Words：MCSR; aturation characteristic; The induction electric potential; Modeling and simulation

1绪论

1.1论文背景及意义

自从我国改革开放以后，社会经济水平有了显著的提高，与此同时对能源的需求也日渐提升。当前的电压等级已然逐渐落后于对电力的需求。根据历史规律表明，一个投入使用的电压等级可以满足10-20年时间内对电力资源的需求，这意味着，每当我国经济水平发展20-30年，对电力资源的需求水平提高4-5倍时，就需要一个新的电压等级，从而使得传输线路的质量及稳定性得到保障，新电压等级约为老的等级的1.7-3倍^[1]。自古以来，我国便是地大物博的典范，但是对于主要的能源分配而言，例如水电、火电能源在我国的分布极度不平衡，所以为了使得我国一次能源分布更加平衡，对我国的优秀能源储备物尽其用，需要将电能从其储备地转移到对电能需求旺盛的地区，该举措对中国能源的发展具有重大意义。针对该举措，加快建设更高的电压等级、更强的网架结构、更大的资源配置的，以超高压、特高压电网为核心的国家电网将成为国家建设的重点，进而才能使电力输送能力与经济发展水平相适应，从而更好地全面建设小康社会。不仅如此，我国的生产力水平的地区差异较大，能源储备地区的经济水平并不发达，而经济发达地区对能源的需求较高，但又没有就近的能源储备。以我国沿海地区和各地省会为主的经济水平较高的区域，对能源的需求约占国内需求总量的3/4，并且该比例仍处于上升趋势；而我国主要的发电形式——水电和火电，则主要分布在中国黄河长江中上游和以山西为代表的西北地区煤炭大省^[2]。而且随着社会发展的必然性，各个地区的贫富差距日趋变大，不平衡趋势日益明显。针对这种情况，对能源资源的统筹规划和优化调整尤为重要。以大型火力电站、水利电站为基础，对煤电进行就地转换，同时对水电合理大规模开发，构建远距离传输电网的系统工程使得全国各地均能各取所需，将电能从我国西部和北部有规划地输送至经济发达或对能源需求旺盛的地区^[3]。在超高压、特高压输电线路的传输过程中，面临的最大的问题之一，同时也是技术难点之一的便是输电线路的过电压问题，以及输电线路的无功补偿导致的一系列问题。超高压、特高压输电线路的构造决定了，其线路分布电阻和分布电感相对较小，因此分布电容较大，而因为传输线路的电压相对较大，所以其单位充电功率也更强。在输电线路负载较小或者没有负载时，运输线路的终端以及中间段会出现电压增加的情况。因此工频过电压、电压升高导致的操作过电压以及补偿线路充电功率需要加以控制。使用高补偿度的并联电抗器安装在传输线路上可以有效控制工频过电压^[4]。然而，线路重载会将线路电压降低过多，并联电抗器的作用得不到体现，且影响整体系统的稳定。产生的无功电流会对传输线路造成损耗，整体系统的收益和效率均将受到影响。磁饱和式可控电抗器MCSR(Magnetic Controlled Saturated Reactor)是在直流偏磁能够控制并调整的工作特性的基础上开发并设计。评价磁饱和式可控电抗器的标准主要看以下两点，其主磁场分布情况，和可控电抗器的工作特性。磁场分布情况为量化工作特性的前提；可控电抗器的调节则主要由控制特性、伏安特性决定；磁饱和式可控电抗器的谐波特性的直接反映了谐波对传输线路的作用^[5]。磁饱和式可控电抗器不但能够调整无功功率，而且调节过程平滑，拥有稳定性强，动态反应快、经济效益好、工作年限长、体积小、维护方便简单、资金运转周期短等诸多优点，近年来在动态无功补偿市场占比越来越高^[6]。因此，在我国发展对磁饱和式可控电抗器，具有显著的研究意义和经济效益。

1.2国内外研究现状

1.2.1 国内研究现状

我国在目前对MCSR的前景相对看好，有诸多高校和研究所正对MCSR开展研究。1979年，我国知名学者王凤川发表了一篇关于以长输电线路解决我国资源分布不平衡时遇到的电流补偿问题，其中首次提到了非线性可控电抗器的优越性，从而代替不可控电抗器以提高传输线路的稳定性。1981年，有学者结合中外优秀的理论，对中国现有的MCSR进行模拟实验，构建仿真模型，并且对其铁磁谐振现象深入研究，并且分析出可行方法来杜绝铁磁谐振现象对传输线路绝缘性要求过高的现象以及稳定性过差的情况。1993年，陈柏超等专家从数学角度对可控电抗器进行分析，并且研究发现可控电抗器可以在较大程度上决定电压的数值，而且陈柏超团队对可控电抗器如何降压的基本工作原理提出了理论指导。1996年，国内知名专家尹忠东对可控电抗器进行了进一步分析，研究发现令其做消弧线圈在传输线路上具有重要作用。与此同时，武汉大学对可控电抗器的研究有了较大的发展，自行设计并且构建了具有以下几个特点的，如易于修理，体积轻便，无需与外加电流源相连的由可控电抗器构建而成的消弧线圈，该自耦式配网自动消弧线圈，由于其良好的经济效益和极佳的工作特性，收到了工程团队的支持，并且进入了工业化生产阶段^[7]。1997年，陈柏超团队发明了一项全新的定义，即暂态功率倍数的意义，并且以此为前提，研究了可控电抗器的在极大电压时候的工作特性，对可控电抗器的谐波特性进一步量化，同时将可控电抗器额定暂态功率的大小提出了合理的规范。1998年，这方面的专家对磁饱和式和磁阀式可控电抗器进行了深入研究，通过对其基本工作原理和基本工作特性的分析，分析其在不同环境下的优劣势。因此，对国家电网作出了切实的规范，要求其尽量在设备的建设上采用磁阀式可控电抗器。1999年，陈伯超著《新型可控饱和电抗器理论及应用》。作者深入研究了可控电抗器的发展规律以及发展方向，对输电线路的电压如何控制进行深入剖析，进而对磁饱和式可控电抗器和磁阀式可控电抗器的工作特性和仿真构造进行了理论指导，而且在实际应用中得到了实践以及反馈，并且成功投入运行。2002年，华中科技大学和浙江大学的研究团队，通过对交流可控电抗器的实际应用加以分析，大大推动了我国在这方面的科研进展。我国国内已有诸多科研院校和该领域设备工厂对MCSR进行深入探索，并积极将其投入市场，创造经济效益，实现研发与实际应用的良好发展^[8]。目前MCSR在超高压电网上的应用已经十分显著，当前我国所应用的主要的电压等级为40kV、120kV、350kV ，已有大量MCSR设备投入电力传输系统之中并且取得了显著的成果。特变电工沈变压器集团阳第一个开展对500KV的MCSR设备的研发，并且于2007年宣告成功，取得了丰硕的研究成果，目前已经为国家电力系统的建设创造了良好的收益，并且标志着现我国对MCSR的研究将朝着高容量，高动态响应，低谐波特性的方向进行发展^[9]。我国已在该领域取得了国际显著的成绩。2008年，武汉大学的学者提出了如何对15KV的MCSR设备展开建模分析，对其在不同环境下的工作状态和磁场分布均取得一定科研成果。目前来说，调磁路式和调电路式这两类可控电抗器是国外研究最透彻，也是最有发展潜力的，国内研究者对于前者的研究已经取得显著的成果，并且已经将其投入运营，在市场上检验并发展。而对后者的研究仍是路漫漫其修远兮，需要对其进行更深入的探索和发展。

1.2.2国外研究现状

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