本发明涉及基于主动励磁调节的快速响应磁控电抗器和方法。
背景技术：
1、磁控电抗器的现有结构为在铁芯柱上缠绕工作线圈和励磁线圈，通过控制励磁线圈产生的磁动势，改变铁心的磁饱和程度，从而改变工作线圈的等效电感值，调节磁控电抗器的电感和容量，使其可控。比较常见的结构有磁阀自励式，裂心他励式等。磁阀自励式在上下两个半线圈中各抽出抽头并连接可控硅晶闸管，通过自耦产生直流励磁电流，直流励磁电流进而改变铁心饱和程度来调节电抗器工作状态。通过控制晶闸管的导通角可以改变直流励磁电流大小，从而可以平滑的调节其输出容量和电感值。裂心他励式在工作铁心柱上另外缠绕励磁线圈，通过外部直流电源接入为励磁线圈供电。当改变外部直流电源输出的电流，就可以改变励磁线圈上的电流，从而改变铁心工作状态。磁控电抗器的响应速度是一个非常重要的参数，它是指电抗器由空载到额定负载或者由额定负载到空载所需的时间，主要与直流分量的变化速度以及直流电流的大小和控制电压的大小有关，理论上我们希望磁控电抗器可以快速励磁和去磁，而在稳定工作是可以根据需要平滑快速的改变电感值和容量，这都需要一个更加合理的励磁系统来实现。在风电场、动态无功步长、电气化铁路牵引、抑制电压闪变等特殊应用场合中，对磁控电抗器的响应速度要求很高，需要其在几个工频周期时间内达到额定输出，若不对磁控电抗器响应速度进行任何改进，其响应时间至少为0.2s，很难满足快速性的要求、
2、磁控电抗器典型的励磁方式为磁阀自励式和裂心他励式。磁阀自励式响应速度较慢，这是因为励磁是由电抗器自耦产生的，工作线圈和励磁线圈共用一段线圈，因而励磁线圈上流过的电流会受到工作线圈等效的电感影响。工作电流交流分量在工作线圈上产生的感应电动势会阻碍励磁线圈的变化，抑制其响应速度。裂心他励式的工作线圈和励磁线圈是分开的两端线圈，分别接入系统和励磁回路中，仅通过磁场相连，因而工作线圈上感应的电动势不会阻碍励磁线圈变化，但单独外加的直流励磁电源会增加磁控电抗器系统成本，不节约能源。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是提供基于主动励磁调节的快速响应磁控电抗器和方法，用于解决磁阀自励式中工作线圈产生的感应电动势抑制励磁电流的变化，抑制响应速度的问题。
2、为了解决上述问题，本发明提供了
3、基于主动励磁调节的快速响应磁控电抗器，包括铁芯，所述铁芯具有多根缠绕柱，在缠绕柱上缠绕有工作线圈、辅助线圈和励磁线圈，工作线圈并联连接到工作交流电路中，辅助线圈和励磁线圈与励磁电路连接，所述励磁电路包括输入端与辅助线圈连接的整流桥，整流桥输出端连接全控桥输入端，全控桥输出端连接励磁线圈，在整流桥与全控桥之间并联储能电容。
4、所述铁芯具有四根缠绕柱，励磁线圈为单线圈，工作线圈和辅助线圈均为双线圈，并且绕向相反，励磁线圈缠绕缠绕在中间两根缠绕柱一端，工作线圈中的双线圈分别缠绕在中间两根缠绕柱另外一端，辅助线圈中的双线圈分别缠绕在首尾两根缠绕柱上。
5、所述全控桥为igbt全控桥，还包括控制器，控制器通过igbt驱动电路控制igbt全控桥。
6、通过控制igbt全控桥，调节直流励磁电流的大小，以对磁控电抗器的电感值和容量进行调节。
7、控制器调节igbt占空比和pwm脉冲宽度，将整流桥发出的电流瞬时值 i作为反馈量，与控制器发出指令电流 iref做差，该差值通过pi闭环调节处理后输出为pwm控制信号，送给igbt驱动电路，以控制igbt全控桥。
8、本发明的有益效果为：
9、1、在缠绕柱上缠绕辅助励磁线圈，通过感应出的电压为励磁系统供电，节约能源；设置了两个辅助励磁线圈，增大感应电动势；将励磁线圈和工作线圈分开，避免励磁电流响应速度受到影响。
10、2、励磁系统结合了整流桥，电容和全控桥，产生可控的直流励磁源。由于响应速度的快慢与励磁回路中直流电流的上升速度有关，而励磁线圈会在电路中等效成电感，使电流不能突变，产生抑制励磁电流变化的效果，这样会大大减慢励磁回路中励磁电流的建立。而使用电容作为中介为励磁线圈供电，构成l-c串联电路，会在一定程度上缓解电感限流的情况，加快响应速度。
11、如果已知励磁线圈的等效电感，通过精确计算选择合适的电容容值，还可以进一步构成l-c振荡电路，使响应速度达到最快。
12、3、当电抗器需要改变电感值和容量时，通过 iref和实际励磁电流 i的对比实现pi闭环控制，使电感值快速改变。
13、4、本发明绕法实现了电抗器自身取电，既节约了成本，减少了直流电源的使用，也避免了磁阀自励式中工作线圈产生的感应电动势抑制励磁电流的变化，抑制响应速度的问题。
14、5、使用igbt全控电路构成励磁电路，当退磁时可以主动调节可控硅使励磁线圈反向向电容充电，使退磁速度更快。
1.基于主动励磁调节的快速响应磁控电抗器，其特在于：包括铁芯（1），所述铁芯（1）具有多根缠绕柱，在缠绕柱上缠绕有工作线圈（2）、辅助线圈（4）和励磁线圈（5），工作线圈（2）并联连接到工作交流电路（3）中，辅助线圈（4）和励磁线圈（5）与励磁电路（6）连接，所述励磁电路（6）包括输入端与辅助线圈（4）连接的整流桥（63），整流桥（63）输出端连接全控桥（61）输入端，全控桥（61）输出端连接励磁线圈（5），在整流桥（63）与全控桥（61）之间并联储能电容（62）。
2.根据权利要求1所述的基于主动励磁调节的快速响应磁控电抗器，其特在于：所述铁芯（1）具有四根缠绕柱，励磁线圈（5）为单线圈，工作线圈（2）和辅助线圈（4）均为双线圈，并且绕向相反，励磁线圈（5）缠绕缠绕在中间两根缠绕柱一端，工作线圈（2）中的双线圈分别缠绕在中间两根缠绕柱另外一端，辅助线圈（4）中的双线圈分别缠绕在首尾两根缠绕柱上。
3.根据权利要求2所述的基于主动励磁调节的快速响应磁控电抗器，其特在于：所述全控桥（61）为igbt全控桥（61），还包括控制器（65），控制器（65）通过igbt驱动电路（64）控制igbt全控桥（61）。
4.一种使用权利要求3所述基于主动励磁调节的快速响应磁控电抗器的方法，其特在于：通过控制igbt全控桥（61），调节直流励磁电流的大小，以对磁控电抗器的电感值和容量进行调节。
5.根据权利要求4所述的基于主动励磁调节的快速响应磁控电抗器的方法，其特在于：控制器（65）调节igbt占空比和pwm脉冲宽度，将整流桥（63）发出的电流瞬时值i作为反馈量，与控制器（65）发出指令电流iref做差，该差值通过pi闭环调节处理后输出为pwm控制信号，送给igbt驱动电路（64），以控制igbt全控桥（61）。
