摘 要： 简要介绍了磁阀式可控电抗器（MCR）的结构和工作原理，通过对磁饱和技术进行分析，指出了影响磁阀式可控电抗器响应时间的直接因素，并据此提出了提高响应速度的方法以及这些方法的优劣性和可行性。
关键词： 磁阀式可控电抗器；响应时间；磁饱和
磁阀式可控电抗器MCR（Magnetically Controlled Reactor）型动态无功补偿装置（SVC）作为近年来受到广泛关注的动态无功补偿装置，具有可靠性高、寿命长、维护简单、适用电压范围广、产生谐波小和成本较低等显著优点[1-2]，很好地克服了晶闸管控制电抗器（TCR）型动态无功补偿装置的诸多缺点。作为MCR型SVC的核心部分，磁阀式可控电抗器本身的性能很大程度上决定了整个动态无功补偿装置的性能[3]，相比于TCR的直接控制晶闸管导通角调节电抗器容量的技术，磁阀式可控电抗器采用的是磁饱和技术控制电抗器容量的变化，受磁饱和响应时间的影响，整个动态无功补偿装置的响应时间就成为了一个不可忽视的问题。
1 磁阀式可控电抗器的电路分析
1.1 结构原理和等效电路
图1为MCR的结构原理图，关于MCR的结构原理，参考文献[4]和[5]中都有详细说明。
在MCR工作过程中，只有小截面段铁芯处于磁饱和状态，其余段均处于未饱和的线性状态，轮流触发导通晶闸管K1和K2，产生直流控制电流，控制铁芯的饱和程度，从而达到控制电抗器容量的目的。
1.2 响应时间
磁阀式可控电抗器的响应时间指的是电抗器容量从空载变化到额定值时所需的调节时间。可控电抗器的响应时间由下式确定[6]：
1.3 有功损耗
由于磁阀式可控电抗器的品质因数在100以上，因此其绕组电阻值相对来说很小。大量的计算和实测数据表明，磁阀式可控电抗器的有功损耗与无功功率的比值只与其抽头比δ有关：
但是，在某些应用中（如抑制冲击负荷引起的电压闪变和波动、自动调谐消弧线圈等）要求动补装置具有很快的响应速度，要在几个甚至1个工频周期内达到额定工作状态。而磁阀式可控电抗器的最快响应时间为10个工频周期，难以达到控制要求，因此必须缩短响应时间。
3 缩短响应时间的方法
3.1 增加直流控制电压
磁阀式可控电抗器的响应时间虽然与δ成反比，但实际上影响响应时间的直接因素是铁芯饱和度（或铁芯磁导率μ）达到定值的时间，即控制回路直流电流达到定值的时间。可控电抗器容量随着磁感应强度直流分量的增减而增减，控制回路中直流电流越大，铁芯中磁感应强度的直流分量到达定值的时间就越短，可控电抗器的响应时间就越短。而在控制回路中增加直流电流最直接的方法就是增加直流控制电压。
3.1.1 增大抽头比来增加直流控制电压
显然，磁阀式可控电抗器在空载时相当于自耦变压器，增加抽头比就可以增加控制电压。当然，增加抽头比会导致电抗器有功损耗的增加，然而通过控制晶闸管的导通时间可以有效地减少有功损耗。
但是，利用电容放电提高响应速度存在着明显的缺点：（1）充电电容器和可控电抗器控制绕组的连接问题；（2）充电电容器的初始电压要很大，如何充电的问题；（3）充电电容器放电只适合电抗器一开始的响应，在负载无功功率变化过程中的动态响应时间不能够靠电容器放电来提高；（4）外加直流电源、晶闸管等使线路和控制变得更加复杂。因此，目前来看，该方法并不能应用于实际电抗器当中。
3.3 外加直流励磁绕组
外加直流励磁绕组即在响应时间段加入直流励磁绕组来缩短响应时间，这和增加直流控制电压来缩短响应时间的方法在原理上是类似的。可控电抗器的复励式结构如图7所示，其中，直流励磁绕组产生的磁通可在两铁芯内闭合，无需第3个铁芯构成闭合回路。直流励磁控制系统一方面在K1和K2导通时产生相同方向的助磁，另一方面，当K1和K2的导通角调整时也要产生相应的助磁或去磁，要求直流励磁控制电路能够及时地通断，能对励磁程度和方向进行快速地调整和改变，这对检测回路和控制回路都有很高的要求。此外，由于外加了直流励磁绕组，使得电抗器的结构更加复杂。
磁阀式可控电抗器在动态无功补偿领域中起到了越来越重要的作用，然而在某些需要快速无功补偿的场合，磁阀式可控电抗器的响应时间是制约其应用的主要因素。本文根据影响磁阀式可控电抗器响应时间的直接因素，提出了几种提高响应速度的方法，并通过仿真探讨了这些方法的优劣性和可行性。
参考文献
[1] 任丕德，刘发友，周胜军.动态无功补偿技术的应用现状[J].电网技术，2004，28（23）：81-83.
[2] KARYMOV R R， EBADIAN M. Comparison of MCR and TCR from harmonics point of view[J]. Electrical Power and Energy Systems， 2007（29）：191-198.
[3] 杨高，李争光，刘金旭.基于Matlab的磁控电抗器的建模与仿真[J].湖北工业大学学报，2011，26（1）：70-73.
[4] 尹忠东，刘虹，陈柏超，等.磁阀式可控电抗器的研究[J]. 变压器，1998，35（7）：1-4.
[5] 陈柏超，陈维贤.磁阀式可控电抗器的数学模型及特性[J].武汉水利电力大学学报，1995，28（3）：294-298.
[6] 陈柏超.新型可控饱和电抗器的理论及应用[M].武汉：武汉水利电力大学出版社，1999.