摘 要

电抗器是一种具有重要作用的电气装置，在电力系统中的应用十分广泛。在电力系统不断发展的过程中，对于电抗器的性能要求也越来越高，大量的场合里都需要电抗器的电抗值可实时控制。所以对可连续无级调节阻抗值的电力电子电抗器的研究十分重要。

本次毕业设计主要是研究基于晶闸管的电力电子电抗器的结构与原理,重点研究阻抗变换机理和调压原理。

首先分析了电抗器的发展历史以及电抗器技术的国内外研究现状，其中着重介绍基于晶闸管的电力电子电抗器的相关内容，找出本次研究的问题和技术难点，确定研究方向。

其次对基于晶闸管的电力电子电抗器的拓扑结构及工作原理进行研究。研究晶闸管式电抗器的拓扑结构，找出其优点，并在此基础上进行优化。

其三是研究基于晶闸管的电力电子电抗器的阻抗变换原理和调压原理。并用Matlab/Simulink仿真软件来对其进行建模仿真分析，由仿真结果可以证明理论分析的正确性。

最后对晶闸管式电抗器存在谐波的问题进行了简要的分析研究，并提出了抑制措施。

本文通过理论分析与仿真研究，验证了基于晶闸管的电力电子电抗器的阻抗变换机理及调压原理的正确性，并对晶闸管式电抗器的应用前景进行了展望。

关键词：电力电子电抗器；阻抗变换； Matlab/Simulink；谐波特性

Abstract

Reactor is an important electrical device, and it is widely used in power system. In the process of continuous development of power system, the performance requirements of reactor are higher and higher. In a great number of occasions, the reactance value of reactor can be controlled in real time. Therefore, it is very important to study the power electronic reactor which can continuously adjust the impedance value.

The graduation project is mainly to study the structure and principle of power electronic reactor based on thyristor, focusing on the mechanism of impedance transformation and the principle of voltage regulation.

First analyzes the current situation of the development history of reactor and reactor technology at home and abroad, which focuses on the related content of power electronic reactor based on thyristor, find out the problems and technical difficulties of this research, determine the research direction.

Secondly, the topology and working principle of thyristor based power electronic reactor are studied. The topological structure of thyristor reactor is studied, and its advantages are found.

The third is to study the impedance transformation principle and voltage regulation principle of thyristor based power electronic reactor. Matlab/Simulink simulation software is used to model, simulate and analyze it. The simulation results can prove the correctness of the theoretical analysis.

Finally, the harmonic problem of thyristor reactor is analyzed and studied, and the control measures are put forward.

In this paper, through theoretical analysis and simulation results, verify the correctness of the impedance conversion mechanism of power electronic reactor and thyristor voltage regulator based on the principle, application prospect and tube type reactor for thyristor are discussed.

Key words：power electronic reactor；impedance transformation； Matlab/Simulink Harmonic characteristics

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 基于晶闸管的电力电子电抗器研究的目的和意义 1

1.1.1研究目的 1

1.1.2研究意义 1

1.2电力电子电抗器技术的国内外研究现状 2

1.2.1国内外电抗器发展状况 2

1.2.2 国内外电抗器技术研究现状 3

1.2.3 研究现状分析 3

1.3研究的关键问题和技术难点 4

1.3.1关键问题 4

1.3.2技术难点 4

1.3.3研究内容要点 4

1.4论文的研究内容及章节安排 5

第2章 基于晶闸管的电力电子电抗器拓扑结构研究 6

2.1机械式电抗器结构及原理 6

2.1.1机械式电抗器结构 6

2.1.2机械式电抗器原理 6

2.2基于晶闸管的电力电子电抗器结构及原理 7

2.2.1基于晶闸管的电力电子电抗器拓扑结构 7

2.2.2基于晶闸管的电力电子电抗器原理 8

2.3基于晶闸管的电抗器拓扑结构优化 9

2.3.1优化后的拓扑结构 9

2.3.2优化前后拓扑结构比较 10

2.4本章小结 10

第3章 晶闸管式电抗器阻抗变换及调压原理研究 12

3.1阻抗变换机理 12

3.1.1晶闸管控制角与阻抗变换关系 12

3.1.2阻抗变换机理 13

3.2调压原理 17

3.3本章小结 18

第4章 基于晶闸管的电力电子电抗器特性仿真 19

4.1基本型晶闸管式电抗器的仿真分析 19

4.1.1 仿真模型的建立 19

4.1.2控制角和阻抗变换关系曲线仿真分析 20

4.1.3调压原理仿真分析 25

4.2 串联型晶闸管式电抗器的仿真分析 26

4.2.1 仿真模型的建立 26

4.2.2控制角和阻抗变换关系曲线仿真分析 27

4.2.3调压原理仿真分析 31

4.3 并联型晶闸管式电抗器的仿真分析 32

4.3.1 仿真模型的建立 32

4.3.2控制角和阻抗变换关系曲线仿真分析 32

4.3.3调压原理仿真分析 37

4.4本章小结 38

第5章 基于晶闸管的电力电子电抗器谐波分析 39

5.1谐波的产生及危害 39

5.1.1谐波的产生 39

5.1.2谐波的危害 39

5.2晶闸管式电抗器的谐波分析与治理方法 40

5.2.1晶闸管式电抗器的谐波分析 40

5.2.2谐波治理方法 40

5.3本章小结 41

第6章 总结与展望 42

6.1总结 42

6.2展望 42

参考文献 44

附录A 基本型晶闸管式电抗器仿真模型 46

附录B 串联型晶闸管式电抗器仿真模型 47

附录C 并联型晶闸管式电抗器仿真模型 48

致 谢 49

第1章 绪论

通过查阅文献了解本次研究的目的和意义，以及目前电力电子电抗器的研究现状和发展前景，并对基于晶闸管的电力电子电抗器技术的研究现状进行分析，找到本次研究的关键问题和技术难点。

1.1 基于晶闸管的电力电子电抗器研究的目的和意义

1.1.1研究目的

电抗器是当前电力系统中的无法缺少的设备，在电网里的使用十分普遍。电抗器具有限制短路电流、工频电压过高等作用^[1]。大体上电抗器可以分为可调节式与不可调节式两种。可调节式就是指电抗器的阻抗值固定不变，不可调节式就是阻抗值可以变化，其中可调节式也分为分级调节和连续调节两种，本文所要研究的基于晶闸管的电力电子电抗器就属于可以连续无级调节的那一种。

电力系统技术一直在进步，对于电抗器阻抗值可连续变化的能力也提出了更高的要求。比如在高压大容量电机的软起动过程中，就要求对电抗器能够进行及时准确地控制调节，从而使电机可以顺利起动。