CN101350510B - 具有静态无功补偿功能的直流大电流融冰装置 - Google Patents
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Abstract
具有静态无功补偿功能的直流大电流融冰装置，属于高低压供配电系统配套设备技术领域，其特征在于三绕组整流变压器原边并接于三相母线上，两副边分别与正端三相高压大电流可控硅阀、负端三相高压大电流可控硅阀中间点连接，两三相高压大电流可控硅阀的正、负极连接构成一个12脉冲整流装置，正端三相高压大电流可控硅阀正极串接直流电抗器后得正接线端，负端三相高压大电流可控硅阀的负极形成负接线端，正、负接线端之间连接设置短接线。本发明将直流大电流融冰技术与静态无功补偿技术有机融为一体，既可以作为静态无功补偿装置使用，又可作为电流可控的直流大电流融冰装置使用，明显降低高低压供配电系统装置的配套成本，有效提高设备利用率。
Description
技术领域
本发明属于高低压供配电系统配套设备技术领域，具体涉及一种具有静态无功补偿功能的直流大电流融冰装置。
背景技术
因输电线路结冰和积雪而造成高压输电线断线和倒塔、倒杆的事故时有发生，高压输电线路断线和倒塔事故严重影响了电网的安全运行，造成大面积停电事故。为了防止这类事故的发生，必须及时将导线上的结冰和积雪化掉，目前主要采取的有机械(振动)式、电热式两大类融冰方法。机械(振动)式融冰，即采用振动导线的方法使冰雪脱落，其特点在于简单操作，无需浪费电能，但其缺点是必须逐档进行，速度慢，而且在地面结冰和积雪严重的情况下，往往因为交通问题而不能到达高山上的输电线路而无法进行操作。电热式融冰技术，即利用将线路末端短路而产生的大电流将导线加热而达到融冰的目的，和机械(振动)式融冰方法相比，电热式融冰技术的优点是融冰速度较快，不受路面结冰和积雪的影响，但需耗费一定的电能和需要配置相关的配套装置。现在普遍采用电热式融冰技术有交流大电流融冰技术和直流大电流融冰技术，相比较而言，交流大电流融冰技术的优点在于每个变电所均有不同电压等级的交流电源，因此电源比较容易获取，其缺点是在相同的融冰电流下，需要较高的电源电压，因为一般输电线路的交流感抗比其电阻要大得多，从而融冰需要很大的电源容量和很大的无功功率，融冰时对系统冲击较大，可能引起系统电压稳定性问题；另一缺点是因为其交流电源的电压不可调，所以融冰电流不可以控制。直流大电流融冰技术的优点是在相同的融冰电流下，只需要较低的电源电压，因为输电线路的直流感抗为零，所以融冰时对系统冲击很小；其缺点是需要另外配备整流和滤波装置，因为线路严重结冰的现象并不常见，使得这些整流和滤波装置的利用率较低。而静态无功补偿装置(SVC)能够降低电网中的谐波含量、降低线损、提高系统电压质量和电压稳定性，增加输电线路的传输能力，在电力系统中已经得到一定程度的应用。如果能将直流大电流融冰技术结合到静态无功补偿装置中，将有效地提高设备利用率，也能解决现有直流大电流融冰技术中存在的需另外配备整流和滤波装置的问题，但目前尚未有相应的装置开发应用，而且传统静态无功补偿装置采用可控硅控制电抗器与固定投入的无源滤波器结构，也难以实现转换控制。
发明内容
本发明旨在提供一种具有静态无功补偿功能的直流大电流融冰装置技术方案，以有效解决输电线路融冰问题并提高设备利用率，克服现有现有技术中存在的问题。
所述的具有静态无功补偿功能的直流大电流融冰装置，其特征在于三绕组整流变压器原边并接于三相母线上，两副边分别与正端三相高压大电流可控硅阀、负端三相高压大电流可控硅阀中间点连接，正端三相高压大电流可控硅阀的负极与负端三相高压大电流可控硅阀的正极连接构成一个12脉冲整流装置，正端三相高压大电流可控硅阀正极串接直流电抗器后得正接线端，负端三相高压大电流可控硅阀的负极形成负接线端，正接线端、负接线端之间连接设置短接线。
所述的具有静态无功补偿功能的直流大电流融冰装置，其特征在于所述的正端三相高压大电流可控硅阀、负端三相高压大电流可控硅阀的中间点和正极、负极之间串接的可控硅相同。
所述的具有静态无功补偿功能的直流大电流融冰装置，其特征在于所述的三绕组整流变压器两副边分别采用星形、三角形接线方式，输出的线电压相位相差30°且幅值相同。
所述的具有静态无功补偿功能的直流大电流融冰装置，其特征在于所述的三相母线上并接设置三相交流滤波装置。
本发明将直流大电流融冰技术与静态无功补偿技术有机融为一体，构思新颖、结构合理，通过对电路连接的选择和控制器的配合使用，使其既可以作为静态无功补偿装置使用，提高系统电压质量和电压稳定性，增加输电线路的传输能力，在线路结冰的情况下可作为电流可控的直流大电流融冰装置使用，直接对输电线路进行融冰，实现了同一装置的多功能化，根据用电现场的不同需求实现对应的功能，明显降低了高低压供配电系统装置的配套成本，有效提高设备利用率，且切换操作简单，可实现实现感性无功的连续调节。
附图说明
图1为本发明的电路结构示意图；
图2为本发明作为直流大电流融冰装置运行时的电路结构示意图；
图3为本发明作为静态无功补偿装置运行时的电路结构示意图；
图4为本发明作为静态无功补偿装置运行的仿真实施例中通过直流电抗器的电流波形图；
图5为本发明作为静态无功补偿装置运行的仿真实施例中三相系统相电压波形图和静态无功补偿装置输入到三相母线的电流波形图；
图6为本发明作为静态无功补偿装置运行的仿真实施例中三相系统相电压波形图和三绕组整流变压器原边电流波形图。
图中：1—控制器、2—三绕组整流变压器、3—三相交流滤波装置、4—直流电抗器、5—正端三相高压大电流可控硅阀、6—负端三相高压大电流可控硅阀、7—正接线端、8—短接线、9—负接线端、10—三相母线。
曲线A：通过直流电抗器4的电流波形；
曲线B：三相系统相电压波形；
曲线C：静态无功补偿装置输入到三相母线的电流波形；
曲线D：三绕组整流变压器原边电流波形。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明作进一步说明：
如图1所示为具有静态无功补偿功能的直流大电流融冰装置，三绕组整流变压器2原边并接于三相母线上，两副边分别采用星形、三角形接线方式，输出的线电压相位相差30°且幅值相同，且两副边分别与正端三相高压大电流可控硅阀5、负端三相高压大电流可控硅阀6中间点连接。正端三相高压大电流可控硅阀5、负端三相高压大电流可控硅阀6中每相的主体是一串可控硅阀，每相可控硅阀对外有三个电气连接端子，分别为正极、负极、中间点，中间点即为交流侧，中间点和正极、负极之间串接的可控硅相同，包括所串联的可控硅型号、数量均相同，其额定电压和数量由三绕组整流变压器2的副边电压决定。正端三相高压大电流可控硅阀5的负极与负端三相高压大电流可控硅阀6的正极连接构成一个12脉冲整流装置，正端三相高压大电流可控硅阀5正极串接直流电抗器4后得正接线端7，负端三相高压大电流可控硅阀6的负极形成负接线端9，正接线端7、负接线端9之间连接设置短接线8，短接线8也可以采用闸刀等方式，由控制器1控制其连接或断开。正端三相高压大电流可控硅阀5、负端三相高压大电流可控硅阀6的门极分别与控制器1的触发信号端相连，由控制器1控制其运行，同时控制器6通过控制短接线8的连接状况进行选择而切换，分别作为直流大电流融冰装置、静态无功补偿装置的控制器使用。三相母线上并接设置三相交流滤波装置3用于用于滤除12脉冲整流装置产生的谐波电流。
上述实施例中：
当短接线8断开时，本装置作为直流大电流融冰装置使用，如图2所示。在使用过程中，先将待融冰线路的末端三相线路中的任意两相短接，在大电流融冰装置的安装点处，将正接线端7、负接线端9分别接到线路中，通过调整可控硅阀的触发角，得到融冰所需要的电流，通电后由于线路中电流很大，线路发热进行融冰。
当短接线8短接时，本装置作为静态无功补偿装置使用，如图3所示。该静态无功补偿装置系统由一个12脉冲可控整流装置与几组L-C型滤波器组成，在控制器1的控制下，12脉冲整流装置可成为一个可调的感性无功源，而三相交流滤波装置3在滤除谐波的同时还是一个固定的容性无功源。控制器1可通过控制可控硅的触发角α来控制流过直流电抗器4的电流Id，从而达到调整12脉冲整流装置输出感性无功的目的。
假设：Vdc为直流电抗器4两端电压；V为12脉冲整流装置交流侧即中间点的线电压，则有公式：Vdc＝1.35VCosα。
由上述公式可得出如下结论：
当12脉冲整流装置工作于稳定状态时，直流电抗器4两端电压Vdc的平均值为0，触发角α接近于90°。
当12脉冲整流装置需要增大Id时，控制器1可降低触发角α，使Vdc>0，从而使Id逐步上升。
当12脉冲整流装置需要减小Id时，控制器1会增大触发角α，使Vdc<0，从而使Id逐步减小。
由于12脉冲整流装置交流侧的无功Q＝1.35V sinαId，在触发角α接近于90°的情况下该无功Q＝1.35VId。这就使得控制器1通过控制触发角α控制12脉冲整流装置交流侧的无功成为可能。
三相交流滤波装置3在滤除谐波电流的同时，也向系统提供不可调容性无功QC；直流侧经一电感短路的12脉冲整流装置是一个可调感性无功源，其无功功率正比于直流侧电流，即Q＝1.35VId。如上所述，通过控制整流阀触发角α可连续调节直流侧电流，从而达到调节其感性无功进而控制SVC无功补偿容量(QC-QL)的目的。结合计算机系统仿真实例进一步说明。
计算机仿真实例：
①三绕组整流变压器2和直流电抗器4参数：
三绕组整流变压器2：46MVA，35kV/4kV/4kV，接线方式：Y/Y/D直流电抗器4：6mH，额定电流：4000A
②三相系统参数：
电网电压35kV、电网频率50HZ、电网短路容量2000MVA；
③三相交流滤波装置3参数：
11次滤波器：容量20Mvar，调谐点10.9
13次滤波器：容量16Mvar，调谐点12.9
17次滤波器：容量10Mvar，调谐点16.9
④仿真结果：
流过直流电抗器4的电流波形如图4所示；
三相系统相电压和静态无功补偿装置输入到三相母线10的电流波形如图5所示；
三相系统相电压和三绕组整流变压器2原边电流波形如图6所所示。
为图形清晰，图5和6中的三相系统相电压波形均被除4。在t＝0.16时刻，直流电流设定值从0变为3000A，实际流过直流电抗器4的电流在大约50毫秒内上升到3000A如图4所示。因为随着通过直流电抗器4的电流的上升，三绕组整流变压器2原边电流也随之上升，如图5中曲线所示，从而三相交流滤波装置3电流和三绕组整流变压器2原边电流之差即静态无功补偿装置输入到三相母线10的电流随之下降，如图6曲线所示。图5中，三绕组整流变压器2原边电流滞后于系统相电压90°，从而呈感性；图6中，静态无功补偿装置输入到三相母线10的电流超前于系统相电压90°，从而呈容性。
所述控制器1适用的软件不属于本发明保护范围，在此不再赘述。
Claims (4)
1.具有静态无功补偿功能的直流大电流融冰装置，其特征在于三绕组整流变压器(2)原边并接于三相母线上，两副边分别与正端三相高压大电流可控硅阀(5)中间点、负端三相高压大电流可控硅阀(6)中间点连接，正端三相高压大电流可控硅阀(5)的负极与负端三相高压大电流可控硅阀(6)的正极连接构成一个12脉冲整流装置，正端三相高压大电流可控硅阀(5)正极串接直流电抗器(4)后形成正接线端(7)，负端三相高压大电流可控硅阀(6)的负极形成负接线端(9)，正接线端(7)、负接线端(9)之间连接设置短接线(8)。
2.如权利要求1所述的具有静态无功补偿功能的直流大电流融冰装置，其特征在于所述的正端三相高压大电流可控硅阀(5)、负端三相高压大电流可控硅阀(6)的中间点和正极、负极之间串接的可控硅相同。
3.如权利要求1所述的具有静态无功补偿功能的直流大电流融冰装置，其特征在于所述的三绕组整流变压器(2)两副边分别采用星形、三角形接线方式，输出的线电压相位相差30°且幅值相同。
4.如权利要求1所述的具有静态无功补偿功能的直流大电流融冰装置，其特征在于所述的三相母线上并接设置三相交流滤波装置(3)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: ZHEJIANG GUIRONG XIEPING TECHNOLOGY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: ZHEJIANG XIEPING TECHNOLOGY CO., LTD. Effective date: 20110916 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20110916 Address after: 2 Building 2, 210 Zhenhua Road, 310030, Zhejiang, Hangzhou, Xihu District Patentee after: ZHEJIANG GUIRONG XIEPING TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 310030, Zhenhua Road three, 210 Hangzhou West Lake science and Technology Economic Zone, Hangzhou, Zhejiang, Xihu District Patentee before: ZHEJIANG XIEPING TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220525 Address after: 510540 room 1608, 16th floor, Baiyun electric science and technology building, No. 9, Keyuan Road, Guangzhou private science and Technology Park, No. 1633, Beitai Road, Baiyun District, Guangzhou, Guangdong Patentee after: Guangzhou Mingde Power Technology Co.,Ltd. Address before: 310030 2 / F, building 2, 210 Zhenhua Road, Xihu District, Hangzhou City, Zhejiang Province Patentee before: ZHEJIANG GUIRONG XIEPING TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20230428 Address after: Room 104 and 105, 1st floor, Building 2, No. 128 Zhiyi Road, Yuhang Street, Yuhang District, Hangzhou City, Zhejiang Province, 311100 Patentee after: ZHEJIANG GUIRONG XIEPING TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 510540 room 1608, 16th floor, Baiyun electric science and technology building, No. 9, Keyuan Road, Guangzhou private science and Technology Park, No. 1633, Beitai Road, Baiyun District, Guangzhou, Guangdong Patentee before: Guangzhou Mingde Power Technology Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right |