CN104037705A - 一种全控和不控整流单元并联的直流融冰兼svg装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种全控和不控整流单元并联的直流融冰兼SVG装置，包括网侧高压断路器、多绕组移相降压变压器和变流器组件，多绕组移相降压变压器的原边通过网侧高压断路器连接电网，多绕组移相降压变压器的次边绕组接变流器组件，变流器组件的输出端连接电网的架空线；变流器组件包括由全控整流单元和不可控整流单元组成整流单元组，整流单元组中的全控整流单元和不可控整流单元的输入端分别经低压断路器与对应的多绕组移相降压变压器的次边独立绕组连接，整流单元组中的全控整流单元和不可控整流单元的直流输出端并联连接作为整流单元组的直流输出。本发明操作更方便、实用性更强、效率更高、维护更方便及价格更低廉。
Description
技术领域
本发明涉及一种直流融冰兼SVG装置，具体说是一种全控和不控整流单元并联的直流融冰兼SVG装置。
背景技术
我国2008年初发生的低温雨雪冰冻灾害，导致南方电网区域的大部分地区电网设施遭受到严重破坏，西电东送也受到严重影响。为提高电网对极端气候、重大自然灾害的抵御能力，南方电网启动了“直流融冰装置样机研制”项目，开启了国内该领域的先河。随着环境的恶化，极端恶劣天气时有发生，研发一种简单实用又经济的直流融冰装置仍很有现实意义。
直流融冰原理是将覆冰线路作为负载，对其施加直流融冰电源，其中直流融冰电源采用较低电压提供短路电流对覆冰线路进行加热，进而使覆冰融化。而当前的直流融冰电源仅有融冰功能，只是会在冬季的特定时间内才能发挥作用，存在功能单一的缺点，同时该缺点导致其性价比较低，使其不具备良好的工程应用推广前景。
为此，中国发明专利申请CN 102761085 A，公开了一种直流融冰电源拓扑，其包括第一网侧高压断路器、第二网侧高压断路器、多绕组移相降压变压器、变流器和隔离开关模块，变流器为链式多电平变流器，通过两个高压断路器和隔离开关的切换实现直流融冰和SVG功能的转换，但该直流融冰电源存在以下缺陷：⑴拓扑结构复杂，操作繁琐，在直流融冰和无功补偿功能之间的切换，需要经过多个开关操作才能完成拓扑结构的转换；⑵输出直流电压可调范围小，必须在满足可控整流条件的直流电压以上进行调节，无法有效适应不同长度的输电线路；⑶SVG的容量与直流融冰容量不能根据变电站的实际需求比例配置；⑷装置体积庞大，运输极不方便；⑸对于单一功能的直流融冰装置, 绝大部分时间( 线路不需融冰) 处于闲置状态，装置的利用率低，投入融冰之前必须进行全面检查和试验，否则其运行安全、可靠性难以保证。
发明内容
本发明所要解决的主要技术问题是：如何实现直流电压大小可以调节；不需融冰时，如何达到无功补偿的目的，从而兼具SVG功能，进而提高利用率；如何实现操作更方便、实用性更强、效率更高、维护更方便及价格更低廉。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
一种全控和不控整流单元并联的直流融冰兼SVG装置，包括：网侧高压断路器、多绕组移相降压变压器和变流器组件，多绕组移相降压变压器的原边通过网侧高压断路器连接电网，多绕组移相降压变压器的次边绕组接变流器组件，变流器组件的输出端连接电网的架空线；变流器组件包括至少一个由全控整流单元和不可控整流单元组成整流单元组，整流单元组中的全控整流单元和不可控整流单元的输入端分别经低压断路器与对应的多绕组移相降压变压器的次边独立绕组连接，整流单元组中的全控整流单元和不可控整流单元的直流输出端并联连接作为整流单元组的直流输出，整流单元组的直流输出端依次串联形成一条直流输出回路。
这样，本发明提供的直流融冰兼SVG装置包含若干个由IGBT全控整流单元和二极管不控整流器单元并联而成的整流单元组，直接增大了融冰的输出容量。每个单元的输入部分通过低压断路器与多绕组降压变压器的一个输出绕组相连，各整流单元组直流输出部分直接串联成高压输出，直流电压大小可通过改变单元组的串连数量，用分合各单元的低压断路器进行挡位调节；当需要融冰时，输出的直流电压施加在结冰电网上，利用大电流使架空线发热的原理实现融冰；在不需融冰时，由IGBT模块构成的全控整流单元可根据指令向电网发出感性或容性无功电流，达到无功补偿的目的，使本直流融冰装置兼具了SVG功能，从而可提高装置的利用率。
由此可见，在直流融冰时，不控整流单元采用多脉波整流，IGBT全控单元采用全控整流方式，以减少变压器的输入电流谐波；不融冰时，电网正常情况下做电网无功补偿用，设备的利用率高，由IGBT构成的三相四象限全控整流器根据指令向电网发出感性或容性无功电流，达到无功补偿的目的；利用简单的线路结构可获得一举两得的效果。
本发明进一步限定的技术方案是：
前述的全控和不控整流单元并联的直流融冰兼SVG装置，其中全控整流单元为三相全控整流电路，其交流输入端经三相LC滤波器与低压断路器连接，三相全控整流电路由A相IGBT模块、B相IGBT模块和C相IGBT模块组成，每一相的IGBT模块均由两个功率管构成，A相IGBT模块、B相IGBT模块和C相IGBT模块的直流输出端并联，作为全控整流单元的直流输出。
前述的全控和不控整流单元并联的直流融冰兼SVG装置，其中三相全控整流电路的直流输出端接有电容，用于维持母线电压稳定和直流滤波。
前述的全控和不控整流单元并联的直流融冰兼SVG装置，其中不可控整流单元为三相二极管整流桥，三相二极管整流桥的三相直流输出端并联，作为三相二极管整流桥的直流输出。
前述的全控和不控整流单元并联的直流融冰兼SVG装置，其中多绕组移相降压变压器的原边绕组采用星形连接方式或角形连接方式。
前述的全控和不控整流单元并联的直流融冰兼SVG装置，其中多绕组移相降压变压器的次边绕组采用角形连接方式。
前述的全控和不控整流单元并联的直流融冰兼SVG装置，其中网侧高压断路器的电压等级根据变电站内部电压等级确定，为7.2kV、12kV或40.5kV。
前述的全控和不控整流单元并联的直流融冰兼SVG装置，其中网侧高压断路器连接于电网，利用网侧高压断路器的分合闸实现本装置的远程分合闸。
前述的全控和不控整流单元并联的直流融冰兼SVG装置，其中网侧高压断路器的输出接多绕组移相降压变压器，多绕组移相降压变压器作电压匹配用，将输入高压降到低压，多绕组移相降压变压器的次边绕组输出接全控整流单元和不可控整流单元，位于同一整流单元组的全控整流单元和不可控整流单元将交流电压变换成直流电压，并联输出；所有整流单元组直流输出依次串联，最终的输出直流电压即为加在架空线的电压。
本发明的有益效果是：⑴系统简单，操作维护性强，采用单元化的设计，单个整流单元出现故障不影响整个设备的使用；⑵实用性强，可满足客户不同需求，可对变电站中所有不同电压等级的线路进行融冰工作；进行融冰时，根据架空线的截面积和长度确定变流器的输出直流电压值，从而确定串联的整流器的数量，通过不控和全控整流单元的输入接触器（断路器）的分合闸进行切投使用，切投速度快，融冰工作量小；⑶单元组中，不控与全控整流单元输出的直流电压一致，但输出直流电流和功率可以不一样，这样融冰功率与SVG的容量可以根据实际要求比例配置；⑷变压器次边绕组可采用移相绕组方式，在直流融冰时，不控整流单元采用多脉波整流，IGBT全控单元采用全控整流方式，以减少变压器的输入电流谐波；⑸不融冰时，电网正常情况下做电网无功补偿用，设备的利用率高，由IGBT构成的三相四象限全控整流器根据指令向电网发出感性或容性无功电流，达到无功补偿的目的；⑹在实施SVG应用的基础上加入融冰功能，投资少，作用大；⑺本装置平时可一直当作SVG在使用，在紧急情况下，设备可直接投入融冰使用，因而大大减少了使用前的设备检修工作量和费用。
附图说明
图1是本发明的电路原理框图。
图2是本发明的整流单元组的电路原理图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种全控和不控整流单元并联的直流融冰兼SVG装置，电路原理框图如图1所示，包括：网侧高压断路器QF、多绕组移相降压变压器TM1和变流器组件，多绕组移相降压变压器TM1的原边通过网侧高压断路器QF连接电网，多绕组移相降压变压器TM1的次边绕组接变流器组件，变流器组件的输出端连接电网的架空线，变流器组件包括数个由全控整流单元和不可控整流单元组成的整流单元组，整流单元组中的全控整流单元和不可控整流单元的输入端分别经第一低压断路器QF1、第二低压断路器QF2至第n低压断路器，与对应的多绕组移相降压变压器TM1的次边独立绕组连接，整流单元组中的全控整流单元和不可控整流单元的直流输出端并联连接，作为整流单元组的直流输出，整流单元组的直流输出端依次串联，形成一条直流输出回路。本例中，多绕组移相降压变压器TM1的原边绕组采用星形连接方式，此外，还可以采用角形连接方式；多绕组移相降压变压器TM1的次边绕组为角形连接方式。
由全控整流单元和不可控整流单元组成的整流单元组的电路原理图如图2所示， 全控整流单元为三相全控整流电路，其交流输入端经三相LC滤波器(由三相电容C1和三相电感L1构成)与低压断路器QF1连接，三相全控整流电路由A相IGBT模块UA1、B相IGBT模块UB1、C相IGBT模块UC1组成，每一相的IGBT模块均由两个功率管构成，A相IGBT模块UA1、B相IGBT模块UB1、C相IGBT模块UC1的直流输出端并联，作为全控整流单元的直流输出，三相全控整流电路的直流输出端接有电容C0。电容C0起到维持母线电压稳定和直流滤波作用。不可控整流单元为三相二极管整流桥，三相二极管整流桥的三相直流输出端并联，作为三相二极管整流桥的直流输出。图中，UA2为A相二极管，UB2为B相二极管，UC2为C相二极管。全控整流单元和不可控整流单元的直流输出端并联连接，作为该整流单元组的直流输出。
本例直流融冰兼SVG装置中，网侧高压断路器QF的电压等级可根据变电站内部电压等级确定，可为7.2kV、12kV或40.5kV等等。网侧高压断路器QF连接于电网，利用网侧高压断路器QF的分合闸可实现设备远程分/合闸。网侧高压断路器QF的输出接多绕组移相降压变压器TM1，多绕组移相降压变压器TM1作电压匹配用，将输入高压降到低压，次边绕组输出接全控整流单元和不可控整流单元，位于同一整流单元组的全控整流单元和不可控整流单元将交流电压变换成直流电压，并联输出；所有整流单元组直流输出依次串联，最终的输出直流电压即为加在架空线的电压。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种全控和不控整流单元并联的直流融冰兼SVG装置，包括：网侧高压断路器、多绕组移相降压变压器和变流器组件，所述多绕组移相降压变压器的原边通过所述网侧高压断路器连接电网，所述多绕组移相降压变压器的次边绕组接所述变流器组件，所述变流器组件的输出端连接电网的架空线；其特征在于：所述变流器组件包括至少一个由全控整流单元和不可控整流单元组成整流单元组，所述整流单元组中的全控整流单元和不可控整流单元的输入端分别经低压断路器与对应的多绕组移相降压变压器的次边独立绕组连接，所述整流单元组中的全控整流单元和不可控整流单元的直流输出端并联连接作为整流单元组的直流输出，所述整流单元组的直流输出端依次串联形成一条直流输出回路。
2.如权利要求1所述的全控和不控整流单元并联的直流融冰兼SVG装置，其特征在于：所述全控整流单元为三相全控整流电路，其交流输入端经三相LC滤波器与低压断路器连接，所述三相全控整流电路由A相IGBT模块、B相IGBT模块和C相IGBT模块组成，每一相的IGBT模块均由两个功率管构成，A相IGBT模块、B相IGBT模块和C相IGBT模块的直流输出端并联，作为所述全控整流单元的直流输出。
3.如权利要求2所述的全控和不控整流单元并联的直流融冰兼SVG装置，其特征在于：所述三相全控整流电路的直流输出端接有电容，用于维持母线电压稳定和直流滤波。
4.如权利要求1所述的全控和不控整流单元并联的直流融冰兼SVG装置，其特征在于：所述不可控整流单元为三相二极管整流桥，所述三相二极管整流桥的三相直流输出端并联，作为三相二极管整流桥的直流输出。
5.如权利要求1-4中任一权利要求所述的全控和不控整流单元并联的直流融冰兼SVG装置，其特征在于：所述多绕组移相降压变压器的原边绕组采用星形连接方式或角形连接方式。
6.如权利要求1-4中任一权利要求所述的全控和不控整流单元并联的直流融冰兼SVG装置，其特征在于：所述多绕组移相降压变压器的次边绕组采用角形连接方式。
7.如权利要求1-4中任一权利要求所述的全控和不控整流单元并联的直流融冰兼SVG装置，其特征在于：所述网侧高压断路器的电压等级根据变电站内部电压等级确定，为7.2kV、12kV或40.5kV。
8.如权利要求1-4中任一权利要求所述的全控和不控整流单元并联的直流融冰兼SVG装置，其特征在于：所述网侧高压断路器连接于电网，利用网侧高压断路器的分合闸实现本装置的远程分合闸。
9.如权利要求1-4中任一权利要求所述的全控和不控整流单元并联的直流融冰兼SVG装置，其特征在于：所述网侧高压断路器的输出接多绕组移相降压变压器，多绕组移相降压变压器作电压匹配用，将输入高压降到低压，多绕组移相降压变压器的次边绕组输出接全控整流单元和不可控整流单元，位于同一整流单元组的全控整流单元和不可控整流单元将交流电压变换成直流电压，并联输出；所有整流单元组直流输出依次串联，最终的输出直流电压即为加在架空线的电压。
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