CN105514905A - 一种具有statcom功能的移动式融冰装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有STATCOM功能的移动式融冰装置，包括整流变压器、软启动装置、电抗器单元、功率单元和输出断路器；整流变压器的高压侧绕组连接输电线路，其低压侧绕组连接软启动装置，所述软启动装置通过电抗器单元连接功率单元，所述功率单元通过输出断路器连接融冰线路。本发明采用IGBT模块，便于冗余设计和容量扩充。该装置模块检修和更换方便，可控性强，谐波含量小，功率因数高，实现一机多用功能。在电网覆冰期间，可作为直流融冰装置，通过车载系统执行配电网多地点直流融冰任务，在非覆冰期间可作为STATCOM装置，能实现无功补偿和电压支撑等功能。

Description

一种具有STATCOM功能的移动式融冰装置
技术领域
本发明涉及一种融冰装置，具体涉及一种具有STATCOM功能的移动式融冰装置。
背景技术
中国是输电线路覆冰严重的国家之一，线路冰害事故发生的概率居世界前列。2008年初，我国华中、西南、华东地区发生了严重的雨雪冰冻灾害，其降雪量之大、冰冻范围之广、持续时间之长为历史罕见，电网设施覆冰覆雪严重，断线、倒塔和线路跳闸现象频发，造成电网巨大损失，局部地区电网甚至遭受毁灭性打击，给我国电力系统安全稳定运行和电力供应造成极大的威胁。对于兼具静止无功补偿器(StaticVARCompensator，SVC)功能的直流融冰装置，其在无功补偿与直流融冰两种模式下的主电路拓扑和控制方式完全不同，每次改变工作模式后都相当于一台新的装置，因此投入运行前必须进行全面检查与试验，同时由于SVC系统谐波含量较大，需要增加滤波器等额外投资。晶闸管结构的直流融冰装置体积较大，难以采用移动式结构，并且由于需要额外增加滤波装置，要实现移动式无功补偿的功能几乎是不可能的。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种具有STATCOM功能的移动式融冰装置，采用IGBT模块，便于冗余设计和容量扩充。该装置模块检修和更换方便，可控性强，谐波含量小，功率因数高，实现一机多用功能。在电网覆冰期间，可作为直流融冰装置，通过车载系统执行配电网多地点直流融冰任务，在非覆冰期间可作为STATCOM装置，能实现无功补偿和电压支撑等功能。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
本发明提供一种具有STATCOM功能的移动式融冰装置，所述装置包括整流变压器、软启动装置、电抗器单元、功率单元、输出断路器和集装箱；
所述整流变压器的高压侧绕组连接输电线路，其低压侧绕组连接软启动装置，所述软启动装置通过电抗器单元连接功率单元，所述功率单元通过输出断路器连接融冰线路；
所述整流变压器、软启动装置、电抗器单元和功率单元均位于集装箱内部。
所述整流变压器为双分裂整流变压器，双分裂整流变压器包括高压侧绕组、第一低压侧绕组和第二低压侧绕组；
所述软启动装置包括第一软启动装置和第二软启动装置；
所述电抗器单元包括第一电抗器单元和第二电抗器单元；
所述功率单元包括第一功率单元和第二功率单元；
所述输出断路器包括第一输出断路器、第二输出断路器和第三输出断路器。
所述装置还包括交流滤波器，所述交流滤波器包括第一交流滤波器和第二交流滤波器；
所述第一交流滤波器一端接地，另一端连接在第一软启动装置与第一电抗器单元之间；
所述第二交流滤波器一端接地，另一端连接在第二软启动装置与第二电抗器单元之间。
所述所述高压侧绕组连接输电线路；
所述第一低压侧绕组通过第一软启动装置连接第一电抗器单元，所述第一电抗器单元通过第一功率单元连接第一输出电路器；
第二低压侧绕组通过第二软启动装置连接第二电抗器单元，所述第二电抗器单元通过第二功率单元连接第二输出电路器。
所述第一软启动装置包括断路器A、断路器B和限流电阻A；所述断路器A与限流电阻A串联，再与断路器B并联；
第二软启动装置均包括断路器C、断路器D和限流电阻B；所述断路器C与限流电阻B串联，再与断路器D并联。
所述第一功率单元和第二功率单元均采用IGBT模块，进行PWM控制。
所述第一功率单元引出公共直流母线正极1和公共直流母线负极1；
所述第一功率单元引出公共直流母线正极2和公共直流母线负极2；
所述公共直流母线正极1与公共直流母线负极2之间通过第三输出断路器连接；
所述公共直流母线负极1与与融冰线路之间通过第一输出断路器连接；
所述公共直流母线正极2与融冰线路之间通过第二输出断路器连接。
集装箱分为控制室和功率柜室；
所述控制室内部设有控制保护系统；
所述功率柜室包括变压器柜、滤波器柜和功率柜；
所述变压器柜内部设有整流变压器，所述滤波器柜内部设有交流滤波器，所述功率柜内部设有功率单元。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
1)体积小，占地面积小，由于采用全控型器件IGBT，装置体积是普通晶闸管型融冰装置体积的1/3左右，可方便地采用移动式结构，通过集装箱固定在改装的专用车辆上，便于户外运输和使用，适合融冰装置的多地点服务；
2)实现一机多用功能，在电网覆冰期间，可作为直流融冰装置，通过车载系统执行配电网多地点直流融冰任务，在非覆冰期间可作为STATCOM装置，能实现无功补偿和电压支撑等功能；
3)采用IGBT模块，便于冗余设计和容量扩充。该装置模块检修和更换方便，可控性强，谐波含量小，功率因数高；
4)移动式结构和融补可切换功能提高装置利用率；
5)在直流融冰功能与STATCOM功能之间的相互转换极为方便；由于拓扑结构相同，相对于直流融冰型SVC来说，在直流融冰装置和无功补偿装置之间的相互转换，仅需通过控制策略的相互切换便可实现；
6)相对于晶闸管控制的直流融冰装置来说，采用IGBT器件控制的融冰装置具有更好的可控性，能适应地线融冰、小电流融冰等多种融冰场合。
附图说明
图1是本发明实施例中具有STATCOM功能的移动式融冰装置结构图；
图2是本发明实施例中具有STATCOM功能的移动式融冰装置模块化可扩展结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明提供一种具有STATCOM功能的移动式融冰装置，所述装置包括整流变压器、软启动装置、电抗器单元、功率单元、输出断路器和集装箱；
所述整流变压器的高压侧绕组连接输电线路，其低压侧绕组连接软启动装置，所述软启动装置通过电抗器单元连接功率单元，所述功率单元通过输出断路器连接融冰线路；
所述整流变压器、软启动装置、电抗器单元和功率单元均位于集装箱内部。
所述整流变压器为双分裂整流变压器，双分裂整流变压器包括高压侧绕组、第一低压侧绕组和第二低压侧绕组；
所述软启动装置包括第一软启动装置和第二软启动装置；
所述电抗器单元包括第一电抗器单元和第二电抗器单元；
所述功率单元包括第一功率单元和第二功率单元；
所述输出断路器包括第一输出断路器、第二输出断路器和第三输出断路器。
所述装置还包括交流滤波器，所述交流滤波器包括第一交流滤波器和第二交流滤波器；
所述第一交流滤波器一端接地，另一端连接在第一软启动装置与第一电抗器单元之间；
所述第二交流滤波器一端接地，另一端连接在第二软启动装置与第二电抗器单元之间。
所述所述高压侧绕组连接输电线路；
所述第一低压侧绕组通过第一软启动装置连接第一电抗器单元，所述第一电抗器单元通过第一功率单元连接第一输出电路器；
第二低压侧绕组通过第二软启动装置连接第二电抗器单元，所述第二电抗器单元通过第二功率单元连接第二输出电路器。
所述第一软启动装置包括断路器A、断路器B和限流电阻A；所述断路器A与限流电阻A串联，再与断路器B并联；
第二软启动装置均包括断路器C、断路器D和限流电阻B；所述断路器C与限流电阻B串联，再与断路器D并联。
所述第一功率单元和第二功率单元均采用IGBT模块，进行PWM控制。
所述第一功率单元引出公共直流母线正极1和公共直流母线负极1；
所述第一功率单元引出公共直流母线正极2和公共直流母线负极2；
所述公共直流母线正极1与公共直流母线负极2之间通过第三输出断路器连接；
所述公共直流母线负极1与与融冰线路之间通过第一输出断路器连接；
所述公共直流母线正极2与融冰线路之间通过第二输出断路器连接。
集装箱分为控制室和功率柜室；
所述控制室内部设有控制保护系统；
所述功率柜室包括变压器柜、滤波器柜和功率柜；
所述变压器柜内部设有整流变压器，所述滤波器柜内部设有交流滤波器，所述功率柜内部设有功率单元。
本发明提供的移动式直流融冰装置通过整流变压器作为并网接口接入输电线路，将直流融冰功能与电网接入点无功补偿及电压支撑功能相结合，实现直流融冰和无功补偿装置的移动式多地点服务，解决现有直流融冰装置运行过程中存在的各种瓶颈问题。
本发明提供的移动式直流融冰装置可以通过控制策略的切换，实现融冰和无功补偿两种功能之间的切换，提高融冰装置和STATCOM的装置利用率，具有良好的经济效益。
直流融冰模式下，融冰模式的控制目标是定直流电流和单位功率因数运行。本发明采取定直流电流的控制，对融冰线路进行恒定电流融冰。将融冰电流的参考值和实际值进行比较，误差信号经过PI调节器后得到有功电流参考值id*；将无功功率参考值0和实际值进行比较，误差信号经过PI调节器得到无功电流参考值iq*。
通过电流内环的控制，对d轴和q轴的电流进行跟踪。由于d轴和q轴电流之间仍然存在耦合项，所以需要进行解耦控制，并加入前馈解耦项，以此得到d轴和q轴电压控制量，通过Park反变换，得到ABC三相的调制信号，进行三角载波PWM调制，所得脉冲经光电转换触发桥臂上的IGBT。
STATCOM工作模式下，STATCOM模式控制采用传统的电压外环和电流内环的双环控制。给定STATCOM的直流电压和无功功率参考值。电压外环控制直流侧电压，通过比较直流电压给定值Udc*和实际值Udc，误差经PI调节器得到交流输入电流中的有功分量参考值id*。无功功率参考值和实际值的误差经过PI调节器得到无功分量参考值iq*。
电流内环用于跟踪电压外环和无功控制给定的电流参考值，对d轴和q轴电流分别进行PI调节，得到d轴和q轴电压控制量，进而得到ABC三相的调制信号，进行PWM调制，控制IGBT的通断。
融冰模式的控制目标是定直流电流和单位功率因数运行。采取定直流电流的控制，对融冰线路进行恒定电流融冰。
本发明提供的移动式直流融冰装置运行在STATCOM模式时，可以对配电网进行无功补偿和电压支撑。其中电压支撑是通过无功补偿实现的，通过减小线路上流通的无功功率，减小了线路的电压损耗，从而支撑了电压。STATCOM模式控制采用传统的电压外环和电流内环的双环控制。
为实现移动化应用，本发明设计了兼具STATCOM的移动式直流融冰装置放置于平板拖车的集装箱设计技术，为提高使用的灵活性，该兼具STATCOM的移动式直流融冰装置采用可扩展设计，N套之间可采用并联使用，如图2。
本发明针对我国冰灾易发地区复杂多变的道路以及雨雪天气情况，充分考虑移动式平台所承受的震动或冲击的前提下，从加固设计、减振隔振等多方面对移动式平台进行优良的抗振设计，特别对底座和侧壁部分进行抗振分析并进行抗振处理，使移动式平台具备较好的抗振性能；根据移动式平台黏着特性和移动式平台防滑控制方法，完成移动式平台防滑控制系统，使移动式平台具有防滑控制精度高、充分粘着、可靠性高等特点。保证移动式平台在道路颠簸以及雨雪天气安全使用，极大减少环境对移动式平台的影响程度，防止在运输和吊装过程中发生设备偏移。
集装箱在标准集装箱结构的基础上进行改造，外壳采用耐腐蚀结构用热连轧钢材，喷涂户外专用油漆，确保箱体结构坚固、防水、耐腐蚀、使用寿命长。内衬阻燃彩板，具有隔热、隔音、保温等特点。箱体内部绝缘主要采用绝缘子及高性能复合绝缘材料，选用的复合绝缘材料具有较高的机械性能及介电性能、较好的耐热性和耐潮性、良好的机械加工性。箱体前后两面可全部打开方便安装，箱体不受环境限制，适用移动工程的需要。标准外形尺寸，不超限，便于运输。集装箱内部均设置温度、湿度等监测手段及照明、通风、排水设施；箱体内设空调，可对室内空气的湿度进行调节，并可根据需要安装摄像头及观察窗方便监控。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有STATCOM功能的移动式融冰装置，其特征在于：所述装置包括整流变压器、软启动装置、电抗器单元、功率单元、输出断路器和集装箱；
所述整流变压器的高压侧绕组连接输电线路，其低压侧绕组连接软启动装置，所述软启动装置通过电抗器单元连接功率单元，所述功率单元通过输出断路器连接融冰线路；
所述整流变压器、软启动装置、电抗器单元和功率单元均位于集装箱内部。
2.根据权利要求1所述的具有STATCOM功能的移动式融冰装置，其特征在于：所述整流变压器为双分裂整流变压器，双分裂整流变压器包括高压侧绕组、第一低压侧绕组和第二低压侧绕组；
所述软启动装置包括第一软启动装置和第二软启动装置；
所述电抗器单元包括第一电抗器单元和第二电抗器单元；
所述功率单元包括第一功率单元和第二功率单元；
所述输出断路器包括第一输出断路器、第二输出断路器和第三输出断路器。
3.根据权利要求1所述的具有STATCOM功能的移动式融冰装置，其特征在于：所述装置还包括交流滤波器，所述交流滤波器包括第一交流滤波器和第二交流滤波器；
所述第一交流滤波器一端接地，另一端连接在第一软启动装置与第一电抗器单元之间；
所述第二交流滤波器一端接地，另一端连接在第二软启动装置与第二电抗器单元之间。
4.根据权利要求2所述的具有STATCOM功能的移动式融冰装置，其特征在于：所述所述高压侧绕组连接输电线路；
所述第一低压侧绕组通过第一软启动装置连接第一电抗器单元，所述第一电抗器单元通过第一功率单元连接第一输出电路器；
第二低压侧绕组通过第二软启动装置连接第二电抗器单元，所述第二电抗器单元通过第二功率单元连接第二输出电路器。
5.根据权利要求2或4所述的具有STATCOM功能的移动式融冰装置，其特征在于：所述第一软启动装置包括断路器A、断路器B和限流电阻A；所述断路器A与限流电阻A串联，再与断路器B并联；
第二软启动装置均包括断路器C、断路器D和限流电阻B；所述断路器C与限流电阻B串联，再与断路器D并联。
6.根据权利要求2或4所述的具有STATCOM功能的移动式融冰装置，其特征在于：所述第一功率单元和第二功率单元均采用IGBT模块，进行PWM控制。
7.根据权利要求6所述的具有STATCOM功能的移动式融冰装置，其特征在于：所述第一功率单元引出公共直流母线正极1和公共直流母线负极1；
所述第一功率单元引出公共直流母线正极2和公共直流母线负极2；
所述公共直流母线正极1与公共直流母线负极2之间通过第三输出断路器连接；
所述公共直流母线负极1与与融冰线路之间通过第一输出断路器连接；
所述公共直流母线正极2与融冰线路之间通过第二输出断路器连接。
8.根据权利要求1所述的具有STATCOM功能的移动式融冰装置，其特征在于：所述集装箱分为控制室和功率柜室；
所述控制室内部设有控制保护系统；
所述功率柜室包括变压器柜、滤波器柜和功率柜。
9.根据权利要求8所述的具有STATCOM功能的移动式融冰装置，其特征在于：所述变压器柜内部设有整流变压器，所述滤波器柜内部设有交流滤波器，所述功率柜内部设有功率单元。
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