CN107482530A - 基于交‑直‑交两级变换的便携式农配网交流融冰方法及装置 - Google Patents

基于交‑直‑交两级变换的便携式农配网交流融冰方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于交‑直‑交两级变换的便携式农配网交流融冰方法及装置。方法实施步骤为首先通过中频发电机输出三相交流电，再经AC/DC整流器变换为直流电、再经DC/AC逆变器变换为低频三相交流电、最后输送到待融冰的目标农配网线路上。装置包括中频发电机、整流器、逆变器和输出连接单元。本发明在同等融冰功率下可大幅降低发电机以及融冰装置的体积重量，能够削弱线路感抗影响从而降低装置总容量需求，能三相同时融冰且融冰时不需断开沿线变压器，融冰效率高，装置体积小、重量轻，便于运输至交通不便地区实施农配网线路的融冰，能够有效提高线路安全运行水平。

Description

基于交-直-交两级变换的便携式农配网交流融冰方法及装置
技术领域
本发明涉及电气工程领域的输电线路融冰技术，具体涉及一种基于交-直-交两级变换的便携式农配网交流融冰方法及装置。
背景技术
我国南方地区雨雪冰冻灾害频发，对电网运行造成了严重的影响。农配网线路由于点多面广，且多分布于微地形微气象明显的山区，冬季覆冰情况特别严重，对农配网安全可靠供电造成了严重的威胁。电流融冰技术是目前应对电网冰灾最为有效的手段，但现有的融冰研究主要针对于主网，而农配网线路由于支线多，沿线一般挂有多台变压器，现有的主网融冰方法无法直接用于农配网线路融冰。
部分科研单位开发了利用站内交流电源降压融冰、利用车载电源进行移动式直流融冰等融冰方式。利用站内交流电源降压融冰时，需在站内增设一套融冰专用变压器，一般只能针对主线进行融冰且投资成本较高，难以推广；利用移动式车载电源进行直流融冰时需提前拉开沿线的配电网变压器，融冰前准备工作量大，融冰效率低，且融冰电源车体积较大，难以运输到山高、路远的农配网融冰现场。
对农配网线路，一般采用针对性强、运输便捷的专用融冰装置。比如专利CN102684128 A公开了一种便携式超短距离农配网直流融冰装置，CN 202633875 U公布了一种输出电压可调的农配网直流融冰装置，CN 102623941 B公布了一种10kV农网配电线路直流融冰装置，这些装置都是将交流电变换为直流电后实施直流融冰。由于农配网输电线路分支多且沿线挂有多个配电变压器，为防止直流融冰时的线路直流电流流过配电变压器带来变压器偏磁等问题，在直流融冰前需先断开各沿线变压器再实施融冰，融冰后再恢复连接。因此利用直流融冰装置实施农配网融冰时，整个融冰过程操作量大、不利于融冰快速实施。
若采用交流融冰，就能有效克服前述问题。但由于农配网输电线路在融冰期间通常无电源供应，一般只能采用自带发电机供电，如何确定发电频率和融冰频率是个难题。这是因为：发电机的体积重量与其输出频率密切相关，在相同供电功率下频率越低则体积越大，工频发电难以满足便携式携带的要求；与此同时，由于感抗与频率成正比，若采用中频发电机直接输出融冰电压，输电线路在中频对应的感抗会远大于其工频感抗且一般数倍于其线路电阻，需要发电机输出很高的电压和容量才能满足线路融冰需求，这又导致发电机体积和重量较大而不便于携带。因此，迫切需要研究一种高效的便携式农配网交流融冰方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种基于交-直-交两级变换的便携式农配网交流融冰方法及装置，在同等融冰功率下可大幅降低发电机以及融冰装置的体积重量，能够削弱线路感抗影响从而降低装置总容量需求，且三相同时融冰且融冰时不需断开沿线变压器，装置体积小、重量轻，便于运输至交通不便地区实施农配网线路的融冰，能够有效提高线路安全运行水平。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种基于交-直-交两级变换的便携式农配网交流融冰方法，其实施步骤包括：
1）通过中频发电机输出三相交流电；
2）经AC/DC整流器，将中频发电机输出的三相交流电变换为直流电；
3）再经DC/AC逆变器，将AC/DC整流器输出的直流电变换为三相低频交流电；
4）将DC/AC逆变器输出的低频三相交流电输送到待融冰的目标农配网线路上。
优选地，步骤1）中，中频发电机输出三相交流电的频率超过工频50Hz。
优选地，步骤3）中，DC/AC逆变器输出三相交流电的频率低于工频50Hz。
一种基于交-直-交两级变换的便携式农配网交流融冰装置，包括中频发电机、AC/DC整流器、DC/AC逆变器和输出连接单元，所述中频发电机与AC/DC整流器、DC/AC逆变器、输出连接单元依次串联，输出连接单元的输出端与待融冰的目标农配网线路相连。
优选地，所述AC/DC整流器包括三相不控整流桥和直流电容，所述三相不控整流桥由六个二极管构成。
优选地，所述DC/AC逆变器由IGBT等全控型开关器件组成的三相逆变桥构成，且考虑到融冰线路自身固有较大电感，三相逆变桥输出端不配置滤波组件。
本发明基于交-直-交两级变换的便携式农配网交流融冰方法具有下述优点：
1）本发明基于交-直-交两级变换的便携式农配网交流融冰方法可一次性对三相线路同时融冰，避免了直流融冰至少需要两次融冰才能完成三相线路融冰的问题，同时融冰时不再需要断开待融冰线路的沿线变压器，减少了融冰操作工作量、提高了融冰效率。
2）本发明基于交-直-交两级变换的便携式农配网交流融冰方法的融冰输出频率较低，可大幅削弱线路感抗的影响，从而降低融冰装置的输出端口电压和整机容量。
3）本发明基于交-直-交两级变换的便携式农配网交流融冰方法的发电机频率与融冰频率隔离，在相同的融冰能力下，可大幅减少融冰装置的体积和重量，便于人工携带至交通不便的地区实施农配网线路的融冰。
综上所述，本发明基于交-直-交两级变换的便携式农配网交流融冰方法利用中频发电机取代工频发电机提供电能，在同等供电功率下可大幅降低发电机及融冰装置的体积重量；经交-直-交变换后输出低频三相交流电，可对三相线路同时融冰，还避免了直流融冰时需断开沿线变压器的问题，并削弱线路感抗影响从而降低装置输出电压和容量需求。本发明对应装置体积小、重量轻，便于人工携带至交通不便的地区实施农配网线路的融冰，以提高线路安全运行水平。
本发明基于交-直-交两级变换的便携式农配网交流融冰装置为本发明基于交-直-交两级变换的便携式农配网交流融冰方法对应的装置，因此同样也具有本发明基于交-直-交两级变换的便携式农配网交流融冰方法的前述优点，故在此不再赘述。
附图说明
图1为本发明实施例的原理结构示意图。
图2为本发明实施例的具体结构示意图。
图3为本发明实施例的建模仿真结果图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例基于交-直-交两级变换的便携式农配网交流融冰方法的实施步骤包括：
1）通过中频发电机输出三相交流电，其输出电压的幅值和频率取决于发电机参数，并在运行过程中保持恒定，其输出频率可选定为400Hz；
2）经二极管整流器，将中频发电机发电输出的三相交流电变换为直流电，其输出直流电压的幅值主要取决于发电机输出电压，基本不受融冰负载情况得影响；
3）再经IGBT构成的三相全桥逆变器，将AC/DC整流器输出的直流电变换为20Hz的三相交流电；
4）将经输出接线单元，将DC/AC逆变器输出的低频三相交流电输送到待融冰的目标农配网线路上。
如图1所示，本实施例基于交-直-交两级变换的便携式农配网交流融冰装置，包括中频发电机1、AC/DC整流器2、DC/AC逆变器3和输出连接单元4。中频发电机1的交流输出端连接到AC/DC整流器2的交流输入端；AC/DC整流器2的直流输出端与DC/AC逆变器3的直流输入端相连、DC/AC逆变器3的交流输出端经输出连接单元4与待融冰的目标农配网线路相连。该方案利用中频发电机提供电能，在同等供电容量下可大幅降低发电机及融冰装置的体积与重量，满足便携性要求；经交-直-交变换后输出三相交流电，可对三相线路同时融冰且避免了直流融冰时需断开沿线变压器的问题；由于其输出频率较低，可削弱线路感抗影响从而降低装置的输出电压和容量需求，在相同装置容量下对应融冰距离更长，或在相同融冰距离下对应的装置容量更小。
如图2所示，中频发电机1为三相汽油发电机，轻巧便携，具体采用采用AXQ1-350型三相汽油发电机，该机额定频率400Hz、额定输出功率12kW、额定线电压23V。
如图2所示，AC/DC整流器2包括三相不控整流桥和直流电容，三相不控整流桥由六个二极管构成，构成三相不控整流桥的每个二极管额定电压50V、额定电流300A；直流电容采用20个4700uF/63V的电容并联组成；AC/DC整流器的额定直流电压30V、额定功率15kW。
如图2所示，DC/AC逆变器3由6个IGBT构成的三相逆变桥构成。考虑到待融冰线路固有滤波电感，所以三相逆变桥的输出端不再额外配置滤波组件。逆变桥采用SVPWM调制，开关频率选用800Hz、基波频率20Hz，调制比可根据融冰线路的长度、线型在0-1间进行调节，使得实际输出电压电流满足待融冰农配网线路的融冰需求。
利用前述实施实例的结构及参数，在Matlab/Simulink中建模并进行仿真，仿真结果如图3所示。根据图3可知，在发电机输出400Hz电压的情况下，装置可以输出3相对称的、频率为20Hz、有效值为353A的融冰电流，满足农配网常用输电线型LGJ-70的融冰需求；同理，通过调节DC/AC逆变器3的SVPWM调制比来调控融冰电压电流大小，可满足LGJ-35、LGJ-50等其他农配网常用线型的融冰要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于交-直-交两级变换的便携式农配网交流融冰方法，其实施步骤包括：
1）通过中频发电机输出三相交流电；
2）经AC/DC整流器，将中频发电机输出的三相交流电变换为直流电；
3）再经DC/AC逆变器，将AC/DC整流器输出的直流电变换为三相低频交流电；
4）将DC/AC逆变器输出的低频三相交流电输送到待融冰的目标农配网线路上。
2.根据权利要求1所述的基于交-直-交两级变换的便携式农配网交流融冰方法，其特征在于，步骤1）中，中频发电机（1）输出三相交流电的频率超过工频50Hz。
3.根据权利要求1所述的基于交-直-交两级变换的便携式农配网交流融冰方法，其特征在于，步骤3）中，DC/AC逆变器输出三相交流电的频率低于工频50Hz。
4.一种基于交-直-交两级变换的便携式农配网交流融冰装置，其特征在于，包括中频发电机（1）、AC/DC整流器（2）、DC/AC逆变器（3）和输出连接单元（4），所述中频发电机（1）与通过AC/DC整流器（2）、DC/AC逆变器（3）、输出连接单元（4）依次串联，输出连接单元（4）的输出端与待融冰的目标农配网线路相连。
5.根据权利要求4所述的基于交-直-交两级变换的便携式农配网交流融冰装置，其特征在于，所述整流器（2）包括三相不控整流桥和直流母线电容。
6.根据权利要求4所述的基于交-直-交两级变换的便携式农配网交流融冰装置，其特征在于，所述DC/AC逆变器（3）由三相逆变桥构成，且三相逆变桥输出端不配置滤波组件。
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蒋道乾等: "35kV配网线路融冰技术的改进", 《云南电力技术》, 15 December 2015 (2015-12-15), pages 135 - 136 *

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CN113451973A (zh) * 2021-08-09 2021-09-28 河南卫华重型机械股份有限公司 一种集成化的滑触线交流融冰控制器

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