CN110336235A - 基于自融冰导体的交流输电直流融冰设备 - Google Patents

基于自融冰导体的交流输电直流融冰设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于自融冰导体的交流输电直流融冰设备，其特征在于，包括送端A相输电线、送端B相输电线、送端C相输电线、A相变电模块、B相变电模块、C相变电模块、电平转换模块、A相热导体、B相热导体和C相热导体。本发明通过变电模块和电平转换模块控制自融冰导体，可以在高压输电线工作时实施融冰，避免现有融冰技术需断电的情况，有利于高压输电线可靠工作。使高压输电线不会有冰存在，避免了高压输电线的舞动现象，杜绝了因结冰导致的高压输电线断线等严重事故。

Description

基于自融冰导体的交流输电直流融冰设备
技术领域
本发明涉及电线融冰技术领域，具体为一种基于自融冰导体的交流输电直流融冰设备。
背景技术
近年来，冻雨覆冰造成输电设备损坏的情况时有发生，带来的经济损失已成为一个不容忽视的问题。严重的线路覆冰导致多条线路及杆塔损坏，严重影响了电网的安全稳定运行。并且杆塔损坏问题维修费用高，消耗大量的人力以及物力资源，而在雨雪天气进行相应的维修工作，会给维修人员带来极大的挑战，存在巨大的安全隐患问题。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于自融冰导体的交流输电直流融冰设备解决了在线融冰设备融冰效果不好的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于自融冰导体的交流输电直流融冰设备，包括送端A相输电线、送端B相输电线、送端C相输电线、A相变电模块、B相变电模块、C相变电模块、电平转换模块、A相热导体、B相热导体和C相热导体，所述送端A相输电线与A相变电模块的一次绕组输入端a连接，所述A相变电模块的一次绕组接地端b连接到地，所述A相变电模块的二次绕组制热端c与电平转换模块的A相制热输入端Ca连接，所述A相变电模块的二次绕组输电端d与电平转换模块的A相输电输入端Da连接，所述A相变电模块的二次绕组接地端e连接到地，所述电平转换模块的A相制热输出端Ah与A相热导体的内导体连接，所述电平转换模块的A相输电输出端As与A相热导体的外导体连接，所述送端B相输电线与B相变电模块的一次绕组输入端a连接，所述B相变电模块的一次绕组接地端b连接到地，所述B相变电模块的二次绕组制热端c与电平转换模块的B相制热输入端Cb连接，所述B相变电模块的二次绕组输电端d与电平转换模块的B相输电输入端Db连接，所述B相变电模块的二次绕组接地端e连接到地，所述电平转换模块的B相制热输出端Bh与B相热导体的内导体连接，所述电平转换模块的B相输电输出端Bs与B相热导体的外导体连接，所述送端C相输电线与C相变电模块的一次绕组输入端a连接，所述C相变电模块的一次绕组接地端b连接到地，所述C相变电模块的二次绕组制热端c与电平转换模块的C相制热输入端Cc连接，所述C相变电模块的二次绕组输电端d与电平转换模块的C相输电输入端Dc连接，所述C相变电模块的二次绕组接地端e连接到地，所述电平转换模块的C相制热输出端Ch与C相热导体的内导体连接，所述电平转换模块的C相输电输出端Cs与C相热导体的外导体连接。
进一步地：所述A相变电模块、B相变电模块和C相变电模块均为三绕组变压器，所述三绕组变压器包括一个一次绕组和两个二次绕组，所述两个二次绕组分别为制热绕组和输电绕组，所述一次绕组、制热绕组和输电绕组的首端为同名端，所述一次绕组的首端为一次绕组输入端a，所述一次绕组的末端为一次绕组接地端b，所述制热绕组的首端为二次绕组制热端c，所述制热绕组的末端与输电绕组的首端连接并作为二次绕组输电端d，所述输电绕组的末端为二次绕组接地端e。
进一步地：所述电平转换模块包括第一输入电平变换模块、第二输入电平变换模块、第三输入电平变换模块、第一输出电平变换模块、第二输出电平变换模块和第三输出电平变换模块，所述第一输入电平变换模块的交流输入端in通过融冰开关ai连接A相制热输入端Ca，所述第二输入电平变换模块的交流输入端in通过融冰开关bi连接B相制热输入端Cb，所述第三输入电平变换模块的交流输入端in通过融冰开关ci连接C相制热输入端Cc，所述第一输出电平变换模块的交流输出端out通过融冰开关co与输电开关cn的一端连接，所述融冰开关co与输电开关cn之间设有C相制热输出端Ch，所述输电开关cn的另一端分别连接C相输电输入端Dc和C相输电输出端Cs，所述第二输出电平变换模块的交流输出端out通过融冰开关bo与输电开关bn的一端连接，所述融冰开关bo与输电开关bn之间设有B相制热输出端Bh，所述输电开关bn的另一端分别连接B相输电输入端Db和B相输电输出端Bs，所述第三输出电平变换模块的交流输出端out通过融冰开关ao与输电开关an的一端连接，所述融冰开关ao与输电开关an之间设有A相制热输出端Ah，所述输电开关an的另一端分别连接A相输电输入端Da和A相输电输出端As，所述第一输入电平变换模块的正极输出端P、第二输入电平变换模块的正极输出端P、第三输入电平变换模块的正极输出端P、第一输出电平变换模块的正极输入端P、第二输出电平变换模块的正极输入端P和第三输出电平变换模块的正极输入端P连接，所述第一输入电平变换模块的负极输出端N、第二输入电平变换模块的负极输出端N、第三输入电平变换模块的负极输出端N、第一输出电平变换模块的负极输入端N、第二输出电平变换模块的负极输入端N和第三输出电平变换模块的负极输入端N连接，所述第一输入电平变换模块的同步输出端So与第三输出电平变换模块的同步输入端Si连接，所述第二输入电平变换模块的同步输出端So与第二输出电平变换模块的同步输入端Si连接，所述第三输入电平变换模块的同步输出端So与第一输出电平变换模块的同步输入端Si连接。
进一步地：所述第一输入电平变换模块、第二输入电平变换模块和第三输入电平变换模块均包括子模块和同步信号提取电路，所述子模块包括正端第一子模块P1、正端第二子模块P2、正端第三子模块P3、正端第四子模块P4、负端第一子模块N1、负端第二子模块N2、负端第三子模块N3和负端第四子模块N4，所述正端第四子模块P4的正极为正极输出端P，所述正端第四子模块P4的负极与正端第三子模块P3的正极连接，所述正端第三子模块P3的负极与正端第二子模块P2的正极连接，所述正端第二子模块P2的负极与正端第一子模块P1的正极连接，所述正端第一子模块P1的负极通过输入正端电阻R1与输入正端电感L1的一端连接，所述输入正端电感L1的另一端分别与输入负端电感L2的一端和输入端电阻R3的一端连接，所述输入端电阻R3的另一端分别与输入端电感L3的一端和同步信号提取电路的输入端连接，所述输入端电感L3的另一端为交流输入端in，所述同步信号提取电路的输出端为同步输出端So，所述输入负端电感L2的另一端通过输入负端电阻R2与负端第一子模块N1的正极连接，所述负端第一子模块N1的负极与负端第二子模块N2的正极连接，所述负端第二子模块N2的负极与负端第三子模块N3的正极连接，所述负端第三子模块N3的负极与负端第四子模块N4的正极连接，所述负端第四子模块N4的负极为负极输出端N。
进一步地：所述第一输出电平变换模块、第二输出电平变换模块和第三输出电平变换模块均包括子模块和同步处理电路，所述子模块包括正端第五子模块P5、正端第六子模块P6、正端第七子模块P7、正端第八子模块P8、负端第五子模块N5、负端第六子模块N6、负端第七子模块N7、负端第八子模块N8，所述正端第八子模块P8的正极为正极输出端P，所述正端第八子模块P8的负极与正端第七子模块P7的正极连接，所述正端第七子模块P7的负极与正端第六子模块P6的正极连接，所述正端第六子模块P6的负极与正端第五子模块P5的正极连接，所述正端第五子模块P5的负极通过输出正端电阻R4与输出正端电感L4的一端连接，所述输出正端电感L4的另一端分别与输出负端电感L5的一端和输出端电阻R6的一端连接，所述输出端电阻R6的另一端与输出端电感L6的一端连接，所述输出端电感L6的另一端为交流输出端out，所述同步处理电路的输入端为同步输入端Si，所述输出负端电感L5的另一端通过输出负端电阻R5与负端第五子模块N5的正极连接，所述负端第五子模块N5的负极与负端第六子模块N6的正极连接，所述负端第六子模块N6的负极与负端第七子模块N7的正极连接，所述负端第七子模块N7的负极与负端第八子模块N8的正极连接，所述负端第八子模块N8的负极为负极输入端N。
进一步地：每个所述子模块结构相同，均包括晶体管T1和晶体管T2，所述晶体管T1的源极分别与二极管D1的正极、晶体管T2的漏极和二极管D2的负极连接，并作为子模块的正极，所述晶体管T1的漏极分别与电容C的正极和二极管D1的负极连接，所述电容C的负极分别与晶体管T2的源极和二极管D2的正极连接，并作为子模块的负极。
进一步地：所述晶体管T1和晶体管T2均为IGBT，所述IGBT的型号为FF800R12KE3。
进一步地：所述A相热导体、B相热导体和C相热导体均为自融冰导体，所述自融冰导体包括外导体、加热材料和内导体，所述内导体为圆柱状金属，所述加热材料为正温度系数效应的发热材料，所述加热材料包围在内导体外侧并将内导体外周完全包围，使得内外导体完全隔离，避免内外导体短路；所述加热材料内表面和内导体外表面完全接触，所述加热材料外表面和外导体内表面完全接触，所述外导体包围在加热材料外侧。
进一步地：所述内导体的材质为单根金属线、金属绞线、内嵌光纤的金属管、单根合金线或合金绞线；所述外导体的材质为金属管、合金管、金属绞线或合金绞线。
进一步地：电平转换模块的控制方法为：
通过FPGA对子模块的投入和切除进行控制，FPFA的型号为美国XILINX公司生产的型号为XC3S1200的芯片；
以同步脉冲开始的时间点为起始时间点，k＝50/f，f为输电电源的频率，周期T＝1/f，时间系数k＝50T；
一个周期时间0.02k秒内，各子模块投入与切出时序控制(下述时序控制的时间单位为秒)：
正端第一子模块：：0：投入；0.00076k：切除；0.00162k：投入；0.00364k：切除；0.00386k：投入；0.00616k：切除；0.00638k：投入；0.0084k：切除；0.00926k：投入；0.01054k：切除；0.01226k：投入；0.0127k：切除；0.01494k：投入；0.01508k：切除；0.0173k：投入；0.01778k：切除；0.01948k：投入；
负端第一子模块：：0：切除；0.00076k：投入；0.00162k：切除；0.00364k：投入；0.00386k：切除；0.00616k：投入；0.00638k：切除；0.0084k：投入；0.00926k：切除；0.01054k：投入；0.01226k：切除；0.0127k：投入；0.01494k：切除；0.01508k：投入；0.0173k：切除；0.01778k：投入；0.01948k：切除；
正端第二子模块：：0：切除；0.00108k：投入；0.00296k：切除；0.00328k：投入；0.00556k：切除；0.00572k：投入；0.00786k：切除；0.00852k：投入；0.0100k：切除；0.01152k：投入；0.01216k：切除；0.01432k：投入；0.01446k：切除；0.01674k：投入；0.01706k：切除；0.01894k：投入；
负端第二子模块：：0：投入；0.00108k：切除；0.00296k：投入；0.00328k：切除：0.00556k：投入；0.00572k：切除；0.00786k：投入；0.00852k：切除；0.0100k：投入；0.01152k：切除；0.01216k：投入；0.01432k；切除；0.01446k：投入；0.01674k：切除；0.01706k：投入；0.01894k：切除；
正端第三子模块：：0：切除；0.00056k：投入；0.00226k：切除；0.00272k：投入；0.00494k：切除；0.0051k：投入；0.0073k：切除；0.0078k：投入；0.00948k：切除；0.01078k：投入；0.01162k：切除；0.01366k：投入；0.01386k：切除；0.01618k：投入；0.01638k：切除；0.01842k：投入；0.01926k：切除；
负端第三子模块：：0：投入；0.00056k：切除；0.00226k：投入；0.00272k：切除；0.00494k：投入；0.0051k：切除；0.0073k：投入；0.0078k：切除；0.00948k：投入；0.01078k：切除；0.01162k：投入；0.01366k：切除；0.01386k：投入；0.01618k：切除；0.01638k：投入；0.01842k：切除；0.01926k：投入；
正端第四子模块：：0：投入；0.00152k：切除；0.00218k：投入；0.00432k：切除；0.00448k：投入；0.00674k：切除；0.00708k：投入；0.00894k：切除；0.01004k：投入；0.01108k：切除；0.01298k：投入；0.01328k：切除；0.01558k：投入；0.01572k：切除；0.01788k：投入；0.01852k：切除；
负端第四子模块：：0：切除；0.00152k：投入；0.00218k：切除；0.00432k：投入；0.00448k：切除；0.00674k：投入；0.00708k：切除；0.00894k：投入；0.01004k：切除；0.01108k：投入；0.01298k：切除；0.01328k：投入；0.01558k：切除；0.01572k：投入；0.01788k：切除；0.01852k：投入；
计算正向对比参数VA和负向对比参数VNA，计算公式为：
上式中，VDH为直流制热电压，Aout为输出电压Uout的幅度，t为时间，
VNA＝-VA
计算阶段参数n，||为取整运算；
1号对比波形WPK1为：
2号对比波形WPK2为：
3号对比波形WPK3为：WPK3＝-WPK1；
4号对比波形WPK4为：WPK4＝-WPK2；
正端第五子模块控制方法为：如果VA>WPK1，则投入，否则切除；
正端第六子模块控制方法为：如果VA>WPK2，则投入，否则切除；
正端第七子模块控制方法为：如果VA>WPK3，则投入，否则切除；
正端第八子模块控制方法为：如果VA>WPK4，则投入，否则切除；
负端第五子模块控制方法为：如果VNA>WPK1，则投入，否则切除；
负端第六子模块控制方法为：如果VNA>WPK2，则投入，否则切除；
负端第七子模块控制方法为：如果VNA>WPK3，则投入，否则切除；
负端第八子模块控制方法为：如果VNA>WPK4，则投入，否则切除。
本发明的有益效果为：本发明通过变电模块和电平转换模块控制自融冰导体，可以在高压输电线工作时实施融冰，避免现有融冰技术需断电的情况，有利于高压输电线可靠工作。使高压输电线不会有冰存在，避免了高压输电线的舞动现象，杜绝了因结冰导致的高压输电线断线等严重事故。
附图说明
图1为本发明的总体结构框图；
图2为本发明中变电模块的电路图；
图3为本发明中电平转换模块的结构图；
图4为本发明中输入电平变换模块的结构图；
图5为本发明中输出电平变换模块的结构图；
图6为本发明中子模块的电路图；
图7为本发明中自融冰导体的结构图；
图8为本发明中同步控制电路的电路图。
其中：1、一次绕组；2、制热绕组；3、输电绕组；4、外导体；5、加热材料；6、内导体。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，一种基于自融冰导体的交流输电直流融冰设备，包括送端A相输电线、送端B相输电线、送端C相输电线、A相变电模块、B相变电模块、C相变电模块、电平转换模块、A相热导体、B相热导体和C相热导体，所述送端A相输电线与A相变电模块的一次绕组输入端a连接，所述A相变电模块的一次绕组接地端b连接到地，所述A相变电模块的二次绕组制热端c与电平转换模块的A相制热输入端Ca连接，所述A相变电模块的二次绕组输电端d与电平转换模块的A相输电输入端Da连接，所述A相变电模块的二次绕组接地端e连接到地，所述电平转换模块的A相制热输出端Ah与A相热导体的内导体连接，所述电平转换模块的A相输电输出端As与A相热导体的外导体连接，所述送端B相输电线与B相变电模块的一次绕组输入端a连接，所述B相变电模块的一次绕组接地端b连接到地，所述B相变电模块的二次绕组制热端c与电平转换模块的B相制热输入端Cb连接，所述B相变电模块的二次绕组输电端d与电平转换模块的B相输电输入端Db连接，所述B相变电模块的二次绕组接地端e连接到地，所述电平转换模块的B相制热输出端Bh与B相热导体的内导体连接，所述电平转换模块的B相输电输出端Bs与B相热导体的外导体连接，所述送端C相输电线与C相变电模块的一次绕组输入端a连接，所述C相变电模块的一次绕组接地端b连接到地，所述C相变电模块的二次绕组制热端c与电平转换模块的C相制热输入端Cc连接，所述C相变电模块的二次绕组输电端d与电平转换模块的C相输电输入端Dc连接，所述C相变电模块的二次绕组接地端e连接到地，所述电平转换模块的C相制热输出端Ch与C相热导体的内导体连接，所述电平转换模块的C相输电输出端Cs与C相热导体的外导体连接。
如图2所示，所述A相变电模块、B相变电模块和C相变电模块均为三绕组变压器，所述三绕组变压器包括一个一次绕组1和两个二次绕组，所述两个二次绕组分别为制热绕组2和输电绕组3，所述一次绕组1、制热绕组2和输电绕组3的首端为同名端，所述一次绕组1的首端为一次绕组输入端a，所述一次绕组1的末端为一次绕组接地端b，所述制热绕组2的首端为二次绕组制热端c，所述制热绕组2的末端与输电绕组3的首端连接并作为二次绕组输电端d，所述输电绕组3的末端为二次绕组接地端e。
输电绕组匝比的计算方法为：输电绕组匝比为输电绕组线圈匝数除以一次绕组线圈匝数，计算公式为：
上式中，Ns为输电绕组匝比，Uin为变压器的输入电压，Uout为变压器的输出电压。
制热绕组匝比的计算方法为：根据自融冰导体的几何尺寸计算，设内导体外圈直径为Dn,外导体外圈直径为Dw,制热材料外圈直径为Dh,制热材料电阻率为ρh，计算公式为：
上式中，Nh为制热绕组匝比。
则直流制热电压VDH的计算公式为：
如图3所示，所述电平转换模块包括第一输入电平变换模块、第二输入电平变换模块、第三输入电平变换模块、第一输出电平变换模块、第二输出电平变换模块和第三输出电平变换模块，所述第一输入电平变换模块的交流输入端in通过融冰开关ai连接A相制热输入端Ca，所述第二输入电平变换模块的交流输入端in通过融冰开关bi连接B相制热输入端Cb，所述第三输入电平变换模块的交流输入端in通过融冰开关ci连接C相制热输入端Cc，所述第一输出电平变换模块的交流输出端out通过融冰开关co与输电开关cn的一端连接，所述融冰开关co与输电开关cn之间设有C相制热输出端Ch，所述输电开关cn的另一端分别连接C相输电输入端Dc和C相输电输出端Cs，所述第二输出电平变换模块的交流输出端out通过融冰开关bo与输电开关bn的一端连接，所述融冰开关bo与输电开关bn之间设有B相制热输出端Bh，所述输电开关bn的另一端分别连接B相输电输入端Db和B相输电输出端Bs，所述第三输出电平变换模块的交流输出端out通过融冰开关ao与输电开关an的一端连接，所述融冰开关ao与输电开关an之间设有A相制热输出端Ah，所述输电开关an的另一端分别连接A相输电输入端Da和A相输电输出端As，所述第一输入电平变换模块的正极输出端P、第二输入电平变换模块的正极输出端P、第三输入电平变换模块的正极输出端P、第一输出电平变换模块的正极输入端P、第二输出电平变换模块的正极输入端P和第三输出电平变换模块的正极输入端P连接，所述第一输入电平变换模块的负极输出端N、第二输入电平变换模块的负极输出端N、第三输入电平变换模块的负极输出端N、第一输出电平变换模块的负极输入端N、第二输出电平变换模块的负极输入端N和第三输出电平变换模块的负极输入端N连接，所述第一输入电平变换模块的同步输出端So与第三输出电平变换模块的同步输入端Si连接，所述第二输入电平变换模块的同步输出端So与第二输出电平变换模块的同步输入端Si连接，所述第三输入电平变换模块的同步输出端So与第一输出电平变换模块的同步输入端Si连接。
如图4所示，所述第一输入电平变换模块、第二输入电平变换模块和第三输入电平变换模块均包括子模块和同步信号提取电路，所述子模块包括正端第一子模块P1、正端第二子模块P2、正端第三子模块P3、正端第四子模块P4、负端第一子模块N1、负端第二子模块N2、负端第三子模块N3和负端第四子模块N4，所述正端第四子模块P4的正极为正极输出端P，所述正端第四子模块P4的负极与正端第三子模块P3的正极连接，所述正端第三子模块P3的负极与正端第二子模块P2的正极连接，所述正端第二子模块P2的负极与正端第一子模块P1的正极连接，所述正端第一子模块P1的负极通过输入正端电阻R1与输入正端电感L1的一端连接，所述输入正端电感L1的另一端分别与输入负端电感L2的一端和输入端电阻R3的一端连接，所述输入端电阻R3的另一端分别与输入端电感L3的一端和同步信号提取电路的输入端连接，所述输入端电感L3的另一端为交流输入端in，所述同步信号提取电路的输出端为同步输出端So，所述输入负端电感L2的另一端通过输入负端电阻R2与负端第一子模块N1的正极连接，所述负端第一子模块N1的负极与负端第二子模块N2的正极连接，所述负端第二子模块N2的负极与负端第三子模块N3的正极连接，所述负端第三子模块N3的负极与负端第四子模块N4的正极连接，所述负端第四子模块N4的负极为负极输出端N。
如图5所示，所述第一输出电平变换模块、第二输出电平变换模块和第三输出电平变换模块均包括子模块和同步处理电路，所述子模块包括正端第五子模块P5、正端第六子模块P6、正端第七子模块P7、正端第八子模块P8、负端第五子模块N5、负端第六子模块N6、负端第七子模块N7、负端第八子模块N8，所述正端第八子模块P8的正极为正极输出端P，所述正端第八子模块P8的负极与正端第七子模块P7的正极连接，所述正端第七子模块P7的负极与正端第六子模块P6的正极连接，所述正端第六子模块P6的负极与正端第五子模块P5的正极连接，所述正端第五子模块P5的负极通过输出正端电阻R4与输出正端电感L4的一端连接，所述输出正端电感L4的另一端分别与输出负端电感L5的一端和输出端电阻R6的一端连接，所述输出端电阻R6的另一端与输出端电感L6的一端连接，所述输出端电感L6的另一端为交流输出端out，所述同步处理电路的输入端为同步输入端Si，所述输出负端电感L5的另一端通过输出负端电阻R5与负端第五子模块N5的正极连接，所述负端第五子模块N5的负极与负端第六子模块N6的正极连接，所述负端第六子模块N6的负极与负端第七子模块N7的正极连接，所述负端第七子模块N7的负极与负端第八子模块N8的正极连接，所述负端第八子模块N8的负极为负极输入端N。
如图6所示，每个所述子模块结构相同，均包括晶体管T1和晶体管T2，所述晶体管T1的源极分别与二极管D1的正极、晶体管T2的漏极和二极管D2的负极连接，并作为子模块的正极，所述晶体管T1的漏极分别与电容C的正极和二极管D1的负极连接，所述电容C的负极分别与晶体管T2的源极和二极管D2的正极连接，并作为子模块的负极。所述晶体管T1和晶体管T2均为IGBT，所述IGBT的型号为FF800R12KE3。
T1,T2开断由FPGA控制，子模块有两种工作状态，投入状态和切除状态；在投入状态下T1开通，T2关断；切除状态下T1关断，T2开通。
电平转换模块的控制方法为：
通过FPGA对子模块的投入和切除进行控制，FPFA的型号为美国XILINX公司生产的型号为XC3S1200的芯片。
以同步脉冲开始的时间点为起始时间点，k＝50/f，f为输电电源的频率，周期T＝1/f，时间系数k＝50T；
一个周期时间0.02k秒内，各子模块投入与切出时序控制(下述时序控制的时间单位为秒)：
正端第一子模块：：0：投入；0.00076k：切除；0.00162k：投入；0.00364k：切除；0.00386k：投入；0.00616k：切除；0.00638k：投入；0.0084k：切除；0.00926k：投入；0.01054k：切除；0.01226k：投入；0.0127k：切除；0.01494k：投入；0.01508k：切除；0.0173k：投入；0.01778k：切除；0.01948k：投入。
负端第一子模块：：0：切除；0.00076k：投入；0.00162k：切除；0.00364k：投入；0.00386k：切除；0.00616k：投入；0.00638k：切除；0.0084k：投入；0.00926k：切除；0.01054k：投入；0.01226k：切除；0.0127k：投入；0.01494k：切除；0.01508k：投入；0.0173k：切除；0.01778k：投入；0.01948k：切除。
正端第二子模块：：0：切除；0.00108k：投入；0.00296k：切除；0.00328k：投入；0.00556k：切除；0.00572k：投入；0.00786k：切除；0.00852k：投入；0.0100k：切除；0.01152k：投入；0.01216k：切除；0.01432k：投入；0.01446k：切除；0.01674k：投入；0.01706k：切除；0.01894k：投入。
负端第二子模块：：0：投入；0.00108k：切除；0.00296k：投入；0.00328k：切除：0.00556k：投入；0.00572k：切除；0.00786k：投入；0.00852k：切除；0.0100k：投入；0.01152k：切除；0.01216k：投入；0.01432k；切除；0.01446k：投入；0.01674k：切除；0.01706k：投入；0.01894k：切除。
正端第三子模块：：0：切除；0.00056k：投入；0.00226k：切除；0.00272k：投入；0.00494k：切除；0.0051k：投入；0.0073k：切除；0.0078k：投入；0.00948k：切除；0.01078k：投入；0.01162k：切除；0.01366k：投入；0.01386k：切除；0.01618k：投入；0.01638k：切除；0.01842k：投入；0.01926k：切除。
负端第三子模块：：0：投入；0.00056k：切除；0.00226k：投入；0.00272k：切除；0.00494k：投入；0.0051k：切除；0.0073k：投入；0.0078k：切除；0.00948k：投入；0.01078k：切除；0.01162k：投入；0.01366k：切除；0.01386k：投入；0.01618k：切除；0.01638k：投入；0.01842k：切除；0.01926k：投入。
正端第四子模块：：0：投入；0.00152k：切除；0.00218k：投入；0.00432k：切除；0.00448k：投入；0.00674k：切除；0.00708k：投入；0.00894k：切除；0.01004k：投入；0.01108k：切除；0.01298k：投入；0.01328k：切除；0.01558k：投入；0.01572k：切除；0.01788k：投入；0.01852k：切除。
负端第四子模块：：0：切除；0.00152k：投入；0.00218k：切除；0.00432k：投入；0.00448k：切除；0.00674k：投入；0.00708k：切除；0.00894k：投入；0.01004k：切除；0.01108k：投入；0.01298k：切除；0.01328k：投入；0.01558k：切除；0.01572k：投入；0.01788k：切除；0.01852k：投入。
计算正向对比参数VA和负向对比参数VNA，计算公式为：
上式中，Aout为输出电压Uout的幅度，t为时间，
VNA＝-VA
计算阶段参数n，||为取整运算。
1号对比波形WPK1为：
2号对比波形WPK2为：
3号对比波形WPK3为：WPK3＝-WPK1。
4号对比波形WPK4为：WPK4＝-WPK2。
正端第五子模块控制方法为：如果VA>WPK1，则投入，否则切除；
正端第六子模块控制方法为：如果VA>WPK2，则投入，否则切除；
正端第七子模块控制方法为：如果VA>WPK3，则投入，否则切除；
正端第八子模块控制方法为：如果VA>WPK4，则投入，否则切除；
负端第五子模块控制方法为：如果VNA>WPK1，则投入，否则切除；
负端第六子模块控制方法为：如果VNA>WPK2，则投入，否则切除；
负端第七子模块控制方法为：如果VNA>WPK3，则投入，否则切除；
负端第八子模块控制方法为：如果VNA>WPK4，则投入，否则切除；
如图7所示，所述A相热导体、B相热导体和C相热导体均为自融冰导体，所述自融冰导体包括外导体4、加热材料5和内导体6，所述内导体6为圆柱状金属，所述加热材料5为正温度系数效应的发热材料，所述加热材料5包围在内导体6外侧并将内导体6外周完全包围，使得内外导体完全隔离，避免内外导体短路；所述加热材料5内表面和内导体6外表面完全接触，所述加热材料5外表面和外导体6内表面完全接触，所述外导体4包围在加热材料5外侧。所述内导体6的材质为单根金属线、金属绞线、内嵌光纤的金属管、单根合金线或合金绞线；所述外导体4的材质为金属管、合金管、金属绞线或合金绞线。
通过同步控制电路取出入户电力线的同步信号，同步控制电路如图8所示，其中：
IN_P，IN_L连接到入户电力线；S_OUT为检测得到的同步信号，连接到FPGA；
UH1：霍尔电压传感器，本发明选取北京华智兴远科技有限公司生产的型号为HV25-P的霍尔电压传感器；
UH2:OP07运算放大器；
UH3:光耦合器，本发明选取日本东芝公司生产的型号为TLP521的光耦合器。

Claims (10)

1.一种基于自融冰导体的交流输电直流融冰设备，其特征在于，包括送端A相输电线、送端B相输电线、送端C相输电线、A相变电模块、B相变电模块、C相变电模块、电平转换模块、A相热导体、B相热导体和C相热导体，所述送端A相输电线与A相变电模块的一次绕组输入端a连接，所述A相变电模块的一次绕组接地端b连接到地，所述A相变电模块的二次绕组制热端c与电平转换模块的A相制热输入端Ca连接，所述A相变电模块的二次绕组输电端d与电平转换模块的A相输电输入端Da连接，所述A相变电模块的二次绕组接地端e连接到地，所述电平转换模块的A相制热输出端Ah与A相热导体的内导体连接，所述电平转换模块的A相输电输出端As与A相热导体的外导体连接，所述送端B相输电线与B相变电模块的一次绕组输入端a连接，所述B相变电模块的一次绕组接地端b连接到地，所述B相变电模块的二次绕组制热端c与电平转换模块的B相制热输入端Cb连接，所述B相变电模块的二次绕组输电端d与电平转换模块的B相输电输入端Db连接，所述B相变电模块的二次绕组接地端e连接到地，所述电平转换模块的B相制热输出端Bh与B相热导体的内导体连接，所述电平转换模块的B相输电输出端Bs与B相热导体的外导体连接，所述送端C相输电线与C相变电模块的一次绕组输入端a连接，所述C相变电模块的一次绕组接地端b连接到地，所述C相变电模块的二次绕组制热端c与电平转换模块的C相制热输入端Cc连接，所述C相变电模块的二次绕组输电端d与电平转换模块的C相输电输入端Dc连接，所述C相变电模块的二次绕组接地端e连接到地，所述电平转换模块的C相制热输出端Ch与C相热导体的内导体连接，所述电平转换模块的C相输电输出端Cs与C相热导体的外导体连接。
2.根据权利要求1所述的基于自融冰导体的交流输电直流融冰设备，其特征在于，所述A相变电模块、B相变电模块和C相变电模块均为三绕组变压器，所述三绕组变压器包括一个一次绕组(1)和两个二次绕组，所述两个二次绕组分别为制热绕组(2)和输电绕组(3)，所述一次绕组(1)、制热绕组(2)和输电绕组(3)的首端为同名端，所述一次绕组(1)的首端为一次绕组输入端a，所述一次绕组(1)的末端为一次绕组接地端b，所述制热绕组(2)的首端为二次绕组制热端c，所述制热绕组(2)的末端与输电绕组(3)的首端连接并作为二次绕组输电端d，所述输电绕组(3)的末端为二次绕组接地端e。
3.根据权利要求1所述的基于自融冰导体的交流输电直流融冰设备，其特征在于，所述电平转换模块包括第一输入电平变换模块、第二输入电平变换模块、第三输入电平变换模块、第一输出电平变换模块、第二输出电平变换模块和第三输出电平变换模块，所述第一输入电平变换模块的交流输入端in通过融冰开关ai连接A相制热输入端Ca，所述第二输入电平变换模块的交流输入端in通过融冰开关bi连接B相制热输入端Cb，所述第三输入电平变换模块的交流输入端in通过融冰开关ci连接C相制热输入端Cc，所述第一输出电平变换模块的交流输出端out通过融冰开关co与输电开关cn的一端连接，所述融冰开关co与输电开关cn之间设有C相制热输出端Ch，所述输电开关cn的另一端分别连接C相输电输入端Dc和C相输电输出端Cs，所述第二输出电平变换模块的交流输出端out通过融冰开关bo与输电开关bn的一端连接，所述融冰开关bo与输电开关bn之间设有B相制热输出端Bh，所述输电开关bn的另一端分别连接B相输电输入端Db和B相输电输出端Bs，所述第三输出电平变换模块的交流输出端out通过融冰开关ao与输电开关an的一端连接，所述融冰开关ao与输电开关an之间设有A相制热输出端Ah，所述输电开关an的另一端分别连接A相输电输入端Da和A相输电输出端As，所述第一输入电平变换模块的正极输出端P、第二输入电平变换模块的正极输出端P、第三输入电平变换模块的正极输出端P、第一输出电平变换模块的正极输入端P、第二输出电平变换模块的正极输入端P和第三输出电平变换模块的正极输入端P连接，所述第一输入电平变换模块的负极输出端N、第二输入电平变换模块的负极输出端N、第三输入电平变换模块的负极输出端N、第一输出电平变换模块的负极输入端N、第二输出电平变换模块的负极输入端N和第三输出电平变换模块的负极输入端N连接，所述第一输入电平变换模块的同步输出端So与第三输出电平变换模块的同步输入端Si连接，所述第二输入电平变换模块的同步输出端So与第二输出电平变换模块的同步输入端Si连接，所述第三输入电平变换模块的同步输出端So与第一输出电平变换模块的同步输入端Si连接。
4.根据权利要求3所述的基于自融冰导体的交流输电直流融冰设备，其特征在于，所述第一输入电平变换模块、第二输入电平变换模块和第三输入电平变换模块均包括子模块和同步信号提取电路，所述子模块包括正端第一子模块P1、正端第二子模块P2、正端第三子模块P3、正端第四子模块P4、负端第一子模块N1、负端第二子模块N2、负端第三子模块N3和负端第四子模块N4，所述正端第四子模块P4的正极为正极输出端P，所述正端第四子模块P4的负极与正端第三子模块P3的正极连接，所述正端第三子模块P3的负极与正端第二子模块P2的正极连接，所述正端第二子模块P2的负极与正端第一子模块P1的正极连接，所述正端第一子模块P1的负极通过输入正端电阻R1与输入正端电感L1的一端连接，所述输入正端电感L1的另一端分别与输入负端电感L2的一端和输入端电阻R3的一端连接，所述输入端电阻R3的另一端分别与输入端电感L3的一端和同步信号提取电路的输入端连接，所述输入端电感L3的另一端为交流输入端in，所述同步信号提取电路的输出端为同步输出端So，所述输入负端电感L2的另一端通过输入负端电阻R2与负端第一子模块N1的正极连接，所述负端第一子模块N1的负极与负端第二子模块N2的正极连接，所述负端第二子模块N2的负极与负端第三子模块N3的正极连接，所述负端第三子模块N3的负极与负端第四子模块N4的正极连接，所述负端第四子模块N4的负极为负极输出端N。
5.根据权利要求3所述的基于自融冰导体的交流输电直流融冰设备，其特征在于，所述第一输出电平变换模块、第二输出电平变换模块和第三输出电平变换模块均包括子模块和同步处理电路，所述子模块包括正端第五子模块P5、正端第六子模块P6、正端第七子模块P7、正端第八子模块P8、负端第五子模块N5、负端第六子模块N6、负端第七子模块N7、负端第八子模块N8，所述正端第八子模块P8的正极为正极输出端P，所述正端第八子模块P8的负极与正端第七子模块P7的正极连接，所述正端第七子模块P7的负极与正端第六子模块P6的正极连接，所述正端第六子模块P6的负极与正端第五子模块P5的正极连接，所述正端第五子模块P5的负极通过输出正端电阻R4与输出正端电感L4的一端连接，所述输出正端电感L4的另一端分别与输出负端电感L5的一端和输出端电阻R6的一端连接，所述输出端电阻R6的另一端与输出端电感L6的一端连接，所述输出端电感L6的另一端为交流输出端out，所述同步处理电路的输入端为同步输入端Si，所述输出负端电感L5的另一端通过输出负端电阻R5与负端第五子模块N5的正极连接，所述负端第五子模块N5的负极与负端第六子模块N6的正极连接，所述负端第六子模块N6的负极与负端第七子模块N7的正极连接，所述负端第七子模块N7的负极与负端第八子模块N8的正极连接，所述负端第八子模块N8的负极为负极输入端N。
6.根据权利要求4或5所述的基于自融冰导体的交流输电直流融冰设备，其特征在于，每个所述子模块结构相同，均包括晶体管T1和晶体管T2，所述晶体管T1的源极分别与二极管D1的正极、晶体管T2的漏极和二极管D2的负极连接，并作为子模块的正极，所述晶体管T1的漏极分别与电容C的正极和二极管D1的负极连接，所述电容C的负极分别与晶体管T2的源极和二极管D2的正极连接，并作为子模块的负极。
7.根据权利要求6所述的基于自融冰导体的交流输电直流融冰设备，其特征在于，所述晶体管T1和晶体管T2均为IGBT，所述IGBT的型号为FF800R12KE3。
8.根据权利要求1所述的基于自融冰导体的交流输电直流融冰设备，其特征在于，所述A相热导体、B相热导体和C相热导体均为自融冰导体，所述自融冰导体包括外导体(4)、加热材料(5)和内导体(6)，所述内导体(6)为圆柱状金属，所述加热材料(5)为正温度系数效应的发热材料，所述加热材料(5)包围在内导体(6)外侧并将内导体(6)外周完全包围，使得内外导体完全隔离，避免内外导体短路；所述加热材料(5)内表面和内导体(6)外表面完全接触，所述加热材料(5)外表面和外导体(4)内表面完全接触，所述外导体(4)包围在加热材料(5)外侧。
9.根据权利要求8所述的基于自融冰导体的交流输电直流融冰设备，其特征在于，所述内导体(6)的材质为单根金属线、金属绞线、内嵌光纤的金属管、单根合金线或合金绞线；所述外导体(4)的材质为金属管、合金管、金属绞线或合金绞线。
10.根据权利要求4或5所述的基于自融冰导体的交流输电直流融冰设备，其特征在于，所述电平转换模块的控制方法为：
通过FPGA对子模块的投入和切除进行控制，FPFA的型号为美国XILINX公司生产的型号为XC3S1200的芯片；
以同步脉冲开始的时间点为起始时间点，k＝50/f，f为输电电源的频率，周期T＝1/f，时间系数k＝50T；
一个周期时间0.02k秒内，各子模块投入与切出时序控制为：
正端第一子模块：：0：投入；0.00076k：切除；0.00162k：投入；0.00364k：切除；0.00386k：投入；0.00616k：切除；0.00638k：投入；0.0084k：切除；0.00926k：投入；0.01054k：切除；0.01226k：投入；0.0127k：切除；0.01494k：投入；0.01508k：切除；0.0173k：投入；0.01778k：切除；0.01948k：投入；
负端第一子模块：：0：切除；0.00076k：投入；0.00162k：切除；0.00364k：投入；0.00386k：切除；0.00616k：投入；0.00638k：切除；0.0084k：投入；0.00926k：切除；0.01054k：投入；0.01226k：切除；0.0127k：投入；0.01494k：切除；0.01508k：投入；0.0173k：切除；0.01778k：投入；0.01948k：切除；
正端第二子模块：：0：切除；0.00108k：投入；0.00296k：切除；0.00328k：投入；0.00556k：切除；0.00572k：投入；0.00786k：切除；0.00852k：投入；0.0100k：切除；0.01152k：投入；0.01216k：切除；0.01432k：投入；0.01446k：切除；0.01674k：投入；0.01706k：切除；0.01894k：投入；
负端第二子模块：：0：投入；0.00108k：切除；0.00296k：投入；0.00328k：切除：0.00556k：投入；0.00572k：切除；0.00786k：投入；0.00852k：切除；0.0100k：投入；0.01152k：切除；0.01216k：投入；0.01432k；切除；0.01446k：投入；0.01674k：切除；0.01706k：投入；0.01894k：切除；
正端第三子模块：：0：切除；0.00056k：投入；0.00226k：切除；0.00272k：投入；0.00494k：切除；0.0051k：投入；0.0073k：切除；0.0078k：投入；0.00948k：切除；0.01078k：投入；0.01162k：切除；0.01366k：投入；0.01386k：切除；0.01618k：投入；0.01638k：切除；0.01842k：投入；0.01926k：切除；
负端第三子模块：：0：投入；0.00056k：切除；0.00226k：投入；0.00272k：切除；0.00494k：投入；0.0051k：切除；0.0073k：投入；0.0078k：切除；0.00948k：投入；0.01078k：切除；0.01162k：投入；0.01366k：切除；0.01386k：投入；0.01618k：切除；0.01638k：投入；0.01842k：切除；0.01926k：投入；
正端第四子模块：：0：投入；0.00152k：切除；0.00218k：投入；0.00432k：切除；0.00448k：投入；0.00674k：切除；0.00708k：投入；0.00894k：切除；0.01004k：投入；0.01108k：切除；0.01298k：投入；0.01328k：切除；0.01558k：投入；0.01572k：切除；0.01788k：投入；0.01852k：切除；
负端第四子模块：：0：切除；0.00152k：投入；0.00218k：切除；0.00432k：投入；0.00448k：切除；0.00674k：投入；0.00708k：切除；0.00894k：投入；0.01004k：切除；0.01108k：投入；0.01298k：切除；0.01328k：投入；0.01558k：切除；0.01572k：投入；0.01788k：切除；0.01852k：投入；
计算正向对比参数VA和负向对比参数VNA，计算公式为：
上式中，VDH为直流制热电压，Aout为输出电压Uout的幅度，t为时间，
VNA＝-VA
计算阶段参数n，||为取整运算；
1号对比波形WPK1为：
2号对比波形WPK2为：
3号对比波形WPK3为：WPK3＝-WPK1；
4号对比波形WPK4为：WPK4＝-WPK2；
正端第五子模块控制方法为：如果VA>WPK1，则投入，否则切除；
正端第六子模块控制方法为：如果VA>WPK2，则投入，否则切除；
正端第七子模块控制方法为：如果VA>WPK3，则投入，否则切除；
正端第八子模块控制方法为：如果VA>WPK4，则投入，否则切除；
负端第五子模块控制方法为：如果VNA>WPK1，则投入，否则切除；
负端第六子模块控制方法为：如果VNA>WPK2，则投入，否则切除；
负端第七子模块控制方法为：如果VNA>WPK3，则投入，否则切除；
负端第八子模块控制方法为：如果VNA>WPK4，则投入，否则切除。
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莫思特，刘天琪: "基于自融冰导线的在线实时融冰技术初探", 《科学技术与工程》 *

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