CN111478262A - 一种基于线性变压器的在线融冰装置 - Google Patents

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宾泼
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于文滔
唐先志
黄富勇
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侯宇凝
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Abstract

本发明实施例公开了一种基于线性变压器的在线融冰装置，该装置包括：接地变压器、待融冰线路、线性变压器、避雷线、控制驱动模块和至少一个逆变电路；其中，线性变压器包括第一线圈绕组和至少一个第二线圈绕组，第一线圈绕组连接在接地变压器和避雷线之间，待融冰线路、接地变压器、第一线圈绕组和避雷线形成融冰控制回路；逆变电路与第二线圈绕组电连接，控制驱动模块与逆变电路电连接，控制驱动模块用于通过驱动逆变电路调节第二线圈绕组的电压，调节第一线圈绕组的电抗，以调节融冰控制回路的电流。解决了现有技术存在工作效率低且安全性不高的问题，通过调节变压器的输出电压调节融冰线路的电流以提高融冰的效率和安全性。

Description

一种基于线性变压器的在线融冰装置
技术领域
本发明实施例涉及电网安全技术领域，尤其涉及一种基于线性变压器的在 线融冰装置。
背景技术
随着用电需求的增加，以及电力系统技术的快速发展，输电线路变得越来 越庞大。而输电线路覆冰会给电网输送电能造成重大危害。因此，线路融冰技 术成为电网冰灾防治工作的重点和难点。
现有技术一般采用机械除冰法，通过使用自动机械装置产生的动力破坏线 路上的冰体，从而使得覆冰从线路上脱落。该方法虽然方便易用，但是效率不 高且安全性极差。
发明内容
本发明提供一种基于线性变压器的在线融冰装置，实现通过调节变压器的 输出电压调节融冰线路的电流以提高融冰的效率和安全性。
本发明实施例提供了一种基于线性变压器的在线融冰装置，该装置包括： 接地变压器、待融冰线路、线性变压器、避雷线、控制驱动模块和至少一个逆 变电路；
其中，线性变压器包括第一线圈绕组和至少一个第二线圈绕组，所述第一 线圈绕组连接在所述接地变压器和所述避雷线之间，所述待融冰线路、所述接 地变压器、所述第一线圈绕组和所述避雷线形成融冰控制回路；
所述逆变电路与所述第二线圈绕组电连接，所述控制驱动模块与所述逆变 电路电连接，所述控制驱动模块用于通过驱动逆变电路调节所述第二线圈绕组 的电压，调节所述第一线圈绕组的电抗，以调节所述融冰控制回路的电流。
本发明通过提供一种基于线性变压器的在线融冰装置，该装置包括：接地 变压器、待融冰线路、线性变压器、避雷线、控制驱动模块和至少一个逆变电 路；其中，线性变压器包括第一线圈绕组和至少一个第二线圈绕组，第一线圈 绕组连接在接地变压器和避雷线之间，待融冰线路、接地变压器、第一线圈绕 组和避雷线形成融冰控制回路；逆变电路与第二线圈绕组电连接，控制驱动模 块与逆变电路电连接，控制驱动模块用于通过驱动逆变电路调节第二线圈绕组 的电压，调节第一线圈绕组的电抗，以调节融冰控制回路的电流。解决现有技 术存在工作效率低且安全性不高的问题，通过调节变压器的输出电压调节融冰 线路的电流以提高融冰的效率和安全性。
附图说明
图1是本发明实施例一中的一种基于线性变压器的在线融冰装置的结构示 意图；
图2是本发明实施例二中的一种基于线性变压器的在线融冰装置的结构示 意图；
图3是本发明实施例三中的另一种基于线性变压器的在线融冰装置的结构 示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此 处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需 要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结 构。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种基于线性变压器的在线融冰装置的结构 示意图，参考图1，该在线融冰装置包括：接地变压器110、待融冰线路P1、 线性变压器100、避雷线P2、控制驱动模块300和至少一个逆变电路320；
其中，线性变压器100包括第一线圈绕组W1和至少一个第二线圈绕组W2， 第一线圈绕组W1连接在接地变压器110和避雷线P2之间，待融冰线路P1、接 地变压器110、第一线圈绕组W1和避雷线P2形成融冰控制回路400；
逆变电路320与第二线圈绕组W2电连接，控制驱动模块300与逆变电路 320电连接，控制驱动模块300用于通过驱动逆变电路调节第二线圈绕组W2的 电压，调节第一线圈绕组W1的电抗，以调节融冰控制回路400的电流。
其中，待融冰线路P1可以电网的输电线路，例如主网线路、配网线路、支 路等需要融冰的线路。接地变压器110和待融冰线路P1之间可通过设置开关以 控制二者之间的接通或者断开，同样，避雷线P2和待融冰线路P1之间也可通 过设置开关以控制二者之间的接通或者断开。控制驱动模块300可以为单片机、 工控机等控制器。
在本实施例的技术方案中，该基于线性变压器的在线融冰装置的实现过程 为：参考图1，待融冰线路连接在电源端1和负载2之间，当待融冰线路P1需 要融冰时，将接地变压器110与待融冰线路P1之间接通，将避雷线P2和待融 冰线路P1之间接通，使得待融冰线路P1、接地变压器110、第一线圈绕组W1 和避雷线P2形成融冰控制回路400，通过控制驱动模块300控制逆变电路320 产生一可控的电压信号以调节第二线圈绕组W2的电压，使得第一线圈绕组W1 的电抗跟随第二线圈绕组W2的电压变化而得到调节，从而通过调节第一线圈绕 组W1的电抗调节融冰控制回路400的电流，实现对待融冰线路P1进行融冰。
本实施例的技术方案，通过提供一种基于线性变压器的在线融冰装置，该 装置包括：接地变压器、待融冰线路、线性变压器、避雷线、控制驱动模块和 至少一个逆变电路；其中，线性变压器包括第一线圈绕组和至少一个第二线圈 绕组，第一线圈绕组连接在接地变压器和避雷线之间，待融冰线路、接地变压 器、第一线圈绕组和避雷线形成融冰控制回路；逆变电路与第二线圈绕组电连 接，控制驱动模块与逆变电路电连接，控制驱动模块用于通过驱动逆变电路调 节第二线圈绕组的电压，调节第一线圈绕组的电抗，以调节融冰控制回路的电 流。解决了现有技术存在工作效率低且安全性不高的问题，通过调节变压器的 输出电压调节融冰线路的电流以提高融冰的效率和安全性。
实施例二
图2是本发明实施例二中提供的一种基于线性变压器的在线融冰装置的结 构示意图，参考图2，该在线融冰装置还包括第一电流检测模块210和第二电 流检测模块220，第一电流检测模块210分别与第一线圈绕组W1和控制驱动模 块300电连接，第二电流检测模块220分别与第二线圈绕组W2和控制驱动模块 300电连接。
其中，第一电流检测模块210和第二电流检测模块220为电流互感器，还 可以为霍尔电流传感器、电流检测器等。
逆变电路包括电压型逆变器。
参考图2，逆变电路320包括第一晶体管T1、第二晶体管T2、第三晶体管 T3、第四晶体管T4和电容Ud，第一晶体管T1的控制端、第二晶体管T2的控 制端、第三晶体管T3的控制端和第四晶体管T4的控制端分别与控制驱动模块 300电连接，第一晶体管T1的第一端分别与第三晶体管T3的第一端和电容Ud 的第一端电连接，第一晶体管T1的第二端分别与第二线圈绕组W2的第一端和 第二晶体管T2的第一端电连接，第四晶体管T4的第二端分别与第二晶体管T2 的第二端和电容Ud的第二端电连接，第四晶体管T4的第一端分别与第二线圈绕组W2的第二端和第二晶体管T2的第二端电连接，电源模块310连接在电容 Ud的第一端和第二端之间。
参考图2，融冰控制回路400还包括第一电感L1、第二电感L2、第一电阻 R1和第二电阻R2，第一电感L1的第一端与第一线圈绕组W1的一端电连接，第 一电感L1的第二端与第一电阻R1的第一端电连接，第一电阻R1的第二端通过 避雷线P2与第二电感L2的第一端电连接，第二电感L2的第二端与第二电阻 R2的第一端电连接，第二电阻R2的第二端与待融冰线路P1的一端电连接。
在本实施例的技术方案中，该基于线性变压器的在线融冰装置的实现过程 为：参考图2，待融冰线路连接在电源端1和负载2之间，当待融冰线路P1需 要融冰时，将接地变压器110与待融冰线路P1之间接通，将避雷线P2和待融 冰线路P1之间接通，使得待融冰线路P1、接地变压器110、第一线圈绕组W1 和避雷线P2形成融冰控制回路400，控制驱动模块300输出第一参考信号和第 二参考信号，并将第一参考信号和第二参考信号生成可控电压信号，控制驱动 模块300将该可控电压信号输入到逆变电路320，该可控电压信号通过逆变电路320输出到第二线圈绕组W2侧，第二线圈绕组W2的电压跟随该可控电压信 号发生变化，使得第一线圈绕组W1的电抗也相应的发生变化，进而使得融冰控 制回路400的电流发生变化，即融冰控制回路400的电流得到调节以实现对待 融冰线路P1进行融冰。
进一步的，参考图2，第一线圈绕组W1和第二线圈绕组W2的匝数分别为N1和N2，第一线圈绕组W1和第二线圈绕组W2的变比KT＝N1/N2，流过第一线圈 绕组W1和第二线圈绕组W2的电流分别为i1和i2，第一线圈绕组W1和第二线圈 绕组W2两端电压分别为u1和u2。
可列出线性变压器端口的电压方程，向量形式如下：
Figure BDA0002486609590000061
Figure BDA0002486609590000062
第一线圈绕组W1和第二线圈绕组W2的电压满足如下关系：
Figure BDA0002486609590000063
其中，k3为第一参考信号的比例控制系数，k4为第二参考信号的正交控制 系数。
将第一线圈绕组W1和第二线圈绕组W2的电压关系代入到上述线性变压器 的端口电压方程可以得到第一线圈绕组W1侧的等效电抗，如下：
Figure BDA0002486609590000064
实施例三
图3是本发明实施例三中的另一种基于线性变压器的在线融冰装置的结构 示意图，参考图3，该在线融冰装置还包括n个逆变电路320和电源模块310， 线性变压器还包括第一线圈绕组W1和n个第二线圈绕组W2，其中n为大于或 者等于2的正整数；每个逆变电路320与一第二线圈绕组W2电连接，每个逆变 电路320均与电源模块310电连接。
其中，电源模块310用于为各个逆变电路320供电。每个逆变电路均与控 制驱动模块电连接。
在本实施例的技术方案中，该基于线性变压器的在线融冰装置的实现过程 为：参考图3，待融冰线路连接在电源端1和负载2之间，当待融冰线路P1需 要融冰时，将接地变压器110与待融冰线路P1之间接通，将避雷线P2和待融 冰线路P1之间接通，使得待融冰线路P1、接地变压器110、第一线圈绕组W1 和避雷线P2形成融冰控制回路400，通过控制驱动模块300控制各逆变电路320 产生一可控的电压信号以调节对应的第二线圈绕组W2的电压，使得第一线圈绕 组W1的电抗跟随各第二线圈绕组W2的电压变化而得到调节，从而通过调节第 一线圈绕组W1的电抗调节融冰控制回路400的电流，实现对待融冰线路P1进 行融冰。
进一步的，参考图3，线性变压器第一线圈绕组W1的匝数为N3，线性变压 器的具有n个第二线圈绕组W2，每个第二线圈绕组具有同样的尺寸和相同的匝 数N4，且均接相同的电压型逆变器。忽略铁心损耗，那么，在正弦稳态的条件 下，同样可以列出线性变压器各个端口电压的向量表达式：
Figure RE-GDA0002552639490000081
其中，L11为第一线圈绕组的自阻抗，M12n(n＝1，2，…N)为第一线圈绕组与 第n个第二线圈绕组之间的互感，L2nn为第n个第二线圈绕组的自感，M2mn(m， n＝1，2，…N，且m≠n)为第m个第二线圈绕组与第n个第二线圈绕组之间的互 感，r1σ、r2nσ(n＝1，2，…N)分别为第一线圈绕组和第二线圈绕组的电阻。
若使得
Figure BDA0002486609590000081
则由上式变化得到：
Figure BDA0002486609590000082
令
Figure BDA0002486609590000083
令k＝W1/(NW2)，通过电流控制使得
Figure BDA0002486609590000084
在忽略电阻分量的情况下，可 在变压器原边的端口得到第一线圈绕组的电抗控制关系式：
xL＝x1σ+(1+α)xm
式中，
Figure BDA0002486609590000085
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员 会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进 行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽 然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以 上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例， 而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (7)

1.一种基于线性变压器的在线融冰装置，其特征在于，包括：接地变压器、待融冰线路、线性变压器、避雷线、控制驱动模块和至少一个逆变电路；
其中，线性变压器包括第一线圈绕组和至少一个第二线圈绕组，所述第一线圈绕组连接在所述接地变压器和所述避雷线之间，所述待融冰线路、所述接地变压器、所述第一线圈绕组和所述避雷线形成融冰控制回路；
所述逆变电路与所述第二线圈绕组电连接，所述控制驱动模块与所述逆变电路电连接，所述控制驱动模块用于通过驱动逆变电路调节所述第二线圈绕组的电压，调节所述第一线圈绕组的电抗，以调节所述融冰控制回路的电流。
2.根据权利要求1所述的基于线性变压器的在线融冰装置，其特征在于，还包括第一电流检测模块和第二电流检测模块，所述第一电流检测模块分别与所述第一线圈绕组和所述控制驱动模块电连接，所述第二电流检测模块分别与所述第二线圈绕组和所述控制驱动模块电连接。
3.根据权利要求2所述的基于线性变压器的在线融冰装置，其特征在于，所述第一电流检测模块和所述第二电流检测模块为电流互感器。
4.根据权利要求1所述的基于线性变压器的在线融冰装置，其特征在于，所述逆变电路包括电压型逆变器。
5.根据权利要求1所述的基于线性变压器的在线融冰装置，其特征在于，所述融冰控制回路还包括第一电感、第二电感、第一电阻和第二电阻，所述第一电感的第一端与所述第一线圈绕组的一端电连接，所述第一电感的第二端与所述第一电阻的第一端电连接，所述第一电阻的第二端通过所述避雷线与所述第二电感的第一端电连接，所述第二电感的第二端与所述第二电阻的第一端电连接，所述第二电阻的第二端与所述待融冰线路的一端电连接。
6.根据权利要求1所述的基于线性变压器的在线融冰装置，其特征在于，还包括n个逆变电路和电源模块，所述线性变压器还包括所述第一线圈绕组和n个所述第二线圈绕组，其中n为大于或者等于2的正整数；每个所述逆变电路与一所述第二线圈绕组电连接，每个所述逆变电路与所述电源模块电连接。
7.根据权利要求6所述的基于线性变压器的在线融冰装置，其特征在于，所述逆变电路包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管和电容，所述第一晶体管的控制端、所述第二晶体管的控制端、所述第三晶体管的控制端和所述第四晶体管的控制端分别与所述控制驱动模块电连接，所述第一晶体管的第一端分别与所述第三晶体管的第一端和所述电容的第一端电连接，所述第一晶体管的第二端分别与所述第二线圈绕组的第一端和所述第二晶体管的第一端电连接，所述第四晶体管的第二端分别与所述第二晶体管的第二端和所述电容的第二端电连接，所述第四晶体管的第一端分别与所述第二线圈绕组的第二端和所述第二晶体管的第二端电连接，所述电源模块连接在所述电容的第一端和第二端之间。
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