CN112531730B - 一种兼具无功补偿及输出电流可调的融冰装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种兼具无功补偿及输出电流可调的融冰装置。该融冰装置包括：至少一个变压器、至少一个逆变电路、基波电信号检测模块和控制模块，变压器包括一次绕组和二次绕组，一次绕组串联或并联连接在电网和谐波源之间，二次绕组与逆变电路连接，逆变电路与控制模块连接；基波电信号检测模块分别与一次绕组和控制模块连接，用于检测一次绕组的电流或电压；控制模块用于根据一次绕组的电流控制逆变电路输出基波电流注入到二次绕组，以调节一次绕组的阻抗，从而调节输出电流，当电流达到线路的临界融冰电流时即可实现线路融冰；或，根据一次绕组的电压控制逆变电路输出基波电压注入到二次绕组，以调节一次绕组的阻抗，实现无功补偿功能。

Description

一种兼具无功补偿及输出电流可调的融冰装置
技术领域
本发明实施例涉及微网电流调控技术，尤其涉及一种兼具无功补偿及输出电流可调的融冰装置。
背景技术
为防止冰期的线路覆冰导致产生冰灾事故，国内外学者研究了多种融冰方法，按照原理不同可划分为热力融冰法、机械除冰法、自然除冰法及其他除冰方法。目前主要应用热力融冰法进行线路融冰，其中，直流融冰法与交流短路融冰法是较为成熟的热力融冰方法。在2001年，美国Dartmouth学院的Charles R S等，从集肤效应和介质损耗的角度出发，提出了输电线路高频(8～200kHz)交流融冰方法。以上融冰方法有一系列缺点，如电流调节范围小、适用电压等级低、引入大量谐波等，因此只在某些特定场合才能应用。因此，研究一种新型融冰装置来实现大范围调节电流、滤除谐波、补偿功率因数是迫切需要的。
发明内容
本发明提供一种兼具无功补偿及输出电流可调的融冰装置，通过该融冰装置可以实现输出电流的大范围调节，从而实现线路融冰，同时还能实现动态无功补偿和滤波功能，提高电网的电能质量，且控制装置结构设计简单，成本低。
本发明实施例提供了一种兼具无功补偿及输出电流可调的融冰装置，该融冰装置包括：至少一个变压器、至少一个逆变电路、基波电信号检测模块和控制模块，其中，所述变压器包括一次绕组和二次绕组，所述一次绕组串联或并联连接在电网和谐波源之间，所述二次绕组与所述逆变电路连接，所述逆变电路与所述控制模块连接；所述基波电信号检测模块分别与所述一次绕组和所述控制模块连接，用于检测所述一次绕组的电流或电压；
所述控制模块用于根据所述一次绕组的电流控制所述逆变电路输出基波电流注入到所述二次绕组，以调节所述一次绕组的阻抗，从而调节输出电流，当电流达到线路的临界融冰电流时即可实现线路融冰；
或者，根据所述一次绕组的电压控制所述逆变电路输出基波电压注入到所述二次绕组，以调节所述一次绕组的阻抗，从而实现无功补偿功能。
可选地，所述一次绕组串联连接在所述电网和所述谐波源之间，所述一次绕组的第一端与所述电网连接，所述一次绕组的第二端与所述谐波源连接；
所述融冰装置还包括无源滤波器，所述无源滤波器并联连接在所述电网和所述谐波源之间，且所述无源滤波器的第一端分别与所述一次绕组的第二端和谐波源连接，第二端分别与所述电网和谐波源连接。
可选地，所述无源滤波器包括第一电感、第二电感、第一电容和第二电容，所述第一电感的第一端分别与所述一次绕组的第二端和所述第二电感的第一端连接，所述第一电感的第二端与所述第一电容的第一端连接，所述第二电感的第二端与所述第二电容的第一端连接，所述第一电容的第二端分别与所述第二电容的第二端、所述电网、所述谐波源连接。
可选地，所述基波电信号检测模块包括电流检测模块，所述电流检测模块分别与所述一次绕组和所述控制模块电连接。
可选地，所述一次绕组并联连接在所述电网和所述谐波源之间。
可选地，所述基波电信号检测模块包括电压检测模块，所述电压检测模块分别与所述一次绕组和所述控制模块电连接。
可选地，包括两个所述变压器，分别为第一变压器和第二变压器，所述第一变压器的一次绕组串联连接在电网和谐波源之间，且所述第一变压器的一次绕组的第一端与所述电网连接，所述第一变压器的一次绕组的第二端与所述谐波源连接；
所述第二变压器的一次绕组并联连接在所述电网和所述谐波源之间。
可选地，包括两个所述逆变电路，分别为第一逆变电路和第二逆变电路，所述第一逆变电路与所述第一变压器的二次绕组连接，所述第二逆变电路与所述第二变压器的二次绕组连接，所述第一逆变电路和所述第二逆变电路分别与所述控制模块连接。
可选地，所述逆变电路为电压型逆变电路。
可选地，还包括第三电容和第三电感，所述第三电容并联连接在所述二次绕组的两端，所述第三电感连接在所述二次绕组和逆变电路之间。
本发明通过提供一种兼具无功补偿及输出电流可调的融冰装置，该融冰装置包括：至少一个变压器、至少一个逆变电路、基波电信号检测模块和控制模块，其中，变压器包括一次绕组和二次绕组，一次绕组串联或并联连接在电网和谐波源之间，二次绕组与逆变电路连接，逆变电路与控制模块连接；基波电信号检测模块分别与一次绕组和控制模块连接，用于检测一次绕组的电流或电压；控制模块用于根据一次绕组的电流控制逆变电路输出基波电流注入到二次绕组，以调节一次绕组的阻抗，从而调节输出电流，当电流达到线路的临界融冰电流时即可实现线路融冰；或者，根据一次绕组的电压控制逆变电路输出基波电压注入到二次绕组，以调节一次绕组的阻抗，从而实现无功补偿功能。由此，通过该融冰装置可以实现输出电流的大范围调节，从而实现线路融冰，同时还能实现动态无功补偿和滤波功能，提高电网的电能质量，且控制装置结构设计简单，成本低。
附图说明
图1是本发明实施例一中的一种兼具无功补偿及输出电流可调的融冰装置的一次绕组串联连接的结构示意图；
图2是本发明实施例一中的一种兼具无功补偿及输出电流可调的融冰装置的一次绕组并联连接的结构示意图；
图3是本发明实施例二中的一种兼具无功补偿及输出电流可调的融冰装置的结构示意图；
图4是本发明实施例二中的一种变压器的结构示意图；
图5是本发明是实施二中的一种变压器T型等效电路示意图；
图6是本发明实施例二中的一种串联型有源滤波器基波等效电路示意图；
图7是本发明实施例二中的一种串联型有源滤波器谐波等效电路示意图；
图8是本发明实施例三中的一种兼具无功补偿及输出电流可调的融冰装置的结构示意图；
图9是本发明实施例三中的一种并联型有源滤波器基波等效电路示意图；
图10是本发明实施例三中的一种并联型有源滤波器谐波等效电路示意图；
图11是本发明实施例四中的一种兼具无功补偿及输出电流可调的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。
经发明人研究发现：目前常用的几种融冰方法大致如下：
(1)交流短路融冰法。交流短路融冰是将融冰短接线装在输电线路的某一点上，再通过中压配电装置对线路输送融冰电流，并依靠短路电流产生的热量融化线路上的覆冰。交流短路融冰法可以分为三相短路融冰法以及两相短路融冰法。该方法在一定电压范围内可以正常运行，但是对于500kV及其以上电压等级的线路，由于很难满足大容量的融冰电源，因此，采用该方法是行不通的。
(2)直流融冰法。该方法通过换流装置把交流电源转化为直流电源，并对覆冰线路加热使得线路覆冰融化的方法。但是由于直流融冰通常采用6脉波或者12脉波的整流装置，6脉波整流装置会引入5次和7次谐波，而12脉波整流装置会引入11和13次谐波。
(3)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。该方法的优点是方便易用，但是效率不高且安全性极差。
有鉴于此，本发明提供一种兼具无功补偿及输出电流可调的融冰装置，通过该融冰装置可以实现输出电流的大范围调节，从而实现线路融冰，同时还能实现动态无功补偿和滤波功能，提高电网的电能质量，且控制装置结构设计简单，成本低。
实施例一
图1为本发明实施例一中提供的一种兼具无功补偿及输出电流可调的融冰装置的一次绕组串联连接的结构示意图，图2为本发明实施例一中提供的一种兼具无功补偿及输出电流可调的融冰装置的一次绕组并联连接的结构示意图。参考图1和图2，该融冰装置包括：至少一个变压器10、至少一个逆变电路20、基波电信号检测模块30和控制模块40，其中，变压器10包括一次绕组W1和二次绕组W2，一次绕组W1串联或并联连接在电网50和谐波源(即负载)60之间，分别如图1所示，一次绕组W1串联连接在电网50和谐波源(即负载)60之间；如图2所示，一次绕组W1并联连接在电网50和谐波源(即负载)60之间。
二次绕组W2与逆变电路20连接，逆变电路20与控制模块40连接；基波电信号检测模块30分别与一次绕组W1和控制模块40连接，用于检测一次绕组W1的电流或电压；
控制模块40用于根据一次绕组W1的电流控制逆变电路20输出基波电流注入到二次绕组W2，以调节一次绕组W1的阻抗；
或者，根据一次绕组W1的电压控制逆变电路20输出基波电压注入到二次绕组W2，以调节一次绕组W1的阻抗。
其中，当一次绕组W1串联连接在电网50和谐波源(即负载)60之间时，该融冰装置还包括无源滤波器，无源滤波器可以并联连接在电网50和谐波源(即负载)60之间。无源滤波器用于接收变压器一次绕组流出的谐波电流。
在本实施例的技术方案中，该融冰装置的实现过程为：参考图1，以一次绕组串联连接在电网和谐波源(即负载)之间为例，通过将变压器一次绕组W1串联连接在电网50和谐波源(即负载)60之间，利用基波电信号检测模块30检测一次绕组W1侧的基波电流成分，控制模块40控制逆变电路跟随一次绕组W1侧的基波电流产生另一个基波电流并反相注入到二次绕组W2侧，使得一次绕组W1侧的基波电流与二次绕组W2侧的基波电流满足基波电流补偿条件，即使基波电流主磁通为零。当满足条件时，从变压器的一次绕组W1侧看进去，变压器对基波电流呈现很低的阻抗，对基波电流接近短路，而同时对谐波电流呈现励磁阻抗，对谐波电流起到了隔离的作用，使谐波电流被迫流入到无源滤波器中。由此，实现输出电流的大范围调节，从而实现线路融冰，同时兼具滤波功能，提高电网的电能质量，且控制装置结构设计简单，成本低。
参考图2，以一次绕组W1并联连接在电网50和谐波源(即负载)60之间为例，控制模块40根据检测到的变压器一次绕组W1侧的基波电压控制电压型逆变电路跟随该一次绕组侧的基波电压产生一个基波电压并施加到二次绕组侧，使得变压器一次绕组W1侧对基波电压呈现为一个可调电抗器进行无功补偿，而对谐波电压呈现为变压器一次绕组W1侧的短路阻抗，负载产生的谐波电压的大部分将流入到变压器的一次绕组W1侧，从而起到了滤波的作用。因此，通过对基波电压进行跟踪控制就可以实现滤波和无功补偿的功能，且整个无功补偿系统结构非常简单，容易实现。
本实施例的技术方案，通过提供一种兼具无功补偿及输出电流可调的融冰装置，该融冰装置包括：至少一个变压器、至少一个逆变电路、基波电信号检测模块和控制模块，其中，变压器包括一次绕组和二次绕组，一次绕组串联或并联连接在电网和谐波源(即负载)之间，二次绕组与逆变电路连接，逆变电路与控制模块连接；基波电信号检测模块分别与一次绕组和控制模块连接，用于检测一次绕组的电流或电压；控制模块用于根据一次绕组的电流控制逆变电路输出基波电流注入到二次绕组，以调节一次绕组的阻抗，从而调节输出电流，当电流达到线路的临界融冰电流时即可实现线路融冰；或者，根据一次绕组的电压控制逆变电路输出基波电压注入到二次绕组，以调节一次绕组的阻抗，从而实现无功补偿功能。由此，通过控制模块根据变压器的一次绕组的基波电流控制逆变电路输出基波电流并注入到变压器的二次绕组侧，以调节变压器的一次绕组侧的阻抗，从而调节输出电流，当电流达到线路的临界融冰电流时即可实现线路融冰；或者，根据变压器的一次绕组的基波电压控制逆变电路输出基波电压并注入到变压器的二次绕组侧，以调节变压器的一次绕组的阻抗，从而实现无功补偿功能。由此可实现动态无功补偿和输出电流可调的功能，从而实现对线路的融冰，同时还能提高电网的电能质量，且控制装置结构设计简单，成本低。
实施例二
图3是本发明实施例二中提供的一种兼具无功补偿及输出电流可调的融冰装置的结构示意图。在上述实施例的基础上，参考图3，一次绕组W1串联连接在电网50和谐波源(即负载)60之间，一次绕组W1的第一端与电网50连接，一次绕组W2的第二端与谐波源(即负载)60连接；
融冰装置还包括无源滤波器70，无源滤波器70并联连接在电网50和谐波源(即负载)60之间，且无源滤波器70的第一端分别与一次绕组W1的第二端和谐波源(即负载)60连接，第二端分别与电网50和谐波源(即负载)60连接。
其中，电网50包括相互串联连接的电感性元件Ls和电压源Us，电感性元件Ls的一端与一次绕组W1的第一端连接，电感性元件Ls的另一端与电压源Us的一个电极连接，电压源Us的另一个电极与谐波源(即负载)60、无源滤波器70连接，谐波源(即负载)60可来自负载端的谐波信号。
其中，一次绕组W1侧的电流包括基波电流成分和谐波电流成分，基波电信号检测模块30实时检测一次绕组W1侧的基波电流，控制模块40控制逆变电路20跟随一次绕组W1侧的基波电流产生一个基波电流并反相注入到二次绕组W2侧，当二次绕组W2侧注入的基波电流和一次绕组W1侧的基波电流满足基波补偿条件时，基波电流主磁通将变为零。此时，从变压器的一次绕组W1看进去，变压器对基波电流呈现很低的阻抗，对基波电流接近短路，而同时对谐波电流呈现励磁阻抗，对谐波电流起到了隔离的作用，使谐波电流被迫流入到无源滤波器70中。
可选地，继续参考图3，无源滤波器70包括第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1和第二电容C2，第一电感L1的第一端分别与一次绕组W1的第二端和第二电感L2的第一端连接，第一电感L1的第二端与第一电容C1的第一端连接，第二电感L2的第二端与第二电容C2的第一端连接，第一电容C1的第二端分别与第二电容C2的第二端、电网50、谐波源(即负载)60连接。
其中，当二次绕组W2侧注入的基波电流和一次绕组W1侧的基波电流满足基波补偿条件时，基波电流主磁通将变为零，谐波电流呈现励磁阻抗，使谐波电流被迫流入到第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1和第二电容C2组成的无源滤波器70中，由此实现对谐波成分进行过滤。
可选地，继续参考图3，基波电信号检测模块包括电流检测模块31，电流检测模块31分别与一次绕组W1和控制模块40电连接。
其中，电流检测模块31可以为电流传感器，用于实时检测变压器一次绕组W1侧的基波电流并发送给控制模块40。该电流检测模块31还与二次绕组连接(图中未示出)，用于检测二次绕组侧的基波电流。
可选地，逆变电路为电压型逆变电路。
具体的，参考图3，该电压型逆变电路包括第一晶体管Q11、第二晶体管Q12、第三晶体管Q13、第四晶体管Q14和电压源Ud1，第一晶体管Q11的第一端、第二晶体管Q12的第一端与电压源Ud1的正极电连接，第一晶体管Q11的第二端分别与第三晶体管Q13的第一端和二次绕组W2的第一端电连接，第二晶体管Q12的第二端分别与第四晶体管Q14的第一端和二次绕组W2的第二端电连接，第三晶体管Q13的第二端、第四晶体管Q14的第二端与电压源Ud2的负极电连接。
其中，第一晶体管Q11、第二晶体管Q12、第三晶体管Q13、第四晶体管Q14可以为NPN型三极管。第一晶体管Q11的控制端、第二晶体管Q12的控制端、第三晶体管Q13的控制端和第四晶体管Q14的控制端分别与控制模块40电连接，通过控制模块40可以控制第一晶体管Q11、第二晶体管Q12、第三晶体管Q13、第四晶体管Q14的导通或者关断，进而可以控制电压型逆变电路向二次绕组W2提供电流的大小。
可选地，继续参考图3，该融冰装置还包括第三电容C3和第三电感L3，第三电容C3并联连接在二次绕组W2的两端，第三电感L3连接在二次绕组W2和逆变电路20之间。
其中，第三电感L3用于提高逆变电路20向二次绕组W2注入的电流的稳定性。
图4是本发明实施例提供的一种变压器的结构示意图，图5是本发明是实施例提供的一种变压器T型等效电路示意图，图6是本发明实施例提供的一种串联型有源滤波器基波等效电路示意图，图7是本发明实施例提供的一种串联型有源滤波器谐波等效电路示意图。
可选地，参考图4，设变压器10一次绕组W1的匝数为N1，二次绕组的匝数为N2，则一次绕组W1和二次绕组W2的匝数比为k＝N1/N2。若将此变压器10的一次绕组W1串联连接在电网和负载之间，则在一次绕组W1侧便有电流流过。通过电流检测模块31实时检测一次绕组W1侧的电流i1，并通过控制模块40采用电压型逆变电路跟踪该电流从而产生一个基波电流i2，将该基波电流i2反相注入到变压器10的二次绕组W2侧，则此变压器10即为如图4所示的双边励磁的串联变压器。参考图5的变压器等效电路，将基波电流i2折算到变压器10一次绕组W1后变为i2′，一次绕组W1的漏阻抗为Z1，Z1＝r1+jx1，变压器二次绕组W2折算到一次绕组W1侧的漏阻抗为Z2′，Z2′＝r2′+jx2′，变压器的励磁阻抗为Zm，Zm＝rm+jxm。
参考图3，将变压器串联连接在电网50和谐波源(即负载)60之间，则变压器一次绕组W1侧的电流(即电网系统的电流)由基波电流和所有n次谐波电流组成，即i1＝i1 (1)+∑i1 (n)。
通过电流检测模块31检测一次绕组W1侧的电流中的基波电流i1 (1)，通过控制模块40利用电压型逆变电路跟踪该电流产生一个基波电流i2 (1)，由于i2 (1)和i1 (1)具有相同的频率，将i2 (1)反相注入到变压器的二次绕组W2侧，则根据叠加原理，可以分成两种情况进行分析。
首先，参考图6，对于基波，当注入到二次绕组W2侧的基波电流满足
Figure BDA0002821251720000121
即
Figure BDA0002821251720000122
则从AX端看进去，变压器的等效阻抗为：
ZAX (1)＝Z1 (1)
其中，Z1 (1)是变压器一次绕组的基波漏阻抗。
其次，参考图7，对于n次谐波，由于通过压型逆变电路产生的基波电流i2 (1)中只含有基波成分，不含谐波成分，因此，变压器二次绕组对于谐波相当于开路，则从AX端看进去，变压器的等效阻抗为：
Figure BDA0002821251720000123
其中，Zm (1)是变压器一次绕组的谐波励磁阻抗。
由此可知，控制模块40根据检测到的变压器一次绕组W1侧的基波电流控制电压型逆变电路跟随该一次绕组侧的基波电流产生一个基波电流并反相注入到二次绕组侧，当注入的基波电流和变压器一次侧电流的基波成分满足基波补偿条件：
Figure BDA0002821251720000124
基波电流主磁通将为零。此时，从变压器的一次绕组侧看进去，变压器对基波电流呈现很低的阻抗(即一次绕组侧的漏阻抗Z1 (1))，而同时对谐波电流呈现励磁阻抗(即对n次谐波为nZm (1))。漏阻抗一般远小于励磁阻抗，对基波电流，励磁阻抗Zm (1)和漏阻抗Z1 (1)的比值超过100，则n次谐波励磁阻抗nZm (1)与基波的漏阻抗会超过100n。因此在图3的这种串联型的变压器有源滤波器中，变压器仅仅提高了系统对谐波电流的阻抗，而对基波电流接近短路，从而真正起到了谐波隔离的作用，使谐波电流被迫流入无源滤波器支路。由此实现无功补偿和滤波功能。此时变压器一次侧的等效阻抗最小，输出电流最大。改变注入到二次绕组W2侧的基波电流的大小，即可改变一次侧基波等效阻抗，从而调节输出电流，当输出电流大于临界融冰电流时，即可实现线路融冰。
本实施例的技术方案，通过将变压器一次绕组串联连接在电网50和谐波源(即负载)60之间，利用电流检测模块31检测一次绕组W1侧的基波电流成分，控制模块40控制逆变电路跟随一次绕组侧的基波电流产生一个基波电流并反相注入到二次绕组侧，使得一次绕组侧的基波电流与二次绕组侧的基波电流满足基波电流补偿条件。当满足条件时，从变压器的一次绕组侧看进去，变压器对基波电流呈现很低的阻抗，对基波电流接近短路，而同时对谐波电流呈现励磁阻抗，对谐波电流起到了隔离的作用，使谐波电流被迫流入到无源滤波器中。由此，实现动态无功补偿和滤波功能，提高电网的电能质量，且控制装置结构设计简单，成本低。改变注入到二次绕组W2侧的基波电流的大小，即可改变一次侧基波等效阻抗，从而调节输出电流，当输出电流大于临界融冰电流时，即可实现线路融冰。
实施例三
图8是本发明实施例三中的一种兼具无功补偿及输出电流可调的融冰装置的结构示意图；图9是本发明实施例三中的一种并联型有源滤波器基波等效电路示意图；图10是本发明实施例三中的一种并联型有源滤波器谐波等效电路示意图。在上述实施例的基础上，参考图8，一次绕组W1并联连接在电网50和谐波源(即负载)60之间，二次绕组与逆变电路20连接，逆变电路20与控制模块40连接。
其中，控制模块40根据实时检测的一次绕组W1侧的基波电压，控制逆变电路20产生一个基波电压并施加到二次绕组W2侧。
可选地，基波电信号检测模块包括电压检测模块32，电压检测模块32分别与一次绕组W1和控制模块40电连接。
其中，电压检测模块32可以为电压互感器，用于实时检测变压器一次绕组W1侧的基波电压并发送给控制模块40。该电压检测模块32还与二次绕组连接(图中未示出)，用于检测二次绕组侧的基波电压。
参考图8，变压器的一次绕组W1并联连接在电网50和谐波源(即负载)60之间，设一次绕组W1的电压为u1，电压检测模块32检测一次绕组W1的基波电压u1 (1)，控制模块40以该基波电压u1 (1)为参考信号，控制电压型逆变电路跟随该基波电压u1 (1)产生一个基波电压u2 (1)，并将该基波电压u2 (1)施加到变压器的二次绕组W2侧，根据叠加原理对基波电压和谐波电压分别进行分析：
首先，对于基波电压，参考图9，可以得到变压器的一次绕组和二次绕组的基波电压方程为：
Figure BDA0002821251720000141
当二次绕组施加的基波电压与一次绕组的基波电压满足一定的倍数关系时，即满足
Figure BDA0002821251720000142
也即满足：
Figure BDA0002821251720000143
其中，α为被控参数，k为变压器的变比。
联立上述几个式子，可得：
Figure BDA0002821251720000144
Figure BDA0002821251720000145
则一次绕组的等效阻抗ZAX (1)为：
Figure BDA0002821251720000151
二次绕组的等效阻抗Zax (1)为：
Figure BDA0002821251720000152
设并联的一次绕组侧的系统电压基本保持不变，该变压器吸收的基波感性无功为：
Figure BDA0002821251720000153
该感性无功与系数α呈线性关系，因此特别适合于无功补偿的系统，当控制比例系数α还可以使其呈容性。由此可知，系统中不用加容性无功补偿装置而通过本发明实施例的技术方案即可实现无功补偿，系统结构非常简单，且实现成本低。
其次，对于谐波电压，由于变压器的二次绕组W2侧没有施加任何的谐波电压，则该变压器对谐波电压呈现短路阻抗，其等效电路图可以参考图10。因此，若忽略掉励磁阻抗，则谐波成分的等效阻抗ZAX (n)为：
ZAX (n)＝r1+r′2+jn(x1+x′2)
由此可知，控制模块40根据检测到的变压器一次绕组W1侧的基波电压控制电压型逆变电路跟随该一次绕组侧的基波电压产生一个基波电压并施加到二次绕组侧，使得变压器一次绕组W1侧对基波电压呈现为一个可调电抗器进行无功补偿，而对谐波电压呈现为变压器一次绕组W1侧的短路阻抗，负载产生的谐波电压的大部分将流入到变压器的一次绕组W1侧，从而起到了滤波的作用。整个滤波系统结构非常简单，只需对基波电压这种单一频率进行跟踪控制就可以实现滤波和无功补偿的功能。
实施例四
图11是本发明实施例四中提供的一种兼具无功补偿及输出电流可调的融冰装置的结构示意图。在上述实施例的基础上，参考图11，该融冰装置包括两个变压器，分别为第一变压器11和第二变压器12，第一变压器11的一次绕组A1串联连接在电网50和谐波源(即负载)60之间，且第一变压器11的一次绕组A1的第一端与电网50连接，第一变压器11的一次绕组A1的第二端与谐波源(即负载)60连接；
第二变压器12的一次绕组B2并联连接在电网50和谐波源(即负载)60之间。
具体的，电流检测模块31与第一变压器11的一次绕组A1连接，用于检测第一变压器11的一次绕组A1侧的基波电流并发送给控制模块40；电压检测模块32与第二变压器12的一次绕组B2连接，用于检测第二变压器12的一次绕组B2侧的基波电压并发送给控制模块40。
可选地，继续参考图11，该融冰装置包括两个逆变电路，分别为第一逆变电路21和第二逆变电路22，第一逆变电路21与第一变压器11的二次绕组A2连接，第二逆变电路22与第二变压器12的二次绕组B2连接，第一逆变电路21和第二逆变电路22分别与控制模块40连接。
其中，第一逆变电路21和第二逆变电路22均可以为电压型逆变电路。第一逆变电路21包括晶体管Q11、晶体管Q12、晶体管Q13、晶体管Q14和电压源Ud1，其中，晶体管Q11、晶体管Q12、晶体管Q13、晶体管Q14可以为NPN型三极管。第二逆变电路22包括晶体管Q21、晶体管Q22、晶体管Q23、晶体管Q24和电压源Ud2，其中，晶体管Q21、晶体管Q22、晶体管Q23、晶体管Q24可以为NPN型三极管。
可选地，参考图11，第一变压器11的二次绕组A2侧并联有电容元件C3，第二变压器12的二次绕组B2侧并联有电容元件C4。第一变压器11的二次绕组A2侧与第一逆变电路21之间连接有电感性元件L3，第二变压器12的二次绕组B2侧与第二逆变电路22之间连接有电感性元件L4。其中，电感性元件L3、L4用于稳定线路电流。
在本实施的技术方案中，该融冰装置的实现过程为：将第一变压器11的一次绕组A1串联连接在电网50和谐波源(即负载)60之间，第二变压器12的一次绕组B1并联连接在电网50和谐波源(即负载)60之间，利用电流检测模块31检测第一变压器11的一次绕组A1侧的基波电流成分，电压检测模块32检测第二变压器12的一次绕组B1侧的基波电压成分。控制模块40控制第一逆变电路21跟随第一变压器11的一次绕组A1侧的基波电流产生一个基波电流并反相注入到第一变压器11的二次绕组A2侧，使得第一变压器11的一次绕组A1侧的基波电流与其二次绕组A2侧的基波电流满足基波电流补偿条件。当满足条件时，从第一变压器11的一次绕组A1侧看进去，第一变压器11对基波电流呈现很低的阻抗，对基波电流接近短路，而同时对谐波电流呈现励磁阻抗，对谐波电流起到了隔离的作用，使谐波电流被迫流入到并联连接的第二变压器12的一次绕组B1中。同时控制模块40根据检测到的第二变压器12一次绕组B1侧的基波电压控制第二逆变电路22跟随该第二变压器12的一次绕组B1侧的基波电压产生一个基波电压并施加到第二变压器12的二次绕组B2侧，使得第二变压器12一次绕组B1侧对基波电压呈现为一个可调电抗器进行无功补偿，而对谐波电压呈现为第二变压器12一次绕组B1侧的短路阻抗，负载产生的谐波电压的大部分将流入到第二变压器12一次绕组B1侧，从而起到了滤波的作用。整个滤波系统结构非常简单，只需对基波电压这种单一频率进行跟踪控制就可以实现滤波和无功补偿的功能。由此，通过控制模块根据第一变压器的一次绕组的基波电流控制第一逆变电路输出基波电流并注入到第一变压器的二次绕组侧，以调节第一变压器的一次绕组侧的阻抗，从而调节输出电流，当电流达到线路的临界融冰电流时即可实现线路融冰；以及根据第二变压器的一次绕组的基波电压控制第二逆变电路输出基波电压并注入到第二变压器的二次绕组侧，以调节第二变压器的一次绕组的阻抗，实现了动态无功补偿和滤波功能，提高了电网的电能质量，且控制装置结构设计简单，成本低。
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 (5)

1.一种兼具无功补偿及输出电流可调的融冰装置，其特征在于，包括：第一变压器和第二变压器、第一逆变电路和第二逆变电路、基波电信号检测模块和控制模块，其中，所述第一变压器包括一次绕组A1和二次绕组A2，所述一次绕组A1串联连接在电网和谐波源之间，所述二次绕组A2与所述逆变电路连接；所述第二变压器包括一次绕组B1和二次绕组B2，所述一次绕组B1并联连接在电网和谐波源之间，所述二次绕组B2与所述第二逆变电路连接，所述第二逆变电路与所述控制模块连接；所述基波电信号检测模块包括电流检测模块和电压检测模块；
所述电流检测模块分别与所述一次绕组A1和所述控制模块连接，用于检测所述一次绕组A1的基波电流并发送给控制模块；
所述电压检测模块分别与所述一次绕组B1和所述控制模块电连接，用于实时检测所述一次绕组B1侧的基波电压并发送给所述控制模块，所述电压检测模块还与所述二次绕组B2连接，用于检测所述二次绕组B2侧的基波电压；
所述控制模块用于根据所述一次绕组A1的基波电流控制所述第一逆变电路输出基波电流注入到所述二次绕组A2，以调节所述一次绕组A1的阻抗，从而调节输出电流，当电流达到线路的临界融冰电流时即可实现线路融冰；
所述控制模块还用于根据所述一次绕组B1的电压控制所述第二逆变电路输出基波电压注入到所述二次绕组B2，以调节所述一次绕组B1的阻抗，从而实现无功补偿功能。
2.根据权利要求1所述的兼具无功补偿及输出电流可调的融冰装置，其特征在于，所述一次绕组A1的第一端与所述电网连接，所述一次绕组A1的第二端与所述谐波源连接；
所述融冰装置还包括无源滤波器，所述无源滤波器并联连接在所述电网和所述谐波源之间，且所述无源滤波器的第一端分别与所述一次绕组A1的第二端和谐波源连接，第二端分别与所述电网和谐波源连接。
3.根据权利要求2所述的兼具无功补偿及输出电流可调的融冰装置，其特征在于，所述无源滤波器包括第一电感、第二电感、第一电容和第二电容，所述第一电感的第一端分别与所述一次绕组A1的第二端和所述第二电感的第一端连接，所述第一电感的第二端与所述第一电容的第一端连接，所述第二电感的第二端与所述第二电容的第一端连接，所述第一电容的第二端分别与所述第二电容的第二端、所述电网、所述谐波源连接。
4.根据权利要求1所述的兼具无功补偿及输出电流可调的融冰装置，其特征在于，所述第一逆变电路和所述第二逆变电路均为电压型逆变电路。
5.根据权利要求1所述的兼具无功补偿及输出电流可调的融冰装置，其特征在于，还包括第三电容和第三电感，所述第三电容并联连接在所述二次绕组A2的两端，所述第三电感连接在所述二次绕组A2和所述第一逆变电路之间。
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