CN113381629A - 一种电流源型可控直流电流源融冰电路和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电流源型可控直流电流源融冰电路和装置，采用由逆阻型全控型电力电子器件串联而成的电流源型换流阀组构成三相六桥臂结构电路，与三相融冰电路相连，并采用刀闸进行电路的通断控制，形成融冰回路，同时实现三相电路(即输电线路导线和地线)的融冰，能够根据多种刀闸控制形成不同回路完成不同线路的融冰任务，能够避免半可控型的晶闸管可控整流的直流融冰装置在运行中带来的无功消耗问题和产生特征谐波的问题，且三相六桥臂结构电路中不需要用到电容，避免了采用全桥子模块的电压源型换流器的直流融冰装置体积大，功率密度低而使得应用场景受限的问题。

Description

一种电流源型可控直流电流源融冰电路和装置
技术领域
本发明涉及输电线路融冰电路技术领域，尤其涉及一种电流源型可控直流电流源融冰电路和装置。
背景技术
输电线路在冬季覆冰是电力系统的重大自然灾害之一，严重覆冰会导致输电线路机械和电气性能急剧下降，引起供电中断，甚至电网解列等严重事故，并且修复工作难度大、周期长，影响大。
直流融冰法是输电线路除冰方法中的一种，该方法是将交流电源通过电力电子设备转化为直流进而加热一定长度的覆冰线路达到融冰的目的。现有的直流融冰法包括采用晶闸管可控整流的直流融冰装置和采用电压源型换流器的直流融冰装置，采用晶闸管可控整流的直流融冰装置在运行中会消耗一定的无功和产生特征谐波，会给接入交流系统带来影响，而采用全桥子模块的电压源型换流器的直流融冰装置体积大，功率密度低，应用场合容易受到限制。因此，如何解决晶闸管可控整流的直流融冰装置和电压源型换流器的直流融冰装置存在的以上缺陷，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种电流源型可控直流电流源融冰电路和装置，用于同时解决晶闸管可控整流的直流融冰装置在运行中会消耗一定的无功和产生特征谐波，会给接入交流系统带来影响，以及全桥子模块的电压源型换流器的直流融冰装置体积大、功率密度低，应用场合容易受到限制的技术问题。
有鉴于此，本发明第一方面提供了一种电流源型可控直流电流源融冰电路，包括三相六桥臂结构电路、三相融冰电路和LC滤波电路；
三相六桥臂结构电路的六桥臂分别为第一电流源型换流阀组、第二电流源型换流阀组、第三电流源型换流阀组、第四电流源型换流阀组、第五电流源型换流阀组和第六电流源型换流阀组，第一电流源型换流阀组、第二电流源型换流阀组、第三电流源型换流阀组、第四电流源型换流阀组、第五电流源型换流阀组和第六电流源型换流阀组均由逆阻型全控型电力电子器件串联而成；
三相六桥臂结构电路的输入端连接交流电源的输入相和LC滤波电路，输出端通过隔离刀闸连接三相融冰电路，其中，隔离刀闸包括第一隔离刀闸、第二隔离刀闸、第三隔离刀闸和第四隔离刀闸，第一隔离刀闸一端连接三相六桥臂结构电路的输出端正端，另一端连接第一相融冰电路，第二隔离刀闸一端连接三相六桥臂结构电路的输出端正端，另一端连接第二相融冰电路，第三隔离刀闸一端连接三相六桥臂结构电路的输出端负端，另一端连接第二相融冰电路，第四隔离刀闸一端连接三相六桥臂结构电路的输出端负端，另一端连接第三相融冰电路。
可选地，逆阻型全控型电力电子器件为逆阻型IGBT或IGBT串联二极管。
可选地，逆阻型全控型电力电子器件为逆阻型IGCT或IGCT串联二极管。
可选地，交流电源的输入相包括依次连接的35kV或10kV母线、断路器、电源侧隔离刀闸和变压器。
可选地，三相融冰电路的第一相融冰电路、第二相融冰电路和第三相融冰电路均包括依次连接的母线、融冰隔离刀闸和待融冰线路；
第一相融冰电路和第二相融冰电路的待融冰线路末端通过第一回路隔离刀闸连接，第二相融冰电路和第三相融冰电路的待融冰线路末端通过第二回路隔离刀闸连接。
可选地，第一相融冰电路的待融冰线路的输入端通过第一支路隔离刀闸连接架空地线或光纤复合地线，架空地线或光纤复合地线的另一端通过第二支路隔离刀闸连接第三相融冰电路的待融冰线路的输入端。
本发明第二方面提供了一种电流源型可控直流电流源融冰装置，包括第一方面任一种所述的电流源型可控直流电流源融冰电路。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明提供了一种电流源型可控直流电流源融冰电路，采用由逆阻型全控型电力电子器件串联而成的电流源型换流阀组构成三相六桥臂结构电路，与三相融冰电路相连，并采用刀闸进行电路的通断控制，形成融冰回路，同时实现三相电路(即输电线路导线和地线)的融冰，能够根据多种刀闸控制形成不同回路完成不同线路的融冰任务，能够避免半可控型的晶闸管可控整流的直流融冰装置在运行中带来的无功消耗问题和产生特征谐波的问题，且三相六桥臂结构电路中不需要用到电容，避免了全桥子模块的电压源型换流器的直流融冰装置体积大而使得应用场景受限的问题，因而同时解决了晶闸管可控整流的直流融冰装置在运行中会消耗一定的无功和产生特征谐波，会给接入交流系统带来影响，以及全桥子模块的电压源型换流器的直流融冰装置体积大，功率密度低，应用场合容易受到限制的技术问题。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例中提供的一种电流源型可控直流电流源融冰电路的结构示意图；
图2为本发明实施例中提供的两相导线串联融冰电路示意图；
图3为本发明实施例中提供的两相导线并联后与第三相导线串联融冰电路示意图；
图4为本发明实施例中提供的对架空地线或者光纤复合地线(OPGW)进行融冰的电路示意图；
图5为本发明实施例中提供的电流源型静止同步补偿装置结构示意图；
图6为图5的等效电路图；
图7为本发明实施例中提供的IGBT串联二极管示意图；
图8为本发明实施例中提供的逆阻型IGBT示意图；
图9为本发明实施例中提供的逆阻型IGCT示意图；
图10为本发明实施例中提供的IGCT串联二极管示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了便于理解，请参阅图1，本发明中提供了一种电流源型可控直流电流源融冰电路的实施例，包括三相六桥臂结构电路、三相融冰电路和LC滤波电路；
三相六桥臂结构电路的六桥臂分别为第一电流源型换流阀组V1、第二电流源型换流阀组V2、第三电流源型换流阀组V3、第四电流源型换流阀组V4、第五电流源型换流阀组V5和第六电流源型换流阀组V6，第一电流源型换流阀组V1、第二电流源型换流阀组V2、第三电流源型换流阀组V3、第四电流源型换流阀组V4、第五电流源型换流阀组V5和第六电流源型换流阀组V6均由逆阻型全控型电力电子器件串联而成；
三相六桥臂结构电路的输入端连接交流电源的输入相和LC滤波电路Cf，输出端通过隔离刀闸连接三相融冰电路，其中，隔离刀闸包括第一隔离刀闸S1、第二隔离刀闸S2、第三隔离刀闸S3和第四隔离刀闸S4，第一隔离刀闸S1一端连接三相六桥臂结构电路的输出端正端，另一端连接第一相融冰电路，第二隔离刀闸S2一端连接三相六桥臂结构电路的输出端正端，另一端连接第二相融冰电路，第三隔离刀闸S3一端连接三相六桥臂结构电路的输出端负端，另一端连接第二相融冰电路，第四隔离刀闸S4一端连接三相六桥臂结构电路的输出端负端，另一端连接第三相融冰电路。
如图1所示，本发明实施例中的电流源型可控直流电流源融冰电路中，交流电源的输入相可由依次连接的35kV或10kV母线、断路器QF、电源侧隔离刀闸K和变压器T组成，变压器T的三相(a、b、c)分别作为三相六桥臂结构电路的输入端，且连接LC滤波器Cf，LC滤波器Cf由电抗器和电容组成。三相六桥臂结构电路的端口udc正端连接第一隔离刀闸S1和第二隔离刀闸S2，udc负端连接第三隔离刀闸S3和第四隔离刀闸S4，三相六桥臂结构电路通过隔离刀闸S1～S4与三相融冰电路连接。
在一个实施例中，逆阻型全控型电力电子器件选用为逆阻型IGBT或IGBT串联二极管，电路结构如图7和图8所示。也可以选用为逆阻型IGCT或IGCT串联二极管，电路结构如图9和图10所示。
三相融冰电路的第一相融冰电路、第二相融冰电路和第三相融冰电路均包括依次连接的母线(a1、b1、c1)、融冰隔离刀闸(Sa、Sb、Sc)和待融冰线路(a2、b2、c2)，第一相融冰电路和第二相融冰电路的待融冰线路末端通过第一回路隔离刀闸Sab连接，第二相融冰电路和第三相融冰电路的待融冰线路末端通过第二回路隔离刀闸Sbc连接。在对三相导线进行融冰操作时，如图2和图3所示，图2为两相导线串联融冰电路连接回路示意图，图3为两相导线并联后与第三相导线串联融冰电路连接回路示意图，图2中，第一隔离开关S1闭合，第一融冰隔离刀闸Sa闭合，第一回路隔离刀闸Sab闭合、第二融冰隔离刀闸Sb闭合，第三隔离开关S3闭合，其余隔离开关均断开，从而形成两相导线串联融冰电路，同时对第一相导线和第二导线进行融冰。图3中，第一隔离刀闸S1、第二隔离刀闸S2、第一融冰隔离刀闸Sa、第一回路隔离刀闸Sab、第二回路隔离刀闸Sbc、第二融冰隔离刀闸Sb、第三融冰隔离刀闸Sc和第四隔离刀闸S4均闭合，其余隔离刀闸均断开，形成三相导线融冰电路，同时对三相导线进行融冰。因此，通过调控隔离刀闸的通断，不但可以分别单独对每一相的导线进行融冰操作，还可以同时进行两相导线、三相导线进行融冰操作，灵活性强，适应场景广泛。
第一相融冰电路的待融冰线路a2的输入端通过第一支路隔离刀闸Sg1连接架空地线或光纤复合地线(OPGW)，架空地线或光纤复合地线的另一端通过第二支路隔离刀闸Sg2连接第三相融冰电路的待融冰线路的输入端。对架空地线或光纤复合地线进行融冰时的电路连接回路示意图如图4所示，此时第一隔离刀闸S1闭合，第一融冰隔离刀闸Sa闭合，第一回路隔离刀闸Sab闭合，第二回路隔离刀闸Sbc闭合，第三融冰隔离刀闸Sc闭合，第四隔离刀闸S4闭合，其余隔离刀闸均断开，形成架空地线或光纤复合地线的融冰回路，对架空地线或光纤复合地线进行融冰。因此，本发明通过控制隔离刀闸的通断情况，不但可以对三相导线进行融冰操作，还可以对架空地线或光纤复合地线进行融冰操作。
还需要说明的是，融冰装置仅在每年的覆冰期才可能用于融冰，如果在非覆冰期融冰装置能够以静止同步补偿装置模式运行，不但能够显著提高设备的利用率，也可使得融冰装置所在变电站无功调节和动态无功支撑能力得到提升，还能够确保融冰装置在覆冰期中的可用性。如图5所示，本发明中，在不需要使用融冰装置对线路进行融冰时，闭合第二隔离刀闸S2和第三隔离刀闸S3，断开其余隔离刀闸，从而使得udc正端和负端短接，使得三相六桥臂结构电路不与三相融冰电路连接，得到静止同步补偿电路，等效电路如图6所示。
本发明提供的电流源型可控直流电流源融冰电路，采用由逆阻型全控型电力电子器件串联而成的电流源型换流阀组构成三相六桥臂结构电路，与三相融冰电路相连，并采用刀闸进行电路的通断控制，形成融冰回路，同时实现三相电路(即输电线路导线和地线)的融冰，能够根据多种刀闸控制形成不同回路完成不同线路的融冰任务，能够避免半可控型的晶闸管可控整流的直流融冰装置在运行中带来的无功消耗问题和产生特征谐波的问题，且三相六桥臂结构电路中不需要用到电容，避免了全桥子模块的电压源型换流器的直流融冰装置体积大而使得应用场景受限的问题，因而同时解决了晶闸管可控整流的直流融冰装置在运行中会消耗一定的无功和产生特征谐波，会给接入交流系统带来影响，以及全桥子模块的电压源型换流器的直流融冰装置体积大，功率密度低，应用场合容易受到限制的技术问题。
本发明中还提供了一种电流源型可控直流电流源融冰装置的实施例，包括前述电流源型可控直流电流源融冰电路实施例中的任一种电流源型可控直流电流源融冰电路。在电流源型可控直流电流源融冰装置中配置前述电流源型可控直流电流源融冰电路实施例中的任一种电流源型可控直流电流源融冰电路，可达到与电流源型可控直流电流源融冰电路相同的技术效果，其工作原理相同，在此不再进行赘述。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种电流源型可控直流电流源融冰电路，其特征在于，包括三相六桥臂结构电路、三相融冰电路和LC滤波电路；
三相六桥臂结构电路的六桥臂分别为第一电流源型换流阀组、第二电流源型换流阀组、第三电流源型换流阀组、第四电流源型换流阀组、第五电流源型换流阀组和第六电流源型换流阀组，第一电流源型换流阀组、第二电流源型换流阀组、第三电流源型换流阀组、第四电流源型换流阀组、第五电流源型换流阀组和第六电流源型换流阀组均由逆阻型全控型电力电子器件串联而成；
三相六桥臂结构电路的输入端连接交流电源的输入相和LC滤波电路，输出端通过隔离刀闸连接三相融冰电路，其中，隔离刀闸包括第一隔离刀闸、第二隔离刀闸、第三隔离刀闸和第四隔离刀闸，第一隔离刀闸一端连接三相六桥臂结构电路的输出端正端，另一端连接第一相融冰电路，第二隔离刀闸一端连接三相六桥臂结构电路的输出端正端，另一端连接第二相融冰电路，第三隔离刀闸一端连接三相六桥臂结构电路的输出端负端，另一端连接第二相融冰电路，第四隔离刀闸一端连接三相六桥臂结构电路的输出端负端，另一端连接第三相融冰电路。
2.根据权利要求1所述的电流源型可控直流电流源融冰电路，其特征在于，逆阻型全控型电力电子器件为逆阻型IGBT或IGBT串联二极管。
3.根据权利要求1所述的电流源型可控直流电流源融冰电路，其特征在于，逆阻型全控型电力电子器件为逆阻型IGCT或IGCT串联二极管。
4.根据权利要求1所述的电流源型可控直流电流源融冰电路，其特征在于，交流电源的输入相包括依次连接的35kV或10kV母线、断路器、电源侧隔离刀闸和变压器。
5.根据权利要求1所述的电流源型可控直流电流源融冰电路，其特征在于，三相融冰电路的第一相融冰电路、第二相融冰电路和第三相融冰电路均包括依次连接的母线、融冰隔离刀闸和待融冰线路；
第一相融冰电路和第二相融冰电路的待融冰线路末端通过第一回路隔离刀闸连接，第二相融冰电路和第三相融冰电路的待融冰线路末端通过第二回路隔离刀闸连接。
6.根据权利要求5所述的电流源型可控直流电流源融冰电路，其特征在于，第一相融冰电路的待融冰线路的输入端通过第一支路隔离刀闸连接架空地线或光纤复合地线，架空地线或光纤复合地线的另一端通过第二支路隔离刀闸连接第三相融冰电路的待融冰线路的输入端。
7.一种电流源型可控直流电流源融冰装置，其特征在于，包括权利要求1-6中任一项所述的电流源型可控直流电流源融冰电路。
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