CN203103884U - 具有statcom功能的直流大电流融冰装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于高压输配电系统装置技术领域，具体涉及一种具有STATCOM功能的直流大电流融冰装置。其特征在于：由两个电路结构相同的STATCOM和一个融冰换相刀闸矩阵构成，两个STATCOM一端与三相交流母线相连，两个STATCOM另一端与融冰换相刀闸矩阵相连，融冰换相刀闸矩阵由六把隔离刀闸组成，六把隔离刀闸与两个STATCOM相配合且对应分成两组，每一组隔离刀闸的两端分别连接STATCOM和待融冰线路的A相、B相、C相。本实用新型的装置不需要在交流侧配置大量的基于电容器和电抗器的无源滤波器，从而大大降低了整个装置的占地面积，不需要采用脉宽调制，IGBT的开关损耗可以降低，输出电流可以提高。
Description
技术领域
本实用新型属于高压输配电系统装置技术领域，具体涉及一种具有STATCOM功能的直流大电流融冰装置。
背景技术
目前，因输电线路结冰和积雪而造成高压输电线断线和倒塔、倒杆的事故时有发生，高压输电线路断线和倒塔事故严重影响了电网的安全运行，造成大面积停电事故。为了防止这类事故的发生，必须及时将导线上的结冰和积雪化掉，目前主要采取机械（振动）式、电热式两大类的融冰方法。机械（振动）式融冰，即采用振动导线的方法使冰雪脱落，其特点在于简单操作，无需浪费电能，但其缺点是必须逐档进行，速度慢，而且在地面结冰和积雪严重的情况下，往往因为交通问题而不能到达高山上的输电线路而无法进行操作。电热式融冰技术，即利用将线路末端短路而产生的大电流将导线加热而达到融冰的目的，和机械（振动）式融冰方法相比，电热式融冰技术的优点是融冰速度较快，不受路面结冰和积雪的影响，但需耗费一定的电能和配置相关的配套装置。现在普遍采用电热式融冰技术有交流大电流融冰技术和直流大电流融冰技术，相比较而言，交流大电流融冰技术的优点在于每个变电所均有不同电压等级的交流电源，因此电源比较容易获取，其缺点是在相同的融冰电流下，需要较高的电源电压，因为一般输电线路的交流感抗比其电阻要大得多，从而融冰需要很大的电源容量和很大的无功功率，融冰时对系统冲击较大，可能引起系统电压稳定性问题；另一缺点是因为其交流电源的电压不可调，所以融冰电流不可以控制。直流大电流融冰技术的优点是在相同的融冰电流下，只需要较低的电源电压，因为输电线路的直流感抗为0，所以融冰时对系统冲击很小；其缺点是需要另外配备整流和滤波装置，并且因为线路严重结冰的现象并不常见，这些装置的利用率较低。专利200810060026.X和200810120372.2公开了两类能将直流大电流融冰技术和静态无功补偿技术（SVC)相结合的装置，有效地提高了设备利用率，但是上述实用新型的两类装置里均需要配置大量的基于电容器和电抗器的无源滤波器，因此存在占地面积大、融冰时无功功率变化大、容易产生谐波谐振等问题。专利201110362882.2公开了一种基于电压源型换流器的双功能直流融冰装置，该实用新型装置将融冰功能和STATCOM功能结合起来，但是，该实用新型存在4方面缺点：1）该装置需要一个降压变压器，增加了损耗和成本；2）由于该装置采用脉宽调制（PWM）技术，增加了IGBT开关损耗和电磁干扰；降低了输出电流的能力； 3）由于该装置采用脉宽调制（PWM）技术，需要在交流侧加装滤波器；4）因为电路结构的限制，该实用新型装置的直流电压可调范围小，从而要求所有被融冰输电线路的长度大致相同，但往往一个变电站的输电线路的长度并不是大致相同的，因此该实用新型装置不能对变电站的所有输电线路进行融冰。
实用新型内容
针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种具有STATCOM功能的直流大电流融冰装置的技术方案。
所述的具有STATCOM功能的直流大电流融冰装置，其特征在于：由两个电路拓扑和参数完全相同的链式结构的STATCOM和一个融冰换相刀闸矩阵构成，两个STATCOM一端与三相交流母线相连，两个STATCOM另一端与融冰换相刀闸矩阵相连，融冰换相刀闸矩阵由六把隔离刀闸组成，六把隔离刀闸与两个STATCOM相配合且对应分成两组，每一组隔离刀闸的两端分别连接STATCOM和待融冰线路的A相、B相、C相。
所述的具有STATCOM功能的直流大电流融冰装置，其特征在于所述的STATCOM的每一相电路均由若干个直流侧接电容器的全桥电路级联后和一个交流电抗器串联构成，交流电抗器接在电路的输入端或输出端。
所述的具有STATCOM功能的直流大电流融冰装置，其特征在于所述的STATCOM的每一相电路均由若干个直流侧接电容器的全桥电路级联后和两个交流电抗器串联构成，两个交流电抗器分别接在电路的输入端和输出端。
所述的具有STATCOM功能的直流大电流融冰装置，其特征在于所述的直流侧接电容器的全桥电路由四个带反并联二极管的IGBT、一个直流电容器、一个接触器构成，四个带反并联二极管的IGBT构成一个全桥电路，直流电容器接在该全桥电路的直流侧，接触器并接在该全桥电路的交流输入侧。
本实用新型由两个电路拓扑和参数完全相同的链式结构的STATCOM和一个融冰换相刀闸矩阵构成，其中2个STATCOM构成一个输出直流电压大范围可调的直流融冰电源。融冰换相刀闸矩阵的主要作用是能够灵活地将直流融冰电源接到待融冰输电线路的不同相导线上。融冰时，两个STATCOM均采用星形接线方式，其中一个STATCOM的中性点作为直流融冰电源的正极和融冰换相刀闸矩阵的正极连接，另一个STATCOM的中性点作为直流融冰电源的负极和融冰换相刀闸矩阵的负极连接。因为融冰换相刀闸矩阵的原因，融冰模式非常灵活，能够对各种不同相导线的组合模式进行融冰。
由于装置电路中级联全桥电路的数量较多，即使每个全桥电路的输出电压不是很高（受IGBT器件耐压限制），但整个级联全桥电路的交流侧输出电压的幅值可以达到较高的值，因此该装置可以不需要变压器就可以直接连接到电网中常见的电压等级（如35KV、10KV）；并且其交流侧输出的电压波形可以采用阶梯波最近电平逼近调制技术而非常接近正弦波，从而不管装置工作在融冰状态还是STATCOM状态，装置的交流侧电流和电压谐波含量很低，因此本实用新型的装置不需要在交流侧配置大量的基于电容器和电抗器的无源滤波器，从而大大降低了整个装置的占地面积。并且由于该装置不需要采用脉宽调制（PWM）技术，IGBT的开关损耗可以降低，输出电流可以提高，对变电站内其他设备的电磁干扰可以降低。
附图说明
图１是本实用新型的整体电路结构示意图；
图２是本实用新型融冰直流电源每相的电路结构示意图一；
图３是本实用新型融冰直流电源每相的电路结构示意图二；
图4是本实用新型融冰直流电源每相的电路结构示意图三；
图5是本实用新型直流侧接电容器的全桥电路结构示意图；
图中：1-STATCOM，2-融冰换相刀闸矩阵，3-全桥电路，4-交流电抗器，5-带反并联二极管的IGBT，6-直流电容器，7-接触器。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本实用新型作进一步说明：
具有STATCOM功能的直流大电流融冰装置，由两个拓扑和参数完全相同的链式结构的STATCOM1和一个融冰换相刀闸矩阵2构成，两个STATCOM1一端与三相交流母线相连，另一端与融冰换相刀闸矩阵2相连，融冰换相刀闸矩阵2由六把隔离刀闸组成，即隔离刀闸G1、隔离刀闸G2、隔离刀闸G3、隔离刀闸G4、隔离刀闸G5、隔离刀闸G6，六把隔离刀闸与两个STATCOM1相配合且对应分成两组，每一组隔离刀闸的两端分别连接STATCOM1和待融冰线路的A相、B相、C相（即隔离刀闸G1、G2、G3的一端均和正极连接，另外一端分别接到待融冰线路的A、B、C三相上；另外3把隔离刀闸G4、G5、G6的一端均和负极连接，另外一端分别接到待融冰线路的A、B、C三相上）。
其中STATCOM1的每一相电路均由若干个直流侧接电容器的全桥电路3级联后（链式结构）和一个交流电抗器4串联构成，交流电抗器4接在电路的输入端或输出端；也可以是STATCOM的每一相电路均由若干个直流侧接电容器的全桥电路3级联后和两个交流电抗器4串联构成，两个交流电抗器4分别接在电路的输入端和输出端。直流侧接电容器的全桥电路3由四个带反并联二极管的IGBT5、一个直流电容器6、一个接触器7构成，四个带反并联二极管的IGBT5构成一个全桥电路，直流电容器6接在该全桥电路的直流侧，接触器7并接在该全桥电路的交流输入侧。
融冰时，两个STATCOM1均采用星形接线方式，其中一个STATCOM1的中性点和融冰换相刀闸矩阵2的正极连接，另一个STATCOM1的中性点和融冰换相刀闸矩阵2的负极连接，控制器控制其正极STATCOM的中性点电压逐渐升高为Udc/2，负极STATCOM的中性点电压逐渐降低为-Udc/2，从而使得接在正、负极的被融冰导线上的直流电流逐渐上升到设定的融冰电流值Idc=Udc/R，其中，R为被融冰导线的电阻，Idc为融冰直流电流设定值，Udc=Udc/2-(-Udc/2),为直流融冰电源的输出直流电压。
直流大电流融冰装置工作在STATCOM状态时, 融冰换相刀闸矩阵2中的所有隔离刀闸均处于打开位置，直流大电流融冰装置就成为两个独立的STATCOM，STATCOM1的接线方式能够用星形接线方式，也能够用三角形接线方式；两个STATCOM1能够接在同一交流母线上，也能够接在两条不同的交流母线上；两个STATCOM1能够同时运行，也能够单独运行。
直流侧接电容器的全桥电路，当正常工作时，其接触器7处于打开位置；当出现元件故障时，其接触器7闭合，该电路被旁路。
直流侧接电容器的全桥电路，当装置工作在STATCOM状态且为星形接线方式时，其中部分接触器7处于闭合位置。
该装置由两个电路拓扑和参数完全相同的链式结构的STATCOM和一个融冰换相刀闸矩阵组成。其中的2个STATCOM构成一个输出直流电压大范围可调的直流融冰电源。融冰换相刀闸矩阵的主要作用是能够灵活地将直流融冰电源接到待融冰输电线路的不同相导线上。融冰时，两个STATCOM均采用星形接线方式，其中一个STATCOM的中性点作为直流融冰电源的正极和融冰换相刀闸矩阵的正极连接，另一个STATCOM的中性点作为直流融冰电源的负极和融冰换相刀闸矩阵的负极连接。因为融冰换相刀闸矩阵的原因，融冰模式非常灵活，能够对各种不同相导线的组合模式进行融冰。例如：当需要对A相导线和B相导线串联起来后进行融冰时（A+B融冰组合模式），融冰换相刀闸矩阵中的隔离刀闸G1和G5闭合，其余隔离刀闸均打开,待融冰线路对侧（末端）的A、B和C相导线短接即可；当需要对A相导线和B相导线并联后再和C相导线串联起来进行融冰时（A||B+C融冰组合模式），融冰换相刀闸矩阵中的隔离刀闸G1、G2和G6闭合，其余隔离刀闸均打开，待融冰线路对侧（末端）的A、B和C相导线短接即可。类似地，其他任何一种融冰组合模式均可以通过控制融冰换相刀闸矩阵中的6把隔离刀闸的不同状态来实现。
当本实用新型装置工作在融冰状态时，控制器控制其正极STATCOM（中性点作为直流融冰电源正极的STATCOM）的中性点电压逐渐升高到（Udc/2)；负极STATCOM（中性点作为直流融冰电源负极的STATCOM）的中性点电压逐渐降低到(-Udc/2)，从而使得接在正、负极的被融冰导线上的直流电流逐渐上升到设定的融冰电流值（Idc=Udc/R）。上述式中，R为被融冰导线的等效电阻，Idc为融冰直流电流设定值，Udc=Udc/2-(-Udc/2) 为直流融冰电源的输出直流电压。当被融冰的输电线路比较短时，导线的电阻R比较小，直流融冰电源的输出直流电压Udc也就比较低；当被融冰的输电线路比较长时，导线的电阻R比较大，直流融冰电源的输出直流电压Udc也就比较高。通常一个融冰装置需要对同一个变电站内的多条输电线路进行融冰，而每条输电线路的长度各不相同，因此融冰直流电源的输出直流电压Udc也需要有一个较大的范围。 这个较大范围的直流融冰电压Udc可以通过调节装置中的2个STATCOM的中性点电压来实现。而星形接线方式的STATCOM中性点电压的控制可以通过控制每相级联全桥电路的输出电压来实现。
当本实用新型装置工作在STATCOM状态时, 融冰换相刀闸矩阵中的所有隔离刀闸均处于打开位置。本实用新型装置就成为2个独立的STATCOM，该2个独立的STATCOM可以接在同一交流母线上，也可以接到两条不同的交流母线上。通过调节STATCOM中每相级联全桥电路的输出电压的大小就可以控制流过STATCOM的每相电流，从而实现STATCOM无功功率的连续调节。当STATCOM中的级联全桥电路的输出电压大于交流母线上的电压时，STATCOM向系统输出无功功率（容性无功）；当STATCOM中的级联全桥电路的输出电压小于交流母线上的电压时，STATCOM从系统吸收无功功率（感性无功）。
由于装置电路中级联全桥电路的数量较多，即使每个全桥电路的输出电压不是很高（受IGBT器件耐压限制），但整个级联全桥电路的交流侧输出电压的幅值可以达到较高的值，因此该装置可以不需要变压器就可以直接连接到电网中常见的电压等级（如35KV、10KV）；并且其交流侧输出的电压波形可以采用阶梯波最近电平逼近调制技术而非常接近正弦波，从而不管装置工作在融冰状态还是STATCOM状态，装置的交流侧电流和电压谐波含量很低，因此本实用新型的装置不需要在交流侧配置大量的基于电容器和电抗器的无源滤波器，从而大大降低了整个装置的占地面积。并且由于该装置不需要采用脉宽调制（PWM）技术，IGBT的开关损耗可以降低、输出电流可以提高、对变电站内其他设备的电磁干扰可以降低。
Claims (4)
1.具有STATCOM功能的直流大电流融冰装置，其特征在于：由两个电路拓扑和参数完全相同的链式结构的STATCOM（1）和一个融冰换相刀闸矩阵（2）构成，两个STATCOM（1）一端与三相交流母线相连，两个STATCOM（1）另一端与融冰换相刀闸矩阵（2）相连，融冰换相刀闸矩阵（2）由六把隔离刀闸组成，六把隔离刀闸与两个STATCOM（1）相配合且对应分成两组，每一组隔离刀闸的两端分别连接STATCOM（1）和待融冰线路的A相、B相、C相。
2.根据权利要求1所述的具有STATCOM功能的直流大电流融冰装置，其特征在于所述的STATCOM（1）的每一相电路均由若干个直流侧接电容器的全桥电路（3）级联后和一个交流电抗器（4）串联构成，交流电抗器（4）接在电路的输入端或输出端。
3.根据权利要求1所述的具有STATCOM功能的直流大电流融冰装置，其特征在于所述的STATCOM（1）的每一相电路均由若干个直流侧接电容器的全桥电路（3）级联后和两个交流电抗器（4）串联构成，两个交流电抗器（4）分别接在电路的输入端和输出端。
4.根据权利要求2或3所述的具有STATCOM功能的直流大电流融冰装置，其特征在于所述的直流侧接电容器的全桥电路（3）由四个带反并联二极管的IGBT（5）、一个直流电容器（6）、一个接触器（7）构成，四个带反并联二极管的IGBT（5）构成一个全桥电路，直流电容器（6）接在该全桥电路的直流侧，接触器（7）并接在该全桥电路的交流输入侧。
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