本發(fā)明涉及一種融冰裝置及其融冰方法，具體講涉及一種兼具STATCOM功能的可移動(dòng)直流融冰裝置及其融冰方法。
背景技術(shù)：
：輸電線路覆冰是電力系統(tǒng)所面臨的最為嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，從1954年12月到2009年底，中國各地6kV及以上電壓等級(jí)的電網(wǎng)發(fā)生過1000多起各種各樣的覆冰災(zāi)害，其中35kV及以上規(guī)模電網(wǎng)發(fā)生并引起電網(wǎng)嚴(yán)重故障的覆冰災(zāi)害就有100起左右。導(dǎo)線覆冰嚴(yán)重時(shí)的斷線、倒桿塔、線路跳閘、通信中斷等會(huì)導(dǎo)致大面積停電事故，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)造成重大損失。從系統(tǒng)容量、融冰效率來看，直流融冰法通過三相整流以獲得直流融冰電源，直流融冰電源給電力線路融冰，負(fù)載為三相線路，經(jīng)過一段時(shí)間后，線路發(fā)熱，從而將架空線路上的覆冰融化，是最為有效和實(shí)用的方法。對(duì)輸電線路的直流融冰研究和實(shí)驗(yàn)已經(jīng)有了一些理論基礎(chǔ)和應(yīng)用，目前主要集中于通過6脈波晶閘管整流電源進(jìn)行融冰的方式。南方電網(wǎng)公司在2009年研發(fā)了一種固定式可控硅整流直流融冰裝置，分別在貴州、廣東等地對(duì)500kV、220kV和110kV供電線路進(jìn)行了試驗(yàn)。但是在一年之中，融冰功能使用時(shí)間相對(duì)較短，對(duì)單一功能的直流融冰裝置來說，大部分時(shí)間線路不需融冰，裝置處于閑置狀態(tài)，導(dǎo)致裝置利用率較低。中國電科院研制了國內(nèi)首套直流融冰兼靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置，融冰裝置安裝在湖南500kV復(fù)興變電站，國網(wǎng)電科院和湖北省公司共同研制的500kV移動(dòng)式直流融冰裝置，于2008年在500kV咸寧變電站完成試驗(yàn)。然而這些直流融冰裝置都是采用晶閘管閥來實(shí)現(xiàn)的，不僅體積較大、移動(dòng)不方便，而且基于晶閘管整流方式的直流融冰接入會(huì)給網(wǎng)側(cè)帶來諧波污染、無功注入等問題,并嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)供電的電能質(zhì)量。因此，需要開發(fā)一種基于全控型器件的直流融冰裝置，實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)運(yùn)行、無功補(bǔ)償功能復(fù)用和可移動(dòng)作業(yè)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種兼具STATCOM功能的可移動(dòng)直流融冰裝置及其融冰方法，本發(fā)明的直流融冰裝置采用三相整流橋直流側(cè)串聯(lián)的方式，不依賴單個(gè) 功率器件的串并聯(lián)，通過模塊化設(shè)計(jì)降低體積以利于實(shí)現(xiàn)移動(dòng)化，同時(shí)VSC形式的換流器可作為STATCOM進(jìn)行無功補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)兼具STATCOM功能的移動(dòng)式直流融冰。本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：本發(fā)明提供一種兼具STATCOM功能的可移動(dòng)直流融冰裝置，其改進(jìn)之處在于，所述裝置包括整流變壓器、軟啟動(dòng)開關(guān)、功率單元、交流濾波器和斷路器；所述整流變壓器原邊接入10kV電網(wǎng)，副邊包括至少兩個(gè)繞組，每個(gè)繞組均與功率單元連接；在每個(gè)功率單元和整流變壓器的副邊之間依次連接由軟啟動(dòng)開關(guān)和交流濾波器；所述功率單元的直流側(cè)串聯(lián)，且每個(gè)功率單元均通過斷路器接入融冰線路。進(jìn)一步的，所述整流變壓器用于提供多脈波低壓交流電源，隔離電網(wǎng)電源和功率單元；所述整流變壓器原邊采用星形連接，副邊采用三角形連接，副邊繞組的個(gè)數(shù)根據(jù)融冰線路的電壓等級(jí)和輸電線路的長度來確定；所述整流變壓器的星-三角接法用于防止調(diào)制模式引起的零序分量和直流分量向交流系統(tǒng)傳遞。進(jìn)一步的，所述軟啟動(dòng)開關(guān)由帶限流電阻的輔助接觸器和主接觸器并聯(lián)構(gòu)成，以防止啟動(dòng)過程中的過電流。進(jìn)一步的，所述交流濾波器包括電容和電感，所述電感的一端連接軟啟動(dòng)開關(guān)的主接觸器的一端，另一端連接功率單元；所述電容的一端連接在主接觸器和電感之間的公共端，另一端接地。進(jìn)一步的，所述功率單元采用三相全橋的IGBT模塊，所述IGBT模塊由IGBT器件以及與其反并聯(lián)的二極管構(gòu)成。本發(fā)明還提供一種兼具STATCOM功能的可移動(dòng)直流融冰裝置的融冰方法，其改進(jìn)之處在于，所述方法通過調(diào)節(jié)直流電壓實(shí)現(xiàn)；所述調(diào)節(jié)直流電壓通過調(diào)節(jié)多個(gè)功率單元的組合以及功率單元的直流電壓實(shí)現(xiàn)；所述方法包括直流融冰模式和STATCOM模式；當(dāng)有兩個(gè)功率單元串聯(lián)時(shí)，所述斷路器包括斷路器QF1、QF2和QF3；兩個(gè)功率單元通過斷路器QF3串聯(lián)；其中一個(gè)功率單元通過斷路器QF1與融冰線路連接，另一個(gè)功率單元通過斷路器QF2與融冰線路連接。進(jìn)一步的，所述直流融冰模式采用的控制目標(biāo)為定直流電流和單位功率因數(shù)運(yùn)行；采用單位功率因數(shù)運(yùn)行，能夠充分利用融冰裝置的變流器容量；當(dāng)有兩個(gè)功率單元串聯(lián)時(shí)，每個(gè)功率單元采用IGBT脈沖整流，兩個(gè)功率單元之間在輸入端用整流變壓器交流隔離；在短距離(由于線路的電壓等級(jí)和分裂數(shù)的不同，每公里的線路電阻相差很大，所以這里不能提供一個(gè)長度范圍，這里重點(diǎn)闡述的是對(duì)于不同的線路長度 可以采用單個(gè)功率單元或兩個(gè)功率單元串聯(lián)的方式)線路融冰時(shí)，投入一個(gè)功率單元；在長距離線路融冰時(shí)，投入兩個(gè)功率單元，輸出端U-與U+連接形成串聯(lián)模式，滿足長距離(由于線路的電壓等級(jí)和分裂數(shù)的不同，每公里的線路電阻相差很大，所以這里不能提供一個(gè)長度范圍，這里重點(diǎn)闡述的是對(duì)于不同的線路長度可以采用單個(gè)功率單元或兩個(gè)功率單元串聯(lián)的方式)線路融冰對(duì)直流輸出電壓的要求；功率單元的直流輸出電壓連續(xù)調(diào)節(jié)，通過功率單元組合，實(shí)現(xiàn)寬電壓調(diào)節(jié)，滿足不同長度線路的融冰要求。進(jìn)一步的，采用定直流電流的控制對(duì)融冰線路進(jìn)行恒定電流融冰，包括下述步驟：比較融冰線路電流的參考值和實(shí)際值得到誤差信號(hào)值，誤差信號(hào)值經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器后得到電流的有功分量參考值比較無功功率參考值和實(shí)際值得到誤差信號(hào)值，誤差信號(hào)值經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器得到電流的無功分量參考值通過電流內(nèi)環(huán)的控制，對(duì)d軸和q軸的電流進(jìn)行跟蹤，d軸和q軸電流之間進(jìn)行解耦控制，并加入前饋解耦項(xiàng)，得到d軸和q軸電壓控制量，電壓控制量通過Park反變換，得到ABC三相的調(diào)制信號(hào)，將調(diào)制信號(hào)進(jìn)行三角載波PWM調(diào)制，所得脈沖經(jīng)光電轉(zhuǎn)換觸發(fā)橋臂上的IGBT模塊；電流內(nèi)環(huán)的d軸和q軸電壓控制量如下式表示：{vd*=(KP+Kis)(id*-id)-ωLiq+edvq*=(KP+Kis)(iq*-iq)+ωLid+eq;]]>其中：和分別表示電流內(nèi)環(huán)的d軸和q軸電壓控制量；KP和Ki分別表示電流內(nèi)環(huán)的PI系數(shù)；id和iq分別表示電流的有功分量實(shí)際值和電流的無功分量實(shí)際值；ω和L分別表示角頻率和濾波電感值、ed和eq分別表示交流側(cè)電壓的d軸和q軸分量。進(jìn)一步的，當(dāng)工作在所述STATCOM模式時(shí)，將直流側(cè)斷路器QF1、QF2和QF3斷開；兩個(gè)功率單元分別通過整流變壓器的副邊繞組對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償和電壓支撐。進(jìn)一步的，所述STATCOM模式采用電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制，電壓外環(huán)控制直流側(cè)電壓，通過比較直流電壓給定值Udc*和實(shí)際值Udc得到誤差信號(hào)值，誤差信號(hào)值經(jīng)PI調(diào)節(jié)器得到電流的有功分量參考值無功功率參考值和實(shí)際值的誤差經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器得到電流的無功分量參考值電流內(nèi)環(huán)用于跟蹤電壓外環(huán)和無功控制給定的電流參考值，對(duì)d軸和q軸電流分別進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，得到d軸和q軸電壓控制量，得到ABC三相的調(diào)制信號(hào)，將調(diào)制信號(hào)進(jìn)行三角載 波PWM調(diào)制，控制IGBT模塊的通斷。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是：1、融冰裝置采用直流側(cè)串聯(lián)的方式，變壓器的多個(gè)副邊繞組分別與功率單元相連；融冰裝置的直流電壓調(diào)節(jié)可通過多個(gè)功率單元的組合以及功率單元的直流電壓調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)；功率單元采用IGBT全控型元件，在直流融冰時(shí)采用定電流控制，在STATCOM時(shí)采用定無功功率控制，可以實(shí)現(xiàn)直流融冰和STATCOM功能的復(fù)用，提高裝置利用率。2、通過功率單元的組合和功率單元直流電壓的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)更寬的電壓調(diào)節(jié)，滿足不同長度線路的融冰要求；3、融冰作業(yè)時(shí)諧波含量低，不消耗電網(wǎng)無功功率；4、裝置體積小，可滿足移動(dòng)式多地點(diǎn)作業(yè)的要求。附圖說明圖1是本發(fā)明提供的直流融冰裝置主電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明提供的直流融冰模式控制框圖；圖3是本發(fā)明提供的STATCOM模式控制框圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明提供一種兼具STATCOM功能的可移動(dòng)直流融冰裝置，其主電路示意圖如圖1所示，該裝置包括整流變壓器、軟啟動(dòng)開關(guān)、功率單元、交流濾波器和斷路器；所述整流變壓器原邊接入10kV電網(wǎng)，副邊包括至少兩個(gè)繞組，每個(gè)繞組均與功率單元連接；在每個(gè)功率單元和整流變壓器的副邊之間依次連接由軟啟動(dòng)開關(guān)和交流濾波器；所述功率單元的直流側(cè)串聯(lián)，且每個(gè)功率單元均通過斷路器接入融冰線路。所述整流變壓器用于提供多脈波低壓交流電源，隔離電網(wǎng)電源和功率單元；所述整流變壓器原邊采用星形連接，副邊采用三角形連接，副邊繞組的個(gè)數(shù)根據(jù)融冰線路的電壓等級(jí)和輸電線路的長度來確定；所述整流變壓器的星-三角接法用于防止調(diào)制模式引起的零序分量和直流分量向交流系統(tǒng)傳遞。軟啟動(dòng)開關(guān)由帶限流電阻的輔助接觸器和主接觸器并聯(lián)構(gòu)成，以防止啟動(dòng)過程中的過電流。交流濾波器包括電容和電感，所述電感的一端連接軟啟動(dòng)開關(guān)的主接觸器的一端，另一端連接功率單元；所述電容的一端連接在主接觸器和電感之間的公共端，另一端接地。所述功率單元采用三相全橋的IGBT模塊，所述IGBT模塊由IGBT器件以及與其反并聯(lián)的二極管構(gòu)成，對(duì)IGBT模塊進(jìn)行PWM控制，具有完全可控，諧波含量低，體積小的特點(diǎn)。本發(fā)明還提供一種兼具STATCOM功能的可移動(dòng)直流融冰裝置的融冰方法，所述方法通過調(diào)節(jié)直流電壓實(shí)現(xiàn)；所述調(diào)節(jié)直流電壓通過調(diào)節(jié)多個(gè)功率單元的組合以及功率單元的直流電壓實(shí)現(xiàn)，包括：直流融冰模式和STATCOM模式。以兩個(gè)功率單元串聯(lián)的情況進(jìn)行說明，對(duì)裝置的直流融冰和STATCOM兩種工作模式進(jìn)行介紹。當(dāng)有兩個(gè)功率模塊串聯(lián)時(shí)，斷路器包括斷路器QF1、QF2和QF3；兩個(gè)功率單元通過斷路器QF3串聯(lián)；其中一個(gè)功率單元通過斷路器QF1與融冰線路連接，另一個(gè)功率單元通過斷路器QF2與融冰線路連接。(1)直流融冰模式融冰裝置交流側(cè)與10kV電網(wǎng)相連，整流變壓器用于提供多脈波低壓交流電源，隔離電網(wǎng)電源和功率單元。變壓器原邊采用星形接法，副邊采用三角形接法，共有2個(gè)400V繞組。每個(gè)繞組連接一個(gè)功率單元模塊，變壓器的DY接法可防止由調(diào)制模式引起的零序分量和直流分量向交流系統(tǒng)的傳遞。每個(gè)功率單元模塊采用IGBT脈沖整流，功率單元之間在輸入部分用變壓器交流隔離。在短距離線路融冰時(shí)，只需要投入一個(gè)功率單元；在長距離線路融冰時(shí)，需投入兩個(gè)功率單元，輸出端U-與U+連接形成串聯(lián)模式，輸出斷路器QF1和QF2接需要融冰的線路，滿足長距離線路融冰對(duì)直流電壓的要求。功率單元的直流輸出電壓可以連續(xù)調(diào)節(jié)，通過功率單元的組合，實(shí)現(xiàn)更寬的電壓調(diào)節(jié)，滿足不同長度線路的融冰要求。融冰模式的控制，采用的控制目標(biāo)是定直流電流和單位功率因數(shù)運(yùn)行。采取定直流電流的控制，對(duì)融冰線路進(jìn)行恒定電流融冰。采取單位功率因數(shù)運(yùn)行，可以充分利用融冰裝置的變流器容量。將融冰電流的參考值和實(shí)際值進(jìn)行比較，誤差信號(hào)經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器后得到電流的有功分量參考值id*；將無功功率參考值和實(shí)際值進(jìn)行比較，誤差信號(hào)經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器得到無功電流參考值iq*；電流內(nèi)環(huán)的d軸和q軸電壓控制量如下式表示：{vd*=(KP+Kis)(id*-id)-ωLiq+edvq*=(KP+Kis)(iq*-iq)+ωLid+eq;]]>其中：和分別表示電流內(nèi)環(huán)的d軸和q軸電壓控制量；KP和Ki分別表示電流內(nèi)環(huán)的PI系數(shù)；id和iq分別表示電流的有功分量實(shí)際值和電流的無功分量實(shí)際值；ω和L分別表示角頻率和濾波電感值、ed和eq分別表示交流側(cè)電壓的d軸和q軸分量。通過電流內(nèi)環(huán)的控制，對(duì)d軸和q軸的電流進(jìn)行跟蹤。由于d軸和q軸電流之間仍然存在耦合項(xiàng)，所以需要進(jìn)行解耦控制，并加入前饋解耦項(xiàng)，以此得到d軸和q軸電壓控制量，通過Park反變換，得到ABC三相的調(diào)制信號(hào)，進(jìn)行三角載波PWM調(diào)制，所得脈沖經(jīng)光電轉(zhuǎn)換觸發(fā)橋臂上的IGBT。融冰模式的控制框圖如圖2所示。(2)STATCOM工作模式工作在STATCOM模式時(shí)，將直流側(cè)斷路器QF1、QF2和QF3斷開。兩個(gè)功率單元分別通過變壓器的分裂繞組對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償和電壓支撐。STATCOM模式控制采用傳統(tǒng)的電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制。給定STATCOM的直流電壓和無功功率參考值。電壓外環(huán)控制直流側(cè)電壓，通過比較直流電壓給定值Udc*和實(shí)際值Udc，誤差經(jīng)PI調(diào)節(jié)器得到電流的有功分量參考值id*。無功功率參考值和實(shí)際值的誤差經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器得到電流的無功分量參考值iq*。電流內(nèi)環(huán)用于跟蹤電壓外環(huán)和無功控制給定的電流參考值，對(duì)d軸和q軸電流分別進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，得到d軸和q軸電壓控制量，進(jìn)而得到ABC三相的調(diào)制信號(hào)，進(jìn)行PWM調(diào)制，控制IGBT的通斷。STATCOM模式的控制框圖如圖3所示。本發(fā)明提供的一種可移動(dòng)作業(yè)的直流融冰裝置及其融冰方法，拓?fù)洳捎肐GBT功率單元串聯(lián)的方式，同時(shí)兼具融冰功能和STATCOM功能。工作在融冰模式時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)恒電流控制和單位功率因數(shù)運(yùn)行；工作在STATCOM模式時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償和電壓支撐。該裝置具有諧波含量小、工作方式切換靈活、裝置利用率高、方便移動(dòng)作業(yè)的特點(diǎn)。最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請(qǐng)待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3