本發(fā)明涉及電氣工程
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種基于圖解法的直流融冰裝置融冰變壓器檔位設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
：我國(guó)南方地區(qū)冰雪災(zāi)害頻發(fā)，輸電線路覆冰后易于引起斷線倒桿，嚴(yán)重威脅到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和供電可靠性。特別是2008年特大冰災(zāi)中，冰凍天氣持續(xù)襲擊我國(guó)華東、華中等地區(qū)，導(dǎo)致湖南、浙江、江西等多個(gè)省份大面積、長(zhǎng)時(shí)間停電，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民群眾的生產(chǎn)生活造成了巨大損失。為此，國(guó)內(nèi)多家單位研制了多種型號(hào)的融冰裝置，其中基于“可調(diào)檔變壓器+不控整流電路”拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的直流融冰裝置因具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、融冰可靠性高等優(yōu)點(diǎn)而成為市場(chǎng)主流。如圖1所示，該直流融冰裝置包括融冰變壓器，融冰變壓器的原邊和10/35Kv母線相連，融冰變壓器的副邊抽頭通過整流器、輸出刀閘和覆冰線路相連。但該類裝置是基于二極管不控整流電路，為了同時(shí)滿足變電站多條輸電線路的融冰需求，融冰變壓器一般需設(shè)置多個(gè)檔位來使裝置輸出電壓電流可在較大范圍內(nèi)可調(diào)，此時(shí)融冰變壓器的檔位配置成為影響裝置融冰性能、成本以及體積重量的關(guān)鍵因素。目前，工程技術(shù)人員一般采用試湊法來設(shè)計(jì)融冰變檔位，即首先根據(jù)某條線路的融冰需求設(shè)計(jì)出融冰變壓器的一個(gè)檔位；再核算該檔位是否滿足第二條線路的融冰需求，不滿足時(shí)則增加新的變壓器檔位；然后再核算已有檔位是否滿足第三條線路的融冰需求……,如此反復(fù)直至所設(shè)計(jì)的多個(gè)檔位能滿足所有覆冰線路的融冰需求。這種方法原理簡(jiǎn)單、門檻低，但當(dāng)有融冰需求的輸電線路數(shù)量較多時(shí)(500kV變電站出線一般多達(dá)十條甚至二十條)，其循環(huán)迭代過程計(jì)算量大；而且若設(shè)計(jì)出的檔位數(shù)量超過容許極限，則需要改換初設(shè)條件重新設(shè)計(jì)直至滿足要求。更重要的是，每個(gè)檔位對(duì)應(yīng)副邊電壓的選定缺乏統(tǒng)籌性，即一般僅考慮某條線路的需求而不兼顧多條線路，這往往導(dǎo)致設(shè)計(jì)出的變壓器檔位數(shù)量偏多且缺乏對(duì)線路參數(shù)變化時(shí)的適應(yīng)性，設(shè)計(jì)結(jié)果難以達(dá)到最優(yōu)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，提供一種能夠簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過程并使檔位數(shù)量盡量少、降低融冰變壓器的設(shè)計(jì)和制造成本，設(shè)計(jì)過程簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)結(jié)果優(yōu)良、可移植性強(qiáng)、設(shè)計(jì)檔位數(shù)量少、實(shí)現(xiàn)快捷、使用方便的基于圖解法的直流融冰裝置融冰變壓器檔位設(shè)計(jì)方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種基于圖解法的直流融冰裝置融冰變壓器檔位設(shè)計(jì)方法，步驟包括：1)確定變電站各線路的融冰需求電壓；2)繪制出各線路融冰需求電壓的二維平面圖；3)提取二維平面圖中各線路融冰需求電壓的交集區(qū)段；4)根據(jù)各線路融冰需求電壓的交集區(qū)段確定融冰變壓器副邊的檔位。優(yōu)選地，所述步驟1)的詳細(xì)步驟包括：1.1)確定變電站各線路容許的最大融冰電流Imax和最小融冰電流Imin；1.2)根據(jù)直流融冰時(shí)輸電線路的接線方式，結(jié)合最大融冰電流Imax和最小融冰電流Imin計(jì)算各線路容許的融冰裝置最高輸出直流電壓Umax和最低輸出直流電壓Umin；1.3)根據(jù)融冰裝置中融冰變壓器原邊和副邊的電壓關(guān)系，計(jì)算出各線路融冰時(shí)所需要的融冰變壓器副邊的電壓范圍[U2min,U2max]作為融冰需求電壓。優(yōu)選地，所述步驟1.2)中具體是指根據(jù)式(1)計(jì)算各線路容許的融冰裝置最高輸出直流電壓Umax和最低輸出直流電壓Umin，且當(dāng)融冰裝置的輸出直流電流取值為最大融冰電流Imax時(shí)，計(jì)算得到的融冰裝置的輸出直流電壓Udc為線路容許的融冰裝置最高輸出直流電壓Umax；當(dāng)融冰裝置的輸出直流電流取值為最小融冰電流Imin時(shí)，計(jì)算得到的融冰裝置的輸出直流電壓Udc為線路容許的融冰裝置最低輸出直流電壓Umin；Udc＝k1Idcr0l(1)式(1)中，Udc為融冰裝置的輸出直流電壓，k1為表示直流融冰時(shí)輸電線路的接線方式對(duì)應(yīng)的接線系數(shù)，Idc為融冰裝置的輸出直流電流，r0為線路單位長(zhǎng)度的電阻，l為線路長(zhǎng)度。優(yōu)選地，所述步驟2)具體是指：具體是指將融冰需求電壓作為橫軸、各線路的線路序號(hào)作為縱軸，將變電站各線路的融冰需求電壓統(tǒng)一繪制在同一幅二維平面圖中。優(yōu)選地，所述步驟3)的詳細(xì)步驟包括：按照涵蓋盡可能多線路的原則，在二維平面圖標(biāo)注出融冰需求電壓的交集區(qū)段；檢測(cè)是否剩余有和其它線路沒有交集區(qū)段的線路，如果剩余有和其它線路沒有交集區(qū)段的線路，則對(duì)該線路單獨(dú)標(biāo)注出融冰需求電壓區(qū)域。優(yōu)選地，所述步驟4)具體是指：從每一個(gè)融冰需求電壓區(qū)域中選擇一個(gè)電壓作為一個(gè)檔位，從而得到由所有融冰需求電壓區(qū)域?qū)?yīng)的電壓構(gòu)成融冰變壓器副邊的檔位。本發(fā)明基于圖解法的直流融冰裝置融冰變壓器檔位設(shè)計(jì)方法充分利用了“線路融冰所需的電壓電流可在一定范圍內(nèi)自由選取”這一固有特性，通過構(gòu)造融冰需求電壓二維平面圖來使融冰變壓器的檔位設(shè)計(jì)過程可視化，將所有待融冰線路的融冰電壓需求區(qū)段繪制在一副二維平面圖中，然后根據(jù)各區(qū)段的交集特征來設(shè)計(jì)融冰變壓器的各個(gè)檔位，解決了現(xiàn)有方法設(shè)計(jì)過程過于復(fù)雜、且設(shè)計(jì)出的變壓器檔位偏多導(dǎo)致成本高、重量大等問題，能夠簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過程并使檔位數(shù)量盡量少、降低融冰變壓器的設(shè)計(jì)和制造成本。與現(xiàn)有檔位設(shè)計(jì)方法相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、設(shè)計(jì)過程簡(jiǎn)單。本方法中各條線路融冰電壓-電流特性的計(jì)算完全平行而無先后之分，設(shè)計(jì)過程扁平化，一次即可得出設(shè)計(jì)結(jié)果，避免了傳統(tǒng)方法中的反復(fù)試湊迭代。2、設(shè)計(jì)結(jié)果優(yōu)良。該方法設(shè)計(jì)的變壓器任一檔位都會(huì)盡量兼顧多條線路的融冰需求，可保證融冰變壓器的檔位數(shù)量最少，從而有助于降低其制造成本、體積、重量；并且可對(duì)線路參數(shù)變化具有更強(qiáng)的魯棒性。3、可移植性強(qiáng)。該方法每個(gè)步驟都有嚴(yán)格的客觀約束條件，基本不需要設(shè)計(jì)者去人為選取數(shù)據(jù)，這時(shí)得其設(shè)計(jì)結(jié)果不會(huì)因設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)或偏好不同而出現(xiàn)明顯差異。4、本發(fā)明基于圖解法的直流融冰裝置融冰變壓器檔位設(shè)計(jì)方法基于二維平面圖確定檔位，既可利用計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)，也可人工處理，具有實(shí)現(xiàn)快捷、使用方便的優(yōu)點(diǎn)。附圖說明圖1為現(xiàn)有技術(shù)基于“可調(diào)檔變壓器+不控整流電路”的直流融冰裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例方法的基本流程示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例中步驟2)得到的二維平面圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例中步驟3)得到的交集區(qū)段示意圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例中步驟4)得到的融冰變壓器的檔位示意圖。具體實(shí)施方式如圖2所示，本實(shí)施例基于圖解法的直流融冰裝置融冰變壓器檔位設(shè)計(jì)方法的步驟包括：1)確定變電站各線路的融冰需求電壓；2)繪制出各線路融冰需求電壓的二維平面圖；3)提取二維平面圖中各線路融冰需求電壓的交集區(qū)段；4)根據(jù)各線路融冰需求電壓的交集區(qū)段確定融冰變壓器副邊的檔位。本實(shí)施例中，步驟1)的詳細(xì)步驟包括：1.1)確定變電站各線路容許的最大融冰電流Imax和最小融冰電流Imin；1.2)根據(jù)直流融冰時(shí)輸電線路的接線方式，結(jié)合最大融冰電流Imax和最小融冰電流Imin計(jì)算各線路容許的融冰裝置最高輸出直流電壓Umax和最低輸出直流電壓Umin；1.3)根據(jù)融冰裝置中融冰變壓器原邊和副邊的電壓關(guān)系，計(jì)算出各線路融冰時(shí)所需要的融冰變壓器副邊的電壓范圍[U2min,U2max]作為融冰需求電壓。各線路容許的最大融冰電流Imax和最小融冰電流Imin為各個(gè)線路的固有特性，具體可以根據(jù)某輸電線路的導(dǎo)線型號(hào)、途徑地區(qū)的典型風(fēng)速溫度等環(huán)境參數(shù)，利用《輸電線路電流融冰技術(shù)導(dǎo)則》中計(jì)算公式或查詢相應(yīng)表格、曲線，即可確定該線路容許的最大融冰電流Imax和最小融冰電流Imin。只要線路電流在兩者之間，就能實(shí)現(xiàn)融冰，因此該線路的融冰電流需求可表示為Imin≤Idc≤Imax，其中Idc為實(shí)際電流，Imax表示線路容許的最大融冰電流，Imin表示線路容許的最小融冰電流。本實(shí)施例中，步驟1.2)中具體是指根據(jù)式(1)計(jì)算各線路容許的融冰裝置最高輸出直流電壓Umax和最低輸出直流電壓Umin，且當(dāng)融冰裝置的輸出直流電流取值為最大融冰電流Imax時(shí)，計(jì)算得到的融冰裝置的輸出直流電壓Udc為線路容許的融冰裝置最高輸出直流電壓Umax；當(dāng)融冰裝置的輸出直流電流取值為最小融冰電流Imin時(shí)，計(jì)算得到的融冰裝置的輸出直流電壓Udc為線路容許的融冰裝置最低輸出直流電壓Umin；Udc＝k1Idcr0l(1)式(1)中，Udc為融冰裝置的輸出直流電壓，k1為表示直流融冰時(shí)輸電線路的接線方式對(duì)應(yīng)的接線系數(shù)，Idc為融冰裝置的輸出直流電流，r0為線路單位長(zhǎng)度的電阻，l為線路長(zhǎng)度。直流融冰時(shí)輸電線路的接線方式一般有且僅有“兩相串聯(lián)”和“兩并一串”兩種接線方式，兩相并聯(lián)時(shí)接線系數(shù)k1取值為2.0，兩并一串時(shí)接線系數(shù)k1取值為1.5。式(1)中，r0l表示為線路的單相總電阻Rl。根據(jù)式(1)和線路的融冰電流需求(Imin≤Idc≤Imax)可算出對(duì)該線路實(shí)施融冰時(shí)融冰裝置輸出直流電壓應(yīng)滿足式(2)所示的范圍約束；1.5IminRl≤Udc≤2ImaxRl(2)式(2)中，Imax表示線路容許的最大融冰電流，Imin表示線路容許的最小融冰電流，Rl表示線路的單相總電阻，Udc為融冰裝置的輸出直流電壓(融冰變壓器原邊電壓)。本實(shí)施例的在三相不控整流電路中，融冰裝置中融冰變壓器原邊和副邊的電壓關(guān)系如式(3)所示；Udc＝1.25Uac(3)式(3)中，Udc為融冰裝置的輸出直流電壓(融冰變壓器原邊電壓)，Uac為融冰裝置的輸入交流電壓(融冰變壓器副邊電壓)。根據(jù)式(2)和式(3)可知，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)該線路的直流融冰，融冰變壓器的副邊輸出電壓應(yīng)該滿足式(4)所示的范圍約束；1.2IminRl≤Uac≤1.6IminRl(4)式(4)中，Imax表示線路容許的最大融冰電流，Imin表示線路容許的最小融冰電流，Rl表示線路的單相總電阻，Uac為融冰裝置的輸入交流電壓(融冰變壓器副邊電壓)。將式(4)中代入具體參數(shù)，就可求出所有待融冰線路的融冰需求電壓。以某220kV變電站為例，各條出線的基本參數(shù)如表1所示，利用前述方法計(jì)算各線路融冰電壓電流，結(jié)果如表2所示。表1：某變電站易覆冰線路的基本參數(shù)表。線路號(hào)電壓(kV)導(dǎo)線型號(hào)長(zhǎng)度(km)電阻Rl(Ω)感抗Xl(Ω)1#220LGJ-300/4010.61.004.352#220JLHA1-400513.6720.453#220LGJ-400/3556.0534.0422.484#110LGJ-300/4012.181.144.995#110LGJ-240/309.3751.233.766#110LGJ-240/3044.5155.8317.857#110LGJ-240/303.50.461.408#110LGJ-240/3016.6842.196.699#110LGJ-240/3022.7572.989.1310#110LGJ-240/308.5731.123.4411#110LGJ-240/3039.235.1415.7312#110LGJ-240/3039.2301.004.35表2：各線路所對(duì)應(yīng)的融冰電壓電流需求表。參見表2，以1#線路為例，該線路融冰時(shí)所需要的融冰變壓器副邊的電壓范圍[813,1754]為該線路的融冰需求電壓；以2#線路為例，該線路融冰時(shí)所需要的融冰變壓器副邊的電壓范圍[3525,7050]為該線路的融冰需求電壓。本實(shí)施例中，步驟2)具體是指：具體是指將融冰需求電壓作為橫軸、各線路的線路序號(hào)作為縱軸，將變電站各線路的融冰需求電壓統(tǒng)一繪制在同一幅二維平面圖中，得到的結(jié)果如圖3所示。參見圖3可知1#線路所需要的融冰變壓器副邊的電壓范圍為[813,1754]，2#線路融冰時(shí)所需要的融冰變壓器副邊的電壓范圍為[3525,7050]。本實(shí)施例中，步驟3)的詳細(xì)步驟包括：按照涵蓋盡可能多線路的原則，在二維平面圖標(biāo)注出融冰需求電壓的交集區(qū)段；檢測(cè)是否剩余有和其它線路沒有交集區(qū)段的線路，如果剩余有和其它線路沒有交集區(qū)段的線路，則對(duì)該線路單獨(dú)標(biāo)注出融冰需求電壓區(qū)域，得到的結(jié)果如圖4所示。參見圖4可知，1#線路、4#線路、5#線路、8#線路、10#線路有共同的交集區(qū)段，2#線路、3#線路、6#線路、9#線路、11#線路有共同的交集區(qū)段，7#線路為和其它線路沒有交集區(qū)段的線路，最終得到三個(gè)交集區(qū)段。本實(shí)施例中，步驟4)具體是指：從每一個(gè)融冰需求電壓區(qū)域中選擇一個(gè)電壓作為一個(gè)檔位，從而得到由所有融冰需求電壓區(qū)域?qū)?yīng)的電壓構(gòu)成融冰變壓器副邊的檔位，得到的結(jié)果如圖5所示。在前述各個(gè)交集區(qū)段中分別選擇一個(gè)電壓值作為變壓器的多個(gè)副邊電壓，由此確定出變壓器的各個(gè)檔位。同時(shí)，在前述交集范圍之內(nèi)，可以微調(diào)所選取的具體電壓值來讓相鄰檔位的電壓比值適當(dāng)，從而增強(qiáng)裝置對(duì)變電站電壓、線路阻抗、環(huán)境參數(shù)變化時(shí)的適應(yīng)性。本實(shí)施例中根據(jù)三個(gè)交集區(qū)段設(shè)置三個(gè)檔位，各檔對(duì)應(yīng)的融冰變壓器副邊電壓分別為500V、1580V和4180V。綜上所述，本實(shí)施例充分利用了“線路融冰所需電壓電流可在一定范圍內(nèi)自由選取”這一固有特性，通過構(gòu)造融冰需求電壓二維平面圖使融冰變壓器檔位設(shè)計(jì)過程可視化，避免了融冰變副邊電壓的盲目選擇及反復(fù)試湊，可在滿足所有線路融冰需求的前提下，使融冰變壓器的檔位數(shù)量最少，且提高對(duì)線路參數(shù)變化的魯棒性。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3