專利名稱：具有statcom功能的直流大電流融冰裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于高壓輸配電系統(tǒng)裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有STATCOM功能的直流大電流融冰裝置。
背景技術(shù)：
目前，因輸電線路結(jié)冰和積雪而造成高壓輸電線斷線和倒塔、倒桿的事故時(shí)有發(fā)生，高壓輸電線路斷線和倒塔事故嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的安全 運(yùn)行，造成大面積停電事故。為了防止這類事故的發(fā)生，必須及時(shí)將導(dǎo)線上的結(jié)冰和積雪化掉，目前主要采取機(jī)械(振動)式、電熱式兩大類的融冰方法。機(jī)械(振動)式融冰，即采用振動導(dǎo)線的方法使冰雪脫落，其特點(diǎn)在于簡單操作，無需浪費(fèi)電能，但其缺點(diǎn)是必須逐檔進(jìn)行，速度慢，而且在地面結(jié)冰和積雪嚴(yán)重的情況下，往往因?yàn)榻煌▎栴}而不能到達(dá)高山上的輸電線路而無法進(jìn)行操作。電熱式融冰技術(shù)，即利用將線路末端短路而產(chǎn)生的大電流將導(dǎo)線加熱而達(dá)到融冰的目的，和機(jī)械(振動)式融冰方法相比，電熱式融冰技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是融冰速度較快，不受路面結(jié)冰和積雪的影響，但需耗費(fèi)一定的電能和配置相關(guān)的配套裝置?，F(xiàn)在普遍采用電熱式融冰技術(shù)有交流大電流融冰技術(shù)和直流大電流融冰技術(shù)，相比較而言，交流大電流融冰技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于每個(gè)變電所均有不同電壓等級的交流電源，因此電源比較容易獲取，其缺點(diǎn)是在相同的融冰電流下，需要較高的電源電壓，因?yàn)橐话爿旊娋€路的交流感抗比其電阻要大得多，從而融冰需要很大的電源容量和很大的無功功率，融冰時(shí)對系統(tǒng)沖擊較大，可能引起系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性問題；另一缺點(diǎn)是因?yàn)槠浣涣麟娫吹碾妷翰豢烧{(diào)，所以融冰電流不可以控制。直流大電流融冰技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是在相同的融冰電流下，只需要較低的電源電壓，因?yàn)檩旊娋€路的直流感抗為0，所以融冰時(shí)對系統(tǒng)沖擊很??；其缺點(diǎn)是需要另外配備整流和濾波裝置，并且因?yàn)榫€路嚴(yán)重結(jié)冰的現(xiàn)象并不常見，這些裝置的利用率較低。專利200810060026.X和200810120372.2公開了兩類能將直流大電流融冰技術(shù)和靜態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)(SVC)相結(jié)合的裝置，有效地提高了設(shè)備利用率，但是上述實(shí)用新型的兩類裝置里均需要配置大量的基于電容器和電抗器的無源濾波器，因此存在占地面積大、融冰時(shí)無功功率變化大、容易產(chǎn)生諧波諧振等問題。專利201110362882.2公開了一種基于電壓源型換流器的雙功能直流融冰裝置，該實(shí)用新型裝置將融冰功能和STATCOM功能結(jié)合起來，但是，該實(shí)用新型存在4方面缺點(diǎn):1)該裝置需要一個(gè)降壓變壓器，增加了損耗和成本；2)由于該裝置采用脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)，增加了 IGBT開關(guān)損耗和電磁干擾；降低了輸出電流的能力；3)由于該裝置采用脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)，需要在交流側(cè)加裝濾波器；4)因?yàn)殡娐方Y(jié)構(gòu)的限制，該實(shí)用新型裝置的直流電壓可調(diào)范圍小，從而要求所有被融冰輸電線路的長度大致相同，但往往一個(gè)變電站的輸電線路的長度并不是大致相同的，因此該實(shí)用新型裝置不能對變電站的所有輸電線路進(jìn)行融冰。

實(shí)用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種具有STATCOM功能的直流大電流融冰裝置的技術(shù)方案。所述的具有STATCOM功能的直流大電流融冰裝置，其特征在于:由兩個(gè)電路拓?fù)浜蛥?shù)完全相同的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的STATCOM和一個(gè)融冰換相刀閘矩陣構(gòu)成，兩個(gè)STATCOM —端與三相交流母線相連，兩個(gè)STATCOM另一端與融冰換相刀閘矩陣相連，融冰換相刀閘矩陣由六把隔離刀閘組成，六把隔離刀閘與兩個(gè)STATCOM相配合且對應(yīng)分成兩組，每一組隔離刀閘的兩端分別連接STATCOM和待融冰線路的A相、B相、C相。所述的具有STATCOM功能的直流大電流融冰裝置，其特征在于所述的STATCOM的每一相電路均由若干個(gè)直流側(cè)接電容器的全橋電路級聯(lián)后和一個(gè)交流電抗器串聯(lián)構(gòu)成，交流電抗器接在電路的輸入端或輸出端。所述的具有STATCOM功能的直流大電流融冰裝置，其特征在于所述的STATCOM的每一相電路均由若干個(gè)直流側(cè)接電容器的全橋電路級聯(lián)后和兩個(gè)交流電抗器串聯(lián)構(gòu)成，兩個(gè)交流電抗器分別接在電路的輸入端和輸出端。所述的具有STATCOM功能的直流大電流融冰裝置，其特征在于所述的直流側(cè)接電容器的全橋電路由四個(gè)帶反并聯(lián)二極管的IGBT、一個(gè)直流電容器、一個(gè)接觸器構(gòu)成，四個(gè)帶反并聯(lián)二極管的IGBT構(gòu)成一個(gè)全橋電路，直流電容器接在該全橋電路的直流側(cè)，接觸器并接在該全橋電路的交流輸入側(cè)。本實(shí)用新型由兩個(gè)電路拓?fù)浜蛥?shù)完全相同的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的STATCOM和一個(gè)融冰換相刀閘矩陣構(gòu)成，其中2個(gè)STATCOM構(gòu)成一個(gè)輸出直流電壓大范圍可調(diào)的直流融冰電源。融冰換相刀閘矩陣的主要作用是能夠靈活地將直流融冰電源接到待融冰輸電線路的不同相導(dǎo)線上。融冰時(shí)，兩個(gè)STATCOM均采用星形接線方式，其中一個(gè)STATCOM的中性點(diǎn)作為直流融冰電源的正極和融冰換相刀閘矩陣的正極連接，另一個(gè)STATCOM的中性點(diǎn)作為直流融冰電源的負(fù)極和融冰換相刀閘矩陣的負(fù)極連接。因?yàn)槿诒鶕Q相刀閘矩陣的原因，融冰模式非常靈活，能夠?qū)Ω鞣N不同相導(dǎo)線的組合模式進(jìn)行融冰。由于裝置電路中級聯(lián)全 橋電路的數(shù)量較多，即使每個(gè)全橋電路的輸出電壓不是很高(受IGBT器件耐壓限制)，但整個(gè)級聯(lián)全橋電路的交流側(cè)輸出電壓的幅值可以達(dá)到較高的值，因此該裝置可以不需要變壓器就可以直接連接到電網(wǎng)中常見的電壓等級(如35KV、10KV);并且其交流側(cè)輸出的電壓波形可以采用階梯波最近電平逼近調(diào)制技術(shù)而非常接近正弦波，從而不管裝置工作在融冰狀態(tài)還是STATCOM狀態(tài)，裝置的交流側(cè)電流和電壓諧波含量很低，因此本實(shí)用新型的裝置不需要在交流側(cè)配置大量的基于電容器和電抗器的無源濾波器，從而大大降低了整個(gè)裝置的占地面積。并且由于該裝置不需要采用脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)，IGBT的開關(guān)損耗可以降低，輸出電流可以提高，對變電站內(nèi)其他設(shè)備的電磁干擾可以降低。

圖1是本實(shí)用新型的整體電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型融冰直流電源每相的電路結(jié)構(gòu)示意圖一；圖3是本實(shí)用新型融冰直流電源每相的電路結(jié)構(gòu)示意圖二 ；圖4是本實(shí)用新型融冰直流電源每相的電路結(jié)構(gòu)示意圖三；圖5是本實(shí)用新型直流側(cè)接電容器的全橋電路結(jié)構(gòu)示意圖；[0015]圖中:1-STATC0M，2_融冰換相刀閘矩陣，3_全橋電路，4_交流電抗器，5_帶反并聯(lián)二極管的IGBT，6-直流電容器，7-接觸器。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合說明書附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明:具有STATCOM功能的直流大電流融冰裝置，由兩個(gè)拓?fù)浜蛥?shù)完全相同的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的STATC0M1和一個(gè)融冰換相刀閘矩陣2構(gòu)成，兩個(gè)STATC0M1 —端與三相交流母線相連，另一端與融冰換相刀閘矩陣2相連，融冰換相刀閘矩陣2由六把隔離刀閘組成，即隔離刀閘Gl、隔尚刀閘G2、隔尚刀閘G3、隔尚刀閘G4、隔尚刀閘G5、隔尚刀閘G6,六把隔尚刀閘與兩個(gè)STATC0M1相配合且對應(yīng)分成兩組，每一組隔離刀閘的兩端分別連接STATC0M1和待融冰線路的A相、B相、C相(即隔離刀閘Gl、G2、G3的一端均和正極連接，另外一端分別接到待融冰線路的A、B、C三相上；另外3把隔離刀閘G4、G5、G6的一端均和負(fù)極連接，另外一端分別接到待融冰線路的A、B、C三相上)。其中STATC0M1的每一相電路均由若干個(gè)直流側(cè)接電容器的全橋電路3級聯(lián)后(鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu))和一個(gè)交流電抗器4串聯(lián)構(gòu)成，交流電抗器4接在電路的輸入端或輸出端；也可以是STATCOM的每一相電路均由若干個(gè)直流側(cè)接電容器的全橋電路3級聯(lián)后和兩個(gè)交流電抗器4串聯(lián)構(gòu)成，兩個(gè)交流電抗器4分別接在電路的輸入端和輸出端。直流側(cè)接電容器的全橋電路3由四個(gè)帶反并聯(lián)二極管的IGBT5、一個(gè)直流電容器6、一個(gè)接觸器7構(gòu)成，四個(gè)帶反并聯(lián)二極管的IGBT5構(gòu)成一個(gè)全橋電路，直流電容器6接在該全橋電路的直流側(cè)，接觸器7并接在該全橋電路的交流輸入側(cè)。融冰時(shí)，兩個(gè)STATC0M1均采用星形接線方式，其中一個(gè)STATC0M1的中性點(diǎn)和融冰換相刀閘矩陣2的正極連接，另一個(gè)STATC0M1的中性點(diǎn)和融冰換相刀閘矩陣2的負(fù)極連接，控制器控制其正極STATCOM的中性點(diǎn)電壓逐漸升高為Udc/2，負(fù)極STATCOM的中性點(diǎn)電壓逐漸降低為-Udc/2，從而使 得接在正、負(fù)極的被融冰導(dǎo)線上的直流電流逐漸上升到設(shè)定的融冰電流值Idc=Udc/R，其中，R為被融冰導(dǎo)線的電阻，Idc為融冰直流電流設(shè)定值，Udc=Udc/2- (-Udc/2)，為直流融冰電源的輸出直流電壓。直流大電流融冰裝置工作在STATCOM狀態(tài)時(shí)，融冰換相刀閘矩陣2中的所有隔離刀閘均處于打開位置，直流大電流融冰裝置就成為兩個(gè)獨(dú)立的STATCOM，STATC0M1的接線方式能夠用星形接線方式，也能夠用三角形接線方式；兩個(gè)STATC0M1能夠接在同一交流母線上，也能夠接在兩條不同的交流母線上；兩個(gè)STATC0M1能夠同時(shí)運(yùn)行，也能夠單獨(dú)運(yùn)行。直流側(cè)接電容器的全橋電路，當(dāng)正常工作時(shí)，其接觸器7處于打開位置；當(dāng)出現(xiàn)元件故障時(shí)，其接觸器7閉合，該電路被旁路。直流側(cè)接電容器的全橋電路，當(dāng)裝置工作在STATCOM狀態(tài)且為星形接線方式時(shí)，其中部分接觸器7處于閉合位置。該裝置由兩個(gè)電路拓?fù)浜蛥?shù)完全相同的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的STATCOM和一個(gè)融冰換相刀閘矩陣組成。其中的2個(gè)STATCOM構(gòu)成一個(gè)輸出直流電壓大范圍可調(diào)的直流融冰電源。融冰換相刀閘矩陣的主要作用是能夠靈活地將直流融冰電源接到待融冰輸電線路的不同相導(dǎo)線上。融冰時(shí)，兩個(gè)STATCOM均采用星形接線方式，其中一個(gè)STATCOM的中性點(diǎn)作為直流融冰電源的正極和融冰換相刀閘矩陣的正極連接，另一個(gè)STATCOM的中性點(diǎn)作為直流融冰電源的負(fù)極和融冰換相刀閘矩陣的負(fù)極連接。因?yàn)槿诒鶕Q相刀閘矩陣的原因，融冰模式非常靈活，能夠?qū)Ω鞣N不同相導(dǎo)線的組合模式進(jìn)行融冰。例如:當(dāng)需要對A相導(dǎo)線和B相導(dǎo)線串聯(lián)起來后進(jìn)行融冰時(shí)(A+B融冰組合模式)，融冰換相刀閘矩陣中的隔離刀閘Gl和G5閉合，其余隔離刀閘均打開，待融冰線路對側(cè)(末端)的A、B和C相導(dǎo)線短接即可；當(dāng)需要對A相導(dǎo)線和B相導(dǎo)線并聯(lián)后再和C相導(dǎo)線串聯(lián)起來進(jìn)行融冰時(shí)(A| B+C融冰組合模式)，融冰換相刀閘矩陣中的隔離刀閘Gl、G2和G6閉合，其余隔離刀閘均打開，待融冰線路對側(cè)(末端)的A、B和C相導(dǎo)線短接即可。類似地，其他任何一種融冰組合模式均可以通過控制融冰換相刀閘矩陣中的6把隔離刀閘的不同狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)本實(shí)用新型裝置工作在融冰狀態(tài)時(shí)，控制器控制其正極STATCOM(中性點(diǎn)作為直流融冰電源正極的STATCOM)的中性點(diǎn)電壓逐漸升高到(Udc/2);負(fù)極STATC0M(中性點(diǎn)作為直流融冰電源負(fù)極的STATCOM)的中性點(diǎn)電壓逐漸降低到(-Udc/2)，從而使得接在正、負(fù)極的被融冰導(dǎo)線上的直流電流逐漸上升到設(shè)定的融冰電流值(Idc=Udc/R)。上述式中，R為被融冰導(dǎo)線的等效電阻，Idc為融冰直流電流設(shè)定值，Udc=Udc/2-(-Udc/2)為直流融冰電源的輸出直流電壓。當(dāng)被融冰的輸電線路比較短時(shí)，導(dǎo)線的電阻R比較小，直流融冰電源的輸出直流電壓Udc也就比較低；當(dāng)被融冰的輸電線路比較長時(shí)，導(dǎo)線的電阻R比較大，直流融冰電源的輸出直流電壓Udc也就比較高。通常一個(gè)融冰裝置需要對同一個(gè)變電站內(nèi)的多條輸電線路進(jìn)行融冰，而每條輸電線路的長度各不相同，因此融冰直流電源的輸出直流電壓Udc也需要有一個(gè)較大的范圍。這個(gè)較大范圍的直流融冰電壓Udc可以通過調(diào)節(jié)裝置中的2個(gè)STATCOM的中性點(diǎn)電壓來實(shí)現(xiàn)。而星形接線方式的STATCOM中性點(diǎn)電壓的控制可以通過控制每相級聯(lián)全橋電路的輸出電壓來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)本實(shí)用新型裝置工作在STATCOM狀態(tài)時(shí)，融冰換相刀閘矩陣中的所有隔離刀閘均處于打開位置。本實(shí)用新型裝置就成為2個(gè)獨(dú)立的STATC0M，該2個(gè)獨(dú)立的STATCOM可以接在同一交流母線上，也可以接到兩條不同的交流母線上。通過調(diào)節(jié)STATCOM中每相級聯(lián)全橋電路的輸出電壓的大小就可以控制流過STATCOM的每相電流，從而實(shí)現(xiàn)STATCOM無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。當(dāng)STATCOM中的級聯(lián)全橋電路的輸出電壓大于交流母線上的電壓時(shí)，STATCOM向系統(tǒng)輸出無功功率(容性無功)；當(dāng)STATCOM中的級聯(lián)全橋電路的輸出電壓小于交流母線上的電壓時(shí)，STATCOM從系統(tǒng)吸收無功功率(感性無功)。
`[0026]由于裝置電路中級聯(lián)全橋電路的數(shù)量較多，即使每個(gè)全橋電路的輸出電壓不是很高(受IGBT器件耐壓限制)，但整個(gè)級聯(lián)全橋電路的交流側(cè)輸出電壓的幅值可以達(dá)到較高的值，因此該裝置可以不需要變壓器就可以直接連接到電網(wǎng)中常見的電壓等級(如35KV、10KV);并且其交流側(cè)輸出的電壓波形可以采用階梯波最近電平逼近調(diào)制技術(shù)而非常接近正弦波，從而不管裝置工作在融冰狀態(tài)還是STATCOM狀態(tài)，裝置的交流側(cè)電流和電壓諧波含量很低，因此本實(shí)用新型的裝置不需要在交流側(cè)配置大量的基于電容器和電抗器的無源濾波器，從而大大降低了整個(gè)裝置的占地面積。并且由于該裝置不需要采用脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)，IGBT的開關(guān)損耗可以降低、輸出電流可以提高、對變電站內(nèi)其他設(shè)備的電磁干擾可以降低。
權(quán)利要求1.具有STATCOM功能的直流大電流融冰裝置，其特征在于:由兩個(gè)電路拓?fù)浜蛥?shù)完全相同的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的STATCOM (I)和一個(gè)融冰換相刀閘矩陣(2)構(gòu)成，兩個(gè)STATCOM (I) —端與三相交流母線相連，兩個(gè)STATCOM (I)另一端與融冰換相刀閘矩陣(2)相連，融冰換相刀閘矩陣(2)由六把隔離刀閘組成，六把隔離刀閘與兩個(gè)STATCOM (I)相配合且對應(yīng)分成兩組，每一組隔離刀閘的兩端分別連接STATCOM (I)和待融冰線路的A相、B相、C相。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有STATCOM功能的直流大電流融冰裝置，其特征在于所述的STATCOM (I)的每一相電路均由若干個(gè)直流側(cè)接電容器的全橋電路(3)級聯(lián)后和一個(gè)交流電抗器(4 )串聯(lián)構(gòu)成，交流電抗器(4 )接在電路的輸入端或輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有STATCOM功能的直流大電流融冰裝置，其特征在于所述的STATCOM (I)的每一相電路均由若干個(gè)直流側(cè)接電容器的全橋電路(3)級聯(lián)后和兩個(gè)交流電抗器(4)串聯(lián)構(gòu)成，兩個(gè)交流電抗器(4)分別接在電路的輸入端和輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的具有STATCOM功能的直流大電流融冰裝置，其特征在于所述的直流側(cè)接電容器的全橋電路(3)由四個(gè)帶反并聯(lián)二極管的IGBT (5)、一個(gè)直流電容器(6)、一個(gè)接觸器(7)構(gòu)成，四個(gè)帶反并聯(lián)二極管的IGBT (5)構(gòu)成一個(gè)全橋電路，直流電容器(6)接在該全橋電路的直流·側(cè)，接觸器(7)并接在該全橋電路的交流輸入側(cè)。
專利摘要本實(shí)用新型屬于高壓輸配電系統(tǒng)裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有STATCOM功能的直流大電流融冰裝置。其特征在于由兩個(gè)電路結(jié)構(gòu)相同的STATCOM和一個(gè)融冰換相刀閘矩陣構(gòu)成，兩個(gè)STATCOM一端與三相交流母線相連，兩個(gè)STATCOM另一端與融冰換相刀閘矩陣相連，融冰換相刀閘矩陣由六把隔離刀閘組成，六把隔離刀閘與兩個(gè)STATCOM相配合且對應(yīng)分成兩組，每一組隔離刀閘的兩端分別連接STATCOM和待融冰線路的A相、B相、C相。本實(shí)用新型的裝置不需要在交流側(cè)配置大量的基于電容器和電抗器的無源濾波器，從而大大降低了整個(gè)裝置的占地面積，不需要采用脈寬調(diào)制，IGBT的開關(guān)損耗可以降低，輸出電流可以提高。
文檔編號H02J3/18GK203103884SQ20132004817
公開日2013年7月31日 申請日期2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月29日
發(fā)明者梁一橋, 韓其國 申請人:梁一橋