[发明专利]基于电压源型换流器的双功能直流融冰装置及其融冰方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于电压源型换流器的双功能直流融冰装置及其融冰方法，属于远距离交、直流输电领域。

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。因此，加强输电线路融冰技术的研究对提高电力系统稳定性、促进国民经济发展具有重要的意义。

目前国内外输电线路除冰方法可分为交流融冰法和直流融冰法两类。交流融冰法又分为改变线路潮流法和短路法两类。其核心思想主要是利用调整系统运行方式，改变系统的潮流走向，增加需融冰线路的负荷电流或者将融冰线路的一端三相短路接地，在另一端施加合适的融冰电源，由较大的短路电流加热导线，从而实现线路融冰。经过多年的运行实践，研究发现，交流融冰法存在改变系统潮流难度大、融冰电源无功功率需求高、对系统稳定性影响大、500kV及以上电压等级线路融冰效果差等问题，因此该方法逐渐被淘汰。取而代之的是现在流行的直流融冰法。该方法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。由于直流融冰电流本身在线路上流动时不消耗无功功率，仅直流换流器自身需要消耗一部分无功功率，因此直流融冰电源容量需求相比交流法要小很多，而且适合各种电压等级融冰，并且融冰时对系统稳定性影响小，是当前最有效的融冰手段。

现有直流融冰装置主要是由晶闸管构成的6脉波换流桥组成，换流桥融冰时实现整流功能，产生直流电流进行融冰，运行原理和控制方法和传统的高压直流输电系统电流源型换流器基本一致。为提高装置的利用率，通常将融冰装置在非融冰期间作静止无功补偿器(SVC)对系统进行无功补偿。

发明内容

本发明的目的是针对现在技术的不足而提供一种基于电压源型换流器的双功能直流融冰装置及其融冰方法，其特点是该直流融冰装置为双工作模式：在融冰模式时，装置处于整流工作状态，提供足够大的直流电流，对覆冰线路进行融冰；在非融冰模式时，通过相应的开关投切和控制策略，使装置处于逆变工作状态，作为静止同步补偿器(STATCOM)运行，对系统进行无功补偿。

本发明的目的由以下技术措施实现

基于电压源型换流器的双功能直流融冰装置包括双功能模式：

1)融冰模式

四组相同的变压器一侧与交流系统母线I连接，另一侧与融冰装置母线II连接，四组相同的交流滤波器通过四组开关分别与四组相同的变压器并联接于母线I，四组相同的电抗器首端通过四组开关与母线II并联，尾端分别与四组相同的电压源型换流桥的桥臂连接，四组相同的电压源型换流桥并联连接，换流桥采用两电平六脉动型结构，每个桥臂都由多个全控型器件IGBT串联而成，控制方式为定直流电压控制，运行方式为整流运行，每个IGBT旁有一个反并联的二极管，四组相同的电容器分别与四组相同的换流桥并联；

2)非融冰模式

四组相同的变压器一侧与交流系统母I线连接，另一侧与融冰装置母线II连接，四组相同的交流滤波器通过四组开关分别与四组相同的变压器并联接于母线I，四组相同的电抗器首端通过四组开关与母线II并联，尾端分别与四组相同的电压源型换流桥的桥臂连接，四组相同的电压源型换流桥反向并联，换流桥采用两电平六脉动型，每个桥臂都由多个全控型器件IGBT串联而成，控制方式为定交流电压控制，运行方式为逆变运行，四组相同的电容器相互串联，通过装置内部接线切换，融冰装置转变为静止同步补偿器，该装置的作用是通过连续调节发出或吸收无功功率的大小，控制接入点——系统母线的电压，从而实现融冰装置的功能扩展，在非融冰期间，使电压源型换流器处于逆变状态，作为STATCOM对系统进行动态无功补偿，具有很好的无功补偿和谐波特性。

基于电压源型换流器的直流融冰装置的融冰方法包括以下步骤：

1)融冰模式：交流电源通过变压器从母线I处接入，经过换相电抗器、电压源型换流桥和电容器进行整流，电容器分别与电压源型换流桥并联为换流桥提供电压支撑，换流桥采用双闭环控制，将交流电源整流成直流电流，并输出到融冰线路，实现对覆冰线路融冰，将四组换流桥并联，通过开关投切，可得到1-4倍I₀的融冰电流，达到融冰目的；

2)非融冰模式

(1)模式切换：在断电情况下，电容器组改为串联连接，取消与融冰线路的连接，同时换流桥控制策略转变为STATCOM控制，将融冰模式切换为非融冰模式；