一种交流输电线路导线防冰兼静止无功补偿装置的制作方法

本发明涉及电力系统领域，涉及一种高压交流输电线防冰技术。具体来说，涉及一种交流输电线路导线防冰兼静止无功补偿装置及其组合。

背景技术：

在冬季雨雪天气下，持续低温雨雪冰冻会造成输电线路的冬季覆冰现象。野外的高压输电线路覆冰容易引起各种机械事故和电气事故。故如何防止野外高压输电线路覆冰是电力系统的重大难题。目前的主流防冰方法是热力融冰法，其原理是通过增加输电线路中的电流或电流密度，或增加输电导线的等效电阻，或同时增加导线电流和导线电阻，使输电导线自身发热，从而融化导线上方的覆冰。主要包括短路电流融冰、高频激励融冰、直流电流融冰、潮流调度融冰。其中，短路电流融冰、直流电流融冰、潮流调度融冰在实施输电线路融冰时，需要停电4-8个小时/次，对电力系统的供电质量和经济效益存在很大的负面影响。而基于趋肤效应的高频激励融冰虽然可以实现不停电防冰，但需要除冰线路的选定位置即线路的中点安装高频电源；在线路的两端安装陷波器，以控制高频电流的作用范围。而高压输电线路经过的大多数地区是森林、山区、湖泊等环境恶劣偏远地区，线路中点的地理位置不利于融冰装置的建设，工作人员需要长途跋涉才能进站操作及维护。此外，高频电源多采用IGBT、MOSFET等半导体功率器件串并联组成电源核心开关，这些半导体开关价格昂贵，增加了装置的建设成本。如何克服上述问题是本领域技术人员需要研究的方向。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提出了基于半导体功率器件-反向开关晶体管(Reservely Switched Dynistor,RSD)的一种新型交流输电线路导线防冰兼静止无功补偿装置。

为了达到本发明的目的，技术方案如下：

一种交流输电线路导线防冰兼静止无功补偿装置，其特征在于：包括融冰装置、第一滤波器、第二滤波器和电容C4；所述需要除冰的交流输电线路的单根交流导线称为融冰段AB，其两个端点分别为A端和B端；所述第一滤波器设于融冰段AB的一端B端，所述电容C4设于第二滤波器与融冰段AB的A端的输出点之间；所述融冰装置位于融冰段AB的A端的的输入点与第二滤波器之间；所述融冰装置包括电感L1、工频变压器T0、电容C0、全桥整流模块、全桥逆变模块、串联谐振单元、隔离开关K1、隔离开关K2、隔离开关K3、隔离开关K4、隔离开关K5、隔离开关K6、隔离开关K9、高频变压器T、电容C和电容C2；所述电感L1的一端连接隔离开关K6和电容C2的公共端，另一端连接隔离开关K1、隔离开关K7和电容C4的公共端；隔离开关K1、工频变压器T0、隔离开关K2、全桥整流模块、储能电容C0、全桥逆变模块、串联谐振单元、高频变压器T、电容C和隔离开关K6依次串联；电容C2的一端连接融冰段AB的A端的输入点，另一端连接隔离开关K6和电感L1的公共端；所述电容C4的一端连接电感L1、隔离开关K1、隔离开关K7的公共端，所述电容C4的另一端连接融冰段AB的A端的输出点。

一种交流输电线路导线防冰兼静止无功补偿装置，其特征在于：

第一滤波装置包括隔离开关K8和第一高通滤波器；所述隔离开关K8的输入端连接融冰段AB的B端，所述隔离开关K8的输出端连接第一高通滤波器的一端，所述第一高通滤波器的另一端连接地。

一种交流输电线路导线防冰兼静止无功补偿装置，其特征在于：

第二滤波装置包括隔离开关K7和第二高通滤波器；所述隔离开关K7的输入端连接电容C4的一端，所述隔离开关K7的输出端连接第一高通滤波器的一端，所述第一高通滤波器的另一端连接地。

一种交流输电线路导线防冰兼静止无功补偿装置，其特征在于：

所述融冰装置包括电感L1、工频变压器T0、谐振电容C0、全桥整流模块、全桥逆变模块、串联谐振单元、隔离开关K1、隔离开关K2、隔离开关K3、隔离开关K4、隔离开关K5、隔离开关K6、隔离开关K9和高频变压器T；隔离开关K1的输入端与电容C4的输入端连接，C4的输出端连接交流导线的A点的输出端点，隔离开关K1的输出端连接工频变压器T0输入侧的一个端点，工频变压器T0输入侧的另一个端点接地；T0的输出侧的两个端点分别连接隔离开关K2的两个输入端点；T0的输出侧的两个端点分别连接隔离开关K3、K4的输入端；T0的输出侧的两个端点分别连接晶闸管全桥整流模块的输入端P1、P2；全桥整流模块的输出端P3与储能电容C0的输入端及全桥逆变模块的输入端P5连接，全桥整流模块的输出端P4与储能电容C0的输出端及全桥逆变模块的输入端P6连接，全桥逆变模块的输出端P7、P8分别与隔离开关K5的输入端的两个端点连接，隔离开关K5的输出端的两个端点分别与串联谐振单元输入端的两个端点连接，串联谐振单元输出端的两个端点分别与变压器T输入端的两个端点连接，变压器T的输出端的一端与电容C的输入端连接，变压器T的输出端的另一端接地，电容C的输出端与隔离开关K6的输入端连接，隔离开关K6的输出端与电容C2的输入端连接，电容C2的输出端与单根交流导线的A端的输入端连接，电容C2的输入端与电感L1的输入端连接，电感L1的输出端与隔离开关K1的输入端连接；隔离开关K9的输入端与电感L1的输入端连接，隔离开关K9的输出端与电感L1的输出端连接；隔离开关K3的输入端与变压器T0输出端的一个端点连接，隔离开关K3的输出端与全桥逆变模块输入端的P6连接，隔离开关K10的输入端与电容C0的输出端连接；隔离开关K4的输入端与变压器T0输出端的另一个端点连接，隔离开关K4的输出端与电感L2的输入端连接，电感L2的输出端与电容C0的输出端连接；通过K1、K2、K3、K4、K5、K6、K9、K10及K7、K8的闭合或断开，可实现融冰装置的防冰模式与无功补偿模式之间的转换。

通过采用这种技术方案：电容C0通过全桥整流模块及工频变压器T0从电网获取电能并存储直流能源，电容C0通过全桥逆变模块、串联谐振单元脉冲变压器T及电容C、C2向需要除冰的单根交流导线输出高频电流，电容C2与AB段线路电感组成串联谐振电路，将AB段的非阻性高频阻抗L0降低为约等于0，当AB段的线路电阻R的阻抗远小于L1时，绝大部分高频电流通过AB段导线、隔离开关K6、第一高通滤波器及接地端回到变压器T的接地端，导线发热，从而去除导线敷冰，同时避免了高频电流对除冰线路之外的电力线路的影响。采用本结构高频电源无需安装在输电线路的中点，显著降低了防冰装置的安装难度、成本明显降低，而可靠性、稳定性却显著上升。全桥逆变模块与全桥整流模块组成反并联开关，电容C0通过反并联开关-全桥模块和全桥整流模块及T0向电网输出容性无功功率。装置为无功补偿模式时，三个防冰兼静止无功补偿装置组成一套三相电容无功补偿器，为三相交流线路提供无功补偿。

优选的是，上述高压交流输电线路导线防冰装置中：所述全桥整流模块可采用晶闸管开关组成全桥整流模块；

优选的是，上述高压交流输电线路导线防冰装置中：所述全桥整流模块可采用IGBT开关组成全桥整流模块；

优选的是，上述高压交流输电线路导线防冰装置中：所述全桥整流模块可采用IGCT开关组成全桥整流模块；

优选的是，上述高压交流输电线路导线防冰装置中：所述全桥逆变模块可采用反向开关晶体管开关组成全桥逆变模块；

优选的是，上述高压交流输电线路导线防冰装置中：所述全桥逆变模块可采用IGBT开关组成全桥逆变模块；

优选的是，上述高压交流输电线路导线防冰装置中：所述全桥逆变模块可采用IGCT开关组成全桥逆变模块；

本发明还公开了一种三相交流输电线路导线防冰兼静止无功补偿装置，以三套如上述交流输电线路导线防冰兼静止无功补偿装置分别安装到交流输电线路的三个导线上。从而实现三相交流输电线路的防冰及无功补偿功能。

与现有技术相比，本发明无需停电实现高压输电线路导线的防冰，避免了因停电造成的经济损失。降低了高频电源的安装和维护成本，显著提升了可靠性和稳定性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，其中A—B段为高压交流输电线路的融冰段；

图2是图1中实现在线防冰的电路结构图；

图3是图1中实现静止无功补偿的电路结构图；

图4为图1中全桥整流模块的结构示意图；

图5为图1中全桥逆变模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述，但本发明的保护范围不仅仅局限于实施例。

如图1-5所示本发明的实施例1：

一种交流输电线路导线防冰兼静止无功补偿装置，其特征在于：包括融冰装置、第一滤波器、第二滤波器和电容C4；所述需要除冰的交流输电线路的单根交流导线称为融冰段AB，其两个端点分别为A端和B端；所述第一滤波器设于融冰段AB的一端B端，所述电容C4设于第二滤波器与融冰段AB的A端的输出点之间；所述融冰装置位于融冰段AB的A端的的输入点与第二滤波器之间；所述融冰装置包括电感L1、工频变压器T0、电容C0、全桥整流模块、全桥逆变模块、串联谐振单元、隔离开关K1、隔离开关K2、隔离开关K3、隔离开关K4、隔离开关K5、隔离开关K6、隔离开关K9、高频变压器T、电容C和电容C2；所述电感L1的一端连接隔离开关K6和电容C2的公共端，另一端连接隔离开关K1、隔离开关K7和电容C4的公共端；隔离开关K1、工频变压器T0、隔离开关K2、全桥整流模块、储能电容C0、全桥逆变模块、串联谐振单元、高频变压器T、电容C和隔离开关K6依次串联；电容C2的一端连接融冰段AB的A端的输入点，另一端连接隔离开关K6和电感L1的公共端；所述电容C4的一端连接电感L1、隔离开关K1、隔离开关K7的公共端，所述电容C4的另一端连接融冰段AB的A端的输出点。

第一滤波装置包括隔离开关K8和第一高通滤波器；所述隔离开关K8的输入端连接融冰段AB的B端，所述隔离开关K8的输出端连接第一高通滤波器的一端，所述第一高通滤波器的另一端连接地。

第二滤波装置包括隔离开关K7和第二高通滤波器；所述隔离开关K7的输入端连接电容C4的一端，所述隔离开关K7的输出端连接第一高通滤波器的一端，所述第一高通滤波器的另一端连接地。

所述融冰装置包括电感L1、工频变压器T0、谐振电容C0、全桥整流模块、全桥逆变模块、串联谐振单元、隔离开关K1、隔离开关K2、隔离开关K3、隔离开关K4、隔离开关K5、隔离开关K6、隔离开关K9和高频变压器T；隔离开关K1的输入端与电容C4的输入端连接，C4的输出端连接交流导线的A点的输出端点，隔离开关K1的输出端连接工频变压器T0输入侧的一个端点，工频变压器T0输入侧的另一个端点接地；T0的输出侧的两个端点分别连接隔离开关K2的两个输入端点；T0的输出侧的两个端点分别连接隔离开关K3、K4的输入端；T0的输出侧的两个端点分别连接晶闸管全桥整流模块的输入端P1、P2；全桥整流模块的输出端P3与储能电容C0的输入端及全桥逆变模块的输入端P5连接，全桥整流模块的输出端P4与储能电容C0的输出端及全桥逆变模块的输入端P6连接，全桥逆变模块的输出端P7、P8分别与隔离开关K5的输入端的两个端点连接，隔离开关K5的输出端的两个端点分别与串联谐振单元输入端的两个端点连接，串联谐振单元输出端的两个端点分别与变压器T输入端的两个端点连接，变压器T的输出端的一端与电容C的输入端连接，变压器T的输出端的另一端接地，电容C的输出端与隔离开关K6的输入端连接，隔离开关K6的输出端与电容C2的输入端连接，电容C2的输出端与单根交流导线的A端的输入端连接，电容C2的输入端与电感L1的输入端连接，电感L1的输出端与隔离开关K1的输入端连接；隔离开关K9的输入端与电感L1的输入端连接，隔离开关K9的输出端与电感L1的输出端连接；隔离开关K3的输入端与变压器T0输出端的一个端点连接，隔离开关K3的输出端与全桥逆变模块输入端的P6连接，隔离开关K10的输入端与电容C0的输出端连接；隔离开关K4的输入端与变压器T0输出端的另一个端点连接，隔离开关K4的输出端与电感L2的输入端连接，电感L2的输出端与电容C0的输出端连接；通过K1、K2、K3、K4、K5、K6、K9、K10及K7、K8的闭合或断开，可实现融冰装置的防冰模式与无功补偿模式之间的转换。

通过采用这种技术方案：电容C0通过全桥整流模块及工频变压器T0从电网获取电能，并在电容C0中存储直流能源，电容C0通过全桥逆变模块、串联谐振单元脉冲变压器T及电容C、C2向需要除冰的单根交流导线输出高频电流，电容C2与AB段线路电感L0组成串联谐振电路，将AB段的非阻性高频阻抗降低为约等于0，当AB段的线路电阻R的阻抗远小于L1时，绝大部分高频电流通过AB段导线、隔离开关K6、第一高通滤波器及接地端回到变压器T的接地端，导线发热，从而去除导线敷冰，同时避免了高频电流对除冰线路之外的电力线路的影响。高频电源无需安装在输电线路的中点，显著降低了防冰装置的安装难度、成本明显降低，而可靠性、稳定性却显著上升。全桥逆变模块与全桥整流模块组成反并联开关，电容C0通过反并联开关-全桥模块和全桥整流模块及T0向电网输出容性无功功率。装置为无功补偿模式时，三个防冰兼静止无功补偿装置组成一套三相电容无功补偿器，为三相交流线路提供无功补偿。

实践中：

K1、K2、K5、K6、K10闭合，K7、K8闭合，K3、K4、K9断开，为融冰模式，如图2所示。电容C0通过晶闸管全桥整流模块及工频变压器T0从电网获取电能并存储直流能源，C0通过RSD全桥逆变模块、串联谐振单元脉冲变压器T及电容C、C2向需要除冰的单根交流导线输出高频电流，电容C2与AB段线路电感组成串联谐振电路，将AB段的非阻性高频阻抗降低为约等于0，当AB段的线路电阻R的阻抗远小于L1时，绝大部分高频电流通过AB段导线、隔离开关K6、第一高通滤波器及接地端回到变压器T的接地端，导线发热，从而去除导线敷冰。

K1、K2、K5、K6、K10断开，K7、K8断开，K3、K4、K9闭合，为无功补偿模式，如图3所示。全桥逆变模块与全桥整流模块组成反并联开关，电容C0通过反并联开关-全桥逆变模块和全桥整流模块及T0向电网输出容性无功功率。装置为无功补偿模式时，三个防冰兼静止无功补偿装置组成一套三相电容无功补偿器，为三相交流线路提供无功补偿。可根据电网需要，调整半导体功率开关的开关状态，实现无功补偿电容器的直接投切或相控无功补偿。

其中，全桥整流模块中的半导体功率器件可以采用晶闸管、IGBT或IGCT等，本实例中，采用晶闸管的全桥整流模块结构如图4所示。全桥逆变模块中的半导体功率器件可以采用IGBT、反向开关晶体管(RSD)或IGCT等。本实例中，采用RSD器件的全桥逆变模块如图5所示。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。