基于SVG与二极管整流器互补的集约型直流融冰装置的制作方法

本发明涉及电气工程中的输电线路除冰技术，具体涉及一种基于svg与二极管整流器互补的集约型直流融冰装置。

背景技术：

我国冰雪灾害频发，输电线路覆冰后易引起断线倒杆，严重威胁到电网的安全运行和供电可靠性。为此，国内外开发了多种型号的直流融冰装置，为电网抗灾提供了技术手段。根据结构原理，现有的直流融冰装置主要可分为三类：

第一类是利用二极管实现交流到直流变换(ac/dc)的不控整流型直流融冰装置，如2009年5月20日公开的申请号为cn200810031940.1的中国专利文献公开了一种基于二极管构成的整流器。此类装置结构简单、造价较低；但输出电压不能连续调节而可控性较差，为使同一台融冰装置能满足多条不同长度、线径输电线路的融冰需求，需配置具有档位数量较多且深度调压的融冰变压器；而且该类融冰装置仅具有融冰功能而难以扩展，装置利用率较低。

第二类是利用晶闸管实现交流到直流变换的相控整流型直流融冰装置，如2008年12月3日公开的申请号为cn200810047959.5的中国专利文献公开了一种基于晶闸管构成的整流器。此类装置输出融冰电压连续可调，且兼具有直流融冰和无功补偿两种功能，装置利用率较高；但晶闸管相控整流固有特性使其并网谐波大，需配套多组大容量的滤波电容电抗器组才能满足并网谐波要求，整体占地面积大、造价高。

第三种是利用igbt等可关断器件实现交流到直流变换的全控整流型直流融冰装置，如2012年10月17日公开的申请号为cn201210211925.1的中国专利文献公开了一种基于可关断器件构成整流器。此类装置一般可兼具有直流融冰、无功补偿、有源滤波等多种功能，并网谐波小且融冰电压连续可调，技术指标好；但其变流器额定电压电流需按照最大融冰电流和最大工作电压来选取，导致变流器容量大(至少不低于融冰容量)，由于igbt等全控型开关器件的单位容量造价远高于二极管或晶闸管，使得此类融冰装置的整体造价高，难以推广应用。

除此以外，《兼具无功补偿与有源滤波功能的新型融冰装置》(高电压技术，2016年第7期)和申请号为cn201510138254.4的中国专利文献公开了一种将statcom与二极管整流器并联连接到融冰变压器的结构，利用二极管整流器+融冰变压器实现融冰，并复用融冰变压器作为statcom的滤波电抗，从而使装置整体具有融冰、无功补偿和有源滤波功能，且statcom容量与融冰容量可独立优化配置。但其statcom变流器与二极管整流器相互独立而不能同时工作，即statcom部件不能参与直流融冰。这一方面使得二极管整流器的容量需按照最大融冰容量配置，且因融冰输出电压不连续而需融冰变设置多个档位来适应不同线路的融冰需求；另一方面，该装置在融冰期间无法提供动态无功补偿和有源滤波功能，即其融冰功能和无功补偿功能只能分时投入而不能同时兼得。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的上述问题，提供一种造价低廉的二极管整流器与技术指标好的svg两者互补组合，功能多样、技术指标好且造价适中的基于svg与二极管整流器互补的集约型直流融冰装置，本发明采用二极管整流器和svg直流侧串联的结构使两者各自仅提供部分融冰电压，以降低svg容量需求并使融冰电压电流连续可控，采用不控整流器和svg交流侧并列的结构，使得在直流融冰的同时还可进行动态无功补偿和治理谐波，svg容量需求小、融冰特性好、融冰可靠性高、并网谐波电流小、兼具有融冰、无功补偿和谐波治理功能且这些功能可同时实现。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于svg与二极管整流器互补的集约型直流融冰装置，包括融冰变压器、svg和二极管整流器，所述svg和二极管整流器的交流侧分别与融冰变压器相连，所述svg和二极管整流器的直流侧串联输出。

优选地，所述svg包含两个svg单元，所述svg单元由滤波电感及级联型变流器串联组成，所述级联型变流器由多个变流器级联构成，所述变流器由全控型开关器件构成且采用三相星形接法且中性点引出，两个svg单元的级联型变流器分别经过各自的滤波电感后连接到融冰变压器的同一个副边绕组上，两个svg单元的所有变流器引出的中性点e、中性点f分别引出作为svg的直流电压输出端，且一个svg单元引出的中性点f和二极管整流器的直流侧正极相连、另一个svg单元引出的中性点e作为集约型直流融冰装置的输出正极，所述二极管整流器的直流侧负极作为集约型直流融冰装置的输出负极。

优选地，所述svg中两个svg单元的级联型变流器的控制端连接有用于调控svg输出电压的中性点偏移控制设备。

优选地，所述融冰变压器为带有一个原边绕组和至少两个副边绕组的多绕组变压器，所述svg和二极管整流器的交流侧分别与融冰变压器的不同副边绕组相连。

优选地，所述二极管整流器为二极管不控整流器，所述融冰变压器为带有一个原边绕组和两个副边绕组的三绕组变压器。

优选地，所述二极管整流器为二极管6脉波不控整流器，所述融冰变压器为带有一个原边绕组和两个副边绕组的三绕组变压器。

优选地，所述二极管整流器为由两个二极管6脉波不控整流器串联构成的二极管12脉波不控整流器，所述融冰变压器为带有一个原边绕组和三个副边绕组的四绕组变压器，构成二极管12脉波不控整流器的两个二极管6脉波不控整流器的交流侧分别与融冰变压器的不同副边绕组相连。

本发明基于svg与二极管整流器互补的集约型直流融冰装置具有下述优点：

1、svg容量需求小。本发明svg容量可远小于融冰容量，svg容量与融冰容量间的差额可由价格相对便宜的二极管整流器来提供。相对于单纯依靠svg实现融冰的直流融冰方式，大大减少了svg容量需求及其造价。

2、融冰特性好。该装置的直流侧融冰输出电压电流可由svg连续可调，从而能更容易匹配不同线路的融冰需求；同时其融冰时，svg仍可向电网提供动态无功补偿和谐波补偿功能。

3、融冰可靠性高。当svg或二极管整流器中的任一个发生故障时，另一个变流器仍可提供部分融冰能力，只是输出融冰电压范围变小而已，即该装置具有一定的容错性和融冰备用性，因此其融冰可靠性高。

4、并网谐波电流小，不需要像晶闸管相控整流型融冰装置那样附加配置低次滤波器组，甚至还可在需要时治理电网中已有的谐波。

5、兼具有融冰、无功补偿和谐波治理功能，且这些功能可同时实现。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构示意图。

图2为本发明实施例二的结构示意图。

图3为本发明实施例三的结构示意图。

具体实施方式

实施例一：

如图1所示，本实施例基于svg与二极管整流器互补的集约型直流融冰装置包括融冰变压器1、svg2和二极管整流器3，svg2和二极管整流器3的交流侧分别与融冰变压器1相连，svg2和二极管整流器3的直流侧串联输出。

如图1所示，svg2包含两个svg单元，svg单元由滤波电感及级联型变流器串联组成，级联型变流器由多个变流器级联构成，变流器由全控型开关器件（例如本实施例中的igbt）构成且采用三相星形接法且中性点引出，两个svg单元的级联型变流器分别经过各自的滤波电感后连接到融冰变压器1的同一个副边绕组上，两个svg单元的所有变流器引出的中性点e、中性点f分别引出作为svg2的直流电压输出端，且一个svg单元引出的中性点f和二极管整流器3的直流侧正极相连、另一个svg单元引出的中性点e作为集约型直流融冰装置的输出正极，二极管整流器3的直流侧负极作为集约型直流融冰装置的输出负极。

本实施例中，svg2中两个svg单元的级联型变流器的控制端连接有用于调控svg2输出电压的中性点偏移控制设备。

本实施例中，融冰变压器1为带有一个原边绕组和至少两个副边绕组的多绕组变压器，融冰变压器1的原边绕组连接到变电站10kv或35kv母线，svg2和二极管整流器3的交流侧分别与融冰变压器1的不同副边绕组相连。

本实施例中，二极管整流器3为二极管不控整流器，融冰变压器1为带有一个原边绕组和两个副边绕组的三绕组变压器。此外二极管整流器3也可以根据需要选用其他整流器。

从直流侧看，本实施例的集约型直流融冰装置的输出直流电压由svg2和二极管整流器3共同提供，等于后两者分别输出直流电压的线性叠加，即：

udc=u1_svg+u2_idode（1）

式（1）中，udc为融冰装置实际输出的直流电压，u1_svg表示svg2的直流输出电压(即两个中心点的电压差)，其大小和极性都可由svg2进行控制，u2_idode表示二极管整流器3的输出直流电压。对svg2的直流输出电压u1_svg，可通过用于调控svg2输出电压的中性点偏移控制设备采用中性点偏移控制方法进行调控，其数值可在一定范围内连续可调，具体的电压电流调节方法参见文献《兼具statcom功能的混合型直流融冰电源》(电力系统自动化，2013年12期)。对二极管整流器3的输出直流电压u2_idode，其值主要取决于融变变压器的副边输出电压，可通过变压器配置多个副边档位来调控，也可单一档位不调控。在上述结构中，svg2和二极管整流器3的直流侧串联，两者的输出直流电流都等于融冰电流，但输出直流电压都仅占融冰输出电压中得一部分，因此svg和二极管整流器的容量可远小于线路融冰所需最大融冰容量。

从交流侧看，本实施例的集约型直流融冰装置的整体并网电流由svg2和二极管整流器3共同决定，虽然二极管整流器3不可控，但svg2的交流侧电流在较大范围内自由可控，从而使得并网电流自由可控。因此其在融冰的同时svg认可进行动态无功补偿和有源滤波。

比如本实施例的集约型直流融冰装置拟用覆冰线路所需的最大融冰电流为2500a、最大融冰电压为8000v，由此推知融冰容量需求为20mw；此外变电站所需的无功补偿容量10mvar，变电站有10kv母线电压。根据上述条件参数，按照svg容量尽量小以降低整体造价的原则，可选取svg2的容量为5mvar×2=10mvar，额定电流1000a、额定电压2.9kv，每相采用5个变流器（全桥型功率单元）串联。每个变流器的直流母线电压900v、输出交流电压420v、件选用规格为1700v/2400a的igbt。svg中性点输出电压可在-4.0kv～4.0kv之间连续可调。二极管整流器3的额定输出直流电压4kv、额定输出直流电流为2.5ka、额定输出容量为10mw；交流侧额定输入电流3.2kv、额定输入电流1.8ka。融冰变压器1为三绕组变压器，其额定电压为10kv/2.9kv/3.2kv、额定容量为20mva/10mva/10mva。

综上所述，本实施例的集约型直流融冰装置的svg2和二极管整流器3的交流侧分别连接到融冰变压器1的不同副边绕组，而直流侧串联输出，二极管整流器3和svg2都仅提供部分融冰直流电压，svg2的容量可远小于融冰容量，差额由二极管整流器3提供，且通过调节svg2的中性点偏移电压可使融冰电压电流连续可控；二极管整流器3和svg2交流侧并列且同时运行，使得本实施例的集约型直流融冰装置在直流融冰的同时还可进行动态无功补偿和治理谐波，本发明将造价低廉的二极管整流器3与技术指标好的svg2两者互补组合，使得直流融冰装置整体技术指标好、功能多样、造价适中、综合性价比高。

实施例二：

如图2所示，二极管整流器3为二极管6脉波不控整流器，融冰变压器1为带有一个原边绕组和两个副边绕组的三绕组变压器。

实施例三：

如图3所示，二极管整流器3为由两个二极管6脉波不控整流器串联构成的二极管12脉波不控整流器，融冰变压器1为带有一个原边绕组和三个副边绕组的四绕组变压器，构成二极管12脉波不控整流器的两个二极管6脉波不控整流器的交流侧分别与融冰变压器1的不同副边绕组相连。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。