精细可调的二极管整流型直流融冰装置及方法与流程

本发明涉及电网融冰技术领域，尤其涉及一种精细可调的二极管整流型直流融冰装置及方法。

背景技术：

我国南方地区冰雪灾害频发，输电线路覆冰后易于引起断线倒杆，严重威胁到电网的安全稳定运行和供电可靠性。

为此，国内研制了多种类型的直流融冰装置，这些装置可分为基于二极管的不控整流型、基于晶闸管的相控整流型、基于IGBT等开关器件的全控整流型三类。其中全控整流型融冰装置的并网侧谐波可控而输出侧直流电压连续可调，技术性能都很好，但全控型变流器单位容量造价高导致该方案难以推广应用；相控整流型融装置输出电压连续可调，但因相控整流本身会在交流侧产生大量谐波故需要额外配置大容量低次谐波器组才能满足并网谐波要求，导致整套装置占地面积大、造价较高；而且对大容量直流融冰装置而言，全控整流型融冰装置和相控整流型融装置都需要复杂的驱动控制系统，控制复杂、可靠性不高。不控整流型装置因二极管本身便宜且不需要复杂的驱动控制系统，结构简单、运维检修方便、成本低廉、可靠性高等优点而成为市场主流。

由于二极管整流器的直流输出电压主要取决于交流输出电压而不能调节，为了使得同一套装置可满足不同线型、不同长度输电线路的融冰需求，二极管整流型融冰装置一般采用可调档变压器来实现融冰输出电压电流的调节。而受变压器结构和生产条件限制，大容量调档型变压器的档位数量不能太多，此时装置融冰输出电压也只能在几个数值之间选取。而在某些出线较多的中大型变电站中，易覆冰线路可高达数十条，需要融冰装置可输出数十个直流电压工作点；对于某些布点不确定的通用型移动式直流融冰装置电流，更需其输出电压可覆盖较大范围且取值点较密集，从而满足典型线路参数变化范围内任一线路的融冰需求。为了满足前述电压输出要求，现有二极管整流型融冰装置一般通过配置较多的变压器档位(包括配置多个变压器、每个变压器对应几个输出电压档位)来实现，此时所需变压器档位甚至变压器的数量多、造价高；要么仅配置稀松的数个电压档位，此时可供选取的融冰输出电压工作点较少，实际融冰电压电流常常偏离最佳工作点，导致融冰电流偏小及融冰过程漫长，而据测算，当实际融冰电流比适宜工作点偏小10％时可导致融冰时间增加40-50％，因此这种档距稀松配置装置融冰特性并不理想。

技术实现要素：

本发明目的在于公开一种精细可调的二极管整流型直流融冰装置及方法，以用较少的变压器档位实现二极管整流型融冰装置的直流输出电压电流在较大范围内精细可调。

为实现上述目的，本发明公开了一种精细可调的二极管整流型直流融冰装置，包括：粗调档变压器、大容量整流器、精调档变压器、小容量整流器；其中：

所述粗调档变压器，原边连接电网，副边设有至少两个档位且档距较宽，且副边与所述大容量整流器的交流输入侧连接；

所述精调档变压器，原边连接电网，副边设有至少两个档位且档距较窄，且副边与所述小容量整流器的交流输入侧连接；

所述精细可调的二极管整流型直流融冰装置还包括：

用于将所述大容量整流器的直流输出侧与所述小容量整流器的直流输出侧串联后作为融冰装置总的融冰电压以进行容量线性叠加的串联电路。

与上述装置相对应的，本发明还公开一种精细可调的二极管整流型直流融冰方法，包括：

以档距较宽的粗调档变压器和对应的大容量整流器对交流电网的输入进行变压整流处理，得到所述大容量整流器的直流输出侧的大容量输出电压U_m1；

以档距较窄的精调档变压器和对应的小容量整流器对交流电网的输入进行变压整流处理，得到所述小容量整流器的直流输出侧的小容量输出电压U_m2；

通过将所述大容量整流器的直流输出侧与所述小容量整流器的直流输出侧串联后作为融冰装置总的融冰电压的串联电路将所述大容量输出电压和所述小容量输出电压进行线性叠加得到U_dc后输出给待融冰线路；

其中，U_dc＝U_m1+U_m2。

本发明具有的有益效果为：本发明仅需较少的变压器档位就实现了二极管整流器型融冰装置的融冰输出电压在较大范围内精细可调。相比于输出电压连续可调的全控整流或相控整流型结构而言，大大减少了变流器容量和造价；相比于传统的二极管整流型融冰装置，该装置输出电压精细可调，特别是在相同档位下具有较多的输出电压工作点，从而易于调控适应的融冰电流。因此，该结构是一种成本较低且融冰性能又好的高性价比融冰装置解决方案。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明所提精细可调的二极管整流型直流融冰装置的结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1

本实施例公开一种精细可调的二极管整流型直流融冰装置。

图1为本发明所提输出电压电流精细可调二极管整流型直流融冰装置的结构图。包括粗调档变压器、大容量整流器、精调档变压器、小容量整流器、大容量短路刀闸、小容量短路刀闸。其中粗调档变压器和精调档变压器的原边都与电网相连，粗调档变压器的副边与大容量整流器的交流输入侧相连，精调档变压器的副边与小容量整流器的交流输入侧相连，大容量整流器的直流输出正负极与大容量短路刀闸两端并联，小容量整流器的直流输出正负极与小容量短路刀闸两端并联，大容量整流器的直流侧与小容量整流器的直流侧串联后作为融冰装置总的直流输出正负极，再经输出组合刀闸和输出连接线输送到待融冰线路。

本发明的原理是：大容量整流器和小容量整流器的直流侧串联，融冰装置总输出电压等于前述两个整流器输出电压的线性叠加。其中粗调档变压器的档位范围很宽且档距较大，通过调档实现大容量整流器的直流输出电压可覆盖较宽范围；精调档变压器的档位范围较窄且档距较小，通过调档实现小容量整流器的直流输出电压在每个较小间隔就有一个可选工作点。当不需要大容量整流器输出有效电压时，可将大容量短路刀闸闭合且粗调档变压器的交流输入侧刀闸从电网断开，以使得大容量整流器的输出电压为零，此时完全靠小容量整流器提供输出电压；同理，当不需要小容量整流器输出有效电压时，可将小容量短路刀闸闭合且精调档变压器的交流输入侧刀闸从电网断开，以使得小容量整流器的输出电压为零，此时完全靠大容量整流器提供输出电压。由于大容量整流器和小容量整流器的直流侧串联，融冰装置输出电压等于两者电压的线性叠加，即

U_dc＝U_m1+U_m2 (1)

式中：U_dc为融冰装置实际输出的直流电压；U_m1和U_m2分别表示大容量整流器和小容量整流器的直流输出电压。

大容量整流器输出电压由粗调档变压器调档调节，其值表示为：

U_m1∈{0,U_{1_1},U_{1_2},......U_{1_N}} (2)

其中，0表示大容量整流器直流输出侧被大容量短路刀闸并联短路时的输出电压，U_{1_1}、U_{1_2}、......U_{1_N}分别表示粗调档变压器各档位所对应的整流输出电压。

小容量整流器输出电压由精调档变压器调档调节，其值可表示为：

U_m2∈{0,U_{2_1},U_{2_2},......U_{2_M}} (3)

其中，0表示小容量整流器在直流输出侧被小容量短路刀闸并联短路时的输出电压，U_{2_1}、U_{2_2}、......U_{2_M}分别表示精调档变压器各档位所对应的整流输出电压。

对U_m1和U_m2进行组合，融冰装置输出电压有(N+1)×(M+1)个可选数值，除去不能用于融冰的0值，还有N×M+N+M个可选数值，以此实现更精细的融冰电压电流调节。

优选地，粗调档变压器的各档位按等差数列分布设计，此时大容量整流器输出电压可表示为：

U_m1＝u_x,u_x∈{0,U₀,2U₀,,......N×U₀} (4)

优选地，精调档变压器的各档位按等差数列分布设计，此时小容量整流器输出电压可表示为：

此时，融冰装置的输出电压在零到最大输出电压之间有(N+1)×(M+1)个均匀分布可选值，从而可对输出融冰电压电流精细调节。

举例而言，大容量的粗调档变压器采用连接组别为Y/d11的双绕组变压器，其原边额定输入电压10kV，副变设2kV、4kV、6kV、8kV、10kV共5个档位(各档位对应整流器输出直流电压分别为2.5kV、5.0kV、7.5kV、10.0kV、12.5kV)，原边和副变的额定容量都为20.8MVA，原副变额定电流都为1200A。

大容量整流器采用由二极管构成的三相不控整流桥，额定交流输入电压为10kV，额定输出电压为12.5kV，额定输出电流为1500A。

小容量的精调档变压器采用Y/y0双绕组变压器，其原边额定电压分别为10kV，配置0.4kV、0.8kV、1.2kV、1.6kV共4个档位(各档位对应整流器输出直流电压分别为0.5kV、1.0kV、1.5kV、2.0kV)，原边和副变的额定容量都为3.3MVA，原副变额定电流都为192A。

小容量整流器采用由二极管构成的三相不控整流桥，额定交流输入电压为1.6kV，额定输出电压为2kV，额定输出电流为1500A。

整套融冰装置的额定输出直流电压为14.5kV，输出电压为0-14.5kV之间每隔0.5kV就有一个可选工作点，额定输出电流1500A，额定容量21.75MW。

综上，本实施例精细可调的二极管整流型直流融冰装置包括：粗调档变压器、大容量整流器、精调档变压器、小容量整流器。其中：粗调档变压器，原边连接电网，副边设有至少两个档位且档距较宽，且副边与大容量整流器的交流输入侧连接；精调档变压器，原边连接电网，副边设有至少两个档位且档距较窄，且副边与小容量整流器的交流输入侧连接。且本实施例融冰装置还包括：用于将大容量整流器的直流输出侧与小容量整流器的直流输出侧串联后作为融冰装置总的融冰电压的串联电路。

基于本实施例上述结构，通常以大容量的调档为主，小容量的调档为辅。

本实施例拓扑结构在实际融冰时，首先根据被融冰线路的线型、温度、风速等参数确定所需要的融冰电流，再结合线路长度、阻抗等参数预估所需要的融冰电压，然后选择合适的大容量可调档融冰变压器档位使其对应大容量整流器的输出直流电压等于或略低于所需融冰电压，再调控合适的小容量融冰变压器档位来调节小容量整流器输出电压及融冰装置整体输出电压，使所需融冰电压与预期融冰电压的偏差在一个输出电压档距以内，从而实现融冰电流基本符合预期值。

综上本实施例公开的精细可调的二极管整流型直流融冰装置，仅需较少的变压器档位就实现了二极管整流器型融冰装置的融冰输出电压在较大范围内精细可调。相比于输出电压连续可调的全控整流或相控整流型结构而言，大大减少了变流器容量和造价；相比于传统的二极管整流型融冰装置，该装置输出电压精细可调，特别是在相同档位下具有较多的输出电压工作点，从而易于调控适应的融冰电流。因此，该结构是一种成本较低且融冰性能又好的高性价比融冰装置解决方案。

实施例2

与上述实施例1中的精细可调的二极管整流型直流融冰装置相对应的，本实施例公开一种精细可调的二极管整流型直流融冰方法，包括：

步骤S1、以档距较宽的粗调档变压器和对应的大容量整流器对交流电网的输入进行变压整流处理，得到所述大容量整流器的直流输出侧的大容量输出电压U_m1。

步骤S2、以档距较窄的精调档变压器和对应的小容量整流器对交流电网的输入进行变压整流处理，得到所述小容量整流器的直流输出侧的小容量输出电压U_m2。

步骤S3、通过将所述大容量整流器的直流输出侧与所述小容量整流器的直流输出侧串联后作为融冰装置总的融冰电压的串联电路将所述大容量输出电压和所述小容量输出电压进行线性叠加得到U_dc后输出给待融冰线路；其中，U_dc＝U_m1+U_m2。

可选地，上述大容量整流器输出电压由粗调档变压器调档调节，其值表示为：

U_m1∈{0,U_{1_1},U_{1_2},......U_{1_N}}

其中，0、U_{1_1}、U_{1_2}、......U_{1_N}分别表示粗调档变压器各档位所对应的整流输出电压。

小容量整流器输出电压由精调档变压器调档调节，其值可表示为：

U_m2∈{0,U_{2_1},U_{2_2},......U_{2_M}}

其中，0、U_{2_1}、U_{2_2}、......U_{2_M}分别表示精调档变压器各档位所对应的整流输出电压；

对U_m1和U_m2进行组合，融冰装置的输出电压有(N+1)×(M+1)个可选数值，除去不能用于融冰的0值，还有(N+1)×(M+1)-1＝N×M+N+M个可选数值，以此实现更精细的融冰电压电流调节。

可选地，在上述串联电路中，大容量整流器直流输出的负极与小容量整流器直流输出的正极连接，或者小容量整流器直流输出的负极与大容量整流器直流输出的正极连接。其中，大容量整流器和小容量整流器各设置有：在无交流输入情况下，连接各自直流输出侧正负极之间的内部通路或外部短路刀闸。其具体的实现形式可采用图1所示拓扑结构，大容量短路刀闸与大容量整流器的直流输出侧并联，小容量短路刀闸与小容量整流器的直流输出侧并联，大容量整流器和小容量整流器的直流输出侧串联后作为装置输出正负极。

优选地，本实施例的上述粗调档变压器和精调档变压器的各档位按等差数列分布，以方便用户记忆及操作使用。

综上，本发明上述各实施例公开的精细可调的二极管整流型直流融冰装置及方法，具有的有益效果为：

本发明仅需较少的变压器档位就实现了二极管整流器型融冰装置的融冰输出电压在较大范围内精细可调。相比于输出电压连续可调的全控整流或相控整流型结构而言，大大减少了变流器容量和造价；相比于传统的二极管整流型融冰装置，该装置输出电压精细可调，特别是在相同档位下具有较多的输出电压工作点，从而易于调控适应的融冰电流。因此，该结构是一种成本较低且融冰性能又好的高性价比融冰装置解决方案。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。