一种紧凑型电压源直流融冰装置的制作方法

本实用新型涉及电力电子技术领域，具体涉及一种紧凑型电压源直流融冰装置。

背景技术：

电力系统遭受的各种自然灾害中，冰灾是最严重的威胁之一。与其它事故相比，冰灾给电网造成的损失往往更为严重，轻则发生冰闪，重则会造成倒塔断线，甚至电网瘫痪。如2008年年初发生的低温雨雪冰冻灾害，导致南方电网区域的贵州大部分地区、广西桂北地区、广东粤北地区、云南滇东北地区电网设施遭受到严重破坏，西电东送也受到严重影响，给国民经济和人民生活造成巨大损失。2011年1月，贵州省、湖南省、江西省、广西桂北地区、广东粤北地区和云南滇东北地区的输变电设施相继出现覆冰险情，先后导致多条线路和变电站。2012年初、2013年初我国电网都不同程度受到覆冰的影响。资料显示，由于交流短路融冰法的局限，国际上自上世纪八十年代开始就一直在探讨直流融冰的可能性和开发直流融冰装置。直流融冰主要是通过对输电线路施加直流电压并在输电线路末端进行短路，使导线发热对输电线路进行融冰，从而避免线路因结冰而倒杆断线。采用直流融冰虽是一种切实可行、经济有效的防冰灾措施，但直流融冰装置存在直流输出电流大、大角度大电流长期运行、已建变电站的接入等多项新的要求。

目前，现有直流融冰采用的基于晶闸管的可控整流技术，运行时谐波污染严重，还会消耗大量无功功率，给接入交流输电系统带来负面影响；在零功率运行模式或者低负载运行时，换流阀需要大角度运行，损耗和无功消耗均显著增加。基于此，有研究提出基于全桥型多电平换流器的电压源直流融冰技术，能够实现直流电压、直流电流的大范围连续平滑调节，交流侧可实现多电平输出，无需加装滤波器，对交流输电系统负面影响小，同时还可以兼顾变电站动态无功补偿的应用需求。但是，该电压源直流融冰技术需要较多的桥臂电抗器，增加了装置的损耗和占地面积。

技术实现要素：

基于此，本实用新型提供了一种紧凑型电压源直流融冰装置，能够保留基于全桥型多电平换流器的电压源直流融冰技术的全部优点，同时不需要桥臂电抗器，降低了该装置的整体损耗，结构更加紧凑，占地面积更小。

本实用新型实施例提供了一种紧凑型电压源直流融冰装置，包括：连接变压器、上桥臂阀组以及下桥臂阀组，所述连接变压器的输入端用于接入交流输电系统；其中，所述连接变压器具有三个第一输出端以及三个第二输出端；所述上桥臂阀组包括三组上桥臂，所述下桥臂阀组包括三组下桥臂，所述连接变压器的三个第一输出端分别与所述三组上桥臂的输入端一一对应连接，所述连接变压器的三个第二输出端分别与所述三组下桥臂的输入端一一对应连接，所述三组上桥臂的输出端互相连接，以作为所述紧凑型电压源直流融冰装置的正极输出端，所述三组下桥臂的输出端互相连接，以作为所述紧凑型电压源直流融冰装置的负极输出端。

优选地，所述连接变压器包括呈Y型或△型接线的原边绕组、呈Y型接线的第一副边绕组以及呈Y型接线的第二副边绕组；所述原边绕组的三相输入端与所述连接变压器的输入端连接；所述第一副边绕组、所述第二副边绕组的中性点互相连接并接地，所述第一副边绕组的三相输出端分别与所述连接变压器的三个第一输出端一一对应连接，所述第二副边绕组的三相输出端分别与所述连接变压器的三个第二输出端一一对应连接。

优选地，所述上桥臂包括若干个级联的全桥功率模块。

优选地，所述下桥臂包括若干个级联的全桥功率模块。

优选地，所述全桥功率模块包括第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第四开关单元、第一电容以及第一电阻；所述第一开关单元的输入端与所述第三开关单元的输入端、所述第一电容的正极及所述第一电阻的第一端连接，所述第一开关单元的输出端、所述第二开关单元的输入端与所述全桥功率模块的正极连接；所述二开关单元的输出端与所述第四开关单元的输出端、所述第一电容的负极及所述第一电阻的第二端连接，所述第三开关单元的输出端、所述第四开关单元的输出端与所述全桥功率模块的负极连接。

优选地，所述第一开关单元包括第一开关管、第一二极管；所述第一开关管的集电极、所述第一二极管的阴极与所述第一开关单元的输入端连接，所述第一开关管的发射极、所述第一二极管的阳极与所述第一开关单元的输出端连接。

优选地，所述第二开关单元包括第二开关管、第二二极管；所述第二开关管的集电极、所述第二二极管的阴极与所述第二开关单元的输入端连接，所述第二开关管的发射极、所述第二二极管的阳极与所述第二开关单元的输出端连接。

优选地，所述第三开关单元包括第三开关管、第三二极管；所述第三开关管的集电极、所述第三二极管的阴极与所述第三开关单元的输入端连接，所述第三开关管的发射极、所述第三二极管的阳极与所述第三开关单元的输出端连接。

优选地，所述第四开关单元包括第四二极管、第四二极管；所述第四开关管的集电极、所述第四二极管的阴极与所述第四开关单元的输入端连接，所述第四开关管的发射极、所述第四二极管的阳极与所述第四开关单元的输出端连接。

优选地，所述第一开关管和所述第一二极管均为IGBT。

相对于现有技术，本实用新型实施例提供的一种紧凑型电压源直流融冰装置的有益效果在于：该装置包括：连接变压器、上桥臂阀组以及下桥臂阀组，所述连接变压器的输入端用于接入交流输电系统；其中，所述连接变压器具有三个第一输出端以及三个第二输出端；所述上桥臂阀组包括三组上桥臂，所述下桥臂阀组包括三组下桥臂，所述连接变压器的三个第一输出端分别与所述三组上桥臂的输入端一一对应连接，所述连接变压器的三个第二输出端分别与所述三组下桥臂的输入端一一对应连接，所述三组上桥臂的输出端互相连接，以作为所述紧凑型电压源直流融冰装置的正极输出端，所述三组下桥臂的输出端互相连接，以作为所述紧凑型电压源直流融冰装置的负极输出端。该装置能够保留基于全桥型多电平换流器的电压源直流融冰技术的全部优点，同时不需要桥臂电抗器，降低了该装置的整体损耗，结构更加紧凑，占地面积更小。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种紧凑型电压源直流融冰装置的结构示意图；

图2是图1中所述全桥功率模块的结构示意图；

图3是图1中所述全桥功率模块的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型实施例提供了一种紧凑型电压源直流融冰装置，包括：连接变压器1、上桥臂阀组2以及下桥臂阀组3，所述连接变压器1 的输入端用于接入交流输电系统；其中，所述连接变压器1具有三个第一输出端以及三个第二输出端；所述上桥臂阀组2包括三组上桥臂，所述下桥臂阀组3包括三组下桥臂，所述连接变压器1的三个第一输出端分别与所述三组上桥臂2的输入端一一对应连接，所述连接变压器1的三个第二输出端分别与所述三组下桥臂3的输入端一一对应连接，所述三组上桥臂 2的输出端互相连接，以作为所述紧凑型电压源直流融冰装置的正极输出端，所述三组下桥臂3的输出端互相连接，以作为所述紧凑型电压源直流融冰装置的负极输出端。

在本实施例中，所述连接变压器1为单相三绕组变压器，所述单相三绕组变压器由高压侧到低压侧的结构可以为Y/2Y型结构、Y/2Δ型结构、Δ/2Y型结构或Y/Δ/Y型结构。

所述连接变压器1的输入端接入交流输电系统的母线，为紧凑型电压源直流融冰装置中的上桥臂阀组2和下桥臂阀组3提供融冰电源。3组上桥臂的输入端分别与所述连接变压器1的3个第一输出端连接，3组上桥臂的输出端互相连接作为正极输出端；3组下桥臂的输入端分别与所述连接变压器1的3个第二输出端连接，3组下桥臂的输出端互相连接作为负极输出端；3组上桥臂和3组下桥臂，作用是为覆冰线路提供直流融冰电流。该装置能够保留基于全桥型多电平换流器的电压源直流融冰技术的全部优点，即实现直流电压、直流电流的大范围连续平滑调节，交流侧可实现多电平输出，无需加装滤波器，对交流输电系统负面影响小，并兼顾变电站动态无功补偿的应用需求，同时不需要桥臂电抗器，降低了该装置的整体损耗，结构更加紧凑，占地面积更小。

在一种可选的实施例中，所述连接变压器1包括呈Y型或△型接线的原边绕组11、呈Y型接线的第一副边绕组12以及呈Y型接线的第二副边绕组 13；所述原边绕组11的三相输入端与所述连接变压器1的输入端连接；所述第一副边绕组12、所述第二副边绕组13的中性点互相连接并接地，所述第一副边绕组12的三相输出端分别与所述连接变压器1的三个第一输出端一一对应连接，所述第二副边绕组13的三相输出端分别与所述连接变压器1的三个第二输出端一一对应连接。

在一种可选的实施例中，所述上桥臂包括若干个级联的全桥功率模块 4。

在一种可选的实施例中，所述下桥臂包括若干个级联的全桥功率模块4。

在一种可选的实施例中，请参阅图2，所述全桥功率模块4包括第一开关单元41、第二开关单元42、第三开关单元43、第四开关单元44、第一电容C1以及第一电阻R1；所述第一开关单元41的输入端与所述第三开关单元43的输入端、所述第一电容C1的正极及所述第一电阻R1的第一端连接，所述第一开关单元41的输出端、所述第二开关单元42的输入端与所述全桥功率模块的正极连接；所述二开关单元的输出端与所述第四开关单元44的输出端、所述第一电容C1的负极及所述第一电阻R1的第二端连接，所述第三开关单元43的输出端、所述第四开关单元44的输出端与所述全桥功率模块的负极连接。

请参阅图3，所述全桥功率模块4还包括开关W1，所述全齐功率模块 4的正极通过所述开关W1与所述全齐功率模块4的负极导通或断开。

在一种可选的实施例中，请参阅图3，所述第一开关单元41包括第一开关管、第一二极管D1；所述第一开关管的集电极、所述第一二极管D1的阴极与所述第一开关单元41的输入端连接，所述第一开关管的发射极、所述第一二极管D1的阳极与所述第一开关单元的输出端连接。

在一种可选的实施例中，请参阅图3，所述第二开关单元42包括第二开关管Q2、第二二极管；所述第二开关管Q2的集电极、所述第二二极管的阴极与所述第二开关单元42的输入端连接，所述第二开关管Q2的发射极、所述第二二极管的阳极与所述第二开关单元的输出端连接。

在一种可选的实施例中，请参阅图3，所述第三开关单元43包括第三开关管Q3、第三二极管D3；所述第三开关管Q3的集电极、所述第三二极管D3 的阴极与所述第三开关单元43的输入端连接，所述第三开关管Q3的发射极、所述第三二极管D3的阳极与所述第三开关单元的输出端连接。

在一种可选的实施例中，请参阅图3，所述第四开关单元44包括第四开关管Q4、第四二极管D4；所述第四开关管Q4的集电极、所述第四二极管D4 的阴极与所述第四开关单元44的输入端连接，所述第四开关管Q4的发射极、所述第四二极管D4的阳极与所述第四开关单元的输出端连接。

在一种可选的实施例中，所述第一开关管Q1和所述第一二极管D1均为 IGBT。

具体地，所述第二开关管Q2、所述第一二极管D2、第三开关管Q3、第三二极管D3、第四开关管Q4、第四二极管D4均为IGBT。

所述紧凑型电压源直流融冰装置的工作原理如下：

所述连接变压器1的输入端接入交流输电系统的母线，为紧凑型电压源直流融冰装置中的上桥臂阀组2和下桥臂阀组3提供融冰电源。3组上桥臂的输入端分别与所述连接变压器1的3个第一输出端连接，3组上桥臂的输出端互相连接作为正极输出端；3组下桥臂的输入端分别与所述连接变压器1的3个第二输出端连接，3组下桥臂的输出端互相连接作为负极输出端；每个上桥臂和每个下桥臂都由多个全桥功率模块串联而成，控制方式为定直流电压控制，运行方式为整流运行，作用是为覆冰线路提供直流融冰电流。

具体地，所述全桥功率模块中的每个IGBT旁有一个反并联的二极管，它不仅是负载向直流侧反馈能量的通道，同时也起着使负载电流连续的作用；所述全桥功率模块中设有一个并联的电容和电阻，作用是为逆变侧提供电压支撑，缓冲上桥臂/下桥臂关闭时的冲击电流、减小直流侧谐波。

在融冰模式时，3组相同的上桥臂和下桥臂可将所述连接变压器4提供的交流电流，整流成大小相同的直流融冰电流。通过对开关W1的控制，可以分级调节融冰电流大小。一般情况下，如果对短距离、平原地区覆冰线路融冰，可以适当闭合上桥臂和下桥臂中的开关W1，产生较小的电流进行融冰；对远距离、高原地区或者跨越江湖河海地区线路融冰，则将上桥臂和下桥臂中的开关W1全部断开，可迅速将融冰电流提高，产生较大的电流，避免在融冰电流在传输过程中被损耗掉。通过上述过程可以实现对覆冰线路融冰，达到融冰目的。

相对于现有技术，本实用新型实施例提供的一种紧凑型电压源直流融冰装置的有益效果在于：该装置包括：连接变压器、上桥臂阀组以及下桥臂阀组，所述连接变压器的输入端用于接入交流输电系统；其中，所述连接变压器具有三个第一输出端以及三个第二输出端；所述上桥臂阀组包括三组上桥臂，所述下桥臂阀组包括三组下桥臂，所述连接变压器的三个第一输出端分别与所述三组上桥臂的输入端一一对应连接，所述连接变压器的三个第二输出端分别与所述三组下桥臂的输入端一一对应连接，所述三组上桥臂的输出端互相连接，以作为所述紧凑型电压源直流融冰装置的正极输出端，所述三组下桥臂的输出端互相连接，以作为所述紧凑型电压源直流融冰装置的负极输出端。该装置能够保留基于全桥型多电平换流器的电压源直流融冰技术的全部优点，同时不需要桥臂电抗器，降低了该装置的整体损耗，结构更加紧凑，占地面积更小。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。