兼具多功能的直流融冰技術(shù)及應(yīng)用研究.pdf

1、冬季電力線路覆冰所帶來(lái)的一系列問(wèn)題已經(jīng)得到越來(lái)越多的關(guān)注。對(duì)融冰方法的研究是當(dāng)今電力輸配電系統(tǒng)防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域所研究的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。通過(guò)對(duì)電源容量，融冰效率和時(shí)間的綜合考慮，焦耳熱融冰方法特別是基于直流電的熱融冰方式逐漸成為首選。直流融冰方式需要外加一個(gè)直流電源送直流電流到覆冰線路，這樣的直流電源可以通過(guò)多種電路拓?fù)浜图夹g(shù)路線來(lái)實(shí)現(xiàn)，融冰電源工作時(shí)的網(wǎng)側(cè)電能質(zhì)量也是一個(gè)需要關(guān)注的焦點(diǎn)，為提高融冰電源的使用能力，應(yīng)同時(shí)兼顧電能治理及電源輸送等

2、其他功能。在以20MW以下的中小型領(lǐng)域以及應(yīng)急供電恢復(fù)場(chǎng)合的柔性直流輸電技術(shù)研究正成為新的研究方向。與此同時(shí)，在電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償領(lǐng)域，需要不間斷的運(yùn)行得無(wú)功發(fā)生器(Static Var Compensator，STATCOM)得應(yīng)用越來(lái)越多，研究兼顧了上述功能的直流融冰系統(tǒng)及應(yīng)用技術(shù)是全新而極有意義的課題。本文對(duì)現(xiàn)有的直流融冰、柔性輸電、無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行了調(diào)研和分析，提出了基于可關(guān)斷器件IGBT的兼具無(wú)功發(fā)生、直流柔性輸電多功能直流融冰技術(shù)

3、及系統(tǒng)。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的電壓等級(jí)提出了兩種全新的直流融冰技術(shù)電路拓?fù)浼捌淇刂撇呗院凸ぷ髂Ｊ?，并研制了裝置予以應(yīng)用。具體的工作如下：
　　⑴針對(duì)不同線路各異的融冰需求以及融冰時(shí)線路接入繁雜的問(wèn)題，對(duì)電力線路的融冰機(jī)理進(jìn)行了研究，論述了線路覆冰、融冰過(guò)程的等效模型，確定了融冰電流的計(jì)算原則，研究了負(fù)載線路的接入方法與自動(dòng)切換策略。通過(guò)對(duì)電力線路負(fù)載的等效計(jì)算獲得其最大融冰電流和保線電流，針對(duì)直流輸出是正負(fù)兩極，而除了鐵路牽引網(wǎng)是單相線路

4、外，其他的需要融冰的都是三相線路的問(wèn)題，提出了基于“一進(jìn)兩回”的電網(wǎng)融冰線路接入方法，為保證三相融冰工作自動(dòng)完成，設(shè)計(jì)了一種新的三相融冰自動(dòng)控制切換策略并予以實(shí)現(xiàn)。
　?、蒲芯苛?5kV以上應(yīng)用領(lǐng)域的兼顧柔性直流輸電及無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹绷魅诒募夹g(shù)路線及存在問(wèn)題，探討了柔性直流輸電的技術(shù)路線，提出了一種新型的兼顧柔性直流輸電功能、直流融冰以及無(wú)功發(fā)生功能的IPOC直流融冰電路拓?fù)?，這種電路為級(jí)聯(lián)脈沖整流與DC/DC斬波混聯(lián)的電路拓?fù)?。?/p>

5、導(dǎo)了功率單元和主電路級(jí)聯(lián)拓?fù)涞臄?shù)學(xué)模型和狀態(tài)方程，得到了換流器單元的等效電路，對(duì)工作過(guò)程中呈現(xiàn)出來(lái)的可控性和可觀性進(jìn)行了分析，得到了兼具多功能的直流融冰技術(shù)及其系統(tǒng)。
　?、欠治隽?0kV及以下的電壓等級(jí)的直流融冰及功率補(bǔ)償如何集成的問(wèn)題，提出了一種基于H橋級(jí)聯(lián)的兼具靜止無(wú)功發(fā)生功能的混合型融冰拓?fù)?。在?duì)拓?fù)涔ぷ髟砑巴負(fù)涔ぷ髑袚Q過(guò)程進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了功率單元和系統(tǒng)主電路的等效電路和數(shù)學(xué)模型，對(duì)靜止無(wú)功發(fā)生、融冰兩種工作模式

6、下的調(diào)制策略、單元工作模式及其控制方法進(jìn)行了研究與分析，得到了其主電路架構(gòu)與硬件控制體系。
　?、葘?duì)多種工況下，同一套系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制和軟換如何實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了研究，提出了同一裝置多功能帶來(lái)的問(wèn)題和解決辦法。設(shè)計(jì)了各種工況下的控制策略，分析了級(jí)聯(lián)型電路單元均壓的邊界穩(wěn)定條件，提出了功率模塊功率平衡控制方法。實(shí)現(xiàn)了融冰狀態(tài)下的連續(xù)可調(diào)電壓的輸出，實(shí)現(xiàn)了單位功率因數(shù)控制，且諧波含量可控制在國(guó)標(biāo)范圍內(nèi)。在柔性直流輸電工況時(shí)，直流側(cè)用斬波器

7、控制兩個(gè)換流站的直流側(cè)電壓差來(lái)控制輸電功率，實(shí)現(xiàn)了雙端換流站的完全解耦，在無(wú)功補(bǔ)償工況下，實(shí)現(xiàn)了無(wú)功功率的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。
　　⑸通過(guò)仿真和試驗(yàn)的驗(yàn)證，兩種兼具多功能的直流融冰技術(shù)均能在一套裝置上實(shí)現(xiàn)多種功能，達(dá)到了較好的效果。基于IPOC的多功能直流融冰裝置在同一套變流裝置上通過(guò)主電路連接的開關(guān)切換和控制軟件選擇可以分別實(shí)現(xiàn)基于可關(guān)斷器件的大容量直流融冰功能，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)柔性直流輸電功能，以及電網(wǎng)側(cè)無(wú)功發(fā)生功能?；贖橋的多功能的融冰裝置可