專(zhuān)利名稱(chēng)：不停電融冰兼svg型無(wú)功靜補(bǔ)復(fù)合裝置及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力裝置，特別是一種既可用于對(duì)電力線路進(jìn)行不停電融冰，又可用于對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行SVG型無(wú)功靜止補(bǔ)償?shù)膹?fù)合裝置及其使用方法。
背景技術(shù)：
電力線路覆冰問(wèn)題，在我國(guó)南方部分省區(qū)每年程度不同的都要發(fā)生，尤其2008年那場(chǎng)罕見(jiàn)的冰災(zāi)給南方諸省的電網(wǎng)帶來(lái)嚴(yán)重災(zāi)害，長(zhǎng)時(shí)間、大面積停電對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活影響巨大。電網(wǎng)覆冰也是世界各國(guó)普遍關(guān)心的重要問(wèn)題。檢索國(guó)際國(guó)內(nèi)電力線路的融冰技術(shù)，常用的分為兩類(lèi)一是當(dāng)發(fā)生大面積覆冰，線路停用之后，采用人工除冰或機(jī)械除冰，除冰工作量大，停電時(shí)間長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重，且機(jī)械除冰方法沒(méi)有成熟。第二類(lèi)是熱力融冰，熱力融冰又分為停電融冰和不停電融冰兩類(lèi)。停電融冰的常用方法有以下兩種1、交流短路升流融冰。將2 3條欲融冰線路(如110KV或220KV線路)通過(guò)刀閘操作串接起來(lái)，在串接線路末端人工短路，首段直接加交流電源(如IOKV或35KV)進(jìn)行短路融冰。這是在南方諸省融冰實(shí)踐中最常用的方法，其優(yōu)點(diǎn)是不需要專(zhuān)用設(shè)備，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)非常實(shí)用。缺點(diǎn)在于其短路電源的電壓不可調(diào)，投切電源時(shí)對(duì)電網(wǎng)沖擊較大，事先要對(duì)串聯(lián)線路的條數(shù)進(jìn)行計(jì)算，選定困難，還需對(duì)保護(hù)定值和保護(hù)投入方式進(jìn)行臨時(shí)調(diào)整。在相關(guān)的幾個(gè)變電站中都要空出一條母線用于融冰線路的串接，使電網(wǎng)運(yùn)行方式更為薄弱。刀閘操作時(shí)間長(zhǎng)，難以應(yīng)對(duì)多條線路同時(shí)發(fā)生覆冰時(shí)的融冰要求。這一方法在短路升流過(guò)程中既消耗有功，又要消耗大量的無(wú)功，無(wú)功消耗量大約為有功消耗量的4倍，對(duì)電網(wǎng)電壓影響很大，以至在500KV及以上線路無(wú)法使用。2、利用SVC無(wú)功靜補(bǔ)裝置作為融冰裝置，對(duì)線路進(jìn)行直流短路融冰。這是2008年那場(chǎng)罕見(jiàn)冰災(zāi)之后，研制投運(yùn)的融冰裝置。當(dāng)線路發(fā)生覆冰后，將線路停運(yùn)，線路末端人工短路，先在首段的兩相上加入經(jīng)SVC型無(wú)功靜補(bǔ)裝置整流輸出的直流電壓，對(duì)線路的兩相進(jìn)行直流短路融冰，結(jié)束后再對(duì)第三相進(jìn)行融冰。其優(yōu)點(diǎn)在于裝置輸出的直流電壓可調(diào)，可適應(yīng)于任何長(zhǎng)度和電壓等級(jí)的線路。和交流短路融冰相比不消耗系統(tǒng)無(wú)功。覆冰時(shí)作為融冰設(shè)備，平時(shí)作為無(wú)功靜止補(bǔ)償裝置，設(shè)備利用率高。缺點(diǎn)是一次只能融兩相，融冰時(shí)間長(zhǎng)，刀閘操作及人工設(shè)置短路線工作量大，且要停電進(jìn)行。不停電融冰的方法主要有以下兩種1、調(diào)整系統(tǒng)潮流，加大融冰線路負(fù)荷的方法。通過(guò)調(diào)度切除一條線路，將兩條線路的負(fù)荷轉(zhuǎn)移到一條線路使其融冰，或使重冰線路末端變電站的全部負(fù)荷電流都通過(guò)重冰區(qū)的一條線路。此方法對(duì)于截面較小的IlOkv及以下線路有一定的可行性，對(duì)于220kV及以上電壓等級(jí)的線路而言，由于導(dǎo)線截面大，加之系統(tǒng)容量和運(yùn)行方式的限制，且所有電壓等級(jí)線路都存在系統(tǒng)穩(wěn)定問(wèn)題，采用增加覆冰線路負(fù)荷電流的方法融冰的實(shí)際效果尚需進(jìn)一步研究，目前理論探討較多，沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用的案例。2、上世紀(jì)70年代始，寶雞市供電局在110KV雙分裂導(dǎo)線的線路上，將常年易發(fā)生覆冰的線路段的雙分裂導(dǎo)線的固定夾更換為絕緣夾，在線路中部建設(shè)融冰站，給每相雙分裂導(dǎo)線加上融冰環(huán)流，和負(fù)荷電流共同發(fā)生的熱效應(yīng)疊加實(shí)現(xiàn)不停電融冰，這是目前唯一使用的不停電融冰方式。但是，每條線路上都要建一座融冰站，設(shè)備投入大，設(shè)備利用率低。融冰站建在線路中部，一般是大山深處，維護(hù)困難。使用對(duì)象必須是雙分裂導(dǎo)線，局限性大，難以普遍推廣應(yīng)用。綜上所述，現(xiàn)有不停電方式下的融冰技術(shù)不具有普遍推廣價(jià)值，停電融冰技術(shù)均要在停電方式下進(jìn)行，人工掛接短路線及停電操作工作量大，時(shí)間長(zhǎng)，更重要的是影響線路的可靠供電。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，為了實(shí)現(xiàn)快捷實(shí)用的不停電融冰，且提高設(shè)備的利用率，本發(fā)明的目的在于，提供一種具有不停電融冰兼SVG型無(wú)功靜補(bǔ)兩種功能的復(fù)合裝置(以下簡(jiǎn)稱(chēng)復(fù)合裝置)及其使用方法，使用同一套裝置，在覆冰發(fā)生時(shí)用于對(duì)電力線路進(jìn)行不停電融冰，電網(wǎng)正常運(yùn)行情況下作為SVG型無(wú)功靜止補(bǔ)償裝置使用。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案得以實(shí)現(xiàn)一種不停電融冰兼SVG型無(wú)功靜補(bǔ)復(fù)合裝置，其特征在于，由至少一組換流器、一臺(tái)靜補(bǔ)變壓器、一臺(tái)融冰變壓器、一組雙向切換刀閘及一套綜合控制器組成；其中，換流器的交流側(cè)通過(guò)雙向切換刀閘既可運(yùn)行于靜補(bǔ)變壓器的低壓側(cè)，也可通過(guò)切換刀閘運(yùn)行于融冰變壓器的低壓側(cè)，靜補(bǔ)變壓器的高壓側(cè)并接于變電站的一條母線，融冰變壓器的高壓側(cè)通過(guò)變電站的隔離刀閘串接在欲融冰線路的出口，綜合控制器用于控制整個(gè)不停電融冰兼SVG型無(wú)功靜補(bǔ)復(fù)合裝置的運(yùn)行。當(dāng)換流器交流側(cè)電壓和變電站母線電壓相等時(shí)，省去靜補(bǔ)變壓器。上述不停電融冰兼SVG型無(wú)功靜補(bǔ)復(fù)合裝置的使用方法，其特征在于，包括以下兩種工作狀態(tài)a)不停電融冰工作狀態(tài)換流器的交流側(cè)與融冰流變壓器的低壓側(cè)相連接，綜合控制器按照現(xiàn)有脈沖寬度調(diào)節(jié)技術(shù)SPWM控制換流器逆變運(yùn)行，工作于融冰狀態(tài)，靜補(bǔ)變壓器處于停運(yùn)狀態(tài)；b)無(wú)功靜補(bǔ)工作狀態(tài)換流器的交流側(cè)與靜補(bǔ)變壓器的低壓側(cè)相連接，綜合控制器按照現(xiàn)有脈沖寬度調(diào)節(jié)技術(shù)SPWM控制換流器處于SVG型無(wú)功靜補(bǔ)運(yùn)行狀態(tài)，靜補(bǔ)變壓器處于停運(yùn)狀態(tài)。上述不停電融冰兼SVG型無(wú)功靜補(bǔ)復(fù)合裝置，也可用于替代電力線路電容串補(bǔ)，用于加大線路負(fù)荷傳遞和負(fù)荷控制。本發(fā)明的不停電融冰兼SVG型無(wú)功靜補(bǔ)復(fù)合裝置，帶來(lái)的有益效果是在一座變電站中僅配備一套，即可對(duì)變電站中的所有不同電壓等級(jí)的線路通過(guò)刀閘操作依次進(jìn)行不停電融冰，切投速度快，融冰工作量小，既可應(yīng)對(duì)部分線路發(fā)生覆冰時(shí)的融冰，也能應(yīng)對(duì)大面積發(fā)生覆冰時(shí)的融冰要求。既可用于對(duì)線路的融冰，電網(wǎng)正常情況下又可用作無(wú)功靜止補(bǔ)償設(shè)備或作為線路負(fù)荷控制裝置替代線路電容串補(bǔ)，設(shè)備的利用率高。尤其是SVG型無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，是現(xiàn)有最新的無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，既可以發(fā)出無(wú)功功率，也可以吸收無(wú)功功率，可以從額定容量的感性無(wú)功到額定容量的容性無(wú)功之間進(jìn)行連續(xù)平滑的快速調(diào)整，成為替代SVC無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的新技術(shù)已開(kāi)始普及應(yīng)用。在實(shí)施SVG應(yīng)用的基礎(chǔ)上加入融冰功能，投資少，作用大。復(fù)合裝置用于融冰或線路負(fù)荷控制時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定不會(huì)破壞。


圖1是本發(fā)明的不停電融冰兼SVG型無(wú)功靜補(bǔ)復(fù)合裝置的原理接線圖。圖2是綜合控制器的原理框圖。圖3是采用本發(fā)明的不停電融冰兼SVG型無(wú)功靜補(bǔ)復(fù)合裝置在融冰工作狀態(tài)下的等效電路圖和相量圖。圖4是采用本發(fā)明的不停電融冰兼SVG型無(wú)功靜補(bǔ)復(fù)合裝置替代線路串補(bǔ)時(shí)的功角特性圖。圖5是采用本發(fā)明的不停電融冰兼SVG型無(wú)功靜補(bǔ)復(fù)合裝置在電力系統(tǒng)中用于融冰時(shí)的接入示意圖。圖中的Ml、M2、表示第一座變電站的兩條母線，M3和M4分別代表第二座和第三座變電站的母線，L1、L2、L3、L4分別表示4條線路，HLQ為換流器，BI為靜補(bǔ)變壓器，B2為融冰變壓器。以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式圖1給出了一種不停電融冰兼SVG型無(wú)功靜補(bǔ)復(fù)合裝置(以下簡(jiǎn)稱(chēng)復(fù)合裝置)的原理接線，由換流器HLQ、電抗器DK、換流電阻R以及濾波器LB、綜合控制器、切換刀閘K、靜補(bǔ)變壓器BI和融冰變壓器B2組成，圖中的K1、K2、K3為隔離刀閘，Μ1、Μ2為變電站的母線，L為變電站的一條線路，DL是線路開(kāi)關(guān)，IDL是復(fù)合裝置的控制開(kāi)關(guān)。換流器HLQ由現(xiàn)有技術(shù)中的GTO、IGBT, IGCT, IGET等全控電力電子器件組成的換流電路，可以是現(xiàn)有技術(shù)中多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的換流電路。換流器HLQ通過(guò)切換刀閘K既可運(yùn)行于靜補(bǔ)變壓器BI的低壓側(cè)，也可運(yùn)行于融冰變壓器Β2的低壓側(cè)。當(dāng)切換刀閘K處于位置I時(shí)，換流器HLQ連接于靜補(bǔ)變壓器BI的低壓側(cè)，靜補(bǔ)變壓器BI的高壓側(cè)電連接于變電站的母線Ml或M2上，此時(shí)綜合控制器按照現(xiàn)有技術(shù)中的正弦脈沖寬度調(diào)制技術(shù)(SPWM)控制換流器運(yùn)行于SVG型無(wú)功靜止補(bǔ)償工作狀態(tài)(SVG型無(wú)功靜補(bǔ)技術(shù)為現(xiàn)有技術(shù)，故不再冗述)，融冰變壓器Β2處于停運(yùn)狀態(tài)。當(dāng)切換刀閘K處于位置2時(shí)，換流器HLQ連接于融冰變壓器Β2的低壓側(cè)，通過(guò)隔離刀閘的操作，即斷開(kāi)Κ1、接通Κ2和Κ3，將融冰變壓器Β2的高壓側(cè)串接于線路L的出口，綜合控制器使換流器HLQ處于逆變工作狀態(tài)，給融冰變壓器Β2的高壓側(cè)建立一個(gè)與線路電壓同頻率的電壓源串接于線路之上，靜補(bǔ)變壓器BI處于停運(yùn)狀態(tài)。融冰變壓器Β2高壓側(cè)電壓源的建立以提高線路有功和無(wú)功的傳輸能力，使線路電流達(dá)到融冰工作電流或預(yù)想控制的傳輸功率值，此時(shí)的復(fù)合裝置是一臺(tái)線路潮流控制器SSSC，屬于現(xiàn)有技術(shù)，不再冗述。進(jìn)行融冰操作時(shí)， 復(fù)合裝置中的融冰變壓器Β2的高壓側(cè)必須串接于平行線路或環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中的一條線路上。對(duì)于不能構(gòu)成環(huán)網(wǎng)連接的單電源線路，只能少量提高線路的無(wú)功傳輸而提高負(fù)荷側(cè)的電壓，不能提高線路電流達(dá)到融冰電流，故無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)單電源線路的融冰。圖2是復(fù)合裝置中的綜合控制器原理框圖，由測(cè)量單元、控制單元、信號(hào)輸出單元、保護(hù)單元、顯示及指令輸入單元等組成。測(cè)量單元采集變電站的母線電壓、融冰線路的電流、復(fù)合裝置的直流電壓、輸出電流等參數(shù)?？刂茊卧凑湛刂浦噶?，使輸出單元輸出不同的控制信號(hào)控制換流器工作于無(wú)功靜補(bǔ)工作狀態(tài)、融冰工作或線路潮流控制工作狀態(tài)。保護(hù)單元對(duì)復(fù)合裝置進(jìn)行保護(hù)并與變電站的保護(hù)系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)作。顯示及指令輸入單元顯示復(fù)合裝置的工作狀態(tài)和相關(guān)參數(shù)，并可人為輸入控制指令。綜合控制器可控制復(fù)合裝置工作于SVG型無(wú)功靜補(bǔ)工作狀態(tài)、融冰工作狀態(tài)或線路潮流控制工作狀態(tài)，工作狀態(tài)的控制方法均使用現(xiàn)有的正弦脈沖寬度調(diào)制技術(shù)(SPWM)控制換流器的工作。所不同的是控制目標(biāo)不同，在無(wú)功靜補(bǔ)工作狀態(tài)時(shí)，綜合控制器使換流器根據(jù)變電站的母線電壓高低，或吸收一定的無(wú)功或發(fā)出一定的無(wú)功功率，以保持變電站母線電壓平穩(wěn)；在融冰工作狀態(tài)或線路潮流控制工作狀態(tài)時(shí)，換流器的工作除保持換流器直流側(cè)電容器的端電壓恒定外，向融冰變壓器B2輸出一個(gè)與線路同頻率的、幅值和相角可變的交流電壓，以改變?nèi)诒€路的出口電壓，控制線路的有功和無(wú)功功率的傳輸，融冰時(shí)，使線路電流提升到融冰電流(融冰電流均大于正常負(fù)荷電流)，用于線路負(fù)荷控制時(shí)，使線路負(fù)荷達(dá)到某一設(shè)定的傳輸功率為控制目標(biāo)。綜合控制器可使用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)，不作為本發(fā)明重點(diǎn)敘述內(nèi)容。圖3是復(fù)合裝置工作于平行線路中的一條線路上，處于融冰工作狀態(tài)時(shí)的等效電路圖(圖a)和向量圖(圖b)，以下結(jié)合圖3詳細(xì)敘述復(fù)合裝置的融冰工作原理。圖3中，兩側(cè)系統(tǒng)分別為 ),和，融冰線路的阻抗為X。融冰變壓器Β2高壓側(cè)注入
電壓用相量表示，它可以在以為端點(diǎn)的圓盤(pán)內(nèi)任意運(yùn)行。根據(jù)圖3 (a)可得系統(tǒng)的受端功率為
權(quán)利要求
1.一種不停電融冰兼SVG型無(wú)功靜補(bǔ)復(fù)合裝置，其特征在于，由至少一組換流器(HLQ)、一臺(tái)靜補(bǔ)變壓器(BI)、一臺(tái)融冰變壓器(B2)、一組雙向切換刀閘(K)及一套綜合控制器組成；其中，換流器(HLQ)的交流側(cè)通過(guò)雙向切換刀閘(K)既可運(yùn)行于靜補(bǔ)變壓器(BI)的低壓側(cè)，也可通過(guò)雙向切換刀閘(K)運(yùn)行于融冰變壓器(B2)的低壓側(cè)，靜補(bǔ)變壓器(BI)的高壓側(cè)并接于變電站的一條母線，融冰變壓器(B2)的高壓側(cè)通過(guò)變電站的隔離刀閘串接在欲融冰線路的出口，綜合控制器用于控制整個(gè)不停電融冰兼SVG型無(wú)功靜補(bǔ)復(fù)合裝置的運(yùn)行。
2.如權(quán)利要求1所述的不停電融冰兼SVG型無(wú)功靜補(bǔ)復(fù)合裝置，其特征在于，當(dāng)換流器 HLQ)交流側(cè)電壓和變電站母線電壓相等時(shí)，省去靜補(bǔ)變壓器(BI)。
3.權(quán)利要求1所述的不停電融冰兼SVG型無(wú)功靜補(bǔ)復(fù)合裝置的使用方法，其特征在于，包括以下兩種工作狀態(tài) a)不停電融冰工作狀態(tài)換流器(HLQ)的交流側(cè)與融冰流變壓器(B2)的低壓側(cè)相連接，綜合控制器按照SPWM控制技術(shù)控制換流器(HLQ)逆變運(yùn)行，工作于融冰狀態(tài)，靜補(bǔ)變壓器(BI)處于停運(yùn)狀態(tài)； b)無(wú)功靜補(bǔ)工作狀態(tài)換流器(HLQ)的交流側(cè)與靜補(bǔ)變壓器(BI)的低壓側(cè)相連接，綜合控制器按照SPWM控制技術(shù)控制換流器(HLQ)處于SVG型無(wú)功靜補(bǔ)運(yùn)行狀態(tài)，靜補(bǔ)變壓器(B2)處于停運(yùn)狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的不停電融冰工作狀態(tài)，必須使復(fù)合裝置中的融冰流變壓器(B2)的高壓側(cè)串接于平行線路或環(huán)網(wǎng)線路中的一條線路上，對(duì)于單側(cè)電源線路，復(fù)合裝置不能實(shí)現(xiàn)融冰操作。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種不停電融冰兼SVG型無(wú)功靜補(bǔ)復(fù)合裝置，由至少一組換流器、一臺(tái)靜補(bǔ)變壓器、一臺(tái)融冰變壓器、一組雙向切換刀閘及一套綜合控制器組成，換流器的交流側(cè)通過(guò)雙向切換刀閘既可運(yùn)行于靜補(bǔ)變壓器的低壓側(cè)，也可通過(guò)切換刀閘運(yùn)行于融冰變壓器的低壓側(cè)，靜補(bǔ)變壓器的高壓側(cè)并接于變電站的一條母線，融冰變壓器的高壓側(cè)通過(guò)變電站的刀閘操作串接在欲融冰線路的出口，復(fù)合裝置由綜合控制器控制運(yùn)行。其使用方法包括無(wú)功靜補(bǔ)工作狀態(tài)、不停電融冰工作狀態(tài)或替代線路的電容器串聯(lián)補(bǔ)償使用，用于融冰或替代線路電容器串聯(lián)補(bǔ)償使用時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定不會(huì)破壞。
文檔編號(hào)H02G7/16GK103036186SQ20121054551
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者賀長(zhǎng)宏, 賀瀚青 申請(qǐng)人:賀長(zhǎng)宏