本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領域，涉及一種高壓交流輸電線防冰技術。具體來說，涉及一種交流輸電線路導線防冰兼靜止無功補償裝置及其組合。

背景技術：

在冬季雨雪天氣下，持續(xù)低溫雨雪冰凍會造成輸電線路的冬季覆冰現(xiàn)象。野外的高壓輸電線路覆冰容易引起各種機械事故和電氣事故。故如何防止野外高壓輸電線路覆冰是電力系統(tǒng)的重大難題。目前的主流防冰方法是熱力融冰法，其原理是通過增加輸電線路中的電流或電流密度，或增加輸電導線的等效電阻，或同時增加導線電流和導線電阻，使輸電導線自身發(fā)熱，從而融化導線上方的覆冰。主要包括短路電流融冰、高頻激勵融冰、直流電流融冰、潮流調(diào)度融冰。其中，短路電流融冰、直流電流融冰、潮流調(diào)度融冰在實施輸電線路融冰時，需要停電4-8個小時/次，對電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量和經(jīng)濟效益存在很大的負面影響。而基于趨膚效應的高頻激勵融冰雖然可以實現(xiàn)不停電防冰，但需要除冰線路的選定位置即線路的中點安裝高頻電源；在線路的兩端安裝陷波器，以控制高頻電流的作用范圍。而高壓輸電線路經(jīng)過的大多數(shù)地區(qū)是森林、山區(qū)、湖泊等環(huán)境惡劣偏遠地區(qū)，線路中點的地理位置不利于融冰裝置的建設，工作人員需要長途跋涉才能進站操作及維護。此外，高頻電源多采用IGBT、MOSFET等半導體功率器件串并聯(lián)組成電源核心開關，這些半導體開關價格昂貴，增加了裝置的建設成本。如何克服上述問題是本領域技術人員需要研究的方向。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提出了基于半導體功率器件-反向開關晶體管(Reservely Switched Dynistor,RSD)的一種新型交流輸電線路導線防冰兼靜止無功補償裝置。

為了達到本發(fā)明的目的，技術方案如下：

一種交流輸電線路導線防冰兼靜止無功補償裝置，其特征在于：包括融冰裝置、第一濾波器、第二濾波器和電容C4；所述需要除冰的交流輸電線路的單根交流導線稱為融冰段AB，其兩個端點分別為A端和B端；所述第一濾波器設于融冰段AB的一端B端，所述電容C4設于第二濾波器與融冰段AB的A端的輸出點之間；所述融冰裝置位于融冰段AB的A端的的輸入點與第二濾波器之間；所述融冰裝置包括電感L1、工頻變壓器T0、電容C0、全橋整流模塊、全橋逆變模塊、串聯(lián)諧振單元、隔離開關K1、隔離開關K2、隔離開關K3、隔離開關K4、隔離開關K5、隔離開關K6、隔離開關K9、高頻變壓器T、電容C和電容C2；所述電感L1的一端連接隔離開關K6和電容C2的公共端，另一端連接隔離開關K1、隔離開關K7和電容C4的公共端；隔離開關K1、工頻變壓器T0、隔離開關K2、全橋整流模塊、儲能電容C0、全橋逆變模塊、串聯(lián)諧振單元、高頻變壓器T、電容C和隔離開關K6依次串聯(lián)；電容C2的一端連接融冰段AB的A端的輸入點，另一端連接隔離開關K6和電感L1的公共端；所述電容C4的一端連接電感L1、隔離開關K1、隔離開關K7的公共端，所述電容C4的另一端連接融冰段AB的A端的輸出點。

一種交流輸電線路導線防冰兼靜止無功補償裝置，其特征在于：

第一濾波裝置包括隔離開關K8和第一高通濾波器；所述隔離開關K8的輸入端連接融冰段AB的B端，所述隔離開關K8的輸出端連接第一高通濾波器的一端，所述第一高通濾波器的另一端連接地。

一種交流輸電線路導線防冰兼靜止無功補償裝置，其特征在于：

第二濾波裝置包括隔離開關K7和第二高通濾波器；所述隔離開關K7的輸入端連接電容C4的一端，所述隔離開關K7的輸出端連接第一高通濾波器的一端，所述第一高通濾波器的另一端連接地。

一種交流輸電線路導線防冰兼靜止無功補償裝置，其特征在于：

所述融冰裝置包括電感L1、工頻變壓器T0、諧振電容C0、全橋整流模塊、全橋逆變模塊、串聯(lián)諧振單元、隔離開關K1、隔離開關K2、隔離開關K3、隔離開關K4、隔離開關K5、隔離開關K6、隔離開關K9和高頻變壓器T；隔離開關K1的輸入端與電容C4的輸入端連接，C4的輸出端連接交流導線的A點的輸出端點，隔離開關K1的輸出端連接工頻變壓器T0輸入側(cè)的一個端點，工頻變壓器T0輸入側(cè)的另一個端點接地；T0的輸出側(cè)的兩個端點分別連接隔離開關K2的兩個輸入端點；T0的輸出側(cè)的兩個端點分別連接隔離開關K3、K4的輸入端；T0的輸出側(cè)的兩個端點分別連接晶閘管全橋整流模塊的輸入端P1、P2；全橋整流模塊的輸出端P3與儲能電容C0的輸入端及全橋逆變模塊的輸入端P5連接，全橋整流模塊的輸出端P4與儲能電容C0的輸出端及全橋逆變模塊的輸入端P6連接，全橋逆變模塊的輸出端P7、P8分別與隔離開關K5的輸入端的兩個端點連接，隔離開關K5的輸出端的兩個端點分別與串聯(lián)諧振單元輸入端的兩個端點連接，串聯(lián)諧振單元輸出端的兩個端點分別與變壓器T輸入端的兩個端點連接，變壓器T的輸出端的一端與電容C的輸入端連接，變壓器T的輸出端的另一端接地，電容C的輸出端與隔離開關K6的輸入端連接，隔離開關K6的輸出端與電容C2的輸入端連接，電容C2的輸出端與單根交流導線的A端的輸入端連接，電容C2的輸入端與電感L1的輸入端連接，電感L1的輸出端與隔離開關K1的輸入端連接；隔離開關K9的輸入端與電感L1的輸入端連接，隔離開關K9的輸出端與電感L1的輸出端連接；隔離開關K3的輸入端與變壓器T0輸出端的一個端點連接，隔離開關K3的輸出端與全橋逆變模塊輸入端的P6連接，隔離開關K10的輸入端與電容C0的輸出端連接；隔離開關K4的輸入端與變壓器T0輸出端的另一個端點連接，隔離開關K4的輸出端與電感L2的輸入端連接，電感L2的輸出端與電容C0的輸出端連接；通過K1、K2、K3、K4、K5、K6、K9、K10及K7、K8的閉合或斷開，可實現(xiàn)融冰裝置的防冰模式與無功補償模式之間的轉(zhuǎn)換。

通過采用這種技術方案：電容C0通過全橋整流模塊及工頻變壓器T0從電網(wǎng)獲取電能并存儲直流能源，電容C0通過全橋逆變模塊、串聯(lián)諧振單元脈沖變壓器T及電容C、C2向需要除冰的單根交流導線輸出高頻電流，電容C2與AB段線路電感組成串聯(lián)諧振電路，將AB段的非阻性高頻阻抗L0降低為約等于0，當AB段的線路電阻R的阻抗遠小于L1時，絕大部分高頻電流通過AB段導線、隔離開關K6、第一高通濾波器及接地端回到變壓器T的接地端，導線發(fā)熱，從而去除導線敷冰，同時避免了高頻電流對除冰線路之外的電力線路的影響。采用本結(jié)構(gòu)高頻電源無需安裝在輸電線路的中點，顯著降低了防冰裝置的安裝難度、成本明顯降低，而可靠性、穩(wěn)定性卻顯著上升。全橋逆變模塊與全橋整流模塊組成反并聯(lián)開關，電容C0通過反并聯(lián)開關-全橋模塊和全橋整流模塊及T0向電網(wǎng)輸出容性無功功率。裝置為無功補償模式時，三個防冰兼靜止無功補償裝置組成一套三相電容無功補償器，為三相交流線路提供無功補償。

優(yōu)選的是，上述高壓交流輸電線路導線防冰裝置中：所述全橋整流模塊可采用晶閘管開關組成全橋整流模塊；

優(yōu)選的是，上述高壓交流輸電線路導線防冰裝置中：所述全橋整流模塊可采用IGBT開關組成全橋整流模塊；

優(yōu)選的是，上述高壓交流輸電線路導線防冰裝置中：所述全橋整流模塊可采用IGCT開關組成全橋整流模塊；

優(yōu)選的是，上述高壓交流輸電線路導線防冰裝置中：所述全橋逆變模塊可采用反向開關晶體管開關組成全橋逆變模塊；

優(yōu)選的是，上述高壓交流輸電線路導線防冰裝置中：所述全橋逆變模塊可采用IGBT開關組成全橋逆變模塊；

優(yōu)選的是，上述高壓交流輸電線路導線防冰裝置中：所述全橋逆變模塊可采用IGCT開關組成全橋逆變模塊；

本發(fā)明還公開了一種三相交流輸電線路導線防冰兼靜止無功補償裝置，以三套如上述交流輸電線路導線防冰兼靜止無功補償裝置分別安裝到交流輸電線路的三個導線上。從而實現(xiàn)三相交流輸電線路的防冰及無功補償功能。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明無需停電實現(xiàn)高壓輸電線路導線的防冰，避免了因停電造成的經(jīng)濟損失。降低了高頻電源的安裝和維護成本，顯著提升了可靠性和穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，其中A—B段為高壓交流輸電線路的融冰段；

圖2是圖1中實現(xiàn)在線防冰的電路結(jié)構(gòu)圖；

圖3是圖1中實現(xiàn)靜止無功補償?shù)碾娐方Y(jié)構(gòu)圖；

圖4為圖1中全橋整流模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為圖1中全橋逆變模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步描述，但本發(fā)明的保護范圍不僅僅局限于實施例。

如圖1-5所示本發(fā)明的實施例1：

一種交流輸電線路導線防冰兼靜止無功補償裝置，其特征在于：包括融冰裝置、第一濾波器、第二濾波器和電容C4；所述需要除冰的交流輸電線路的單根交流導線稱為融冰段AB，其兩個端點分別為A端和B端；所述第一濾波器設于融冰段AB的一端B端，所述電容C4設于第二濾波器與融冰段AB的A端的輸出點之間；所述融冰裝置位于融冰段AB的A端的的輸入點與第二濾波器之間；所述融冰裝置包括電感L1、工頻變壓器T0、電容C0、全橋整流模塊、全橋逆變模塊、串聯(lián)諧振單元、隔離開關K1、隔離開關K2、隔離開關K3、隔離開關K4、隔離開關K5、隔離開關K6、隔離開關K9、高頻變壓器T、電容C和電容C2；所述電感L1的一端連接隔離開關K6和電容C2的公共端，另一端連接隔離開關K1、隔離開關K7和電容C4的公共端；隔離開關K1、工頻變壓器T0、隔離開關K2、全橋整流模塊、儲能電容C0、全橋逆變模塊、串聯(lián)諧振單元、高頻變壓器T、電容C和隔離開關K6依次串聯(lián)；電容C2的一端連接融冰段AB的A端的輸入點，另一端連接隔離開關K6和電感L1的公共端；所述電容C4的一端連接電感L1、隔離開關K1、隔離開關K7的公共端，所述電容C4的另一端連接融冰段AB的A端的輸出點。

第一濾波裝置包括隔離開關K8和第一高通濾波器；所述隔離開關K8的輸入端連接融冰段AB的B端，所述隔離開關K8的輸出端連接第一高通濾波器的一端，所述第一高通濾波器的另一端連接地。

第二濾波裝置包括隔離開關K7和第二高通濾波器；所述隔離開關K7的輸入端連接電容C4的一端，所述隔離開關K7的輸出端連接第一高通濾波器的一端，所述第一高通濾波器的另一端連接地。

所述融冰裝置包括電感L1、工頻變壓器T0、諧振電容C0、全橋整流模塊、全橋逆變模塊、串聯(lián)諧振單元、隔離開關K1、隔離開關K2、隔離開關K3、隔離開關K4、隔離開關K5、隔離開關K6、隔離開關K9和高頻變壓器T；隔離開關K1的輸入端與電容C4的輸入端連接，C4的輸出端連接交流導線的A點的輸出端點，隔離開關K1的輸出端連接工頻變壓器T0輸入側(cè)的一個端點，工頻變壓器T0輸入側(cè)的另一個端點接地；T0的輸出側(cè)的兩個端點分別連接隔離開關K2的兩個輸入端點；T0的輸出側(cè)的兩個端點分別連接隔離開關K3、K4的輸入端；T0的輸出側(cè)的兩個端點分別連接晶閘管全橋整流模塊的輸入端P1、P2；全橋整流模塊的輸出端P3與儲能電容C0的輸入端及全橋逆變模塊的輸入端P5連接，全橋整流模塊的輸出端P4與儲能電容C0的輸出端及全橋逆變模塊的輸入端P6連接，全橋逆變模塊的輸出端P7、P8分別與隔離開關K5的輸入端的兩個端點連接，隔離開關K5的輸出端的兩個端點分別與串聯(lián)諧振單元輸入端的兩個端點連接，串聯(lián)諧振單元輸出端的兩個端點分別與變壓器T輸入端的兩個端點連接，變壓器T的輸出端的一端與電容C的輸入端連接，變壓器T的輸出端的另一端接地，電容C的輸出端與隔離開關K6的輸入端連接，隔離開關K6的輸出端與電容C2的輸入端連接，電容C2的輸出端與單根交流導線的A端的輸入端連接，電容C2的輸入端與電感L1的輸入端連接，電感L1的輸出端與隔離開關K1的輸入端連接；隔離開關K9的輸入端與電感L1的輸入端連接，隔離開關K9的輸出端與電感L1的輸出端連接；隔離開關K3的輸入端與變壓器T0輸出端的一個端點連接，隔離開關K3的輸出端與全橋逆變模塊輸入端的P6連接，隔離開關K10的輸入端與電容C0的輸出端連接；隔離開關K4的輸入端與變壓器T0輸出端的另一個端點連接，隔離開關K4的輸出端與電感L2的輸入端連接，電感L2的輸出端與電容C0的輸出端連接；通過K1、K2、K3、K4、K5、K6、K9、K10及K7、K8的閉合或斷開，可實現(xiàn)融冰裝置的防冰模式與無功補償模式之間的轉(zhuǎn)換。

通過采用這種技術方案：電容C0通過全橋整流模塊及工頻變壓器T0從電網(wǎng)獲取電能，并在電容C0中存儲直流能源，電容C0通過全橋逆變模塊、串聯(lián)諧振單元脈沖變壓器T及電容C、C2向需要除冰的單根交流導線輸出高頻電流，電容C2與AB段線路電感L0組成串聯(lián)諧振電路，將AB段的非阻性高頻阻抗降低為約等于0，當AB段的線路電阻R的阻抗遠小于L1時，絕大部分高頻電流通過AB段導線、隔離開關K6、第一高通濾波器及接地端回到變壓器T的接地端，導線發(fā)熱，從而去除導線敷冰，同時避免了高頻電流對除冰線路之外的電力線路的影響。高頻電源無需安裝在輸電線路的中點，顯著降低了防冰裝置的安裝難度、成本明顯降低，而可靠性、穩(wěn)定性卻顯著上升。全橋逆變模塊與全橋整流模塊組成反并聯(lián)開關，電容C0通過反并聯(lián)開關-全橋模塊和全橋整流模塊及T0向電網(wǎng)輸出容性無功功率。裝置為無功補償模式時，三個防冰兼靜止無功補償裝置組成一套三相電容無功補償器，為三相交流線路提供無功補償。

實踐中：

K1、K2、K5、K6、K10閉合，K7、K8閉合，K3、K4、K9斷開，為融冰模式，如圖2所示。電容C0通過晶閘管全橋整流模塊及工頻變壓器T0從電網(wǎng)獲取電能并存儲直流能源，C0通過RSD全橋逆變模塊、串聯(lián)諧振單元脈沖變壓器T及電容C、C2向需要除冰的單根交流導線輸出高頻電流，電容C2與AB段線路電感組成串聯(lián)諧振電路，將AB段的非阻性高頻阻抗降低為約等于0，當AB段的線路電阻R的阻抗遠小于L1時，絕大部分高頻電流通過AB段導線、隔離開關K6、第一高通濾波器及接地端回到變壓器T的接地端，導線發(fā)熱，從而去除導線敷冰。

K1、K2、K5、K6、K10斷開，K7、K8斷開，K3、K4、K9閉合，為無功補償模式，如圖3所示。全橋逆變模塊與全橋整流模塊組成反并聯(lián)開關，電容C0通過反并聯(lián)開關-全橋逆變模塊和全橋整流模塊及T0向電網(wǎng)輸出容性無功功率。裝置為無功補償模式時，三個防冰兼靜止無功補償裝置組成一套三相電容無功補償器，為三相交流線路提供無功補償?？筛鶕?jù)電網(wǎng)需要，調(diào)整半導體功率開關的開關狀態(tài)，實現(xiàn)無功補償電容器的直接投切或相控無功補償。

其中，全橋整流模塊中的半導體功率器件可以采用晶閘管、IGBT或IGCT等，本實例中，采用晶閘管的全橋整流模塊結(jié)構(gòu)如圖4所示。全橋逆變模塊中的半導體功率器件可以采用IGBT、反向開關晶體管(RSD)或IGCT等。本實例中，采用RSD器件的全橋逆變模塊如圖5所示。

最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明而并非限制本發(fā)明所描述的技術方案，因此，盡管本說明書參照上述的各個實施例對本發(fā)明已進行了詳細的說明，但是，本領域的普通技術人員應當理解，仍然可以對本發(fā)明進行修改或等同替換，而一切不脫離本發(fā)明的精神和范圍的技術方案及其改進，其均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍中。