CN110224365A - 基于二极管整流和全桥mmc换流器的直流融冰装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于二极管整流和全桥MMC换流器的直流融冰装置和方法，包括全桥MMC换流器和二极管整流器，全桥MMC换流器的交流侧连接到交流电源母线上，二极管整流器的交流侧经过串接变压器后连接到交流电源母线上，二极管整流器直流侧的负极和融冰直流母线的负极连接，二极管整流器直流侧的正极和全桥MMC换流器的一个直流极连接，全桥MMC换流器的另一个直流极和融冰直流母线的正极连接。本发明很好地解决了如下问题：1）单一二极管整流器的直流融冰时：融冰电流不能连续可调的问题、其配置的整流变压器的档位很多，而且融冰过程中其该整流变压器的档位调节非常频繁的问题、融冰电流不能零起升的问题、和谐波电流问题,2）设备的使用效率低的问题。

Description

基于二极管整流和全桥MMC换流器的直流融冰装置和方法
技术领域
本发明属于直流融冰设备技术领域，具体涉及一种基于二极管整流和全桥MMC换流器的直流融冰装置和方法。
背景技术
目前，因输电线路结冰和积雪而造成高压输电线断线和倒塔、倒杆的事故时有发生，高压输电线路断线和倒塔事故严重影响了电网的安全运行，造成大面积停电事故。为了防止这类事故的发生，必须及时将导线上的结冰和积雪化掉，目前主要采取机械（振动）式、电热式两大类的融冰方法。机械（振动）式融冰，即采用振动导线的方法使冰雪脱落，其特点是简单操作，无需浪费电能，但其缺点是必须逐档进行，速度慢，而且在地面结冰和积雪严重的情况下，往往因为交通问题而不能到达高山上的输电线路而无法进行操作。电热式融冰技术，即利用将线路末端短路而产生的大电流将导线加热而达到融冰的目的，和机械（振动）式融冰方法相比，电热式融冰技术的优点是融冰速度较快，不受路面结冰和积雪的影响，但需耗费一定的电能和配置相关的配套装置。目前基于晶闸管整流和二极管整流的直流大电流融冰技术是电力***中广泛应用的两种融冰技术。基于二极管整流的直流大电流融冰技术的优点是装置非常简单可靠，其缺点是融冰电流不能连续可调、不能做到零起升、其配置的整流变压器的档位很多，而且融冰过程中其该整流变压器的档位调节非常频繁。它们的共同缺点是融冰时产生较大的谐波电流，为了滤除这些谐波电流需要另外配备滤波装置。另外，因为线路严重结冰的现象并不常见，这些装置的利用率较低。申请号为200810060026.X的中国专利申请号为200810120372.2的中国专利公开了两类能将直流大电流融冰技术和静态无功补偿技术（SVC)相结合的装置，有效地提高了设备利用率，并且由于采用晶闸管为功率器，因此具有很高的融冰电流。但是上述发明的两类装置里均需要配置大量的基于电容器和电抗器的无源滤波器，因此存在占地面积大、融冰时无功功率变化大、容易产生谐波谐振等问题。中国专利（申请号为ZL201320048177.X）公开了一种基于级联型电压源型换流器（全桥MMC换流器）的融冰兼STATCOM技术，较成功地解决了上述问题。但是由于该技术的电力电子器件全部采用IGBT，其成本较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种基于二极管整流和全桥MMC换流器的直流融冰装置和方法，以解决现有技术中存在的问题。
本发明采取的技术方案为：一种基于二极管整流和全桥MMC换流器的直流融冰装置，包括全桥MMC换流器和二极管整流器，全桥MMC换流器的交流侧连接到交流电源母线上，二极管整流器的交流侧经过串接变压器后连接到交流电源母线上，二极管整流器直流侧的负极和融冰直流母线的负极连接，二极管整流器直流侧的正极和全桥MMC换流器的一个直流极连接，全桥MMC换流器的另一个直流极和融冰直流母线的正极连接。
优选的，上述变压器的挡位可调，包括两个挡位，分别为二极管整流器的直流输出电压U0档位和二极管整流器的直流输出电压3U0档位。
优选的，上述全桥MMC换流器的直流输出电压在（- U0，+U0 ）范围内连续可调。
优选的，上述二极管整流器采用六脉波整流器或十二脉波整流器。
优选的，上述全桥MMC换流器由两个完全相同的星型接线方式的级联型STATCOM构成；两个STATCOM的交流侧均通过电抗器连接到同一交流电源母线上；两个STATCOM的中性点分别做为该全桥MMC换流器的两个直流极，其中一个直流极与二极管整流器直流侧的正极连接；另一个直流极与融冰直流母线的正极连接。
一种基于二极管整流和全桥MMC换流器的直流融冰装置的试验方法，该方法为：融冰时，控制器协调控制变压器的挡位和全桥MMC换流器的直流输出电压，确保融冰直流电压（ Udc= Udc_diode+ Udc_MMC）在0到4U0之间连续可调，U0的取值根据变电站内需要融冰的线路的参数决定，全桥MMC换流器同时还工作在有源滤波状态，滤除二极管整流器所产生的谐波电流使得融冰时不对交流***产生谐波污染。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明将基于二极管整流器的直流融冰技术和基于IGBT的全桥MMC换流器技术有机结合起来，从而很好地解决了如下问题：1）单一基于二极管整流器的直流融冰技术在融冰时：融冰电流不能连续可调的问题、其配置的整流变压器的档位很多，而且融冰过程中其该整流变压器的档位调节非常频繁的问题、融冰电流不能零起升的问题、和谐波电流问题, 2）设备的使用效率低的问题。
本发明中的全桥MMC换流器的有功功率容量为：U0IDC (IDC为融冰装置的额定直流电流)，而全桥MMC换流器型直流融冰技术中的换流器的有功功率容量为：4U0IDC ，两者是4倍的关系。
本发明装置的交流侧电流谐波含量均很低、功率因数接近一，因此本发明的装置不需要在交流侧配置大量的基于电容器和电抗器的无源滤波器，从而大大降低了整个装置的占地面积。
附图说明
图１是本发明的整体电路结构示意图；
图２是全桥MMC换流器的电气主接线图；
图３是本发明中全桥MMC的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
实施例1：如图1-3所示，一种基于二极管整流和全桥MMC换流器的直流融冰装置，包括全桥MMC换流器和二极管整流器，全桥MMC换流器的交流侧连接到交流电源母线上，二极管整流器的交流侧经过串接变压器后连接到交流电源母线上，二极管整流器直流侧的负极和融冰直流母线的负极连接，二极管整流器直流侧的正极和全桥MMC换流器的一个直流极连接，全桥MMC换流器的另一个直流极和融冰直流母线的正极连接。
优选的，上述变压器的挡位可调，包括两个挡位，分别为二极管整流器的直流输出电压（Udc_diode）U0档位和二极管整流器的直流输出电压（Udc_diode）3U0档位。
优选的，上述全桥MMC换流器的直流输出电压（Udc_MMC）在（- U0，+U0 ）范围内连续可调。
优选的，上述二极管整流器采用六脉波整流器或十二脉波整流器。
优选的，上述全桥MMC换流器由两个完全相同的星型接线方式的级联型STATCOM构成；两个STATCOM的交流侧均通过电抗器连接到同一交流电源母线上；两个STATCOM的中性点分别做为该全桥MMC换流器的两个直流极，其中一个直流极与二极管整流器直流侧的正极连接；另一个直流极与融冰直流母线的正极连接。
实施例2：一种基于二极管整流和全桥MMC换流器的直流融冰装置的试验方法，该方法为：融冰时，控制器协调控制变压器的挡位和全桥MMC换流器的直流输出电压，确保融冰直流电压（ Udc= Udc_diode+ Udc_MMC）在0到4U0之间连续可调，U0的取值根据变电站内需要融冰的线路的参数决定，全桥MMC换流器同时还工作在有源滤波状态，滤除二极管整流器所产生的谐波电流使得融冰时不对交流***产生谐波污染；不融冰时，全桥MMC换流器作为为有源滤波和无功补偿运行（APF,和 STATCOM），以确保交流***的电能质量，实现全桥MMC换流器有源滤波和无功补偿模拟。
由于该发明技术将基于二极管整流器的直流融冰技术和基于IGBT的全桥MMC换流器技术有机结合起来，从而很好地解决了：1）单一基于二极管整流器的直流融冰技术在融冰时：融冰电流不能连续可调的问题、其配置的整流变压器的档位很多，而且融冰过程中其该整流变压器的档位调节非常频繁的问题、融冰电流不能零起升的问题、和谐波电流问题,2）设备的使用效率低的问题。
本发明中的全桥MMC换流器的有功功率容量为：U0IDC (IDC为融冰装置的额定直流电流)。而全桥MMC换流器型直流融冰技术中的换流器的有功功率容量为：4U0IDC ，两者是4倍的关系。
本发明装置的交流侧电流谐波含量均很低、功率因数接近一，因此本发明的装置不需要在交流侧配置大量的基于电容器和电抗器的无源滤波器，从而大大降低了整个装置的占地面积。
图2为全桥MMC换流器的电气主接线图，由两个参数和结构完全相同的星型接线方式的级联型STATCOM构成。这两个STATCOM的交流侧连接到同一交流电源母线上；这两个STATCOM的中性点分别做为该全桥MMC换流器的两个直流极。MMC换流器的每相均由若干个全桥电路级联构成；全桥电路如图3所示。
由于全桥MMC换流器电路中级联全桥电路的数量较多，即使每个全桥电路的输出电压不是很高（受IGBT器件耐压限制），但整个级联全桥电路的交流侧输出电压的幅值可以达到较高的值，因此该装置可以不需要变压器就可以直接连接到电网中常见的电压等级（如35KV、10KV）；并且其交流侧输出可以采用“阶梯波最近电平逼近”调制技术或“移相PWM”调制技术，可以灵活跟踪电流参考波从而实现: 整流；STATCOM；和APF功能。
本发明装置的交流侧电流谐波含量均很低、功率因数接近一，因此本发明的装置不需要在交流侧配置大量的基于电容器和电抗器的无源滤波器，从而大大降低了整个装置的占地面积。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于二极管整流和全桥MMC换流器的直流融冰装置，其特征在于：包括全桥MMC换流器和二极管整流器，全桥MMC换流器的交流侧连接到交流电源母线上，二极管整流器的交流侧经过串接变压器后连接到交流电源母线上，二极管整流器直流侧的负极和融冰直流母线的负极连接，二极管整流器直流侧的正极和全桥MMC换流器的一个直流极连接，全桥MMC换流器的另一个直流极和融冰直流母线的正极连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于二极管整流和全桥MMC换流器的直流融冰装置，其特征在于：变压器的挡位可调，包括两个挡位，分别为二极管整流器的直流输出电压U0档位和二极管整流器的直流输出电压3U0档位。
3.根据权利要求1所述的一种基于二极管整流和全桥MMC换流器的直流融冰装置，其特征在于：全桥MMC换流器的直流输出电压在（- U0，+U0 ）范围内连续可调。
4.根据权利要求1所述的一种基于二极管整流和全桥MMC换流器的直流融冰装置，其特征在于：二极管整流器采用六脉波整流器或十二脉波整流器。
5.根据权利要求1所述的一种基于二极管整流和全桥MMC换流器的直流融冰装置，其特征在于：全桥MMC换流器由两个完全相同的星型接线方式的级联型STATCOM构成；两个STATCOM的交流侧均通过电抗器连接到同一交流电源母线上；两个STATCOM的中性点分别做为该全桥MMC换流器的两个直流极，其中一个直流极与二极管整流器直流侧的正极连接；另一个直流极与融冰直流母线的正极连接。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种基于二极管整流和全桥MMC换流器的直流融冰装置的试验方法，其特征在于：该方法为：融冰时，控制器协调控制变压器的挡位和全桥MMC换流器的直流输出电压，确保融冰直流电压在0到4U0之间连续可调，U0的取值根据变电站内需要融冰的线路的参数决定，全桥MMC换流器同时还工作在有源滤波状态。
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