紧凑化直流融冰装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提出一种紧凑化直流融冰装置，该装置包括主电路和控制单元，主电路包括单向电流型模块化多电平换流器和旁路开关单元，单向电流型模块化多电平换流器的交流端与交流电网连接，单向电流型模块化多电平换流器的直流正端和直流负端分别连接被融冰线路，旁路开关单元的两端分别连接单向电流型模块化多电平换流器的直流正端和直流负端，控制单元连接主电路；单向电流型模块化多电平换流器的每个桥臂包括多个子模块，多个子模块包括至少一个单向电流型全桥子模块和至少一个箝位单向电流型子模块，单向电流型全桥子模块和箝位单向电流型子模块混合串联，根据本实用新型专利技术，解决了融冰装置中全桥型模块化多电平换流器的体积大、成本高的问题。成本高的问题。成本高的问题。

【技术实现步骤摘要】
紧凑化直流融冰装置


[0001]本技术涉及电力电子功率变换领域，尤其涉及一种紧凑化直流融冰装置。

技术介绍

[0002]输电线路覆冰严重影响了输电线路正常运行，可能导致绝缘子闪络、导线舞动、跳闸等，甚至导致倒塔断线，严重时可能导致电网瘫痪。因此线路的除冰、融冰技术是应对冰灾自然灾害威胁的重要手段。在各种融冰技术中，热力融冰技术具有融冰时间短和操作简单等优势，是融冰效率最高和最易实施的一种方式。热力融冰是通过增大导线中的电流使导线发热来达到融冰的目的。最为常规的方式是选择合适的交流电源施加在线路上，通过交流电流产生的热量进行融冰。但是由于高压线路的分布电容大，交流融冰方式下融冰电源需要提供大量的无功，导致融冰电源的容量需要非常大。直流融冰方式是对直流线路施加直流电压并将线路末端短路，使线路流过直流电流并产生热量实现融冰的目的。直流融冰时仅与线路的电阻有关，线路不消耗无功，因此直流融冰法可以对各个电压等级的线路融冰，融冰电源所需的容量也比交流融冰时小得多。
[0003]直流融冰方式的关键是提供融冰直流电压的直流融冰装置。直流融冰装置是一种可控整流设备，将交流电源转换为直流电压施加在线路上，并且直流电压的大小可以调节，以调节线路上的直流电流。目前存在各种直流融冰装置的技术方案，直流融冰装置可实现的容量和电压等级、所产生的谐波、所消耗的无功等是所关注的主要技术特性。通常对于融冰装置的紧凑化也有较高的要求，有些场合甚至需要实现移动式的融冰装置。另外，由于实际融冰使用时间较少，为了提高设备利用率，还可以设计为在非融冰时间将直流融冰装置作为静止无功发生器使用。
[0004]在早期的直流融冰装置中，通常是采用基于晶闸管的可控整流技术，运行时会产生较大的谐波电流，并消耗大量的无功功率，给所连接的交流电网带来严重影响，并且在非融冰时间也无法作为动态无功补偿装置使用。另一种方式是采用电流源换流器，电流源换流器可以实现线路电流的灵活调节，但是目前电流源换流器难以实现多电平方式，交流侧产生的谐波较大，换流器需要采用较高的开关频率，使换流器的损耗也较大。模块化多电平换流器具有可实现电压和容量等级高、谐波特性好、损耗低等优点，已经在直流输电等领域得到广泛应用。但是基于半桥子模块的常规半桥型模块化多电平换流器无法实现直流电压的大范围调节，无法用于直流融冰中。基于全桥子模块的全桥型模块化多电平换流器可以实现直流电压连续可调，能够灵活调节线路中的直流电流，可以用于直流融冰装置中。但是模块化多电平换流器的电容用量较大，并且全桥型模块化多电平换流器的开关器件用量也很高，导致全桥型模块化多电平换流器的体积大、成本高，难以在直流融冰装置中得到广泛应用。

技术实现思路

[0005]本技术旨在至少解决上述技术问题之一。
[0006]为此，本技术的第一个目的在于提出一种紧凑化直流融冰装置，能够解决现有融冰装置中全桥型模块化多电平换流器的体积大、成本高的问题。
[0007]为了实现上述目的，本技术第一方面实施例的紧凑化直流融冰装置，包括：
[0008]主电路和控制单元，所述主电路包括单向电流型模块化多电平换流器和旁路开关单元，所述单向电流型模块化多电平换流器的交流端与交流电网连接，所述单向电流型模块化多电平换流器的直流正端和直流负端分别连接被融冰线路，所述旁路开关单元的两端分别连接所述单向电流型模块化多电平换流器的直流正端和直流负端，所述控制单元连接所述主电路；所述单向电流型模块化多电平换流器的每个桥臂包括多个子模块，所述多个子模块包括至少一个单向电流型全桥子模块和至少一个箝位单向电流型子模块，所述单向电流型全桥子模块和所述箝位单向电流型子模块混合串联；
[0009]所述单向电流型模块化多电平换流器用于将交流电网输出的交流电流转化成直流电流，所述控制单元用于控制所述单向电流型模块化多电平换流器输出的直流电流和所述旁路开关单元通断，所述旁路开关单元用于在融冰模式下断开、在非融冰模式下闭合，以使得所述单向电流型模块化多电平换流器在融冰模式下对被融冰线路进行融冰，在非融冰模式下进行无功补偿。
[0010]根据本技术实施例的紧凑化直流融冰装置，采用单向电流型模块化多电平换流器，其中单向电流型模块化多电平换流器的子模块包括至少一个单向电流型全桥子模块和至少一个箝位单向电流型子模块，单向电流型全桥子模块和箝位单向电流型子模块混合串联，由于一个箝位单向电流型子模块的电压输出效果等效于两个单向电流型全桥子模块，在这种情况下，每个桥臂级联模块数能够得到大幅下降，从而使融冰装置的体积和成本得到大幅降低，解决了现有融冰装置中全桥型模块化多电平换流器的体积大、成本高的问题。
[0011]在本技术的一个实施例中，各桥臂的单向电流型全桥子模块数量相同，各桥臂的箝位单向电流型子模块数量相同。
[0012]在本技术的一个实施例中，不同桥臂上的单向电流型全桥子模块数量不同，不同桥臂上的箝位单向电流型子模块数量不同。
[0013]在本技术的一个实施例中，所述箝位单向电流型子模块包括第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第七二极管、第一储能电容和第二储能电容；第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元的输入端分别连接第一二极管、第二二极管、第三二极管的阴极，第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元的输出端分别连接第一二极管、第二二极管、第三二极管的阳极，第一开关单元的输入端依次经过第五二极管、和第七二极管与第二开关单元的输入端连接，第一开关单元的输出端依次经过第六二极管、和第四二极管与第二开关单元的输出端连接，第七二极管的阳极同时连接第五二极管的阴极、第一储能电容的正极和第三开关单元的输入端，第七二极管的阴极连接第二储能电容的正极，第六二极管的阴极同时连接第四二极管的阳极、第二储能电容的负极和第三开关单元的输出端，第六二极管的阳极连接第一储能电容的负极。
[0014]在本技术的一个实施例中，所述单向电流型全桥子模块包括第三储能电容、第五开关单元、第六开关单元、第八二极管、第九二极管、第十二极管和第十一二极管；第五
开关单元的输入端同时与第八二极管的阴极和第十二极管的阳极连接，第五开关单元的输出端同时与第八二极管的阳极、第三储能电容的负极和第十一二极管的阳极连接，第六开关单元的输入端同时与第九二极管的阴极、第十二极管的阴极和第三储能电容的正极连接，第六开关单元的输出端同时与第九二极管的阳极和第十一二极管的阴极连接。
[0015]在本技术的一个实施例中，子模块中各开关单元为绝缘栅双极型晶体管或集成门极换流晶闸管。
[0016]在本技术的一个实施例中，所述单向电流型模块化多电平换流器的调制比至少为1.33。
[0017]在本技术的一个实施例中，所述旁路开关单元为一个旁路刀闸。
[0018]在本技术的一个实施例中，所述单向电流型模块化多电平换流器为单向的三相MMC结构。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种紧凑化直流融冰装置，其特征在于，包括：主电路和控制单元，所述主电路包括单向电流型模块化多电平换流器和旁路开关单元，所述单向电流型模块化多电平换流器的交流端与交流电网连接，所述单向电流型模块化多电平换流器的直流正端和直流负端分别连接被融冰线路，所述旁路开关单元的两端分别连接所述单向电流型模块化多电平换流器的直流正端和直流负端，所述控制单元连接所述主电路；所述单向电流型模块化多电平换流器的每个桥臂包括多个子模块，所述多个子模块包括至少一个单向电流型全桥子模块和至少一个箝位单向电流型子模块，所述单向电流型全桥子模块和所述箝位单向电流型子模块混合串联；所述单向电流型模块化多电平换流器用于将交流电网输出的交流电流转化成直流电流，所述控制单元用于控制所述单向电流型模块化多电平换流器输出的直流电流和所述旁路开关单元通断，所述旁路开关单元用于在融冰模式下断开、在非融冰模式下闭合，以使得所述单向电流型模块化多电平换流器在融冰模式下对被融冰线路进行融冰，在非融冰模式下进行无功补偿。2.根据权利要求1所述的紧凑化直流融冰装置，其特征在于，各桥臂的单向电流型全桥子模块数量相同，各桥臂的箝位单向电流型子模块数量相同。3.根据权利要求1所述的紧凑化直流融冰装置，其特征在于，不同桥臂上的单向电流型全桥子模块数量不同，不同桥臂上的箝位单向电流型子模块数量不同。4.根据权利要求1所述的紧凑化直流融冰装置，其特征在于，所述箝位单向电流型子模块包括第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第七二极管、第一储能电容和第二储能电容；第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元的输入端分别连接第一二极管、第二二极管...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋强，赵彪，余占清，曾嵘，屈鲁，李政轩，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：新型
国别省市：