本發(fā)明涉及電氣工程的融冰裝置，具體涉及一種兼具SVG功能的500kV變電站集約型直流融冰系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

我國的貴州、湖南、湖北等南方地區(qū)冰雪災(zāi)害頻發(fā)，由于近年氣候變化異常乃至北京、遼寧等北方地區(qū)也時有冰雪災(zāi)害發(fā)生，輸電線路覆冰后易引起倒塔斷線，嚴重威脅到電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行和供電可靠性。為了提高輸電線路抵抗冰災(zāi)的能力，國內(nèi)多家單位研制了多種型號的直流融冰裝置，為電網(wǎng)冬季安全穩(wěn)定運行提供了堅實的技術(shù)保障，但融冰裝置僅在冬季線路覆冰期使用，利用率較低，而500kV變電站融冰裝置投資大，設(shè)備過度閑置阻礙了融冰裝置的推廣應(yīng)用，為此，國內(nèi)、外少數(shù)高校和科研單位開發(fā)了適用于500kV變電站的兼具SVG無功補償功能的直流融冰裝置，不僅可對覆冰線路實施直流融冰，還可通過改變裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)實現(xiàn)動態(tài)無功補償。但是，此類裝置存在以下技術(shù)問題：問題1，諧波大，占地面積大：裝置運行時會產(chǎn)生大量5次、7次等諧波電流，裝置自身及濾波需要配置多組大容量電容器、電抗器，導(dǎo)致裝置占地面積大、建設(shè)成本高；問題2，融冰與無功補償須同容量配置：整體容量要兼顧SVG和融冰裝置，電壓取SVG的高電壓，電流取融冰裝置的大電流，導(dǎo)致整體容量非常大，成本高；問題3，發(fā)熱量大，須采用水冷：該方式損耗大，運行成本高，必須采用水冷方式，增加水冷系統(tǒng)，水質(zhì)要求高，需進行去離子處理，同時要防止漏水，冬季又需進行防凍處理，維護工作量大，影響裝置可靠性。因此，針對500kV變電站兼具SVG無功補償功能的直流融冰裝置的特點，迫切需要開展500kV變電站新型集約型直流融冰裝置拓撲結(jié)構(gòu)研究，以便解決現(xiàn)有融冰裝置存在的問題，為裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計與最終研制提供指導(dǎo)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題：針對現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)裝置自身熱損耗回收利用，并可與變電站調(diào)度AVC系統(tǒng)兼容，為融冰裝置多功能拓撲結(jié)構(gòu)研究及裝置研制提供有效的指導(dǎo)，可廣泛適用于500kV變電站的兼具SVG功能的500kV變電站集約型直流融冰系統(tǒng)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種兼具SVG功能的500kV變電站集約型直流融冰系統(tǒng)，包括電能測量計量及保護裝置、變壓器、運行模式切換器、直流融冰單元和動態(tài)無功補償單元，所述變壓器的原邊通過電能測量計量及保護裝置和變電站的交流母線相連，所述變壓器的副邊通過運行模式切換器分別和直流融冰單元、動態(tài)無功補償單元相連。

優(yōu)選地，所述直流融冰單元包括整流部件、感應(yīng)電壓抑制器和三相融冰線路切換器，所述整流部件的交流側(cè)和運行模式切換器的一個輸入端相連，所述整流部件的直流側(cè)依次通過感應(yīng)電壓抑制器和三相融冰線路切換器相連，且通過三相融冰線路切換器的輸出端提供融冰輸出電壓。

優(yōu)選地，所述動態(tài)無功補償單元包括SVG型動態(tài)無功補償器和電容器組及電抗器組，所述SVG型動態(tài)無功補償器和運行模式切換器的另一個輸入端相連，且所述SVG型動態(tài)無功補償器的二次輸入端分別與電容器組及電抗器組的二次輸出端、變電站的測控系統(tǒng)以及變電站的調(diào)度AVC系統(tǒng)相連，所述電容器組及電抗器組的一次輸入端和變電站的交流母線相連。

優(yōu)選地，所述SVG型動態(tài)無功補償器還連接有熱損耗余熱利用單元。

優(yōu)選地，所述SVG型動態(tài)無功補償器裝設(shè)在封閉空間的功率柜內(nèi)，所述功率柜的頂部設(shè)有相互連接的風(fēng)機和風(fēng)道出口。

優(yōu)選地，所述熱損耗余熱利用單元包括散熱器和熱泵機組，所述熱泵機組包括蒸發(fā)器、冷凝器和壓縮泵，所述散熱器包括相互獨立的風(fēng)通道和第一水通道，所述蒸發(fā)器包括相互獨立的第二水通道和第一介質(zhì)通道，所述冷凝器包括相互獨立的第二介質(zhì)通道和余熱利用通道，所述散熱器的第一水通道入口端和風(fēng)道出口連通、出口端和封閉空間連通，所述第一水通道、第二水通道之間通過循環(huán)泵循環(huán)流通，所述第一介質(zhì)通道、第二介質(zhì)通道之間通過壓縮泵循環(huán)流通，所述余熱利用通道包括熱水制熱通道，所述熱水制熱通道一端設(shè)有冷水進水管、另一端設(shè)有熱水出水管。

優(yōu)選地，所述余熱利用通道還包括空氣散熱通道。

優(yōu)選地，所述變壓器的連接組別為Y/y0d11，所述變壓器為上、下繞組同心度完全一致的軸向雙分裂結(jié)構(gòu)變壓器，所述軸向雙分裂結(jié)構(gòu)變壓器的副邊兩個繞組共用一個鐵心磁路呈軸向分裂布置。

本發(fā)明兼具SVG功能的500kV變電站集約型直流融冰系統(tǒng)具有下述優(yōu)點：

1、本發(fā)明包括電能測量計量及保護裝置、變壓器、運行模式切換器、直流融冰單元和動態(tài)無功補償單元，所述變壓器的原邊通過電能測量計量及保護裝置和變電站的交流母線相連，所述變壓器的副邊通過運行模式切換器分別和直流融冰單元、動態(tài)無功補償單元相連，能夠?qū)崿F(xiàn)融冰容量與SVG容量因需分別優(yōu)化配置，減小裝置體積與造價，滿足融冰高可靠性與動態(tài)無功補償要求，并具有諧波治理功能，優(yōu)化變電站動態(tài)無功與靜態(tài)無功配合。

2、本發(fā)明可與變電站測控系統(tǒng)信息互換，收集每條線路電壓、電流、有功和無功等信息，實現(xiàn)鄰站電壓預(yù)估，與變電站調(diào)度AVC系統(tǒng)兼容，實現(xiàn)本站動態(tài)電壓、穩(wěn)態(tài)電壓及鄰站電壓多重優(yōu)化協(xié)調(diào)控制。

3、本發(fā)明冷卻系統(tǒng)采用閉式循環(huán)風(fēng)冷，運行維護簡單，且無滲水的風(fēng)險，并易于實現(xiàn)裝置自身熱損耗的回收利用。

4、本發(fā)明可開展裝置自身熱損耗的回收，將裝置運行熱損耗產(chǎn)生的熱量回收后，加熱冷水，將冷水轉(zhuǎn)換成55℃左右的生活熱水，實現(xiàn)能量的回收利用，降低裝置運行成本，解決現(xiàn)有動態(tài)無功補償裝置補了無功損了有功的難題，實現(xiàn)大功率電力電子設(shè)備真正意義的節(jié)能環(huán)保運行。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例的變壓器的繞組柱狀圖。

圖3為本發(fā)明實施例的變壓器的副邊兩個繞組中磁通分布圖。

圖4為本發(fā)明實施例的熱損耗余熱利用單元結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為應(yīng)用本發(fā)明實施例進行無功需求及分配策略的原理示意圖。

圖例說明：1、電能測量計量及保護裝置；2、變壓器；3、運行模式切換器；4、直流融冰單元；41、整流部件；42、感應(yīng)電壓抑制器；43、三相融冰線路切換器；5、動態(tài)無功補償單元；51、SVG型動態(tài)無功補償器；510、封閉空間；511、功率柜；512、風(fēng)機；513、和風(fēng)道出口；52、電容器組及電抗器組；6、熱損耗余熱利用單元；61、散熱器；62、熱泵機組；621、蒸發(fā)器；622、冷凝器；623、壓縮泵；624、冷水進水管；625、熱水出水管。

具體實施方式

如圖1所示，本實施例兼具SVG功能的500kV變電站集約型直流融冰系統(tǒng)包括電能測量計量及保護裝置1、變壓器2、運行模式切換器3、直流融冰單元4和動態(tài)無功補償單元5，變壓器2的原邊通過電能測量計量及保護裝置1和變電站的35kV交流母線相連，變壓器2的副邊通過運行模式切換器3分別和直流融冰單元4、動態(tài)無功補償單元5相連。本實施例中，變壓器2將35kV高壓降壓后輸出端接運行模式切換器3的輸入端，運行模式切換器3的輸出端分別與直流融冰單元4和動態(tài)無功補償單元5的輸入端相連，運行模式切換器3輸出額定電壓為22.5kV，額定容量為120MW的直流電壓至三相待融冰線路；動態(tài)無功補償單元5輸出額定電壓20kV，額定容量為±100Mvar的感性或容性無功。

本實施例中，電能測量計量及保護裝置1采用市售DNCLBH-35kV型電能測量、計量與保護裝置。

本實施例中，變壓器2采用自研的BYQ-350kV-20kV型12脈波變壓器，該12脈波變壓器的連接組別為Y/y0d11，變壓器2為上、下繞組同心度完全一致的軸向雙分裂結(jié)構(gòu)變壓器，軸向雙分裂結(jié)構(gòu)變壓器的副邊兩個繞組共用一個鐵心磁路呈軸向分裂布置，通過上述結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)融冰整流5次、7次諧波自動抵消，保證SVG諧波補償通過變壓器進入電網(wǎng)以及補償?shù)目焖傩?。本實施例中，變壓?為低阻抗、寬調(diào)壓整流的非飽和三繞組變壓器，可以實現(xiàn)多檔位電壓輸出，變壓器2同時采用低阻抗、寬調(diào)壓設(shè)計方法，通過前述繞組的優(yōu)化布置與電場計算，使變壓器調(diào)壓范圍寬達80％(20％～100％)，且各檔位的短路阻抗相差較小，可用二極管整流融冰，滿足融冰高可靠性要求。

如圖2所示，變壓器2為上、下繞組同心度完全一致的軸向雙分裂結(jié)構(gòu)變壓器即：原邊D繞組的每一相、副邊y11繞組的每一相、副邊d0繞組的每一相一一對應(yīng)且同心度完全一致呈軸向雙分裂結(jié)構(gòu)；如圖3所示，Φ₁、Φ₂分別為通過副邊兩個繞組A相的磁通，Φ₁-Φ₂為通過副邊兩個繞組B相的磁通。由于原邊D繞組的每一相、副邊y11繞組的每一相、副邊d0繞組的每一相一一對應(yīng)且同心度完全一致呈軸向雙分裂結(jié)構(gòu)，因此可以滿足式：

F_A(5,7次)＝F_ay(5,7次)+F_ad(5,7次)＝0

F_B(5,7次)＝F_by(5,7次)+F_bd(5,7次)＝0

F_C(5,7次)＝F_cy(5,7次)+F_cd(5,7次)＝0

其中，F(xiàn)_A(5,7次)表示原邊A相的諧波，F(xiàn)_ay(5,7次)表示副邊y11繞組A相的諧波，F(xiàn)_ad(5,7次)表示副邊d0繞組A相的諧波，F(xiàn)_B(5,7次)表示原邊B相的諧波，F(xiàn)_by(5,7次)表示副邊y11繞組B相的諧波，F(xiàn)_bd(5,7次)表示副邊d0繞組B相的諧波，F(xiàn)_C(5,7次)表示原邊C相的諧波，F(xiàn)_cy(5,7次)表示副邊y11繞組C相的諧波，F(xiàn)_cd(5,7次)表示副邊d0繞組C相的諧波。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)融冰整流5次、7次諧波自動抵消，保證SVG諧波補償通過變壓器進入電網(wǎng)以及補償?shù)目焖傩浴?/p>

本實施例中，運行模式切換器3采用市售YXMS-20kV型運行模式切換器。

如圖1所示，直流融冰單元4包括整流部件41、感應(yīng)電壓抑制器42和三相融冰線路切換器43，整流部件41的交流側(cè)和運行模式切換器3的一個輸入端相連，整流部件41的直流側(cè)依次通過感應(yīng)電壓抑制器42和三相融冰線路切換器43相連，且通過三相融冰線路切換器43的輸出端提供融冰輸出電壓。本實施例中，整流部件41采用二極管不控整流的ZLQ-20kV型12脈波二極管整流器，由兩個三相整流全橋組成，可實現(xiàn)12脈波直流電壓輸出；感應(yīng)電壓抑制器42采用自主研制的DYYZ-20kV型感應(yīng)電壓抑制器；三相融冰線路切換器43采用市售RBQH-20kV型融冰線路切換器。

如圖1所示，動態(tài)無功補償單元5包括SVG型動態(tài)無功補償器51和電容器組及電抗器組52，SVG型動態(tài)無功補償器51和運行模式切換器3的另一個輸入端相連，且SVG型動態(tài)無功補償器51的二次輸入端分別與電容器組及電抗器組52的二次輸出端、變電站的測控系統(tǒng)(本實施例中具體為變電站現(xiàn)有的CKXT-12型測控裝置)以及變電站的調(diào)度AVC系統(tǒng)(本實施例中具體為變電站現(xiàn)有的AVC-8型系統(tǒng))相連，電容器組及電抗器組52的一次輸入端和變電站的交流母線相連。本實施例中，SVG型動態(tài)無功補償器51采用DTWGBC-20kV型動態(tài)無功補償器，電容器組及電抗器組52為變電站已有的電容器與電抗器組。

如圖1所示，SVG型動態(tài)無功補償器51還連接有熱損耗余熱利用單元6，熱損耗余熱利用單元6可有效解決SVG型動態(tài)無功補償器51發(fā)熱量大、自身熱損耗大、須采用水冷，運行成本高等問題，實現(xiàn)大電流功率器件高效散熱，同時實現(xiàn)自身熱損耗回收利用。

如圖4所示，SVG型動態(tài)無功補償器51裝設(shè)在封閉空間510的功率柜511內(nèi)，功率柜511的頂部設(shè)有相互連接的風(fēng)機512和風(fēng)道出口513，采用封閉空間510的室內(nèi)空氣封閉循環(huán)，再與室外換熱的新型密封式風(fēng)冷方式來避免灰塵進入室內(nèi)，確保SVG型動態(tài)無功補償器51工作環(huán)境的穩(wěn)定和可靠。

如圖4所示，熱損耗余熱利用單元6包括散熱器61和熱泵機組62，熱泵機組62包括蒸發(fā)器621、冷凝器622和壓縮泵623，散熱器61包括相互獨立的風(fēng)通道和第一水通道，蒸發(fā)器621包括相互獨立的第二水通道和第一介質(zhì)通道，冷凝器622包括相互獨立的第二介質(zhì)通道和余熱利用通道，散熱器61的第一水通道入口端和風(fēng)道出口513連通、出口端和封閉空間510連通，第一水通道、第二水通道之間通過循環(huán)泵循環(huán)流通，第一介質(zhì)通道、第二介質(zhì)通道之間通過壓縮泵623循環(huán)流通，余熱利用通道包括熱水制熱通道，熱水制熱通道一端設(shè)有冷水進水管624(接自來水)、另一端設(shè)有熱水出水管625，可輸出55℃左右的熱水。通過上述結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)對SVG型動態(tài)無功補償器51的風(fēng)冷冷卻，并將SVG型動態(tài)無功補償器51室內(nèi)空氣中的熱量轉(zhuǎn)化成可以利用的55℃左右熱水輸出，實現(xiàn)SVG型動態(tài)無功補償器51自身熱損耗的節(jié)能環(huán)?；厥张c利用，而且利用熱泵機組來使室內(nèi)冷風(fēng)溫度可遠低于環(huán)境溫度，從而保證冷卻系統(tǒng)在夏季高溫天氣下仍能可靠運行。本實施例中，散熱器61采用RBLQ-60型散熱器，基于復(fù)合超導(dǎo)平板熱管的功率器件高效散熱技術(shù)，來降低功率模塊發(fā)熱密度，同時對風(fēng)道進行優(yōu)化設(shè)計等，從而提高熱損耗余熱利用單元6的熱交換效率。熱泵機組62采用市售RLJH-22型冷凝器62。本實施例采用基于復(fù)合超導(dǎo)平板熱管的功率器件高效散熱技術(shù)，來降低功率模塊發(fā)熱密度，同時對風(fēng)道進行優(yōu)化設(shè)計等，從而提高熱損耗余熱利用單元6的熱交換效率。

本實施例中，余熱利用通道還包括空氣散熱通道，當(dāng)熱水無處消納的時候，能夠直接利用空氣來對介質(zhì)進行冷卻，從而提高熱泵機組62的可用性。

由于本實施例SVG型動態(tài)無功補償器51的二次輸入端分別與電容器組及電抗器組52的二次輸出端、變電站的測控系統(tǒng)(本實施例中具體為變電站現(xiàn)有的CKXT-12型測控裝置)以及變電站的調(diào)度AVC系統(tǒng)(本實施例中具體為變電站現(xiàn)有的AVC-8型系統(tǒng))相連，因此可以結(jié)合現(xiàn)有變電站的測控系統(tǒng)和調(diào)度AVC系統(tǒng)實現(xiàn)區(qū)域電壓協(xié)調(diào)控制。本實施例中綜合考慮了電網(wǎng)需求，提出對本站動態(tài)電壓、穩(wěn)態(tài)電壓、鄰站電壓及無功補償?shù)饶繕朔峙洳煌恼{(diào)控優(yōu)先級，在滿足高優(yōu)先級目標的同時盡量兼顧優(yōu)先級較低的控制目標，從而實現(xiàn)多目標協(xié)調(diào)控制，如表1所示。

表1：控制目標及優(yōu)先級表。

變電站的測控系統(tǒng)可向SVG型動態(tài)無功補償器51提供變電站每條線路電壓、電流、有功和無功等信息，實現(xiàn)鄰站電壓預(yù)測，根據(jù)節(jié)點電壓和功率的計算方法如式(1)所示；

$U_s=\sqrt{{(U_0+\frac{PR+QX}{U_0})}^2+{\left(\frac{PX-QR}{U_0}\right)}^2}---\left(1\right)$

式(1)中，，U_s為待預(yù)測的鄰站電壓，U₀為本站電壓，取三相的平均值，R和X為本站與該站聯(lián)絡(luò)線上的阻抗，P和Q為本站與該站聯(lián)絡(luò)線上的有功和無功，P以流入本站為正，流出本站為負，Q以流入本站的感性為正，離開本站的感性為負。利用輸電線路的潮流與阻抗參數(shù)，實時估算相鄰變電站的母線電壓；在鄰站電壓越限時通過控制裝置輸出無功，從而維持一定區(qū)域內(nèi)的電壓穩(wěn)定。

如圖5所示，在進行無功需求及分配的步驟包括：1、根據(jù)式(1)估算區(qū)域內(nèi)各個相鄰變電站的鄰站電壓；2、進行無功需求分析，首先判斷本站暫態(tài)電壓是否穩(wěn)定，否則逐漸增加輸出感性或容性無功Q*直到本站暫態(tài)電壓穩(wěn)定；再判斷本站電壓是否越限，否則逐漸增加輸出感性或容性無功Q*直到本站穩(wěn)態(tài)電壓穩(wěn)定，依次逐漸實現(xiàn)鄰站電壓協(xié)調(diào)控制、沖擊性負荷動態(tài)補償和動態(tài)無功容量主動存儲；3、進行無功分配，在感性或容性無功Q*輸出時，先用SVG型動態(tài)無功補償器51自身容量實現(xiàn)一定容量的無功補償，在SVG型動態(tài)無功補償器51容量不能滿足實際無功需求時，利用SVG型動態(tài)無功補償器51控制變電站內(nèi)電容器組及電抗器組52中的電容器或電抗器實現(xiàn)無功補償，直至滿足本站及鄰站無功調(diào)節(jié)需求。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。