LCC-MMC混合型直流融冰装置拓扑结构及控制方法研究

直流融冰装置是电网应对冰雪灾害的重要设备,传统晶闸管器件的直流融冰技术存在无功消耗高、谐波含量大等问题,而基于全控器件的融冰技术存在装置容量和经济性不足问题。为发挥2种融冰装置自身优势,设计了一种由电网换相换流器(line commuted converter,LCC)和模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)共同组成的混合型直流融冰装置,其中MMC换流器采用全桥子模块和半桥子模块混合结构。依据不同线路长度和覆冰工况需求,设计了直流融冰装置工作模式的切换方案与协调控制策略;同时,设计了提高装置利用率的复用功能模式。通过MATLAB/Simulink仿真平台构建了LCC-MMC混合型直流融冰装置模型,对不用工况进行直流侧融冰能力及交流侧电流特性的仿真,结果表明,装置具有无功补偿、谐波抑制、融冰电流高等优点。

全桥MMC型直流融冰装置关键参数及装置容量解耦分析研究

[目的]文章旨在研究全桥MMC(Modular Multi-Level Converter,模块化多电平变流器)型直流融冰装置在不同工作模式下的融冰容量与无功输出容量问题。[方法]以某500 kV变电站实际工程全桥MMC型直流融冰装置参数设计为例,详细阐述了全桥MMC型直流融冰装置换流器桥臂电流交流分量、直流分量、有效值及峰值计算,桥臂模块数量选取,IGBT(Insulated-Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极晶体管)功率模块支撑电容计算,桥臂电抗器电感计算,启动回路电阻计算;详细分析了在设定融冰容量下装置最大无功输出能力以及在设定无功输出容量下装置最大的融冰能力,并探究融冰容量与无功输出容量之间耦合关系及解耦计算。[结果]研究表明在融冰装置参数确定后融冰容量与无功输出容量存在此消彼长的耦合关系。[结论]其原因在于桥臂电流中既含有交流分量,也含有直流分量,而交流分量由融冰模式和无功补偿模式共同决定,直流分量仅取决于线路融冰电流。

直流融冰装置在500 kV变电站中的工程运用及技术经济比较

针对直流融冰装置的选型问题,从500kV变电站实际工程直流融冰装置设计角度出发,分析了直流融冰装置参数计算、电气原理接线及工程平面布置。从装置技术选型、电能质量影响、装置可靠性、占地面积、工程投资等方面深入比较和全面分析全桥MMC型和晶闸管整流型直流融冰装置在500kV变电站实际工程中的选用,给出两种装置在实际工程中选用的建议。

国网河南郑州供电公司:应用可调压移动直流融冰装置

2022年12月12日,国网河南郑州供电公司应用省内首台可调压移动直流融冰装置顺利完成度冬输电线路直流融冰应急演练。可调压移动式直流融冰装置采用车载设备布置,体积小、机动灵活,适用于220kV及以下12种导线型号融冰,融冰距离可达119km。

直流融冰装置理论与应用的若干问题探讨

直流融冰装置是架空导线覆冰最有效的除冰设备,能有效提高电网抵御冰冻灾害的能力。对直流融冰装置理论和应用的若干问题进行了探讨,包括其控制功能、保护功能、带线路融冰模式、开路试验模式、零功率试验模式、有功与无功消耗特性、交直流侧谐波特性、线路谐振过电压等,为直流融冰装置在实际电网的推广应用提供参考。

直流融冰装置零功率试验原理及实际工程试验研究

目前有关直流融冰装置零功率试验(ZPT)电气特性的相关研究成果较少。为此,采用EMTDC软件对直流融冰装置零功率试验进行深入研究,包括:零功率试验原理、直流电流电压及其谐波特性、交流谐波特性、有功与无功分析、阀电流与阀电压分析、通态电流上升率和断态电压上升率分析等。结果表明:直流融冰装置触发角越小,短路直流电流越大,换流器内部的电压降越大,直流端口电压越低;直流电流特征谐波为12k1(k1=1,2,3,…)次谐波,直流电压谐波为6k2(k2=1,3,5,…)次谐波,且其直流分量很小,且随着触发角的增大,直流分量减小,交流分量增大;融冰装置的有功损耗很小、无功损耗很大,且随着电流的增大,无功损耗成比例增大。

直流融冰装置在南方电网的应用分析

基于2011年1月南方电网的抗冰实践,分析直流融冰装置的实际应用情况,包括南方电网直流融冰装置的配置、融冰效率和应用效果。结论为:直流融冰装置在这次抗冰实践中为实现220 kV及以上线路不倒塔、县级以上城市不停电发挥了重要的作用,但要在严重冰灾下综合发挥融冰装置作用,南方电网融冰体系尚待进一步完善。建议优化融冰方案,完善融冰过程控制,最大限度发挥现有直流融冰装置的作用;同时,适当增加融冰装置冗余配置,通过提高保线能力和融冰效率以增强保网能力,并进一步开展研究以解决地线的覆冰问题。

直流融冰装置与同杆并架线路间的相互影响

直流融冰装置对解决输电线路的覆冰问题起到了巨大作用。使用直流融冰装置对同杆并架双回线中的一回线进行融冰时,由于线路之间电磁耦合和静电耦合的作用,另一回交流线路(以下称为并架线路)会对融冰装置的运行产生影响。文中通过实时数字仿真器(RTDS)与实际融冰装置的控制保护设备组成的闭环系统进行了仿真研究,结果表明:融冰装置不会影响并架线路的运行;并架线路会对融冰装置的50Hz保护产生影响,应改进50Hz保护的逻辑或适当提高动作整定值;断开并架线路的交流断路器会对融冰装置的接地电流产生冲击,应适当提高接地电流保护的动作整定值;对同杆双回线路进行融冰时,应注意选择融冰方式。

直流融冰装置测试用等效模拟负载的温升计算与试验

直流融冰技术是电网防御冰灾的重要技术。现有的直流融冰装置性能检测主要进行短路或开路试验,无法完全模拟实际运行条件下的融冰状态。为了设计直流融冰装置全压大电流试验中所用的模拟负载,以10 MW直流融冰装置为例,根据传热学和计算流体力学（CFD）的基本理论,以水作为模拟负载的导电和散热介质,建立功率1/100的缩比负载的物理模型。采用有限元方法对缩比模型的流场分布和温升进行了数值仿真计算,并开展等效物理试验测量负载模型的温升。最后,根据单台直流融冰装置的实际功率要求,设计了全压大电流负载装置的电气结构及散热方式。结果表明：模拟负载装置以17 m3/h作为入口流速,可以满足极板温升70℃的设计要求值,验证了以水电阻作为直流融冰装置试验的等效模拟负载的可行性。

带静止无功补偿器功能的直流融冰装置过电压保护及绝缘配合

带静止无功补偿器(SVC)功能的直流融冰装置已经广泛应用于融冰装置的设计制造中。这种直流融冰装置兼具SVC和直流融冰2种功能,造成其2种工作模式下的稳态运行特点和故障过电压来源及幅值存在差异,对装置的控制保护系统和绝缘设计提出了不同的要求。为此,以典型参数的12脉动带SVC功能的直流融冰装置为研究对象,通过仿真建模,分析了装置的稳态运行特点、典型故障过电压及其影响因素。分析结果表明,2种工作模式的公共避雷器配置参数应以融冰模式的运行电压为参考,其最苛故障过电压来自融冰线路断线故障。在这种避雷器配置方案下,换流变压器阀侧和晶闸管两端的绝缘裕度在SVC模式下比在融冰模式下分别高10%和40%,符合装置运行于SVC模式时间远大于融冰模式的运行策略。

适用于直流融冰装置的基频保护

直流融冰装置换流阀发生丢脉冲故障时,换流阀直流侧电流中会含有基频分量,当基频分量大于电流定值时,基频保护(国内又称50 Hz保护)动作;同杆并架交流线路正常运行时会在融冰线路中感应出交流电流,可能引起50 Hz保护误动。通过理论分析与仿真计算,得出区分引起50 Hz保护动作的这2种原因的方法:当换流阀发生丢脉冲故障时,融冰装置直流侧电压、电流中的50 Hz分量同步地出现与消失;当融冰线路受到并架线路的感应影响时,融冰装置直流侧电压、电流中50 Hz的分量互斥地出现与消失。据此分别提出了基于感应特征的二定值50 Hz保护和基于故障特征法的50 Hz保护。新的保护方法可以防止并架线路感应引起的50 Hz保护误动,并且提高50 Hz保护的灵敏度。

500kV线路可移动直流融冰装置的研制和实现

输电线路在冬季覆冰会对电网造成严重的破坏。针对中国典型气象条件,计算了500kV输电线路融化覆冰所需的电流,并结合该计算结果及融冰装置的使用特点,提出了实现500kV输电线路可移动直流融冰装置的技术方案。在确定技术方案及设计原则的基础上,描述了该方案的实现过程,并给出了该装置对500kV输电线路进行融冰的试验结果。结果表明该装置输出电流达到4kA,线路温升超过40℃,满足500kV输电线路的融冰需要。

12脉动桥直流融冰装置的最优接地方式

12脉动桥直流融冰装置接入系统后,其接地方式直接影响系统的稳态运行特点及融冰装置绝缘水平的选择。针对中性点接地、不接地和线路末端接地这三种可能的接地方式,以桂林变电站12脉动桥直流融冰装置为研究对象,分析该融冰装置在不同接地方式下系统的稳态运行特性,并对过电压及绝缘配合进行仿真计算,确定中性点接地为该融冰装置最优的接地方式。

直流融冰装置应用对电力系统运行影响

针对直流融冰装置在电力系统中广泛应用的现状,提出了对电力系统运行的可能产生的影响及需注意的问题。在分析兼具SVC功能融冰装置工作原理的基础上,结合工程实例从装置接入方式及占地、变电站供电能力、交流系统无功功率平衡、系统电压水平、系统稳定水平等方面对加装融冰装置可能引起的系统问题进行了相关研究。通过综合分析融冰装置的加装和运行对电力系统运行的有利和不利影响,为电力系统调度运行和规划设计工作提供了参考。

基于12脉波的固定式直流融冰装置在城前岭变电站的应用

研制了1套基于12脉波的固定式直流融冰装置，于2008年11月8日在郴州城前岭变电站完成现场试验，试验电流1200A，45min后，LGJ-400导线温度由8℃上升至43℃，2×LGJ300导线温度由8℃上升至16℃。装置具有直流输出电压连续可调、谐波含量小等优点，为0～40km线路融冰提供了一种有效的技术手段。

直流融冰装置开路试验原理与实践

为更好地指导开展南方电网直流融冰装置开路试验,研究了开路试验直流电压形成机理、交直流侧电压谐波特性、阀导通瞬间冲击电流、阀电压特性及阀关断状态电压上升率、开路电压控制功能和开路试验保护功能等,并推导出开路试验阀关断状态电压上升率计算公式。此外,介绍了桂林直流融冰装置、独山直流融冰装置和黎平直流融冰装置的开路试验功能和现场开路试验情况。

农配网直流融冰装置及其应用

结合农配网线路的特点,研究适合于农配网线路的融冰方法与装置。根据农配网不同线路所制定的融冰方法,研制适合于农配网长线路、短线路和超短线路的直流融冰装置,提高农配网线路抵御雨雪冰冻灾害的能力,并对融冰装置进行了现场试运。

集装箱式大容量直流融冰装置的设计及过热分析

对于大容量直流融冰系统,其整流阀及控制保护柜普遍固定安装于阀厅建筑内。为了节省占地面积、缩短建设周期,本文对大容量整流器及其控制保护柜、阀冷在集装箱内的布置进行研究,提出集装箱式融冰装置阀组设计、温控及防水、防火及阻燃、抗震、运维便利性等方面的具体设计方案。整流变和集装箱在零功率试验时出现过热问题,谐波是导致整流变过热的根本原因,涡流是导致集装箱局部过热的根本原因。针对整流变过热提出加厚磁屏蔽、重新绕制网侧绕组并增加单独调压绕组的改进措施,针对集装箱局部过热提出更换无磁不锈钢材料、阻断闭合磁路的改进措施。结果表明,该集装箱式大容量直流融冰装置的设计完全可行,这为已建成换流站的优化升级奠定了理论基础。

移动式直流融冰装置电能质量影响测试分析

为了防止融冰装置投运时对其它用户和设备造成影响和危害,测试分析了移动式直流融冰装置对110 kV罗城变电站电能质量的影响。测量结果显示该装置消耗无功功率多、产生特征谐波含量大,造成罗城站110 kV、35 kV、10 kV母线电压总谐波畸变率超标。得出融冰时应切除融冰装置供电母线上所有负荷、电容器组及母线电压互感器的结论。提出了直流融冰装置应该加装5、7次单调谐滤波器的建议。

四川电网移动直流融冰装置设计及现场融冰

给出了四川电网220 kV及以下覆冰输电线路移动直流融冰装置设计、建设、现场融冰技术方案。移动直流融冰装置采用6脉动可控硅整流、强制风冷技术,经紧凑设计后整体尺寸为3.6 m×1.6 m×2.4 m,可满足四川电网多条220 kV及以下、100 km以内覆冰输电线路融冰需求。融冰装置设计考虑了谐波对公网及一、二次设备的影响,提出融冰现场安全控制策略。该装置在110 kV线路完成了大电流调试试验,并成功对220 kV线路进行现场融冰,取得了较好的工程应用效果,可为类似的融冰工作提供参考。