多用途中頻諧振除冰裝置關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、輸電線路覆冰是嚴(yán)重威脅電網(wǎng)安全運(yùn)行的一種自然災(zāi)害,也是電力部門(mén)長(zhǎng)期以來(lái)亟需解決的重要問(wèn)題。鑒于此,本文根據(jù)發(fā)熱融冰法基本原理,提出了一種中頻諧振除冰法,重點(diǎn)研究中頻諧振除冰法可行性,以及四象限級(jí)聯(lián)型除冰裝置的設(shè)計(jì)和控制等問(wèn)題。全文通過(guò)一系列仿真和實(shí)驗(yàn)展開(kāi),得到的主要結(jié)論有:
　　 (1)首先,本文根據(jù)等效面積相等原理把鋼芯鋁絞線簡(jiǎn)化為一種便于有限元軟件計(jì)算的等效模型,并通過(guò)Ansoft-Maxwell有限元軟件的仿真證明:中頻電

2、流下,鋼芯鋁絞線單位長(zhǎng)度電阻值增加明顯,且鋼芯鋁絞線的鋁線層數(shù)越多,電阻值增加趨勢(shì)越明顯。上述仿真結(jié)論證明了中頻電流集膚效應(yīng)可加快線路融冰速度。此外,為有效降低中頻除冰時(shí)線路電感的無(wú)功消耗,本文利用線路等值電感和串入電容器的串聯(lián)諧振降低中頻融冰裝置容量,同時(shí)提出了二分法和軟件鎖相環(huán)相結(jié)合的復(fù)合型串聯(lián)諧振控制策略。二分法可加快諧振頻率搜索速度和避免失鎖現(xiàn)象,而軟件鎖相環(huán)可克服諧振點(diǎn)小范圍轉(zhuǎn)移問(wèn)題,相應(yīng)的仿真證明了該方法可實(shí)現(xiàn)諧振點(diǎn)的快速正

3、確跟蹤。
　　 (2)針對(duì)除冰裝置的多用途目標(biāo),本文根據(jù)功率單元出力、直流電壓可控性和四象限運(yùn)行等要求確定了三相PWM整流器十單相H橋逆變的功率單元方案。此外,為實(shí)現(xiàn)三相PWM整流器直流電壓和交流側(cè)功率岡數(shù)可控,提出了準(zhǔn)定頻一時(shí)間預(yù)測(cè)型滯環(huán)電流控制策略,該策略直接控制解耦的線電流,并利用實(shí)時(shí)調(diào)整的滯環(huán)環(huán)寬和線性預(yù)測(cè)開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)刻來(lái)穩(wěn)定開(kāi)關(guān)頻率,通過(guò)一系列仿真分析證明,上述控制策略可實(shí)現(xiàn)直流電壓、交流電流可控和開(kāi)關(guān)頻率穩(wěn)定的效果。<

4、br>　　 (3)根據(jù)級(jí)聯(lián)型逆變器功率單元的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),提出了錯(cuò)時(shí)采樣三電平SVPWM方法;同時(shí),針對(duì)級(jí)聯(lián)型逆變器故障率高的特點(diǎn),本文綜合利用過(guò)調(diào)制和冗余基矢量重構(gòu)技術(shù),提出了基于三電平SVPWM的容錯(cuò)控制策略,通過(guò)理論和仿真分析證明,該方法比中性點(diǎn)偏移策略輸出電壓更高,且程序編寫(xiě)簡(jiǎn)單,執(zhí)行效率也高。
　　 (4)從主電路和控制系統(tǒng)方面進(jìn)行了首臺(tái)除冰裝置軟硬件工程化設(shè)計(jì),完成一套2000kW/10kV的樣機(jī)。主要包括功率單元、核

5、心控制器系統(tǒng)、功率單元控制系統(tǒng)、高速光纖通訊接口等硬件設(shè)計(jì);還包括SolidWorks三維結(jié)構(gòu),高速通訊模塊、驅(qū)動(dòng)脈沖模塊、核心控制器和上位機(jī)實(shí)時(shí)通信模塊、觸摸屏多畫(huà)面狀態(tài)顯示等軟件設(shè)計(jì)。
　　 (5)針對(duì)除冰裝置僅作除冰用途時(shí)投資成本和閑置浪費(fèi)率高的問(wèn)題,本文分析了除冰裝置非覆冰期的其他用途。通過(guò)分析相關(guān)文獻(xiàn)證明,僅需簡(jiǎn)單改變除冰裝置接線方式,并同時(shí)調(diào)整相應(yīng)程序,除冰裝置還可以實(shí)現(xiàn)STATCOM、SSSC、UPFC或儲(chǔ)能系統(tǒng)等

6、功能。
　　 (6)最后,通過(guò)一系列的樣機(jī)實(shí)驗(yàn)證明:中頻電流的集膚效應(yīng)可以明顯提高鋼芯鋁絞線的單位長(zhǎng)度電阻,加快融冰速度,同時(shí)依靠除冰裝置的輸出頻率的控制可以實(shí)現(xiàn)串聯(lián)諧振,優(yōu)化裝置容量;相應(yīng)的電流控制策略可以實(shí)現(xiàn)功率單元直流電壓和輸入功率岡數(shù)控制,且能穩(wěn)定開(kāi)關(guān)頻率;所提的錯(cuò)時(shí)采樣三電平SVPWM調(diào)制技術(shù)可以滿足級(jí)聯(lián)型逆變器正常運(yùn)行要求,且在故障條件下,利用容錯(cuò)控制策略能實(shí)現(xiàn)逆變器的最大電壓輸出。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文提出的中頻諧