本发明涉及一种电力装置， 特别是一种既可用于对电力线路进行不停电融 冰， 又可用于 对电网进行 SVG型无功静止补偿的复合装置及其使用方法。 背景技术

电力线路覆冰问题， 在我国南方部分省区每年程度不同的都要发生 ， 尤其 2008年那场罕 见的冰灾给南方诸省的电网带来严重灾害， 长时间、 大面积停电对国民经济和人民生活影响 巨大。 电网覆冰也是世界各国普遍关心的重要问题。

检索国际国内电力线路的融冰技术， 常用的分为两类： 一是当发生大面积覆冰， 线路停 用之后， 采用人工除冰或机械除冰， 除冰工作量大， 停电时间长， 经济损失严重， 且机械除 冰方法没有成熟。 第二类是热力融冰， 热力融冰又分为停电融冰和不停电融冰两类。

停电融冰的常用方法有以下两种：

1、 交流短路升流融冰。 将 2〜3条欲融冰线路（如 110KV或 220KV线路）通过刀闸操作串 接起来， 在串接线路末端人工短路， 首段直接加交流电源（如 10KV或 35KV)进行短路融冰。 这是在南方诸省融冰实践中最常用的方法， 其优点是不需要专用设备， 生产现场非常实用。 缺点在于其短路电源的电压不可调， 事先要对串联线路的条数进行计算， 选定困难， 投切电 源时对电网冲击较大， 还需对保护定值和保护投入方式进行临时调整 。 在相关的几个变电站 中都要空出一条母线用于融冰线路的串接， 使电网运行方式更为薄弱。 刀闸操作时间长， 难 以应对多条线路同时发生覆冰时的融冰要求。 这一方法在短路升流过程中既消耗有功， 又要 消耗大量的无功，无功消耗量大约为有功消耗 量的 4倍，对电网电压影响很大， 以至在 500KV 及以上线路无法使用。

2、 利用 SVC无功静补装置作为融冰装置， 对线路进行直流短路融冰。 这是 2008年那场 罕见冰灾之后， 研制投运的融冰装置。 当线路发生覆冰后， 将线路停运， 线路末端人工短路， 先在首段的两相上加入经 SVC型无功静补装置整流输出的直流电压， 对线路的两相进行直流 短路融冰， 结束后再对第三相进行融冰。 其优点在于装置输出的直流电压可调， 可适应于任 何长度和电压等级的线路。 和交流短路融冰相比不消耗系统无功。 覆冰时作为融冰设备， 平 时作为无功静止补偿装置， 设备利用率高。 缺点是一次只能融两相， 融冰时间长， 刀闸操作 及人工设置短路线工作量大， 且要停电进行。

不停电融冰的方法主要有以下两种：

1、 调整系统潮流， 加大融冰线路负荷的方法。 通过调度切除一条线路， 将两条线路的负 荷转移到一条线路使其融冰， 或使重冰线路末端变电站的全部负荷电流都通 过重冰区的一条 线路。 此方法对于截面较小的 l lOkV及以下线路有一定的可行性， 对于 220kV及以上电压等 级的线路而言， 由于导线截面大， 加之系统容量和运行方式的限制， 且所有电压等级线路都 存在系统稳定问题， 采用增加覆冰线路负荷电流的方法融冰的实际 效果尚需进一步研究， 目 前理论探讨较多， 没有实际应用的案例。

2、 上世纪 70年代始， 宝鸡市供电局在 110KV双分裂导线的线路上， 将常年易发生覆冰 的线路段的双分裂导线的固定夹更换为绝缘夹 ， 在线路中部建设融冰站， 给每相双分裂导线 加上融冰环流， 和负荷电流共同发生的热效应叠加实现不停电 融冰， 这是目前唯一使用的不 停电融冰方式。 但是， 每条线路上都要建一座融冰站， 设备投入大， 设备利用率低。 融冰站 建在线路中部， 一般是大山深处， 维护困难。 使用对象必须是双分裂导线， 局限性大， 难以 普遍推广应用。

综上所述， 现有不停电方式下的融冰技术不具有普遍推广 价值， 停电融冰技术均要在停 电方式下进行， 人工挂接短路线及停电操作工作量大， 时间长， 更重要的是影响线路的可靠 供电。 发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足， 为了实现快捷实用的不停电融冰， 且提高设备的 利用率， 本发明的目的在于， 提供一种具有不停电融冰兼 SVG型无功静补两种功能的复合装 置（以下简称复合装置)及其使用方法， 使用同一套装置， 在覆冰发生时用于对电力线路进行 不停电融冰， 电网正常运行情况下作为 SVG型无功静止补偿装置使用。

为了实现上述任务， 本发明采取如下的技术解决方案得以实现：

一种不停电融冰兼 SVG型无功静补复合装置， 其特征在于， 至少有两组换流器， 其直流 侧共用一组直流电容器构成背靠背换流系统， 第一组换流器的交流侧与第一换流变压器低压 侧相连接， 第二组换流器的交流侧通过切换刀间可分别与 第一换流变压器或第二换流变压器 的低压侧相连接， 第一换流变压器的高压侧并接于变电站的交流 母线， 第二换流变压器的高 压侧通过切换刀间串接于欲融冰的线路上， 复合装置由综合控制器控制运行。

当第一换流器交流侧电压和变电站母线电压相 等时， 第一换流变压器省去。

上述不停电融冰兼 SVG型无功静补复合装置的使用方法， 其特征在于， 包括以下两种工 作状态：

a)不停电融冰工作状态： 第一组换流器的交流侧与第一换流变压器的低 压侧相连接， 第 二组换流器的交流侧与第二换流变压器的低压 侧相连接， 综合控制器按照正弦脉冲宽度调制 技术 (SP丽)控制第一组换流器处于无功静补工作状� �，控制第二组换流器处于融冰工作状态; b)无功静补工作状态： 复合装置中的两组换流器的交流侧， 均连接于第一换流变压器的 低压侧， 综合控制器按照正弦脉冲宽度调制技术 (SP丽)控制两组换流器同步处于 SVG型无功 静补运行状态， 而第二换流变压器处于停运状态。

本发明的有益效果是： 在一座变电站中仅配备一套复合装置， 即可对变电站中的所有不 同电压等级的线路， 通过刀闸操作依次进行不停电融冰， 切投速度快， 融冰工作量小， 既可 应对部分线路发生覆冰时的融冰， 也能应对大面积发生覆冰时的融冰要求。 一套装置即可用 于对线路的融冰， 电网正常情况下用作无功静止补偿设备， 设备的利用率高。 尤其是 SVG型 无功补偿技术， 是现有最新的无功补偿技术， 既可以发出无功功率， 也可以吸收无功功率， 可以从额定容量的感性无功到额定容量的容性 无功之间进行连续平滑的快速调整， 成为替代 SVC无功补偿设备的新技术已开始普及应用。 在实施 SVG应用的基础上加入融冰功能， 投资 少， 作用大。 复合装置用于融冰时系统稳定不会破坏。 附图说明

图 1是复合装置的原理接线图。 HLQ1和 HLQ2为共用了一组直流电容器的两组换流器， 由现有技术中 GT0、 IGBT、 IGCT等全控电力电子器件组成的换流电路和电� �器 DK1、 DK2, 换 流电阻 R1和 R2以及滤波器 LB组成。 B1和 B2为换流变压器， K为切换刀闸， Kl、 Κ2、 Κ3为 隔离刀闸， Μ0为变电站的母线， L为变电站的一条线路， DL是线路开关， 1DL是复合装置的 控制开关。

图 2是复合装置中综合控制器的原理框图。

图 3是复合装置在融冰工作状态下的等效电路图� �相量图。

图 4是复合装置在电力系统中用于融冰时的接入� �意图。 图中 Μ1、 Μ2、 Μ0分别表示第一 座变电站的三条母线， M3和 M4分别代表第二座和第三座变电站的母线， Ll、 L2、 L3、 L4分 别表示 4条线路， HLQ1、 HLQ2为共用了一组直流电容器的两组换流器， Bl、 B2为换流变压器。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详 细说明。 具体实施方式

图 1描述了不停电融冰兼 SVG型无功静补复合装置（以下简称复合装置） 的原理接线， 两 组换流器 HLQ1、 HLQ2的直流侧共用一组直流电容器， 第 1组换流器 HLQ1的交流侧与第一换 流变压器 B1电连接于变电站的母线 M0上，第 2组换流器 HLQ2的交流侧与切换开关 K电连接。 当 K处于位置 1时， 两组换流器并联运行于第一换流变压器 B1的低压侧， 此时综合控制器按 照现有技术中的正弦脉冲宽度调制技术 (SPWM)控制两组换流器同时运行于 SVG型无功静止补 偿工作状态 (SVG型无功静补技术为现有技术， 故不再详述）。 当 K处于位置 2时， 第二换流 器 HLQ2连接于变压器 B2的低压侧， 通过刀间操作， 断开 Kl、 接通 Κ2和 Κ3将第二换流变压 器 Β2的高压侧串接于线路 L的出口， 综合控制器使第 1组换流器 HLQ1仍工作于 SVG型无功 静止补偿工作状态， 使第 2组换流器 HLQ2处于逆变工作状态， 给第二换流变压器 Β2的高压 侧建立一个与线路电压同频率的电压源串接于 线路之上。第二换流变压器 Β2高压侧电压源的 建立以提高线路有功和无功的传输能力， 使线路电流达到融冰工作电流， 复合装置处于融冰 工作状态。

进行融冰操作时，复合装置中的第二换流变压 器 Β2的高压侧必须串接于平行线路或环形 网络中的一条线路上。 对于不能构成环网连接的单电源线路， 只能少量提高线路的无功传输 而提高负荷侧的电压， 不能提高线路电流达到融冰电流， 故无法实现对单电源线路的融冰。

图 2是复合装置中的综合控制器原理框图， 由测量单元、 控制单元、 信号输出单元、 保 护单元、 显示及指令输入单元等组成。 测量单元采集变电站的母线电压、 融冰线路的电流、 复合装置的直流电压、 输出电流等参数。 控制单元按照控制指令， 使输出单元输出不同的控 制信号控制两组换流器工作于无功静补工作状 态或融冰工作状态。 保护单元对复合装置进行 保护并与变电站的保护系统协调运作。 显示及指令输入单元显示复合装置的工作状态 和相关 参数， 并可人为输入控制指令。 综合控制器可控制复合装置工作于 SVG型无功静补工作状态 或融冰工作状态， 两种工作状态的控制方法均使用现有的正弦脉 冲宽度调制技术 (SPWM)控制 换流器的工作。 所不同的是控制目标不同， 在无功静补工作状态时， 综合控制器使两组换流 器均根据变电站的母线电压高低， 或吸收一定的无功或发出一定的无功功率， 其目的是保持 变电站母线电压平稳； 在融冰工作状态时， 综合控制器控制第一组换流器工作于无功静补 状 态， 此时第一换流器的主要控制目标是保持两组换 流器所共用的直流电容器的端电压恒定， 使第二组换流器向第二组换流器 Β2输出一个与线路同频率的、可变的交流电压 ， 以改变融冰 线路的出口电压， 均衡加大线路的有功和无功功率的传输， 使线路电流提升到融冰电流为控 制目的（融冰电流均大于正常负荷电流）。 综合控制器可使用现有技术实现， 本发明不作为重 点叙述内容。

图 3是复合装置工作于平行线路中的一条线路上� � 处于融冰工作状态时的等效电路图和 向量图， 以下结合图 3详细叙述复合装置的融冰工作原理。 图 3中， 两侧系统分别为 ^和^，融冰线路的阻抗为 X。 第二换流变压器 B2高压侧注入 电压用相量 表示， 它可以在以 为端点的圆盘内任意运行。 根据图 3 (a)可得系统的受端功 率为：

而第二换流变压器 B2高压侧没有串入线 为：

第二换流变压器 B2高压侧串入线路的时候，假设输电系统发出� ��和受端电压以及第二换 流变压器 B2高压侧注入系统的电压分别为： = Ue ^]S = U(cos- + jsm-)

2 2

≠ _r = Ue- ^]S ' ² =t/(cos--7sin-)

2 2

^ ^[ - ^esm ^ ^{UJC0 )} - ^jsm( i ¹ ^可得到第二换流变压器 B2高压侧串入线路时 的输电系统受端的功率为：

Q _r =— (1-cosd)-——- cos( + p) 同样， 可得到第二换流变压器 B2高压侧没有串入线路时的受端功率为：

复合装置传输的功率为

八 uu _c ^ ,

Qc =―"—cos(S + p) uu _c UU

可以看到， 复合装置传输的功率 Pc和 Qc只与了和— y的相应值以及 P有关， 而与系 统两侧电压的相角差无关。相当于第二换流变 压器 B2的高压侧绕组在线路上注入了一个幅值 和相角可调的电压 ，通过对 进行调节， 即可以控制线路潮流的变化。

复合装置的融冰工作状态： 就是通过调节第二换流变压器 B2高压侧的电压和相位， 改变 线路有功和无功负荷的传递， 以使线路电流达到融冰电流。 并且提升线路电流到达融冰工作 电流的过程， 是通过改变线路出口电压的方式实现的， 线路的稳定不会遭到破坏。

图 4 是采用本发明的复合装置在一座双母线接线的 变电站中的应用示意图。 图中 330KVMK 330KV M2禾 B 35KV M0是第一座变电站中的三条母线， Ml和 M2为双母线接线。 M3 和 M4 分别代表第二座和第三座变电站的母线。 第一座和第二座变电站之间由两条平行线路 L1和 L2连接， 线路 L3和 L4将三座变电站连成环网。 复合装置的控制开关 1DL运行于第一 座变电站的 35KV的母线上， 当切换开关 K运行于位置 1时， 两组换流器 (HLQ1， HLQ2)均并联 运行于第一换流变压器 B1低压侧， 整套装置工作于无功静补工作状态， 第二换流变压器 B2 在停运状态。 欲对一条线路（如 L1)进行融冰操作时， 只让线路 L1运行于 330KV Ml上， 使其 它线路 (如 L2和 L3)均运行于 M2， 合上母联开关 DL0， 合上第二换流变压器 B2的高压厕绕组 的两侧刀闸使第二换流变压器 B2桥接 Ml和 M2， 此时 Ml和 M2等电位， B2的高压侧不会有电 流流过。 将复合装置中的切换开关 K运行于位置 2， 通过综合控制器控制第二换流变压器 B2 的输出， 使流过第二换流变压器 B2高压绕组的功率与线路 L1相等， 此时流过母联开关 DL0 的电流将为零， 断开母联开关 DL0， 再控制第二换流变压器 B2的输出以加大线路 L1的传输 功率使线路 L1的电流达到融冰电流， 进入融冰工作状态。 融冰结束后， 控制第二换流变压器 B2的输出使线路 L1传输功率降低到其正常传输功率时， 此时流过 B2高压侧的电流为零， 合 上母线联络开关 DL0， 然后切开第二换流变压器 B2高压侧的两侧刀闸， 复合装置退出运行。 同理可依次对三条线路分别进行不停电融冰。

图 4只是复合装置在双母线的变电站接线中的一� �应用形式。 也可根据不同的变电站接 线类型配合使用， 个别母线接线方式与复合装置不好配合时， 也可采用加装专门融冰母线的 方法。

图 4中给出的是单线示意图， 第二换流变压器 B2低压侧绕组既可是三角接线， 也可是星 型连接， 图中未画出。

复合装置的控制开关 1DL, 可设计其运行于 35KV或 330KV母线上。 一般无功静止补偿设 备应该运行于低压配网中， 故本实施例中采用了将其连接于 35KV母线上的方案。 另外， 当低 压母线和换流器交流侧的电压相同时， 第一换流变压器 B1可以省去。