輸電線路激勵融凍的阻波方法

輸電線路激勵融凍的阻波方法是一種實現輸電線路線上不停電融凍的方法。輸電線路激勵融冰系統由高頻高壓激勵源，輸電線路高頻阻波器、結合濾波器、有源電力濾波器組成。

基本介紹

• 中文名：輸電線路激勵融凍的阻波方法
• 外文名：The transmission line encourages the method of stop-wave of melting ice
• 特點：不停電
• 類型：融冰方法
• 領域：能源
• 學科：電氣工程

簡介

高頻高壓激勵融冰是一種實現輸電線路線上不停電融凍的方法，然而在輸電線路套用高頻高壓融凍的技術中，既產生激勵融凍的高次諧波，又由於激勵源內部的電力電子元件產生大量的低次諧波會降低電能質量。對此，針對一種18 kV /40 kHz高頻高壓激勵融冰方法設計一套線路阻波方法，在輸電線路兩端串聯接入高頻阻波器，採用單頻阻波器原理將40 kHz的高頻信號限制在高頻融冰通道內;對於激勵源產生的低次諧波則利用並聯有源電力濾波器，確保電能傳輸質量。仿真結果驗證了該高頻融冰線路阻波方法的可行性。

在冬季冰凍雨雪天氣下，線路覆冰容易引起導線舞動、金具損壞、跳閘停電、倒桿(塔)、導線折斷等嚴重事故。目前常用的融冰方法有交流短路融冰法和直流融冰法等。從技術水平和實施情況來看，現代直流技術的發展和大電流可控整流技術的開發為直流融冰創造了良好的技術條件，直流融冰己成為目前我國套用較為廣泛的融冰手段，截至2012年6月，己有30多套直流融冰裝置在南方電網中投運，為南方電網應對低溫雨雪冰凍極端氣候提供了有效的防災減災技術手段。

2001年，Charles R. S.等提出了8 } 200 kHz的高頻激勵融凍的方法，通過在輸電線路上施加高頻電源產生駐波，利用線路的高頻集膚效應和電介質損耗原理實現線路融冰。進一步研究表明採用18 kV , 40 kHz高頻高壓激勵融冰方法具有線上融冰可行性好、高效節能等優點。該40 kH，的高頻激勵源在實現覆冰線路的線上融冰時，在整條輸電線路中產生40 kHz的高頻電流，為了限制高頻融冰電流僅流過融冰通道，必須在融冰線路的兩端串聯兩個高頻匹配的阻波器，以阻止高頻信號向融冰線路外傳輸。另一方面，由於高頻激勵源由大量的電力電子器件構成，其功率因素低，將會產生大量的低次諧波，影響電網供電質量，必須採取措施抑制低次諧波。

對此， 研究了一種高低頻混合阻波方法，套用高頻阻波器抑制特定的高次諧波，通過並聯有源電力濾波器對低次諧波實行動態抑制和補償無功，有效地對頻率和幅值都變化的諧波和無功電流進行補償，確保了融冰通道有效融冰和輸電質量高頻激勵融冰電路結構。

冰是一種有損耗電介質，利用冰在高頻高壓下本身的介質發熱和導體表面電流集膚效應產生的電阻損耗發熱達到輸電線路融冰效果。選用合適的激勵頻率和電壓，結合駐波效應，可以使兩種發熱效果互補的方式出現，從而在整線路上的合成熱效應將是均勻的。 論證了40 kHz / 18 kV為激勵源的工作頻率和電壓時融冰線路獲得的總熱功率分布均勻，可使融冰達到良好效果。輸電線路激勵融冰系統由高頻高壓激勵源，輸電線路高頻阻波器、結合濾波器、有源電力濾波器組成。

阻波原理

高頻阻波原理

高頻阻波器是串聯在輸電線上的設備，只允許40 kHz的高頻信號在融冰線路中通過，阻止高頻信號進入變電站及用戶。高頻阻波器的主要元件是一個電感線圈和一個可變電容器。其基本原理是:將電感線圈與可變電容器並聯後組成一個迴路，當並聯諧振時，它所呈現的阻抗最大。為此，當輸電線路上的載波頻率與其諧振頻率即40 kHz融冰激勵頻率相同時，它就對融冰頻率產生較強的阻擋作用。在實際套用中，一般是由電感器、電容器及電

阻器等依據一定的電路原理組成的一個帶阻濾波器，在某一頻率或頻段形成高阻抗區(高頻區段)，以阻止高頻信號通過，而對於50 Hz工頻電流則呈現極低阻抗，工頻電流可順利通過線路。各類阻波器的電路形式的不同決定了它們具有不同的阻抗頻率特性。歸納起來，高頻阻波器均是由強流線圈、調諧元件和保護元件等並聯組成。

低次諧波抑制原理

激勵融冰時高頻激勵源是輸電線路的主要諧波源，由大量的整流、逆變等電力電子元件構成，工作時給輸電線路帶來大量的低次諧波，採用有源電力濾波器並聯線上路中進行實時檢測和補償控制。有源電力濾波器整個系統主要由兩部分組成，一是指令電流運算電路，二是補償電流發生電路。其中指令電流運算電路的功能是從負載電流中分離出諧波電流分量和無功電流分量，然後反極性後作為補償電流的指令信號。補償電流發生電路的作用是根據指令電流運算電路所得的補償電流指令信號，產生所需的補償電流，這樣電源電流中只含有基波的有功分量，從而達到消除諧波與補償無功的目的。

阻波系統模型

高頻阻波模型

阻波系統分為高頻阻波、低次諧波抑制兩部分。高頻阻波的結構模型如圖3所示，激勵源通過特定的開關與110 kV覆冰線路連線，產生融冰所需的40 kHz的高次諧波及低次諧波，在110 kV的高壓輸電線路兩端串接入高頻阻波器，結合濾波器用於40 kHz濾波形成融冰迴路。電路參數為:系統電壓U: 110 kV/50 Hz，激勵源頻率設定為40kHz，阻波器電感L=10 mH，電容C =4-,F，輸電線路長度設定為500 km，線路參數為:R,=0. 012 73 SZ / km，L,=0.933 7 x 10^-3 H/km， C,=12.74 x 109 F/km，R}=0. 386 4n/km，Ln=4.1264 x 10-3H/km}Cn=7.751 x 10^-9 F/km。

低次諧波抑制模型

低次諧波抑制結構模型如圖4所示。激勵融冰時經高頻阻波器阻斷大部分高頻電流後，輸電線路上僅存在大量低次諧波和基波的混合電流，通過並聯有源電力濾波器進行低次諧波濾除後得到基波，有源電力濾波器，諧波檢測模組、滯環比較跟蹤控制模組、驅動電路、主電路構成。，諧波檢測電路的核心是檢測出補償對象電流中的諧波電流分量，滯環比較跟蹤控制電路和驅動電路的作用是根據諧波檢測電路得出的補償電流的指令信號，產生實際的補償電流達到抑制低次諧波的目的。電路參數為:系統電壓110kV /50 Hz，三相可控整流橋, L為1 x10^-3 H。

總結

針對輸電線路採用高頻激勵融冰時產生的高頻融冰電流和低次諧波電流，研究了一種高低頻混合阻波方法。在分析了高頻阻波器的結構原理及其阻波特性的基礎上，針對高頻激勵源所產生的40 kHz高頻融冰電流的阻波電路，有效地阻止40kHz的高次諧波進入融冰線路外，避免了高次諧波進入變電站;針對激勵源非線性元件產生的低次諧波，通過並聯有源電力濾波器補償50次以下的諧波進行低次諧波抑制，確保了輸電線路的電能質量。