阅读说明：本技术 一种配电网5kHz高频融冰电源电路 (5kHz high-frequency ice-melting power supply circuit of power distribution network ) 是由 周羽生 曾薇 何洋 黄欣超 于 2020-07-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种配电网5kHz高频融冰电源电路,它包括：步骤1、整流单元,电网电压经隔离变压器降压后与整流单元连接；步骤2、H桥逆变单元,采用若干个H桥型逆变器串联形成的单相逆变器；步骤3、R-C阻尼型LC滤波器,逆变单元输出端通过R-C阻尼型LC滤波电路后接入覆冰配电线路,滤波电路输出端输出5kHz高压交流电。本发明解决了现有直流短路融冰与工频短路融冰技术不足的缺陷,电源电路结构各单元独立、能够实现大功率输出；串联型拓扑结构在运行时无系统环流；可根据需要融冰线路的长度、线路的电压等级、融冰电源的输出电压或容量决定所需要的H桥逆变器个数,方便了高频电源输出滤波器设计。(The invention discloses a 5kHz high-frequency ice melting power supply circuit of a power distribution network, which comprises: step 1, a rectification unit, wherein the voltage of a power grid is reduced by an isolation transformer and then is connected with the rectification unit; step 2, an H bridge inverter unit adopts a single-phase inverter formed by connecting a plurality of H bridge inverters in series; and 3, the output end of the inversion unit of the R-C damping type LC filter is connected to the ice-coated distribution line after passing through the R-C damping type LC filter circuit, and the output end of the filter circuit outputs 5kHz high-voltage alternating current. The invention overcomes the defects of the prior direct current short-circuit ice melting and power frequency short-circuit ice melting technology, and each unit of the power circuit structure is independent and can realize high-power output; the series topology structure has no system circulation when in operation; the number of the needed H-bridge inverters can be determined according to the length of the ice melting line, the voltage level of the line and the output voltage or capacity of the ice melting power supply, and the design of the high-frequency power supply output filter is facilitated.)

一种配电网5kHz高频融冰电源电路

技术领域

本发明属于输电线路融冰技术；尤其涉及一种配电网5kHz高频融冰电源电路。

背景技术

输电线路覆冰严重威胁电力系统的安全稳定运行，对国民经济生产和人民生活造成重大危害。输电线路融冰技术一直是电力系统防灾减灾研究的重要课题，目前以热力融冰为主，机械除冰为辅的融冰方案在大部分的除冰工程中得以应用。直流短路融冰和工频交流短路融冰技术应用较为成熟，但都有一定的局限性，均需将线路停运后方可进行融冰，且工频交流融冰电源需要发出较大无功，装置体积大，对高电压等级线路适用性不强。

高频电场下，冰作为一种电介质，由于转向极化产生介质损耗热，且高频电流通过导线时由于集肤效应加大了单位长度等效电阻，使得覆冰介质损耗热和集肤效应焦耳热同时作用，从而在导线上获得均匀的发热。高频融冰法作为一种新型的融冰方法，相比于传统热力融冰法，具有融冰电流小、融冰均匀度高、融冰效率高等优点，与融冰专用阻波器和陷波器配合使用，具有可实现不停电融冰的技术发展前景，其核心技术是研发高频大电流融冰电源。

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本发明要解决的技术问题：提供一种5kHz配电网高频融冰电源电路，覆冰介质损耗热和集肤损耗热共同作用融冰，可大大缩短融冰时间，提高工作效率，解决现有直流短路融冰与工频短路融冰技术不足的问题，可应用到35kV及以下电压等级配电线路上，并具有实现线路不停电融冰的技术发展前景，可有效解决因线路停运带来的经济损失。

本发明技术方案：

一种配电网5kHz高频融冰电源电路，它包括：

步骤1、整流单元，电网电压经隔离变压器降压后与整流单元连接；

步骤2、H桥逆变单元，采用若干个H桥型逆变器串联形成的单相逆变器；

步骤3、R-C阻尼型LC滤波器，逆变单元输出端通过R-C阻尼型LC滤波电路后接入覆冰配电线路，滤波电路输出端输出5kHz高压交流电。

步骤1所述PWM可控整流电路，电压型PWM整流电路包括六个绝缘栅双极晶体管S₁～S₆；绝缘栅双极晶体管S₁与S₄串联，绝缘栅双极晶体管S₃与S₆串联,绝缘栅双极晶体管S₂与S₅串联。三相电压型PWM整流器网侧滤波电感L对整流器在运行过程中产生的高次谐波分量具有滤除的作用，直流侧电容C_dc作为储能元件，可以减少开关动作时直流电压中的纹波，另一方面当负载发生变化时，可以维持输出直流电压的波动在一定的范围内。

步骤2所述H桥逆变单元，逆变输出单元电路为IGBT构成的H桥逆变器，若干个H桥型逆变器串联形成单相逆变器，(H₁～H_N)为基本H桥单元。这种拓扑结构能够输出多电平，减少输出波形的谐波量，可根据需要融冰线路的长度、线路的电压等级、融冰电源的输出电压或容量决定所需要的H桥逆变器个数，方便了高频电源输出滤波器设计。

步骤3所述R-C阻尼型LC滤波器，逆变侧有滤波电感L、滤波电容C₁、R₂-C₂阻尼支路，电容C₁与电容C₂、电阻R₂的串联支路并联。选取合适的滤波参数，可有效滤除输出电压、电流的边带谐波分量，增强电源的带负载能力、缩短系统的动态调整时间和提高系统的稳定性能。本发明的有益效果：

本发明采用交-直-交变频技术，工频交流经电能变换后输出5kHz高频交流，前级为三相PWM整流器，后级为串联H桥逆变单元，这种结构具有各单元独立、能够实现大功率输出的特点。采用H桥逆变单元串联提高输出电压和功率，串联型拓扑结构在运行时无系统环流，无需采取措施消除环流的影响。采用变压器将输入交流高压降为整流器可用低压，低压先经过功率单元的整流器变换成直流，每个逆变单元的输出串联，叠加多个逆变单元形成多电平高压再通过滤波装置输出高频正弦交流；

本发明解决了现有直流短路融冰与工频短路融冰技术不足的缺陷，可应用到35kV及以下电压等级配电线路上，具有实现线路不停电融冰的技术发展前景。

附图说明：

图1为本发明拓扑电路结构示意图；

图2为本发明三相PWM整流单元拓扑电路结构示意图；

图3为本发明逆变单元拓扑电路结构示意图。

具体实施方案：

以下结合附图对配电网5kHz高频融冰电源电路进行说明。

一种配电网5kHz高频融冰电源电路，如图1所示，电网电压经隔离变压器降压后与整流单元连接，所述逆变单元串联连接，逆变单元输出端通过R-C阻尼型LC滤波电路后接入覆冰配电线路。

所述功率单元包括PWM可控整流电路，如图2所示，PWM可控整流电路与串联H桥逆变输出单元电路连接，逆变输出单元电路与R-C阻尼型LC滤波电路连接，滤波电路输出端输出5kHz高压交流电。R-C阻尼型LC滤波电路包括电感L，电容C₁，阻尼电阻R₂，阻尼电容C₂。通过选取合适的滤波参数，可有效滤除输出电压、电流的边带谐波分量，增强电源的带负载能力、缩短系统的动态调整时间和提高系统的稳定性能。

PWM可控整流电路包括六个绝缘栅双极晶体管S₁～S₆；绝缘栅双极晶体管S₁与S₄串联、S₃与S₆串联、S₂与S₅串联。网侧滤波电感L具有滤除整流器运行过程中高次谐波的作用，取值为8.5×10^-4H。电容C作为整流器输出直流滤波电容，减小了输出直流脉动，其值取为0.05F。

逆变输出采用串联单元电路IGBT构成的H桥逆变器。主要特征是将逆变功率单元进行串联，每个H桥模块由两组桥臂和一个直流电压源组成，其直流电压为PWM整流单元输出电压。每个桥臂均是由上下两个IGBT开关管组成，每个IGBT反向并联一个二极管。

本发明提出的5kHz融冰电源由若干个H桥逆变功率单元级联组成，具有一定的冗余性，能增大输出电压从而增大融冰电源容量。整流器的每个功率单元均由变压器的一组副边提供电能，变压器的主要作用为隔离电网和融冰装置。变压器一次侧接入10kV电网，二次侧电压经PWM整流单元后经直流电容C_dc滤波后获得稳定的直流电压，解决网侧功率因数不高的问题。每个H桥逆变器功率单元为电压型单相逆变电路，H桥功率单元的控制方式采用串联型载波相移调制(CPS-SPWM)技术。其中H_i(i＝1～N)为单相H桥逆变器模块，L为滤波电感，C₁为滤波电容，C₂-R₂为并联阻尼支路，u₁为逆变器模块输出电压，u_o为装置融冰的输出电压，I_L为滤波电感电流，I_o为覆冰导线电流。