直流融冰系统模拟.doc

中国石油大学（华东）本科毕业设计(论文)本 科 毕 业 设 计（论文）题 目：直流融冰系统模拟直流融冰系统模拟摘 要在我国的一些地方，天气条件比较恶劣，常常刮风下雨，而且在下雨的时候气温比较低，这使输电线路经常结冰，这给电力系统的输电带来了一些压力，覆冰常常致使杆塔的倒塌，输电线路的断裂，这使得快速恢复送电变得非常困难。所以为了不让给输电系统带来麻烦，所以必须将输电线路上的覆冰进行去除，而直流融冰是一个很理想的方法，相对与交流融冰法不一样的是，在实际的操作中，输电线路的直流电阻和线路的长度决定了直流融冰装置所需要的电源容量大小。通过直流融冰参数的选择和电力线路模拟的融冰操作，设计出了适用于不同交流输电线路的直流融冰操作方案。关键词:直流融冰；交流融冰；交流线路；直流线路；直流融冰装置DC ice-melting system simulation AbstractIn some parts of our country, the weather conditions are relatively poor, when it rains, the temperature is relatively low, which makes transmission lines often freezes,and brings some pressure to the power transmission system.The icing often results in the transmission line break,so the fast recovery power transmission becomes very difficult.In order to do not cause trouble to transmission systems, the ice on the transmission lines must be carried out, so the DC ice melting is an ideal way .While the AC ice melting is not same as the DC ice melting in the actual operation . The DC resistance and the length of the transmission lines determine the power capacity that needed for the DC ice melting device.DC ice melting program had been designed for the different AC transmission Line by DC ice melting parameter selection and ice-melting operation simulation.Key words：DC Thawing；AC Thawing；AC Transmission Line；DC Transmission Line；DC Ice Melting Device目 录第1章 绪论11.1 选题背景11.2 课题研究内容21.3 几种主要融冰方法21.3.1 交流短路融冰21.3.2 过负荷融冰(运行方式融冰)31.3.3 移相变压器融冰41.3.4 直流融冰4第2章 直流融冰在交流输电线路上的应用52.1 融冰电流计算52.2 交流输电线路的直流融冰方法72.2.1 直流融冰基本原理72.2.2 交流融冰和直流融冰比较8第3章 直流融冰装置的设计103.1 直流融冰电源类型103.2 直流融冰参数的确定113.3 直流融冰系统设计123.3.1 不同的接线方式下对应的不同计算参数123.3.2 融冰装置的选择13第4章 软件仿真154.1 线路理论参数计算154.2 仿真模型设计154.3 仿真结果17第5章 结论和展望19致 谢20参考文献21第1章 绪论第1章 绪论1.1 选题背景在电力系统中，由于线路的覆冰常常会对输电线路造成一定的危害，造成电力系统的供电不可靠1，对持续用电的企事业单位带来了不可估量的损失，而近年来，由于人类对大自然的损害越来越大，直接导致气候的不断变化，在越来越多的地方输电线路结冰的事故也持续增加，电力系统的稳定供电直接面临了越来越严峻的挑战。在近几年，随着科学技术的飞速发展，越来越多的科研人员投入到电网输电线路的优化研究中2，不断为电力系统的完善注入新的血液。通过几年的努力，已经有很多单位研究出许多输电线路融冰的装置。南方的输电线路在近些年在雨雪灾害中受到了严重的损害，对输电线路融冰技术的研究不断增加，南方电网输电线路的融冰技术在南方得到了很好的发展，随着对融冰技术的不断投入，电网线路直流融冰技术也得到飞快的发展，而且不断有功能较为完善，实用性较强，融冰效果显著并且投资较少的技术和装置用于实际的融冰操作，为应对恶劣的自然冰灾提供了有力的应急方案。在研究直流热力融冰的领域内，融冰装置一般都采用功率相对比较大的可控性能比较好的晶闸管3，并且采用了很好的降温技术，保证融冰装置的经济性和实际操作的实用性。目前来说大多数的融冰装置都是用自动的切换技术，在实际的操作中能够自动进行三条输电线路与融冰装置的连接，实时观测三条输电线路的融冰操作，有力的保证了各条输电线路平衡稳定的融冰，这样就能更好的保证了融冰装置的较高的安全性能，进一步对融冰装置的控制更灵活，这样在实际的操作中融冰装置的实用性能更强。在电力系统中，高压输电线路扮演着重要的角色，是将电力能源输送到不同的地方，是电力系统中的生命线，如果线路一旦发生故障，则电力系统将会瘫痪，对于自然灾害是不可预防的的，对于一些人能够预防和消除的自然灾害，人们都进行了很大的努力，而在自然灾害中，电力输电线路的结冰直接导致的损失在电力系统灾害中占的比重是最大的4，而且随着人类对大自然的破坏日益增加，自然灾害也不断增加，破坏最严重的电力线路覆冰灾害也越来越严重，所以在近些年中对线路的优化方案的解决课题也越来越得到广大学者的研究4。面对严峻的挑战，在电力系统工作人员不断的尝试和实践中。目前，对电网输电线路覆冰相关的理论及输电线路如何预防线路结冰、输电线路融冰等技术在国内外各大电力研究单位的共同努力下已经研究取得了很大进展，但是由于不同的人地理位置、气象条件等因素的影响下5，对电网融冰技术的研究还是在一定的范围内，还有很多技术问题还没有解决。所以，本论文中重点对在我国一些特殊地形、特殊天气条件下的线路覆冰问题给与了分析和实际的软件仿真。1.2 课题研究内容 电力系统输电线路的直流融冰是本文中论述的基本问题，通过理论的分析和实际地理条件的考察，并在参考大量文献的基础上给出了一些自己对直流融冰技术的看法，构建融冰电路并在MATLAB中进行进行仿真。以下是本课题中软件仿真的主要工作：(1) 直流融冰装置在可以使用的范围内，收集各类融冰输电线路参数，如：输电线路的型号、长度、直流电阻等。(2) 在确定线路参数后，结合环境的气象条件参数来确定各覆冰输电线路的最小融冰电流，直流融冰装置的额定电流由各输电线路上的最小融冰电流中的最大值来确定。(3) 直流融冰装置使用方式1的情况下用最小融冰电流计算出直流融冰装置的输出电压和容量。(4) 直流融冰方式2的情况下先以1.2倍最小融冰电流计算出直流融冰装置的输出电压和容量。(5) 直流融冰装置的额定直流电压和额定容量最后由第（3）步和第（4）步计算出的直流电压的最大值和容量的最大值来确定。(6) 根据以上的参数计算，可以确定出融冰装置在通常情况下电流和容量具备的过载能力为1.2倍，可以持续时间为1h。(7) 以上步骤确定的参数作为直流融冰装置的参数。1.3 几种主要融冰方法1.3.1 交流短路融冰交流线路短路后进行融冰的方法是，将要进行融冰操作的线路的一端短路，然后在线路的另一端加上融冰电源，当交流电在短路的输电线路上形成环路，此时，交流输电线路充当发热电阻的角色，线路开始发热，利用线路的发热让输电线路上的结冰融化7。在实际中进行交流融冰时主要有以下两种方法：1) 发电机使输电线路零升起电流1。在将需要融冰的输电线路短路，然后利用发电机使融冰输电线路零起升流，如图1-1所示。在实际操作中一般情况下，只有输电线路的融冰电流较小的时零起升流才适合进行融冰操作，并且有一个很不利的因素是，由于是交流电源进行输电线路的融冰时，需要很大的无功，所以发电机的容量需要很大才能满足输电线路融冰的要求。2) 全电压冲击合闸。在将需要融冰操作的输电线路短路后，在线路的另一端进行全电压冲击合闸，如图1-2所示。 图1-1 发电机带线路零起升流图1-2 三相短路冲击合闸在实际进行融冰操作时，在第二种方法中，有一个很不利的因素，就是在进行融冰时需要针对不同的融冰电流来选取不同的的线路短路阻抗，在一般情况下是用高一级的电压对低一级的电压输电线路进行短路融冰。该方法的使用对电力系统的损害很大，可能会引起系统的冲击过大，尤其是对一些无功储备不足的情况下，通常会引起系统的不稳定的情况。1.3.2 过负荷融冰(运行方式融冰)在电力输电线的各种融冰方式中过负荷融冰运行方式即指运行方式融冰4。且运行方式融冰的对象是不停电的输电线路，其主要的融冰思路是，以不同于其他的融冰方式改变线路潮流的分布，在线路不持续工作的条件下进一步增加了覆冰线路的负荷电流，在线路的上通过的电流增加后，线路的发热量也就随机增加，这样就实现了线路融冰的母的8。该融冰方式最大的优点是在融冰时操作较为简单，相对来说节省了很多时间，更重要的是线路不需要停电，咱整个过程中都是持续运行，这样为电力系统的稳定运行给予了很大的保证。1.3.3 移相变压器融冰电力系统中，由于各种条件和因素的限制，输电线路有各种类型9，如：多分裂导线。在多分裂输电导线结冰后，也有针对性的融冰方法。分裂导线融冰法的主要思想是，把整条输电线路上的电流集中在某一条分裂导线上，这样电流集中的这条分裂导线上通过的电流随即就增加，这样这条导线上的发热量就增加，这样整条输电线路上的局部覆冰开始融化，然后通过调节该导线的各条分裂导线间的切换，就可以实现线路融冰的目的。这种融冰方式最大的制约条件是融冰的线路必须是裂导线并且导线间是相互绝缘的，这样的话对整个电力系统来说，目前我们国家石使用的绝缘分裂导线很少，如果要用该方法来进行融冰的话，就要对整个输电线路要进行大范围改造。目前这种方法还在研究阶段，还没有进行实际的应用10。1.3.4 直流融冰直流融冰法是让交流电源通过一定的大容量电力电子设备，将交流电转化为直流电3，从而用来讲一定长度的覆冰线路加热，达到融冰的目的。当满足输电线路中直流电流是线路产生的热量大于在融冰过程中导线的散热量和用来融冰的热量之和时，输电线路覆冰才会融化。所以在进行直流融冰系统的设计时最基本的原则就是，让覆冰线路通过的直流电流大于输电线路的最小融冰电流并且小于输电线路的最大允许电流13。25第2章 直流融冰在交流输电线路上的应用第2章 直流融冰在交流输电线路上的应用2.1 融冰电流计算在设计融冰方案时，输电覆冰线路上的保线电流、融冰电流和最大允许电流的确定是整个方案的关键。（1）导线的融冰电流是指使能能线上的覆冰完全融化的电流16。融冰电流在导线上产生的热量一部分使覆冰的温度上升至熔点，一部分使覆冰融化，一部分损失在从导线表面到覆冰表面的传递过程中，还有一部分是通过覆冰表面散失了，其计算公式如下: （2-1） （2-2） （2-3） （2-4）Ir融冰电流(A)；R00oC时导线电阻(/m);tr融冰时间(h)；t导体温度与外界气温之差(0C);go冰的比重(一般按雨淞取0.9);b冰层厚度，即覆冰每边冰厚(cm) ;D导体覆冰后的外径(cm) ;RT0等效冰层传导热阻(0Ccm)/W);d导线直径(cm) ;导热系数(W/(cm0C),对雨凇=2.2710-2W/(cm0C)，对雾淞=0.12x10-2W/(cm0C);RT对流及辐射等效热阻，对雨淞可用式(2-3)，对雾淞可用式(2-4)计算（0Ccm/W)；v风速(m/s)；(2)保线电流是保持导线的温度在冰的融点以上，从而使导线在不覆冰时所需要的最小电流，保线电流在通过导线时产生的热量与散热时消耗的热量平衡，按式(2-5)计算。 （2-5） （2-6）Ib保线电流(A);T1为了保证输电导线不结冰时导线的温度,一般取T=20C ;T2在输电线路结冰时外界的温度，一般取T2=-30C或者T2=-50C;d霜取0.32，冰取0.64，铝取0.11铜取0.6，铁取0.25;(3)导线最大允许电流是指在融冰的过程中在较短时间内，准许导线达到最高温度时所通过导线的电流，按式(2-6)和式(2-7)计算。 （2-6） （2-7）R90输电导线的温度达到为900C时的电阻();Imax导线最大允许电流(A);T2外界温度(0C);通常情况下，通过导线的融冰电流应满足大于保线电流小于最大允许电流的条件，在天气情况比较不理想的情况下，可以在一定的限度内将输电线路的电流升到保线电流，这样可以达到线路产生覆冰的情况。2.2 交流输电线路的直流融冰方法在融冰的各种方法中，热力融冰法比较常见，而热力法融冰中，可以按照融冰电流的不同种类可以分为直流融冰和交流融冰两种。交流融冰是在线路中流过较大的交流电流从而使导线发热从而实现使覆冰融化的目的，而直流融冰是通过在输电线路中流过较大的直流电流从而使导线发热实现覆冰融化的目的。2.2.1 直流融冰基本原理直流热力融冰法是让交流电源通过一定的大容量电力电子设备，将交流电转化为直流电，从而用来讲一定长度的覆冰线路加热，达到融冰的目的3。当满足输电线路中直流电流是线路产生的热量大于在融冰过程中导线的散热量和用来融冰的热量之和时，输电线路覆冰才会融化。所以在进行直流融冰系统的设计时最基本的原则就是，让覆冰线路通过的直流电流大于输电线路的最小融冰电流并且小于输电线路的最大允许电流。（a）直流融冰方式1(b)直流融冰方式2图2-1 直流融冰系统的原理图在直流融冰系统中，当融冰电源是由系统来提供时，覆冰线路从后至前依次通过整流器(R)，换流变压器(T)，然后接入交流系统，整个融冰原理图如图2-1所示。由于整个输电网络中输电线路是三相线路，因此覆冰线路的融冰方式有二种接线，如图2-1的(a)和(b)所示。图2-1(a)所示的是直流融冰的方式1，是将线路A,C两相的末端进行短接，然后再将A, C两相接入整流装置的输出端和输出端，这种融冰方式可以同时实现A, C两相线路的融冰任务。图2-1(b)所示的是直流融冰的第二种方式，即方式2，方式2是将覆冰线路的三相输电线路A,B,C末端进行短接，A,B两相导线首先并接后再接入整流装置的一个输出端，然后将C相导线连入整流装置的另一个输出端，这种该接线方式只能实现对C相进行融冰的目的。所以三相输电线路融冰如果按照方式2连接的话，三相输电线路要进行3次融冰的过程。除此之外，也可以先用方式2先对两相输电线路进行融冰，再用方式1对另外一相覆冰线路进行融冰，所以只需2次即可完成输电线路的融冰的任务。2.2.2 交流融冰和直流融冰比较交流融冰的原理是将三相输电线路的末端进行短接，而输电线路的首端要加三相交流电。在输电系统中，在电压等级比较高的线路上，线路的电抗远远大于线路的电阻，输电线路的功率因数相对来说非常小，而在输电线路融冰时，参与融冰的是直流电流，所以只需要有功电流，所以在融冰过程中线路将要注入很大的无功。而在融冰的过程只需要直流电做功，所以融冰系统需要的无功很少。在通过用交流电进行融冰时按三相加压，而在用直流电源融冰时，只将线路2并1后串加电压，所以在直流融冰时要分三次来完成融冰的任务。而交流融冰时，不需要其他的装置，只需要交流电源，在电力系统中我们知道，在高压交流线路上，线路的电抗要远远大于线路的电阻，所以再用交流电来进行融冰时，只要将需要的交流电源的容量远远大于直流融冰的容量就可以进行融冰，所以最后交流融冰用的无功将远远大于有功。各种电压等级和各种输电线路比较典型的进行直流融冰时的各项参数如表2-1所示，融冰电流按式(2-1)计算，融冰操作中融冰电流为最小融冰电流，线路覆冰厚度为10mm。在通过用交流电进行融冰时按三相加压，而在用直流电源融冰时，只将线路2并1后串加电压，所以在直流融冰时要分三次来完成融冰的任务。而交流融冰时，不需要其他的装置，只需要交流电源，在电力系统中我们知道，在高压交流线路上，线路的电抗要远远大于线路的电阻，所以再用交流电来进行融冰时，只要将需要的交流电源的容量远远大于直流融冰的容量就可以进行融冰，所以最后交流融冰用的无功将远远大于有功。在输电系统中，在电压等级比较高的线路上，线路的电抗远远大于线路的电阻，输电线路的功率因数相对来说非常小，而在输电线路融冰时，参与融冰的是直流电流，所以只需要有功电流，所以在融冰过程中线路将要注入很大的无功。而在融冰的过程只需要直流电做功，所以融冰系统需要的无功很少。在电力系统中我们知道，在高压交流线路上，线路的电抗要远远大于线路的电阻，所以再用交流电来进行融冰时，只要将需要的交流电源的容量远远大于直流融冰的容量就可以进行融冰，所以最后交流融冰用的无功将远远大于有功。表2-1 各项典型输电线路的融冰参数电压等级（kv）导线类型电流（kA）每相导线参数(/km）线长（km）线路输出参数直流电压（kv）直流功率(MVA）110LGJ-3000.71RO=0.10510.110.08X0=0.39100118Z0=0.40315016.512cos=0.26200221635LGJ-1500.44RO=0.2110.140.13X0=0.425073.08Z0=0.47100146.16cos=0.45150219.2410LGJ-700.28RO=0.4510.190.05X0=0.41101.90.5Z0=0.60509.52.66cos=0.75100195综上直流融冰有以下的优点，第一是将用来融冰的电源容量交流融冰所用的电源容量比较而言，要小的多，第二是将直流电压降低了很多，这样一来就降低了在线路进行融冰时覆冰的绝缘子发生闪络的可能性。在电力系统中由于电压等级的不同，所以各输电线路所要求的导线大小和线路长度都不尽相同，所以在对不同的线路进行融冰工作时所要求的电压和容量就不相同了。所以在进行不同输电线路的融冰时，要进行不同的融冰系统的设计。第3章 直流融冰装置的设计 第3章 直流融冰装置的设计在进行直流融冰时以下几个关键问题应该考虑:（1） 在输电线路的参数确定后融冰线路对应的最小融冰电流;（2） 线路对应的直流融冰装置所需要的容量和融冰装置能够提供的最大融冰电流和对应输出的直流电流;（3） 确定输电线路的融冰装置所需要的电源;3.1 直流融冰电源类型本文的直流融冰装置的设计是针对某地区变电站。通过变电站中的一条550kV进线来设计直流融冰装置某一变电站直流融冰时，其整流器额定电压为某一确定值，因此融冰电源不一定能够提供合适的交流电压。当融冰电源不能够提供合适的交流电压时，则需要健置专门的换流变压器。如果能够提供合适的交流电压则不需要配置专门的换流变压器。在换流变压器能够提供合适的整流器输入电压后电压，可以对各种不同类型的输电线路和不同长度的输电线路提供需要的融冰电流和融冰直流电压，这样对整流器工作点的选择很有利，相对不同的类型的融冰任务时适应性较好，并且在整套的直流融斌装置中，整流变压器将交流和直流进行了很好的隔离在直流融冰装置电源获取可以通过发电机来提供5，即由发电车来提供，或者直接由交流电网来提供。在实际的融冰系统中常用的移动发电车能够为融冰装置输出的额定电压为0.4kV，在融冰操作时交流电网提供的直流融冰电源主要有35kV,10kV和0.4kV。表3-1整流器不同的输入电压时对应的最大输出直流电压交流侧额定电压（kv）理想空载直流电压（kv）3547.251013.50.40.54表3-2由整流器阀侧电压决定的各类型融冰线路长度电压等级（kv）线路参数由阀侧电压确定的融冰线路距离范围线路型号直流电阻（/km）最小融冰电流(A)35kv最长距离(km)10kv最长距离 (km)0.4kv最长距离 (km)220LGJ-25000.01483979401.7114.84.6LGJ-22400.05991218323.892.53.7110LGJ-2400.1198609323.892.53.7LGJ-1800.1564515293.383.83.435及以下LGJ-1500.1962441273.078.03.1LGJ-950.2992345228.965.42.6由表可知，变压器35kV能够满足各种典型线路的融冰要求。3.2 直流融冰参数的确定在换流变压器能够提供合适的整流器输入电压后电压，可以对各种不同类型的输电线路和不同长度的输电线路提供需要的融冰电流和融冰直流电压，这样对整流器工作点的选择很有利，相对不同的类型的融冰任务时适应性较好，并且在整套的直流融斌装置中，整流变压器将交流和直流进行了很好的隔离。在进行融冰时直流融冰装置的设计可按如下步骤来确定装置的主要参数:(1)直流融冰装置在可以使用的范围内，收集各类融冰输电线路参数，如：输电线路的型号、长度、直流电阻等。(2)在确定线路参数后，结合环境的气象条件参数来确定各覆冰输电线路的最小融冰电流，直流融冰装置的额定电流由各输电线路上的最小融冰电流中的最大值来确定。(3)直流融冰装置使用方式1的情况下用最小融冰电流计算出直流融冰装置的输出电压和容量。(4)直流融冰方式2的情况下先以1.2倍最小融冰电流计算出直流融冰装置的输出电压和容量。(5)直流融冰装置的额定直流电压和额定容量最后由第（3）步和第（4）步计算出的直流电压的最大值和容量的最大值来确定。(6)根据以上的参数计算，可以确定出融冰装置在通常情况下电流和容量具备的过载能力为1.2倍，可以持续时间为1h。(7)以上步骤确定的参数作为直流融冰装置的参数。3.3 直流融冰系统设计在进行直流融冰装置的设计时，最基本的步骤就是，首先依据覆冰线路参数，将线融冰需要的融冰电流先确定下来，然后根据最小融冰电流和线路的参数来确定整流器的额定直流电压，进而确定出整流器的额定容量6。本文的直流融冰装置的设计是针对某地区变电站。通过变电站中的一条550kV进线来设计直流融冰装置，线路参数如表2-5所示。选择该变电站内的35kV母线作为融冰装置的电源，在进行融冰电流计算时，条件为-50C、风速5m/s覆冰厚度10mm。整流器的直流电压Ud、直流功率Pd、晶闸管触发角a分别按照如下公式计算: (3-1) (3-2) (3-3)r覆冰线路没千米电阻();L覆冰线路长度(km);Ih换流变网侧没相第h次谐波电流有效值(kA);Up1基波相电压(kV);ULL:换流变阀侧线电压(kV)，在表2-5和表2-6计算中，取值为20kV。3.3.1 不同的接线方式下对应的不同计算参数在很多情况下整流器选择半控型和全控型的整流电路，在本文中选用技术较为成熟的由晶闸管组成的三相桥式全控整流器，该整流器可以选择6脉动整流器，也可以选择12脉动整流器。表3-3列出了按照直流融冰方式1的接线条件下，以最小融冰电流作为整流器直流电流计算出的直流电压等参数，表3-4列出了按照直流融冰方式2的接线方式下以1.2倍的最小融冰电流作为整流器直流电流计算出的直流电压参数。表3-3直流融冰方式1下主要参数计算结果 型号L (km）r (/km）最小融冰电流Idmin（A）Ud(kv)Pd(MW)(0)LGJ-4400 2700.018503352.425.1284.222.45 型号L(km）r (/km）最小融冰电流Idmin（A）Ud(kv)Pd(MW)(0)LGJ-44002700.018503352.433.4911027.4 表3-4直流融冰方式2下主要参数计算结果3.3.2 融冰装置的选择1)整流器在选择整流器时，选择有很多种，如二极管整流电路、半控型整流电路以及全控型整流电路17。由于不可控性是二极管整流电路的一个缺点，所以很难满足不同型号和不同长度的覆冰线路的要求，所以在电力系统中在应用直流融冰系统时很多情况下选择半控型和全控型的整流电路，在本文中选用技术较为成熟的由晶闸管组成的三相桥式全控整流器，该整流器可以选择6脉动整流器，也可以选择12脉动整流器，当融冰电流过大时，还可以将整流器并联。图3-2整流器仿真图在取整流器的额定电流时，选取各输电线路覆冰时的最小融冰电流的最大值作为整流器的额定电流。所以在本文中的整流器的额定电流可以选取为3500A。在接线方式1时，取整流器在最小融冰电流进行融冰时出口电压和在接线方式2时，取整流器在以1.2倍最小融冰电流进行融冰时的出口电压的最大值，来作为整流器的额定电压。所以在本文中设计的直流融斌装置的整流器的额定直流电压为33kV,额定容量为110MW，而且本文中的整流器装置具有1小时的融冰能力和1.2倍的过负载的能力。2）换流变压器在我们实际的融冰操作时，直流融冰装置的整流器的额定电压是确定的数值，但是由于不同的地理条件和不同的电力系统级别，所以在对不同地方的输电线路进行直流融冰时，能够对融冰装置提供的电源不一定能够满足要求。当融冰电源不能够满足要求时，我们要想法设法要满足直流融冰装置的电源要求，所以这里要需要配置不同级别的变压器，即换流变压器。图3-3直流融冰装置中的换流变压器综上所述，在本文中的整流器额定直流电压为33kV，并且在该变电站中有35kv母线，所以在给本文中的变电站的输电线路进行融冰时，可以将35kv的母线直接可以作为整流器的电源，所以就不用换流变压器了。第4章 软件仿真 第4章 软件仿真电力系统输电线路的直流融冰是本文中论述的基本问题，通过理论的分析和实际融冰装置的设计，并在参考大量文献的基础上给出了一些自己对直流融冰技术的看法，构建融冰电路并在MATLAB中进行进行仿真整个融冰装置的设计过程。4.1 线路理论参数计算在通过实际的线路选取，最小融冰电流的计算，线路参数、融冰电流及融冰装置的参数如表3-3和表3-4，在不同的接线方式下计算出了对应的整流器输出的直流电压，直流功率等参数。表3-3 直流融冰方式I下主要参数计算结果 型号L（km）r (/km）最小融冰电流Idmin（A）Ud(kv)Pd(MW)(0)LGJ-44002700.018503352.425.1284.222.45 型号L（km）r (/km）最小融冰电流Idmin（A）Ud(kv)Pd(MW)(0)LGJ-44002700.018503352.433.4911027.4表3-4 直流融冰方式II下主要参数计算结果4.2 仿真模型设计在直流融冰系统中最主要关键的问题是直流电从何而来，所以对交流线路进行直流融冰时，首先要解决的问题是先把如何把交流电转换成直流电19，所以在交流变直流的过程中就要用到三相可控整流电路的知识，电路如图3-1而且在交流变直流的模拟时三相全控整流电路是用的最多，最广泛。图4-1整流电路模块在整流电路中，整流电路如图3-1，在图中整流电路由三个回路组成，并且在每个整流回路是由两个晶闸管组成，而这个导电回路的通与断由这两个将闸管的的导通与否来决定。在本文中也要用到该电路，但在MATLAB中将六个晶闸管组成的电路进行了集成，集成了一个整体模块20。最后由触发电路等个电路模块组成本文中软件模拟的电路结构，如图4-2.图4-2直流融冰电路仿真模型整流模块的工作必须要有触发电路的紧密配合才能是交流电准确的转换成直流电，触发电路不断给整流电路发送触发脉冲，当设定不同的触发角时对应输出的直流电压就发生改变，触发角的设定是根据实际融冰输电线路的最小融冰电流有关，与融冰时间的大小有关，在通过实际的线路的参数算出本电路对应的触发角后，可根据实际的操作在一定的范围内改变。在电路的参数及直流融冰装置的各个参数确定后，进行电路设计，在MATLAB软件中进行系统的模拟。4.3 仿真结果在我们实际的融冰操作时，直流融冰装置的整流器的额定电压是确定的数值，但是由于不同的地理条件和不同的电力系统级别，所以在对不同地方的输电线路进行直流融冰时，能够对融冰装置提供的电源不一定能够满足要求。当融冰电源不能够满足要求时，我们要想方设法要满足直流融冰装置的电源要求，所以这里要需要配置不同级别的变压器，即环流变压器综上所述，在本文中的整流器额定直流电压为33kV，并且在该变电站中有35kv母线，所以在给本文中的变电站的输电线路进行融冰时，可以将35kv的母线直接可以作为整流器的电源，所以就不用换流变压器了，所以直接将变电站中的35kv母线直接作为整流器的电源，电源的波形如图4-3所示。图4-3 35kv交流电源波形在电路的参数设定好后，在线路的覆冰参数确定后，根据公式（2-1）计算出线路的融冰电流，根据公式（2-2）计算出线路的保线电流，根据公式（2-3）计算出线路的最大容许电流，计算出融冰装置的额定电压，额定电流，额定功率等参数如表3-3和表3-4，表3-3和表3-4是在线路在接线方式1和方式2的条件下计算出的融冰装置的参数。在电路的实际仿真中，线路的参数分别设定在仿真图中，其中根据公式（2-10）计算出线路的实际触发角，并设定在仿真图中，根据公式（2-10）得出，实际的电路触发角为27.4o, 由于线路的覆冰参数受到风速、气温等各种环境因素的影响，所以在计算线路的融冰参数时存在一定的误差，最终根据误差的选定原则，将电路的触发角定位30o，选用线路的接线方式1，即两条线路并联后和剩下的一条线路串联，在仿真后得到负载电流的波形如图4-4，将线路的接下方式选为方式2时，得到的负载电流波形如图4-5。图4-4线路在接线方式1时负载电流波形图4-5线路在接线方式2时负载电流波形本课题中，再设计融冰装置的时候，在实现将交流转换为直流后，在进行融冰的操作时，一定要满足融冰电路大于保线电流小于线路的最大容许电流时，才能进行顺利的融冰操作。即满足以下关系式：在进行融冰装置的设计时，在本文中选择的线路是LGJ-4400,对应的线路最小融冰电流为3352A，线路的保线电流为2620.4A,线路的最大容许电流为6883A。在线路的软件仿真中，在线路接线方式1时，线路的负载电路约为5000A,在线路接线方式2时，线路的仿真时的负载电流约为3850A，线路的各个参数满足线路融冰时的约束条件，所以可以顺利进行融冰。第5章 结论和展望第5章 结论和展望在本文中，首先主要介绍了近些年中气候的变化，对电力系统带来的损害，尤其是在输电线路在覆冰的情况下。针对输电线路的覆冰列举了国内主要的一些融冰方法，并对各个方法进行了详细的介绍。然后针对国内最主要的额两种融冰方法：交流融冰和直流融冰，针对在实际操作中的一些问题如效率、有功、装置容量等进行了详细的比对。对融冰效果比较好的直流融冰方法进行了介绍，对最小融冰电流、保线电流、导线容许的最大电流等参数的计算给出了详细的理论介绍，并选取目前电力系统一些典型的输电线路在覆冰的条件下进行了理论计算。最后针对某一个变电站的一条500kv的交流输电线路进行了直流融冰装置的设计，经过详细的理论计算后，最后用MATLAB软件进行了仿真，仿真的结果和理论的计算结果符合实际融冰要求。南方的输电线路在近些年在雨雪灾害中受到了严重的损害，对输电线路融冰技术的研究不断增加，南方电网输电线路的融冰技术在南方得到了很好的发展，随着对融冰技术的不断投入，电网线路直流融冰技术也得到飞快的发展，而且不断有功能较为完善，实用性较强，融冰效果显著并且投资较少的技术和装置用于实际的融冰操作，为应对恶劣的自然冰灾提供了有力的应急方案。在研究直流热力融冰的领域内，融冰装置一般都采用功率相对比较大的可控性能比较好的晶闸管，并且采用了很好的降温技术，保证融冰装置的经济性和实际操作的实用性。目前来说大多数的融冰装置都是用自动的切换技术，在实际的操作中能够自动进行三条输电线路与融冰装置的连接，实时观测三条输电线路的融冰操作，有力的保证了各条输电线路平衡稳定的融冰，这样就能更好的保