[发明专利]一种基于非零相位谐波削极磁场注入的低纹波直流融冰电源系统

说明书

本发明公开了一种基于非零相位谐波削极磁场注入的低纹波直流融冰电源系统，属于多相发电机装置应用领域。该装置包括：依次连接的柴油发动机、永磁同步发电机、以及整流电路，柴油发动机拖动永磁同步发电机后经五相全桥整流电路后接融冰线路进行热力融冰；所述永磁同步发电机的转子采用基于非零相位谐波削极磁场注入的方式设计，其中五相永磁同步发电机根据负载特征和电机设计原理决定所需注入气隙三次谐波磁场的幅值及相位，使发电机输出特定的电压波形以获得整流后直流纹波更小的电压。通过对五相电机转子永磁体形状进行非零相削极实现对电机输出端电压中三次谐波电压的增强与移相，使得电机通过整流桥输出给负载的电压拥有更小的直流纹波。

技术领域

本发明属于输电线路防灾减灾装置领域，具体涉及一种种基于非零相位谐波削极磁场注入的低纹波直流融冰电源系统

背景技术

覆冰是威胁电网安全运行的主要灾害，且存在明显的局部严重覆冰特征，90％的覆冰杆段不到2km，历次严重覆冰或覆冰舞动均会不同程度地给输电线路设备带来损坏。输电线路位于户外，沿途地理环境复杂多样，往往不可避免会途经微地形微气象区或存在“三跨”区段，且气候变化过程中存在多次重复性覆冰现象。线路覆冰后，及时采取技术手段除去导地线上的冰雪是解决线路覆冰问题的根本手段。

目前应用较为广泛的直流融冰装置是利用系统电源针对整条线路进行融冰，从电网取电，经过变压器与整流器后输出直流电融冰。这类直流融冰装置重达数十吨，日常维护十分困难，需针对变电站接线进行改造，耗费人力物力，投资巨大。另外，全线融冰时，在未覆冰区，大电流会使导线温度升高，存在因过热发生变形风险，融冰电流的选取受到限制，融冰效率与施工经济性需要平衡。结合输电线路覆冰风险存在局部严重性和线路覆冰存在多次重复性的特征，因此研究直流融冰电源装置对局部杆段的线路覆冰问题进行灵活分段融冰具有重大实用价值。

发明专利CN113783155A公开了一种针对铁路电网覆冰的移动式直流融冰系统可实现直流融冰融冰装置的便携移动，但是存在直流纹波较大的问题。由于绞制而成导线不可避免存在电感问题，整流后的直流纹波会造成无功损耗，降低直流融冰电源功率因素，纹波含量越高，功率因素低，因此降低直流融冰装置的直流纹波具有重要意义。

发明人研究发现，传统发电机的输出电压叠加上一定范围大小的三次谐波电压，经不控整流桥整流后，得到的输出电压直流纹波远小于不叠加三次谐波直接整流得到的输出电压的直流纹波。但由于三次谐波磁场会对三相电机形成较大的振动，影响电机正常运营。因此采用基于非零相位谐波削极磁场注入特殊设计转子的五相永磁同步发电机可有效减少直流融冰装置直流侧的纹波大小，有利于减少无功损耗的同时避免使用滤波器，提升系统效率的同时提高经济型，具有重要工程意义。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种新的直流融冰装置的设计，通过对发电机结构的特殊设计，实现使用更少的设备提供更容易控制与调节的直流融冰系统。

一种基于非零相位谐波削极磁场注入的低纹波直流融冰电源系统，包括：依次连接的柴油发动机、永磁同步发电机、以及整流电路，柴油发动机拖动永磁同步发电机后经五相全桥整流电路后接融冰线路进行热力融冰；所述永磁同步发电机的转子采用基于非零相位谐波削极磁场注入的方式设计。

进一步的，根据负载特性及同步发电机参数决定所需注入气隙三次谐波磁场的幅值及相位，通过对转子永磁体形状进行削极，实现对电机输出端电压中三次谐波电压的增强与移相，使发电机输出特定的电压波形，以获得整流后直流纹波更小的电压。

进一步的，所需注入的最优气隙三次谐波磁场的幅值及相位根据电路参数通过仿真实验获得，通过使用非零相三次谐波正弦永磁体削极的方式实现三次谐波磁场幅值和相位的改变。

进一步的，所述永磁同步发电机的转子永磁体经过磨削切片加工并进行电镀处理，使得永磁体厚度沿空间位置角变化。