摘要：冬季电力线路覆冰所带来的一系列问题已经得到越来越多的关注。对融冰方法的研究是当今电力输配电系统防灾减灾领域所研究的一个热点问题。通过对电源容量,融冰效率和时间的综合考虑,焦耳热融冰方法特别是基于直流电的热融冰方式逐渐成为首选。直流融冰方式需要外加一个直流电源送直流电流到覆冰线路,这样的直流电源可以通过多种电路拓扑和技术路线来实现,融冰电源工作时的网侧电能质量也是一个需要关注的焦点,为提高融冰电源的使用能力,应同时兼顾电能治理及电源输送等其他功能。在以20MW以下的中小型领域以及应急供电恢复场合的柔性直流输电技术研究正成为新的研究方向。与此同时,在电网无功补偿领域,需要不间断的运行得无功发生器(Static Var Compensator, STATCOM)得应用越来越多,研究兼顾了上述功能的直流融冰系统及应用技术是全新而极有意义的课题。本文对现有的直流融冰、柔性输电、无功补偿技术进行了调研和分析,提出了基于可关断器件IGBT的兼具无功发生、直流柔性输电多功能直流融冰技术及系统。根据应用领域的电压等级提出了两种全新的直流融冰技术电路拓扑及其控制策略和工作模式,并研制了装置予以应用。具体的工作如下：1.针对不同线路各异的融冰需求以及融冰时线路接入繁杂的问题,对电力线路的融冰机理进行了研究,论述了线路覆冰、融冰过程的等效模型,确定了融冰电流的计算原则,研究了负载线路的接入方法与自动切换策略。通过对电力线路负载的等效计算获得其最大融冰电流和保线电流,针对直流输出是正负两极,而除了铁路牵引网是单相线路外,其他的需要融冰的都是三相线路的问题,提出了基于“一进两回”的电网融冰线路接入方法,为保证三相融冰工作自动完成,设计了一种新的三相融冰自动控制切换策略并予以实现。2.研究了35kV以上应用领域的兼顾柔性直流输电及无功补偿的直流融冰的技术路线及存在问题,探讨了柔性直流输电的技术路线,提出了一种新型的兼顾柔性直流输电功能、直流融冰以及无功发生功能的IPOC直流融冰电路拓扑,这种电路为级联脉冲整流与DC/DC斩波混联的电路拓扑。推导了功率单元和主电路级联拓扑的数学模型和状态方程,得到了换流器单元的等效电路,对工作过程中呈现出来的可控性和可观性进行了分析,得到了兼具多功能的直流融冰技术及其系统。3.分析了10kV及以下的电压等级的直流融冰及功率补偿如何集成的问题,提出了一种基于H桥级联的兼具静止无功发生功能的混合型融冰拓扑。在对拓扑工作原理及拓扑工作切换过程进行分析的基础上,推导了功率单元和系统主电路的等效电路和数学模型,对静止无功发生、融冰两种工作模式下的调制策略、单元工作模式及其控制方法进行了研究与分析,得到了其主电路架构与硬件控制体系。4.对多种工况下,同一套系统的协调控制和软换如何实现的问题进行了研究,提出了同一装置多功能带来的问题和解决办法。设计了各种工况下的控制策略,分析了级联型电路单元均压的边界稳定条件,提出了功率模块功率平衡控制方法。实现了融冰状态下的连续可调电压的输出,实现了单位功率因数控制,且谐波含量可控制在国标范围内。在柔性直流输电工况时,直流侧用斩波器控制两个换流站的直流侧电压差来控制输电功率,实现了双端换流站的完全解耦,在无功补偿工况下,实现了无功功率的动态补偿。5.通过仿真和试验的验证,两种兼具多功能的直流融冰技术均能在一套装置上实现多种功能,达到了较好的效果。基于IPOC的多功能直流融冰装置在同一套变流装置上通过主电路连接的开关切换和控制软件选择可以分别实现基于可关断器件的大容量直流融冰功能,点对点柔性直流输电功能,以及电网侧无功发生功能。基于H桥的多功能的融冰装置可通过开关切换独立工作在电网侧无功发生和直流融冰两种工作模式下,感性及容性状态下的补偿效果明显,直流融冰功能稳定。