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👨💻做科研，涉及到一个深在的思想系统，需要科研者逻辑缜密，踏实认真，但是不能只是努力，很多时候借力比努力更重要，然后还要有仰望星空的创新点和启发点。当哲学课上老师问你什么是科学，什么是电的时候，不要觉得这些问题搞笑。哲学是科学之母，哲学就是追究终极问题，寻找那些不言自明只有小孩子会问的但是你却回答不出来的问题。建议读者按目录次序逐一浏览，免得骤然跌入幽暗的迷宫找不到来时的路，它不足为你揭示全部问题的答案，但若能让人胸中升起一朵朵疑云，也未尝不会酿成晚霞斑斓的别一番景致，万一它居然给你带来了一场精神世界的苦雨，那就借机洗刷一下原来存放在那儿的“躺平”上的尘埃吧。
或许，雨过云收，神驰的天地更清朗.......🔎🔎🔎
💥1 概述
当高压输电线穿越无配电网络覆盖的偏远地区时，可考虑从用于防护雷击的架空地线（OHGW）中汲取电能。Hydro-Québec开发了IVACE技术，旨在为其网络北部分布的电信塔提供电力支持。本SimPowerSystems模型展示了一个基于IVACE技术、连接至735千伏输电线两根OHGW中一根的25千瓦电源的工作原理。
当某段OHGW与地面断开连接时，通过与三相导线的电容耦合，在这根OHGW上会感应出基频（60Hz或50Hz）交流电压。通过优化塔结构以增大OHGW与相导线之间的不对称性，可获得更高电压。可利用电能的最大量与被隔离OHGW的长度成正比。以典型的735千伏线路参数（如同本模型中所用）为例，若将两根OHGW中的一根4公里长的部分隔离，则可提取25千瓦电能。在此情形下，被隔离的OHGW可视为一个戴维宁等效电路，其内部电压为52.4千伏，戴维宁阻抗为电容性，电容值C=26纳法（每千米6.5纳法）。
当在这一高阻抗电容性电源上连接一个电阻性负载时，负载电压会高度依赖于负载水平，因此需要一个调节系统来确保电压维持在可接受范围内（±5%）。在本模型中，针对0-25千瓦的负载范围，电压被调控在62千伏。
SimPowerSystems模型展示了一条204公里长的输电线向2000兆瓦的负荷供电。该线路模拟为三个串联部分，分别为100公里、4公里和100公里。两根OHGW在三个区段均接地，但4公里区段中的其中一根OHGW连接至IVACE电源。
负荷及调节器通过一个三绕组、100千伏安、62千伏/500伏/14.4千伏的耦合变压器与62千伏的地线相连。调节器连接在500伏绕组上，而负荷则通过一个14.4千伏/120伏/120伏的标准配电变压器，连接在14.4千伏绕组（标准化相地分配电压）上。
调节器操作 为了补偿由于架空地线（OHGW）容性阻抗导致的电压降，调节器必须吸收与负载电流相关的无功功率。理想情况下，调节器的V-Ix特性（其中V为调节后的电压，Ix为流经调节器的无功电流）应当保持平坦，这样一来，调节后的电压就不会受到负载变化的影响。
连接到耦合变压器500伏绕组上的调节器仅使用了无源元件：一种名为IVACE（法语缩写，意为“ Entre-Fers的可控自感”）的磁性装置，充当非线性电感，以及少数RLC元件。该调节器不依赖于控制系统或电力电子设备（除了四个二极管外）。因此，它极为坚固可靠。详细说明见参考文献[1][2]，以及在世界各国获得的专利[3][4]中。
IVACE部件以黄色显示。IVACE由两个500伏/515伏的变压器Tsat1和Tsat2（变比为1:1.03）组成。初级绕组通过一个二极管整流器串联连接，整流后的电流反向送回两个次级绕组。当变压器变比和间隙适当调整时，这种设置将给出一个准平坦的饱和特性，磁通拐点在1倍额定单位。当输入电压足够大时，在一个周期内，两个变压器将交替在正负方向饱和。为了降低IVACE的电流额定值，连接了一个并联电感L1=13.26毫亨。此固定电感吸收了调节器大部分的无功电流（500伏下100安培），其余部分由IVACE吸收。并联电容C1用于调节固定电抗支路（L1-C1）与IVACE之间电流的分配，确保其调节范围对应于额定负载。调谐至60赫兹的R2-L2-C2阻尼滤波器用于防止谐波和亚谐波共振，并进行细调调节电压。R3-C3是一个常规的缓冲器，用于保护二极管桥接电路。
IVACE加L1-C1支路的整体理想化V-I特性如图2中红色曲线所示。
图2展示了连接到感性电流源的OHGW电容性电源的自然V-I特性（蓝色曲线）。展示了三种负载条件下的V-I特性：1）无负载 2）额定负载（25千瓦）和3）理论最大功率（30.3千瓦）。这些特性是在自然OHGW电压为52.35千伏的情况下获得的，代表了调节电压（62千伏）的0.844倍单位值，以及26纳法的电容值（从500伏看为400微法）。自然OHGW特性（蓝色）与调节器特性（红色）的交点确定了调节器的工作点。请注意，工作电压为-1倍单位值，而自然电压（零电流时的电压）为+0.844倍单位值。这个负号表示在无负载情况下，经调节的电压相位与不带调节器时获得的自然电压相位相差180度。
演示说明 运行此演示以展示连接到735千伏输电线4公里长的架空地线（OHGW）上的IVACE调节电源的工作情况。在示波器上观察以下事件序列： • 在t=0秒时，IVACE电源未连接，架空地线处于悬浮状态（断路器1和断路器2均打开）。示波器轨迹1显示的OHGW电压为51.2千伏（有效值），即72.4千伏峰值。这一数值略低于其标称值（52.35千伏），原因是相导体电压低于其735千伏的标称值（0.981标幺值）。 • 在t=1秒时，通过闭合断路器1，架空地线接地短接。示波器轨迹4上显示的短路电流为0.5安培（有效值）。因此，OHGW的容性阻抗Xc计算为51.2千伏/0.5安培=102.4千欧姆，在60赫兹下，对应电容C为26纳法。 • 在t=0.15秒时，OHGW仍接地短接的情况下，通过闭合断路器2使IVACE电源投入运行。 • 在t=0.2秒时，打开断路器1消除短路。电源开始空载运行（断路器3仍打开）。经历约0.2秒的过渡期后，示波器轨迹3上显示的负载电压稳定在0.97标幺值。 • 在t=0.6秒时，通过闭合断路器3接通240伏25千瓦的负载。负载电压短暂降至0.65标幺值，然后调节器恢复至额定负载电压（1.0标幺值）。调节器响应时间约为0.2秒。 • 在t=1.0秒时，735千伏输电线的A相发生为期6个周期的相接地短路。随着A相电压降至零，由于在B和C两相上诱导至OHGW的电压不对称性增大，导致OHGW上的感应电压增加。结果，负载电压短暂上升至1.5标幺值，之后即使故障未被消除，调节器仍将负载电压调节至接近其标称值（0.95标幺值）。 • 在t=1.1秒时，相接地故障被消除。负载电压暂时降至0.35标幺值，随后调节器恢复至额定负载电压（1.0标幺值）。 • 在t=1.5秒时，关闭25千瓦的负载。在示波器输入2的品红色轨迹上观察到分配电压瞬时过电压1.57标幺值。然后调节器在0.15秒后将电压恢复至0.97标幺值。 您还可以在「IVACE电源」子系统内部观察额外的信号。示波器1显示流经IVACE调节器交流侧和直流侧的电流，以及Tsat1和Tsat2的磁通量和电压。示波器2显示调节器的电压和电流。仿真完成后，波形分别存储在Scope1Data和Scope2Data结构中，这允许您使用powergui块的FFT分析工具对各种波形进行谐波分析。例如，分析存储在Scope2Data中的V_reg调节器电压表明，在空载时总谐波失真（THD）为6.5%，在额定负载时为4.7%，主要的谐波贡献来自第三次谐波。分析I_reg信号则显示出，在空载和额定负载下的基波电流峰值分别为192安培（有效值136安培）和151安培（有效值107安培）。这些值与图2给出的理论值（139安培有效值和115安培有效值）相符。
📚2 运行结果
🎉3参考文献
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[1] L. Bolduc, Y. Brissette, P. Savard « IVACE: A self-regulating variable reactor », IEEE
Transactions on Power Delivery, vol. 19, No 1, Jan. 2004 pp 387-392
[2] L. Bolduc, Y. Brissette, D. Beaudin, D. Pagé, A. Bérubé, P. Savard « Overhead-ground-wire
power supply regulation by IVACE», IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 19, No 1, Jan.
2004 pp 393-399
[3] L. Bolduc « Self-controlled variable inductor with air gap », United States Patent, no 4620144,
October 28th, 1986
[4] L. Bolduc « Inductance variable auto-contrôlée à entrefers et système électrique comprenant
une telle inductance », Office européen des brevets, publication EPO194163, 14 juin 1989;
[5]刘重稷.高压输电线路架空地线布置方式研究[D].西南交通大学,2020.
[6]李振强,戴敏,娄颖,等.特高压线路地线布置方式对地线电能损耗及潜供电流的影响[J].电网技术, 2010.DOI:CNKI:SUN:DWJS.0.2010-02-007.
[7]熊一权.超高压线路架空地线降耗措施[J].内蒙古电力技术, 2001, 019(002):33-34.
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