一種海上風(fēng)電直流匯聚輸電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實用新型涉及一種海上風(fēng)電直流匯聚輸電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著風(fēng)力發(fā)電容量的日益擴(kuò)大，風(fēng)力發(fā)電越來越多的接入電網(wǎng)，風(fēng)電的并網(wǎng)運行成為了大規(guī)模利用風(fēng)能的最有效方式。由于海上風(fēng)電場具備風(fēng)能資源豐富、風(fēng)速穩(wěn)定，對環(huán)境影響較小，遠(yuǎn)離公共生活區(qū)域等諸多優(yōu)點。使得如今大型風(fēng)電場正由陸地轉(zhuǎn)向海上發(fā)展。海上風(fēng)場擁有陸上風(fēng)場不可比擬的優(yōu)勢，在風(fēng)能資源更加豐富的遠(yuǎn)海海域建立風(fēng)電場已成為風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展趨勢。
[0003]海上風(fēng)力發(fā)電的并網(wǎng)方式主要有3類:高壓交流輸電、高壓直流輸電以及分頻輸電技術(shù)。高壓交流輸電結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，但交流電纜電容充電電流問題限制了高壓交流輸電的應(yīng)用范圍，其只適用于小規(guī)模近海風(fēng)電場。分頻輸電技術(shù)采用低頻交流輸電，減小電纜電容充電電流問題的影響，適當(dāng)增加了傳輸容量以及傳輸距離。但高壓直流輸電以其輸電容量大，輸電距離遠(yuǎn)等優(yōu)點，成為海上風(fēng)電并網(wǎng)的趨勢。其中，柔性直流輸電技術(shù)更是具備獨立控制無功功率，可接入無源網(wǎng)絡(luò)，具備黑啟動能力等優(yōu)點。
[0004]對于海上風(fēng)力發(fā)電從風(fēng)電機(jī)組到海上換流站直接的傳輸方式以交流傳輸為主。常規(guī)交流輸電方式為，海上風(fēng)電機(jī)組將發(fā)出的三相交流電能通過AC-DC-AC變頻器變換，再通過三相工頻變壓器升壓，最后經(jīng)過高壓直流輸電的海上變電站(整流器構(gòu)成)轉(zhuǎn)化為高壓直流電能輸送到陸地。該傳輸方式需要使用體積和重量很大的低頻變壓器，不僅提高了運輸成本和安裝難度，還增加了系統(tǒng)損耗，影響系統(tǒng)能力利用率。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型為了解決上述問題，提出了一種海上風(fēng)電直流匯聚輸電系統(tǒng)，該系統(tǒng)不使用工頻變壓器、設(shè)計靈活、可控性高，適合于分散的海上風(fēng)電場匯流后，采用高壓直流輸電傳輸電能。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種海上風(fēng)電直流匯聚輸電系統(tǒng)，包括多組風(fēng)力發(fā)電機(jī)、AC-DC整流器和DC-DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、海底電纜和DC-AC逆變結(jié)構(gòu)，其中，每個風(fēng)力發(fā)電機(jī)連接一個AC-DC整流器，風(fēng)力發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為三相交流形式的電能，電能經(jīng)過AC-DC整流器轉(zhuǎn)化為直流電能，多個AC-DC整流器連接一個DC-DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將風(fēng)機(jī)能量通過直流匯集到直流升壓站，通過DC-DC變換器進(jìn)行升壓，DC-DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通過共用海纜傳輸至陸地，通過DC-AC逆變結(jié)構(gòu)并網(wǎng)。
[0008]所述DC-AC逆變結(jié)構(gòu)包括線換相換流器和電壓源換流器兩類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0009]所述DC-DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為隔離型DC-DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0010]所述DC-DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括逆變器、中高頻升壓變壓器和整流器，所述中高頻升壓變壓器的低壓側(cè)連接在逆變器形成的橋式電路的中點，所述中高頻升壓變壓器的高壓側(cè)連接在整流器形成的橋式電路的中點。
[0011]所述整流器和逆變器為單相MMC變換器。
[0012]本實用新型的有益效果為:
[0013](1)由于逆變器可將電能變換為中高頻交流電，因此該DC-DC變換器的變壓器可以采用體積小、重量輕的中高頻升壓變壓器。降低了運輸成本和安裝難度，還減小系統(tǒng)損耗，提高系統(tǒng)能量利用率；
[0014](2)整流器、逆變器由單相MMC換流器等拓?fù)錁?gòu)成，對于分散小容量風(fēng)電場可使用單相MMC換流器節(jié)約成本，較大容量風(fēng)電場可使用三相MMC逆變器，對于分散小容量風(fēng)電場，單相MMC換流器即能滿足功率傳輸需求。使用單相MMC換流器，相對于三相MMC換流器能夠減小2個橋臂的成本；
[0015](3)站內(nèi)換流器主要包括線換相換流器(LCC)和電壓源換流器(VSC)兩類拓?fù)洹CC-HVDC系統(tǒng)具備容量大，成本低，損耗小，技術(shù)成熟等優(yōu)點，VSC-HVDC系統(tǒng)具備不會發(fā)生換相失敗、諧波小、可接入無源電網(wǎng)、無功獨立控制、黑啟動能力等諸多優(yōu)點。
【附圖說明】
[0016]圖1為海上風(fēng)電直流匯聚輸電整體方案圖；
[0017]圖2為海上風(fēng)電用單相MMC結(jié)構(gòu)的DC-DC變換器；
[0018]圖3為海上風(fēng)電用單相MMC與單相全橋整流結(jié)構(gòu)的DC-DC變換器；
[0019]圖4為海上風(fēng)電用單相全橋整流與單相MMC結(jié)構(gòu)的DC-DC變換器。
【具體實施方式】
:
[0020]下面結(jié)合附圖與實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明。
[0021]本實用新型實施例的新型海上風(fēng)電直流匯聚輸電方案包括如下步驟:
[0022]1)海上風(fēng)電直流匯聚輸電整體方案；
[0023]該整體方案適用于分散的海上風(fēng)電場匯流后，共用一條或多條高壓直流海纜進(jìn)行輸電的應(yīng)用領(lǐng)域。整體方案包括風(fēng)電場內(nèi)電能匯集，風(fēng)電場直流升壓，高壓直流匯流及傳輸，陸地?fù)Q流站并網(wǎng)4個部分。
[0024]風(fēng)電場內(nèi)電能匯集:每個風(fēng)力發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為三相交流形式的電能，電能經(jīng)過AC-DC整流器轉(zhuǎn)化為直流電能，該AC-DC整流器可以選用傳統(tǒng)AC-DC-AC風(fēng)機(jī)變頻器的機(jī)側(cè)部分，控制方法也適用。整流器輸出的并聯(lián)匯集到風(fēng)電場直流升壓站。
[0025]風(fēng)電場直流升壓:風(fēng)電場內(nèi)的風(fēng)機(jī)能量通過直流匯集到直流升壓站，通過DC-DC變換器進(jìn)行升壓，DC-DC變換器一般使用隔離型DC-AC-DC拓?fù)?，業(yè)界提出了多種DC-DC變換器。針對分散的海上風(fēng)電場，本專利提出由單相MMC與中高頻變壓器構(gòu)成的DC-DC拓?fù)?，詳見后文?br>[0026]高壓直流匯流及傳輸:對于分散海上風(fēng)電場，若對每個風(fēng)電場均單獨設(shè)置高壓直流海底電纜，成本過高，因此需要將各個風(fēng)電場輸出的高壓直流電能匯集后，通過共用海纜傳輸至陸地，通過一個大容量換流站并網(wǎng)。
[0027]陸地?fù)Q流站并網(wǎng):陸地側(cè)的并網(wǎng)換流站與陸地直流輸電換流站基本相同，站內(nèi)換流器主要包括線換相換流器(LCC)和電壓源換流器(VSC)兩類拓?fù)?。LCC-HVDC系統(tǒng)具備容量大，成本低，損耗小，技術(shù)成熟等優(yōu)點，VSC-HVDC系統(tǒng)具備不會發(fā)生換相失敗、諧波小、可接入無源電網(wǎng)、無功獨立控制、黑啟動能力等諸多優(yōu)點。具體換流器拓?fù)湫枰鶕?jù)工程需要選取。
[0028]2)風(fēng)電場直流升壓站換流器；
[0029]為了適應(yīng)分散海上發(fā)電場的需求，本專利提出使用由單相MMC與中高頻變壓器構(gòu)成的DC-DC拓?fù)洹?br>[0030]該DC-DC拓?fù)鋱D如圖2所示，為隔離型DC-DC拓?fù)洌赡孀兤?、中高頻升壓變壓器、整流器三部分構(gòu)成。
[0031]整流器、逆變器由單相MMC換流器等拓?fù)錁?gòu)成，對于分散小容量風(fēng)電場可使用單相MMC換流器節(jié)約成本，較大容量風(fēng)電場可使用三相MMC逆變器。
[0032]對于分散小容量風(fēng)電場，單相MMC換流器即能滿足功率傳輸需求。使用單相MMC換流器，相對于三相MMC換流器能夠減小2個橋臂的成本。
[0033]由于逆變器可將電能變換為中高頻交流電，因此該DC-DC變換器的變壓器可以采用體積小、重量輕的中高頻升壓變壓器。降低了運輸成本和安裝難度，還減小系統(tǒng)損耗，提高系統(tǒng)能量利用率。
[0034]實施例1
[0035]針對風(fēng)電場路上接大電網(wǎng)的場合，該整體方案適用于分散的海上風(fēng)電場匯流后，共用一條或多條高壓直流海纜進(jìn)行輸電的應(yīng)用領(lǐng)域。整體方案包括風(fēng)電場內(nèi)電能匯集，風(fēng)電場直流升壓，高壓直流匯流及傳輸，陸地?fù)Q流站并網(wǎng)4個部分。
[0036]風(fēng)電場內(nèi)電能匯集:每個風(fēng)力發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為三相交流形式的電能，電能經(jīng)過AC-DC整流器轉(zhuǎn)化為直流電能，該AC-DC整流器可以選用傳統(tǒng)AC-DC-AC風(fēng)機(jī)變頻器的機(jī)側(cè)部分，控制方法也適用。整流器輸出的并聯(lián)匯集到風(fēng)電場直流升壓站。
[0037]風(fēng)電場直流升壓:風(fēng)電場內(nèi)的風(fēng)機(jī)能量通過直流匯集到直流升壓站，通過DC-DC變換器進(jìn)行升壓，DC-DC變換器一般使用隔離型DC-AC-DC拓?fù)洌摴こ虒嵗梢允褂糜蓡蜗郙MC與中高頻變壓器構(gòu)成的DC-DC拓?fù)洹?br>[0038]該DC-DC拓?fù)鋱D如圖2所示，為隔離型DC-DC拓?fù)洌蓡蜗郙MC逆變器、中高頻升壓變壓器、單相MMC整流器三部分構(gòu)成。
[0039]單相MMC逆變器及整流器相對于三相MMC逆變器具備節(jié)約成本的優(yōu)點，更適用于較小容量的風(fēng)電場場合。
[0040]由于逆變器可將電能變換為中高頻交流電，因此該DC-DC變換器的變壓器可以采用體積小、重量輕的中高頻升壓變壓器。降低了運輸成本和安裝難度，還減小系統(tǒng)損耗，提高系統(tǒng)能量利用率。
[0041]高壓直流匯流