一種海上風電場柔性直流輸電系統的主接線系統的製作方法

2023-12-01 20:42:21 2

本發明涉及柔性直流輸電領域，具體涉及一種海上風電場柔性直流輸電系統的主接線系統。

背景技術：

柔性直流輸電是一種基於全控型可關斷半導體器件(igbt)的新型輸電技術，同時也是目前世界上可控性最高、適應性最好的輸電技術。柔性直流輸電可以實現故障隔離，自主控制電壓和頻率，快速獨立的控制輸送的有功和無功功率並提供動態電壓支撐，同時可提高交流電網安全穩定性，無需強系統支撐，減少負荷中心多饋入直流連鎖故障風險。隨著多端柔性直流輸電技術的發展與應用，將廣域範圍內的風電、水電、火電等電源互聯，可在大範圍內平抑可再生能源發電的波動性、間歇性等問題，最大限度的降低了其對電網產生的衝擊，實現了可再生能源的有效開發利用。目前正在廣泛開展的基於柔性直流輸電技術的海上風電併網工程建設，和已投運的良好的運行狀況的工程驗證了此種併網方式在改善海上大規模風電場集中送出方面的顯著技術優勢，柔性直流換流器能夠為風電場提供足夠的快速動態無功補償、降低風機脫網的風險、提高風能利用率，已成為未來海上風電併網的主流技術手段。

目前整流和逆變等變換過程中，電壓等級不夠高，在傳輸的過程中能量損耗較大，且效率很低，並且安全穩定性較低，風能利用率也不高。

技術實現要素：

為了彌補現有技術的缺陷，本發明提供一種海上風電場柔性直流輸電系統的主接線系統，通過海上升壓站提升交流電壓等級，並將交流電壓傳輸給遠海換流站，通過遠海換流站將海上升壓站傳輸的交流電壓整流為直流電壓，並將該直流電壓傳輸給近海換流站，通過近海換流站將遠海換流站傳輸的直流電壓逆變為交流電壓，並將該交流電壓輸送至近海子變電站，最終實現海上風電場柔性直流的傳輸。

為了實現上述發明目的，本發明採取如下技術方案：

本發明提供一種海上風電場柔性直流輸電系統的主接線系統，主接線系統包括海上升壓站、遠海換流站和近海換流站；所述海上升壓站用於提升交流電壓等級，並將交流電壓傳輸給遠海換流站，所述遠海換流站用於將海上升壓站傳輸的交流電壓整流為直流電壓，並將該直流電壓傳輸給近海換流站，所述近海換流站將遠海換流站傳輸的直流電壓逆變為交流電壓，並將該交流電壓輸送至近海子變電站。

所述海上升壓站包括多個風力渦輪機和輔助變壓器。

所述風力渦輪機並聯在交流電纜上，且所述風力渦輪機將風能轉換為電能，並將電能傳輸給輔助變壓器。

所述輔助變壓器為三繞組升壓變壓器。

三繞組升壓變壓器設有兩臺，且均為yn/d/d變壓器。

交流電纜上設有用於抑制直流電壓紋波的平波電抗器。

所述遠海換流站包括兩臺yn/d/d變壓器和ac-dc變換器；兩臺yn/d/d變壓器將海上升壓站傳輸的交流電壓再次升壓，並將再次升壓後的交流電壓整流為同電壓等級的直流電壓，並將該直流電壓傳輸給近海換流站。

所述近海換流站包括dc-ac逆變器；所述dc-ac逆變器將遠海換流站傳輸的直流電壓轉換為同等級的交流電壓，之後傳輸至近海子變電站，進行陸地部分的能量傳輸。

與最接近的現有技術相比，本發明提供的技術方案具有以下有益效果：

本發明提供的海上風電場柔性直流輸電系統的主接線系統中，能量先從海上升壓站的風力渦輪機發出，經過升壓變壓器，提升到高電壓等級後，經過遠海換流站的整流以及近海換流站的逆變，實現電壓從交流到直流再到交流的變換。在整個變換過程中，電壓等級較高，能量傳輸損耗小，效率高。該主接線系統最終實現海上風電場柔性直流的傳輸；

本發明所提出的海上升壓站由風力渦輪機並聯組成，由三繞組變壓器實現電壓提升，結構簡單，易於實現；

本發明所提出的海上換流站通過柔性直流輸電的傳輸方式，提高海上交流電網的安全穩定性，為風電場提供足夠的快速動態無功補償、降低風機脫網的風險、提高風能利用率；

本發明填補了我國遠海風電場併網技術的空白，同時，本發明可用於大規模遠海上風電直流併網標準體系建設，推進直流併網系統設計、設備選型的規範化，從而節約規劃、建設與運營成本，以及設備研發投入。

附圖說明

圖1是本發明實施例中海上風電場柔性直流輸電系統的主接線系統示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。

本發明提供一種海上風電場柔性直流輸電系統的主接線系統，如圖1，主接線系統包括海上升壓站、遠海換流站和近海換流站；海上升壓站用於提升交流電壓等級，並將交流電壓傳輸給遠海換流站，遠海換流站用於將海上升壓站傳輸的交流電壓整流為直流電壓，並將該直流電壓傳輸給近海換流站，海換流站將遠海換流站傳輸的直流電壓逆變為交流電壓，並將該交流電壓輸送至近海子變電站。

上述的海上升壓站包括多個風力渦輪機和輔助變壓器。

其中，風力渦輪機並聯在交流電纜上。風力渦輪機將風能轉換為電能，並將電能傳輸給輔助變壓器。

其中，輔助變壓器為三繞組升壓變壓器。三繞組升壓變壓器設有兩臺，且均為yn/d/d變壓器。

上述的交流電纜上設有用於抑制直流電壓紋波的平波電抗器。

上述的遠海換流站包括兩臺yn/d/d變壓器和ac-dc變換器；兩臺yn/d/d變壓器將海上升壓站傳輸的交流電壓再次升壓，並將再次升壓後的交流電壓整流為同電壓等級的直流電壓，並將該直流電壓傳輸給近海換流站。

上述的近海換流站包括dc-ac逆變器；dc-ac逆變器將遠海換流站傳輸的直流電壓轉換為同等級的交流電壓，之後傳輸至近海子變電站，進行陸地部分的能量傳輸。

對於大規模海上風電場柔性直流輸電，能量先從海上升壓站的風力渦輪機發出，經過升壓變壓器，提升到高電壓等級後，經過遠海換流站的整流以及近海換流站的逆變，實現電壓從交流到直流再到交流的變換。在整個變換過程中，電壓等級較高，能量傳輸損耗小，效率高。該主接線系統最終實現海上風電場柔性直流的傳輸。

本發明提供的海上風電場柔性直流輸電系統的主接線系統工作原理如下：

能量先從海上升壓站的風力渦輪機發出，經過升壓變壓器，提升到高電壓等級後，經過遠海換流站的整流以及近海換流站的逆變，實現電壓從交流到直流再到交流的變換。在整個變換過程中，電壓等級較高，能量傳輸損耗小，效率高。該主接線系統最終實現海上風電場柔性直流的傳輸。

本發明所提出的海上升壓站由風力渦輪機並聯組成，由三繞組變壓器實現電壓提升，結構簡單，易於實現；本發明所提出的海上換流站通過柔性直流輸電的傳輸方式，提高海上交流電網的安全穩定性，為風電場提供足夠的快速動態無功補償、降低風機脫網的風險、提高風能利用率；本發明還填補了我國遠海風電場併網技術的空白，同時，本發明可用於大規模遠海上風電直流併網標準體系建設，推進直流併網系統設計、設備選型的規範化，從而節約規劃、建設與運營成本，以及設備研發投入。

最後應當說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，所屬領域的普通技術人員參照上述實施例依然可以對本發明的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本發明精神和範圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發明的權利要求保護範圍之內。