專利名稱：海上風電場并網(wǎng)的輕型直流輸電系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種輕型直流輸電系統(tǒng)，特別是海上風電場并網(wǎng)的輕型直流輸電系統(tǒng)。
背景技術：
我國能源資源與用電負荷分布的特殊性，成為發(fā)展遠距離、大容量輸電的必然性。尤其是超過600km以上的遠程輸電線路，采用直流輸電更加節(jié)能、降耗，提高經(jīng)濟效益，實現(xiàn)更大范圍內(nèi)的能源資源的合理開發(fā)、優(yōu)化配置，符合我國“西電東送”的國情。隨著電力電子和計算機技術的迅速發(fā)展，輕型直流輸電技術日趨完善，在輸電能力和送電距離上已可和特高壓交流競爭，并且相對于特高壓交流輸電技術，輕型直流輸電技術有如下優(yōu)點I、輸送相同功率時，輕型直流輸電所用線材僅為交流輸電的2 / 3 I / 2;2、在電纜輸電線路中，輕型直流輸電沒有電容電流產(chǎn)生，而高壓交流輸電線路存在電各電流，引起損耗；3、輕型直流輸電多使用地下電纜，使其對周圍環(huán)境沒有視覺上的影響，也沒有電纜產(chǎn)生的磁場，可見輕型直流輸電技術本身是極其環(huán)保的。并且在一些特殊場合，必須用電纜輸電，例如高壓輸電線經(jīng)過大城市時，采用地下電纜；輸電線經(jīng)過海峽時，要用海底電纜；4、直流輸電時，其兩側(cè)交流系統(tǒng)不需同步運行，而高壓交流輸電必須同步運行；5、直流輸電發(fā)生故障的損失比高壓交流輸電小。直流輸電中，由于米用可控娃裝置，電路功率能迅速、方便地進行調(diào)節(jié)，直流輸電線路上基本上不向發(fā)生短路的高壓交流系統(tǒng)輸送短路電流，故障側(cè)交流系統(tǒng)的短路電流與沒有互連時一樣。因此，輕型直流輸電作為一種經(jīng)濟、靈活、高質(zhì)量的輸電方式，能夠應用于直流高壓輸電工程中，將取得良好的輸電及環(huán)保效益。目前現(xiàn)有技術中，輕型直流輸電還沒有得到廣泛應用。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種海上風電場并網(wǎng)的輕型直流輸電系統(tǒng)，可順利實現(xiàn)海上風電傳輸與并網(wǎng)，具有成本低、直流電壓等級匹配靈活、諧波小等優(yōu)點。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型通過以下技術方案實現(xiàn)海上風電場并網(wǎng)的輕型直流輸電系統(tǒng)，其特征在于，在海上風電場側(cè)及電網(wǎng)側(cè)分別設有一臺大容量變流器，與直流輸電電纜相連接，實現(xiàn)海上風電傳輸與并網(wǎng)；所述海上風電場側(cè)的大容量變流器由移相變壓器和多個功率單元組成，移相變壓器原邊接入風力發(fā)電機輸出端，在副邊形成低壓交流電送入功率單元，功率單元采用PWM脈寬調(diào)制技術將交流電整流成穩(wěn)定的直流電壓，最終將所有功率單元的直流側(cè)輸出端級聯(lián)起來，形成高壓直流電壓輸出；[0014]所述電網(wǎng)側(cè)的大容量變流器由多個功率單元、LC濾波電路、變壓器組成，將所述功率單元的直流輸入側(cè)級聯(lián)起來再與直流輸電電纜連接，使每個功率單元承擔等分的直流電壓，功率單元采用PWM脈寬調(diào)制技術將直流電壓逆變輸出低壓交流電，再將每個功率單元的交流輸出端經(jīng)過LC濾波電路接入變壓器副邊，再通過變壓器將交流電輸入電網(wǎng)。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的新穎性和創(chuàng)造性體現(xiàn)在I)與傳統(tǒng)型輕型直流輸電系統(tǒng)相比，采用功率單元級聯(lián)的型式，無需IGBT串聯(lián)，可靠性更高；2)采用功率單元級聯(lián)方式，直流電壓等級匹配靈活，可根據(jù)用戶需求來選擇功率單元的級聯(lián)個數(shù)；3)兩端交流系統(tǒng)無需濾波電路，諧波小；4)在中小型容量輸電系統(tǒng)中，成本相對較低。

圖I是海上風電場并網(wǎng)的輕型直流輸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2是海上風電場并網(wǎng)的輕型直流輸電系統(tǒng)拓撲圖；圖3是海上風電場側(cè)的大容量變流器的功率單元拓撲圖；圖4是電網(wǎng)側(cè)的大容量變流器的功率單元拓撲圖；圖5是功率單元單相PWM調(diào)制示意圖；圖6是PWM調(diào)制原理及輸出波形。
具體實施方式
見圖I、圖2，海上風電場并網(wǎng)的輕型直流輸電系統(tǒng)，包括兩個大容量變流器和直流輸電電纜組成，在海上風電場側(cè)及電網(wǎng)側(cè)分別設有一臺大容量變流器，與直流輸電電纜相連接，實現(xiàn)海上風電傳輸與并網(wǎng)。所述海上風電場側(cè)的大容量變流器由移相變壓器和多個功率單元組成，移相變壓器原邊接入風力發(fā)電機輸出端，在副邊形成低壓交流電送入功率單元，功率單元采用PWM脈寬調(diào)制技術將交流電整流成穩(wěn)定的直流電壓，最終將所有功率單元的直流側(cè)輸出端級聯(lián)起來，形成高壓直流電壓輸出。所述電網(wǎng)側(cè)的大容量變流器由多個功率單元、LC濾波電路、變壓器組成，將所述功率單元的直流輸入側(cè)級聯(lián)起來再與直流輸電電纜連接，使每個功率單元承擔等分的直流電壓，功率單元采用PWM脈寬調(diào)制技術將直流電壓逆變輸出低壓交流電，再將每個功率單元的交流輸出端經(jīng)過LC濾波電路接入變壓器副邊，再通過變壓器將交流電輸入電網(wǎng)。其中，海上風電場側(cè)及電網(wǎng)側(cè)的大容量變流器功率單元個數(shù)，由用戶所需求的直流電壓等級決定。直流電壓等級越高，所需求的功率單元個數(shù)越多。見圖3，海上風電場側(cè)的大容量變流器功率單元輸入側(cè)為交流輸入，經(jīng)過由IGBT所組成的三相可控整流電路整流成直流電壓在直流側(cè)電容兩端輸出。直流側(cè)電容是其直流偵_能元件，可緩沖橋臂開斷的沖擊電流、減小直流側(cè)的電壓諧波，并為功率單元提供電壓支撐。見圖4，電網(wǎng)側(cè)的大容量變流器功率單元輸入側(cè)為直流輸入，經(jīng)過由IGBT所組成的逆變電路逆變成交流電壓輸出。直流側(cè)電容是其直流側(cè)儲能元件，可緩沖橋臂開斷的沖擊電流、減小直流側(cè)的電壓諧波，并為功率單元提供電壓支撐。見圖5、圖6，是PWM脈寬調(diào)制技術的基本工作原理(以單相PWM脈寬調(diào)制技術為例)。由調(diào)制波與三角載波比較產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖，使功率單元上下橋臂的開關管高頻開通和關斷，則橋臂中點電壓Uc在兩個固定+Ud和-Ud之間快速切換，Uc再經(jīng)過電抗器濾波后則為網(wǎng)側(cè)的交流電壓U s。
權(quán)利要求1.海上風電場并網(wǎng)的輕型直流輸電系統(tǒng)，其特征在于，在海上風電場側(cè)及電網(wǎng)側(cè)分別設有一臺大容量變流器，與直流輸電電纜相連接，實現(xiàn)海上風電傳輸與并網(wǎng)； 所述海上風電場側(cè)的大容量變流器由移相變壓器和多個功率單元組成，移相變壓器原邊接入風力發(fā)電機輸出端，在副邊形成低壓交流電送入功率單元，功率單元采用PWM脈寬調(diào)制技術將交流電整流成穩(wěn)定的直流電壓，最終將所有功率單元的直流側(cè)輸出端級聯(lián)起來，形成高壓直流電壓輸出； 所述電網(wǎng)側(cè)的大容量變流器由多個功率單元、LC濾波電路、變壓器組成，將所述功率單元的直流輸入側(cè)級聯(lián)起來再與直流輸電電纜連接，使每個功率單元承擔等分的直流電壓，功率單元采用PWM脈寬調(diào)制技術將直流電壓逆變輸出低壓交流電，再將每個功率單元的交流輸出端經(jīng)過LC濾波電路接入變壓器副邊，再通過變壓器將交流電輸入電網(wǎng)。
專利摘要本實用新型涉及一種海上風電場并網(wǎng)的輕型直流輸電系統(tǒng)，其特征在于，在海上風電場側(cè)及電網(wǎng)側(cè)分別設有一臺大容量變流器，與直流輸電電纜相連接，實現(xiàn)海上風電傳輸與并網(wǎng)；所述的海上風電場側(cè)大容量變流器由移相變壓器及多個功率單元直流側(cè)輸出端級聯(lián)起來構(gòu)成；所述的電網(wǎng)側(cè)大容量變流器由功率單元、LC濾波電路和變壓器構(gòu)成，將功率單元的直流輸入側(cè)級聯(lián)起來再與直流輸電電纜連接，功率單元采用PWM脈寬調(diào)制技術將直流電壓逆變輸出低壓交流電，再將每個功率單元的交流輸出端經(jīng)過LC濾波電路接入變壓器副邊，通過不同型號的變壓器輸出用戶所需求的交流電。本實用新型具有成本低、直流電壓等級匹配靈活、諧波小等優(yōu)點。
文檔編號H02J3/38GK202586373SQ20122020652
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月9日
發(fā)明者許樹楷, 虞蒼璧, 韓詩邈, 李江濤, 劉寶誠, 趙麗娟, 吳丹青, 顧威, 雷雪 申請人:南方電網(wǎng)科學研究院有限責任公司, 榮信電力電子股份有限公司