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，提高經濟效益，實現(xiàn)更大范圍內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，例如高壓輸電線經過大城市時，采用地下電纜；輸電線經過海峽時，要用海底電纜；4、直流輸電時，其兩側交流系統(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濟、靈活、高質量的輸電方式，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，在海上風電場側及電網(wǎng)側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??；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)結構圖；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是海上風電場側的大容量變流器的功率單元拓撲圖；圖4是電網(wǎng)側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調制示意圖；圖6是PWM調制原理及輸出波形。
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，在海上風電場側及電網(wǎng)側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輸出端級聯(lián)起來，形成高壓直流電壓輸出。所述電網(wǎng)側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，海上風電場側及電網(wǎng)側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，海上風電場側的大容量變流器功率單元輸入側為交流輸入，經過由IGBT所組成的三相可控整流電路整流成直流電壓在直流側電容兩端輸出。直流側電容是其直流偵_能元件，可緩沖橋臂開斷的沖擊電流、減小直流側的電壓諧波，并為功率單元提供電壓支撐。見圖4，電網(wǎng)側的大容量變流器功率單元輸入側為直流輸入，經過由IGBT所組成的逆變電路逆變成交流電壓輸出。直流側電容是其直流側儲能元件，可緩沖橋臂開斷的沖擊電流、減小直流側的電壓諧波，并為功率單元提供電壓支撐。見圖5、圖6，是PWM脈寬調制技術的基本工作原理(以單相PWM脈寬調制技術為例)。由調制波與三角載波比較產生的觸發(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再經過電抗器濾波后則為網(wǎng)側的交流電壓U s。
權利要求1.海上風電場并網(wǎng)的輕型直流輸電系統(tǒng)，其特征在于，在海上風電場側及電網(wǎng)側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輸出端級聯(lián)起來，形成高壓直流電壓輸出； 所述電網(wǎng)側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，在海上風電場側及電網(wǎng)側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大容量變流器由移相變壓器及多個功率單元直流側輸出端級聯(lián)起來構成；所述的電網(wǎng)側大容量變流器由功率單元、LC濾波電路和變壓器構成，將功率單元的直流輸入側級聯(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