CN101950981A - 基于低频输电和高压直流输电的风电场接入方法和装置 - Google Patents

基于低频输电和高压直流输电的风电场接入方法和装置 Download PDF

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赵鑫
杨家胜
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Abstract

本发明公开了一种基于低频输电和高压直流输电的风电场接入方法，包括步骤：(一)风力发电机发出低频电力，低频电力由低频电缆输入至低频变压器变压，变压后的低频电进行整流；(二)低频电进行整流后的直流电由直流电缆输送至逆变器，逆变器将直流电转换为工频电；(三)工频电由工频电缆输送至工频升压变压器，将低电压升为高压电输送至电网。该方法所涉及的装置包括风力发电机、低频电缆、低频箱式变压器、整流器、直流电缆、逆变器、工频电缆和工频升压变压器。本发明克服了交流电缆传输并网的传输距离和容量受到限制的缺陷，既增加了风电场接入电网的传输容量和距离，又改善了风电场并网电能质量并减少了线路总损耗，提高了输电效率。

Description

基于低频输电和高压直流输电的风电场接入方法和装置
技术领域
本发明涉及电力系统中低频(频率低于工频50Hz)输电和高压直流输电技术领域，特别涉及一种基于低频输电和高压直流输电的风电场接入方法和装置。
背景技术
由于风力资源的随机性和风电场规模的不断扩大，尤其是大规模海上风电场的陆续开发，如何增加风电场传输容量和传输距离以及风电场并网对电网电能质量的影响必须引起足够重视。目前，风电场由于规模都较小，一般采用加装无功补偿装置的交流电缆传输并网方式。但是由于交流电缆充电电流的影响，交流电缆传输并网的传输距离和传输容量受到限制。风电场采用高压直流输电技术改善了风电场并网的电能质量，但因多次采用大功率电力电子变流装置，使得系统结构复杂，工程造价高，损耗加大。
发明内容
本发明提出了一种新的基于低频输电和高压直流输电的风电场接入电网方法和装置，其目的在于克服现有技术的不足和存在的问题，该方法减少了线路总损耗，提高了输电效率；该装置既能够增加风电场接入电网的传输距离和传输容量，又能够改善风电场接入电网处的电能质量；同时，低频输电和高压直流输电技术的有机结合降低了工程造价，尤其适合应用于大规模风电场。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
基于低频输电和高压直流输电的风电场接入方法，它包括以下步骤：
(一)、风力发电机发出低频电力，低频电力由低频电缆输入至低频变压器变压，变压后的低频电进行整流；
(二)、低频电进行整流后的直流电由直流电缆输送至逆变器，逆变器将直流电转换为工频电；
(三)、工频电由工频电缆输送至工频升压变压器，升压变压器将低电压升为高压电，工频电缆将高压电输送至电网。
进一步地，步骤(一)中所述的低频电力有多条支路，低频电力支路上设有多个风力发电机，风力发电机发出的低频电力，分别由低频电缆输入至多个低频变压器变压，变压后多条支路的低频电进行整流，整流后的直流电分别由多条直流电缆输送至一个逆变器。
或者，所述的低频电力有多条支路，低频电力支路包括多个风力发电机，风力发电机发出低频电力，分别由低频电缆输入至一个低频变压器变压，多组变压支路的低频电进行整流后分别由多条直流电缆输送至一个逆变器。
一种基于低频输电和高压直流输电技术的风电场接入装置，包括依次电连接的低频电力传输模块、直流电力传输模块和工频电力传输模块，所述的低频电力传输模块由低频电缆依次连接的风力发电机、低频变压器和整流器组成；所述的直流电力传输模块由逆变器组成，该逆变器与整流器之间设有直流电缆相连接；所述的工频电力传输模块由工频升压变压器组成，该升压变压器与逆变器之间设有工频电缆相连接。
所述的低频电力传输模块设有两组或以上，每组低频电力传输模块均通过直流电缆输出至直流电力传输模块，直流电力传输模块通过工频电缆与工频电力传输模块相连接。
上述的风力发电机设有两个或以上，风力发电机分别通过低频电缆与低频变压器相连接，两个或以上低频变压器通过低频电缆与整流器相连接。
本发明具有如下的技术成果：
1)采用低频输电技术，风力发电机出口直接连接低频箱式变压器进行低频能量传递，无需在风力发电机出口与工频箱式变压器之间装设常规变频器，降低了工程造价，减少了能量损耗。
2)采用低频输电和高压直流输电技术相结合的方法，低频输电因降低了线路阻抗使得线路损耗有所减少，直流输电因采用相同截面的导线有功损耗小，因此，减少了线路总损耗，提高了输电效率。
3)采用高压直流输电技术，逆变器本身就是一个无功功率发生器，既可以发出感性无功功率，又可以吸收感性无功功率，无需单独装设无功补偿装置。
4)低频传输线路距离和高压直流传输线路距离的分配可以根据工程的实际情况并结合两种输电技术的特点灵活确定。
5)逆变器的集中控制可以实现风电场每台风电机组有功功率和无功功率的综合调节功能。
6)利用逆变器改善风电场接入电网处的电能质量。
7)直流电缆两端的交流网络电压均可控，因而允许风电场的交流网络和电网保持不同步运行，一旦网络发生故障后，可以迅速恢复至故障前的输电能力。
附图说明
图1为本发明基于低频输电和高压直流输电技术的风电场接入电网方法原理图。
图2为基于低频输电和高压直流输电技术的一台风机配置一台整流器型风电场接入电网方法原理图。
图3为基于低频输电和高压直流输电技术的一条汇流线路配置一台整流器型风电场接入电网方法原理图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
如图1所示，本发明的基于低频输电和高压直流输电的风电场接入电网方法，该方法包括(一)、风力发电机发出低频电力，低频电力由低频电缆输入至低频变压器变压，变压后的低频电进行整流；(二)、低频电进行整流后的直流电由直流电缆输送至逆变器，逆变器将直流电转换为工频电；(三)、工频电由工频电缆输送至工频升压变压器，升压变压器将低电压升为高压电，工频电缆将高压电输送至电网。步骤(一)中的低频电力有多条支路，低频电力支路上设有多个风力发电机，风力发电机发出的低频电力，分别由低频电缆输入至多个低频变压器变压，变压后多条支路的低频电进行整流，整流后的直流电分别由多条直流电缆输送至一个逆变器。或者，低频电力有多条支路，低频电力支路包括多个风力发电机，风力发电机发出低频电力，分别由低频电缆输入至一个低频变压器变压，多组变压支路的低频电进行整流后分别由多条直流电缆输送至一个逆变器。
该方法涉及的装置包括风力发电机1、低频电缆2、低频箱式变压器3、整流器4、直流电缆5、逆变器6、工频电缆7和工频升压变压器8。风力发电机1发出的低频电力经低频电缆2连接至低频箱式变压器3，再连接至整流器4，这一过程为低频电力传输过程。低频电力传输模块设有两组或以上，每组低频电力传输模块均通过直流电缆5输出至直流电力传输模块，直流电力传输模块通过工频电缆7与工频电力传输模块相连接。或风力发电机设置两个或以上，风力发电机分别通过低频电缆与低频变压器相连接，两个或以上低频变压器通过低频电缆与整流器相连接。
采用低频输电技术，风力发电机出口直接连接低频箱式变压器进行低频能量传递，无需在风力发电机出口与工频箱式变压器之间装设常规变频器，降低了工程造价。低频输电因降低了输电系统频率可以提高输送容量，在输送相同的功率时只需较少的输电线路从而可以减少工程投资。整流器4将低频电力转换为直流电力，并经直流电缆5连接至逆变器6，这一过程为直流电力传输过程。直流输电因采用相同截面的导线能输送更大功率且有功损耗小，非常适合远距离大容量风电场的电力传输。逆变器6采用合适的控制策略能实现有功功率和无功功率的综合调节且可以改善风电场接入电网的电能质量。逆变器6将直流电力转换为工频电力，并经工频电缆7连接至工频升压变压器8，最后连接至电网9。
下面结合附图对本发明的具体实施进行举例说明。
实施例1：基于低频输电和高压直流输电技术的一台风机配置一台整流器型风电场接入电网方法原理图。
如图2所示为基于低频输电和高压直流输电技术的一台风机配置一台整流器型风电场接入电网方法。整个风电场包含(M1+M2+---+MN)台风力发电机1，N条汇流线路。每台风力发电机1配置一台低频箱式变压器3和一台整流器4。每台整流器4将低频电力转换为直流电力，通过对与之相连的风力发电机1的分散控制，可以实现每台风力发电机1均工作在理想的转速。直流电力经N条汇流线路汇流后送至逆变器6，逆变器6将直流电力转换为工频电力，并经工频电缆7连接至工频升压变压器8，最后连接至电网9。
实施例2：基于低频输电和高压直流输电技术的一条汇流线路配置一台整流器型风电场接入电网方法原理图。
如图3所示为基于低频输电和高压直流输电技术的一条汇流线路配置一台整流器型风电场接入电网方法。整个风电场包含(M1+M2+---+MN)台风力发电机1，N条汇流线路。每台风力发电机1配置一台低频箱式变压器，每条汇流线路配置一台整流器4，每Mi(i＝1，2，---，N)台风力发电机1发出的低频电力经低频箱式变压器3进行低频传输后汇流至相应的整流器4。整流器4通过对相应的Mi台风力发电机1进行集中控制可以实现对风力发电机1的有功功率的合理调节；整流器4还可以实现对风力发电机1的冗余控制。整流器4将低频电力转换为直流电力，直流电力经N条汇流线路汇流后送至逆变器6，逆变器6将直流电力转换为工频电力，并经工频电缆7连接至工频升压变压器8，最后连接至电网9。

Claims (6)

1.基于低频输电和高压直流输电的风电场接入方法，其特征在于包括以下步骤：
(一)、风力发电机发出低频电力，低频电力由低频电缆输入至低频变压器变压，变压后的低频电进行整流；
(二)、低频电进行整流后的直流电由直流电缆输送至逆变器，逆变器将直流电转换为工频电；
(三)、工频电由工频电缆输送至工频升压变压器，升压变压器将低电压升为高压电，工频电缆将高压电输送至电网。
2.根据权利要求1所述的基于低频输电和高压直流输电的风电场接入方法，其特征在于：步骤(一)中所述的低频电力有多条支路，低频电力支路上设有多个风力发电机，风力发电机发出的低频电力，分别由低频电缆输入至多个低频变压器变压，变压后多条支路的低频电进行整流，整流后的直流电分别由多条直流电缆输送至一个逆变器。
3.根据权利要求2所述的基于低频输电和高压直流输电的风电场接入方法，其特征在于：所述的低频电力有多条支路，低频电力支路包括多个风力发电机，风力发电机发出低频电力，分别由低频电缆输入至一个低频变压器变压，多组变压支路的低频电进行整流后分别由多条直流电缆输送至一个逆变器。
4.基于低频输电和高压直流输电的风电场接入装置，其特征在于：包括依次电连接的低频电力传输模块、直流电力传输模块和工频电力传输模块，所述的低频电力传输模块由低频电缆依次连接的风力发电机、低频变压器和整流器组成；所述的直流电力传输模块由逆变器组成，该逆变器与整流器之间设有直流电缆相连接；所述的工频电力传输模块由工频升压变压器组成，该升压变压器与逆变器之间设有工频电缆相连接。
5.根据权利要求4所述的基于低频输电和高压直流输电的风电场接入装置，其特征在于：所述的低频电力传输模块设有两组或以上，每组低频电力传输模块均通过直流电缆输出至直流电力传输模块，直流电力传输模块通过工频电缆与工频电力传输模块相连接。
6.根据权利要求4或5所述的基于低频输电和高压直流输电的风电场接入装置，其特征在于：所述的风力发电机设有两个或以上，风力发电机分别通过低频电缆与低频变压器相连接，两个或以上低频变压器通过低频电缆与整流器相连接。
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