CN102318158A - 离岸风场与岸上配电网的ac连接和提供ac连接的升压变压器 - Google Patents

离岸风场与岸上配电网的ac连接和提供ac连接的升压变压器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种将离岸风场的配电网接入到岸上配电网的方法，涉及一种用于将离岸风场的配电网接入到岸上配电网而改进的升压变压器，以及涉及一种用于操作被接入到岸上配电网的离岸风场的配电网的AC连接。

Description

离岸风场与岸上配电网的AC连接和提供AC连接的升压变压器
技术领域
本发明涉及一种升压变压器，用于利用高压开关装置将离岸风场的AC连接与岸上配电网耦合，所述升压变压器包括按照中压操作的中间电路，所述中间电路包括能够在操作状态和非操作状态之间切换的能耗元件。
本发明还涉及一种离岸风场与岸上配电网的AC连接。所述AC连接配置并且连接用于岸上配电网，使其满足岸上配电网的操作者所强加的要求。本发明还涉及一种设备，当在离岸风场和岸上配电网之间建立AC连接时，所述设备用于控制电压和电流瞬变。本发明还涉及一种用于接入和操作与岸上配电网相连的离岸风场的方法。本发明还涉及这种设备的用途和AC连接的用途。
背景技术
离岸风场正越来越多地用于产生电能。将所产生的电能馈送给岸上配电网。岸上配电网的操作者向其提供者强加特定的命令。具体地，与岸上配电网相连的离岸风场必须满足所强加的工厂设备容量曲线。工厂设备容量曲线定义了在风场的有功功率输出作用时无功功率的范围，考虑了期待的配电网的电压变化。
具体地，在接入时，可以产生电流和电压瞬变，分布用于按照岸上配电网的操作。因此，不但在操作期间、而且在风场接入时、以及与岸上配电网通过海缆连接时对于功率质量都有要求。
传统上来说，工厂设备容量曲线基于功率电子器件，通过分离的静态VAR设备的安装来满足。然而，功率电子器件是易受攻击的，尤其是对于离岸使用。
另外，岸上部件也必须满足关于变电站对环境影响的当地法律，尤其是噪声。
WO2008/039121描述了一种离岸风力发电厂。WO2004/025803描述了一种风力馈电网。这些文献都没有解决有功和无功功率产生容量，以提供如岸上配电网所强加的工厂设备容量曲线。
DE10043422描述了一种与配电网的离岸风场连接。WO2007/111541描述了一种用于控制传输线中功率流的设备和方法。然而，这些文献中仍然没有描述配备有能耗元件的升压变压器，具体地所述能耗元件是电抗，用于作用于高压开关装置。
考虑到上述原因，清楚的是必须将离岸风场与岸上配电网的连接设计为满足多种要求。在现有技术中仍然存在对于离岸风场与岸上配电网的改进连接的要求，这种改进连接克服了上述问题的至少一些问题。
发明内容
本发明涉及一种将离岸风场的配电网接入岸上配电网的方法，涉及一种针对将离岸风场的配电网加入到岸上配电网而修改的升压变压器，以及涉及一种操作接入到岸上配电网的离岸风场的配电网的AC连接。
本发明涉及一种通过接通开关装置而建立的离岸风场和岸上配电网之间的连接。本发明还涉及一种当建立所述AC连接时控制电压和电流瞬变的设备。本发明还涉及所述设备和所述AC连接的用途和操作。
具体地，本发明提供了一种交流(AC)连接，所述AC连接包括离岸平台、与所述离岸平台相连的岸上变电站、将所述离岸平台与所述岸上变电站相连的海缆，所述AC连接利用高压开关装置与岸上配电网相连，其中所述离岸平台包括：按照中压操作的离岸配电网；与所述离岸配电网相连的风力涡轮发电机；分路电抗器，与按照中压操作的离岸配电网相连；功率电压升高变压器，位于所述离岸配电网和所述海缆之间，使得所述AC连接的有功和无功功率产生能力提供由所述岸上配电网所强加的工厂设备容量曲线。
发明人已经发现利用部件的选择和配置，可以避免分离的静态无功伏安设备的使用。另外的优点在于对于离岸维护的最大可靠性和最小要求。
在另外的方面，本发明提供了一种升压变压器，所述升压变压器包括按照中压操作的中间电路，所述中间电路包括在操作状态和非操作状态之间切换的能耗元件。
这种升压变压器具有这样的优点：可以用于在通过高压断路器通向岸上配电网之前升高或者降低电路的电压，以及当接通断路器以建立AC连接和岸上配电网的连接时，抑制电流和电压瞬变。
术语“升压变压器”指的是用于调节电路电压的电学变压器。术语“开关装置”指的是电学开关装置，具体地是高压开关装置。优选地，高压断路器用作开关装置。
在另一个方面，本发明提供了一种根据本发明的AC连接的用途，作为用于获得由岸上配电网的操作者强加给利用高压开关装置与所述岸上配电网相连的风场的工厂设备容量曲线的装置。
在另一个方面，本发明提供了一种根据本发明的升压变压器的用途，作为将AC连接接入岸上配电网的装置。
这种升压变压器的用途具有以下效果：抑制了电流和电压瞬变。根据本发明的升压变压器的用途提供了一种用于将离岸风场与岸上配电网相连的软接通方案，从而正确地控制电压和电流瞬变。
上下文中的术语“接入”意味着通过开关装置的操作实现的连接，例如通过接通高压断路器，使得在离岸风场和岸上配电网之间建立AC连接。
在另一个方面，本发明提供了一种操作根据本发明的AC连接的方法，所述方法包括以下步骤：
-测量离岸风场和岸上配电网之间的有功和无功功率流；
-将所述有功和无功功率流与参考设置点进行比较；
-向风力涡轮发电机的控制器和所述离岸风场的分路电抗器的开关装置发送控制信号：
-当所述风力涡轮发电机用完其无功功率产生容量限制时，从所述分路电抗器中增加或者移除固定块的无功功率；
-测量所述离岸风场上的离岸配电网的电压；
-将所述离岸配电网的测量电压与由系统设计所确定的所需工作电压进行比较；
-向升压变压器的带负载抽头变换器发送控制信号。
在本发明的实施例中，所述方法包括以下步骤：
-测量离岸风场和岸上配电网之间的有功和无功功率流；
-将所述有功和无功功率流与参考设置点进行比较；
-基于所述有功和无功功率流测量结果和所述无功功率流比较结果，向风力涡轮发电机的控制器和所述离岸风场上的分路电抗器的开关装置发送控制信号；
-当所述风力涡轮发电机用完其无功功率产生容量限制时，从所述支路电压器添加或者移除固定块的无功功率；
-测量所述离岸风场上的离岸配电网的电压；
-将所述离岸配电网的测量电压与系统设计所确定的所需工作电压进行比较；
-基于所述电压比较结果向升压变压器的带负载抽头变换器发送控制信号，具体地向在其初级一侧与所述离岸风场相连、而在其次级一侧与所述岸上配电网相连的升压变压器的带负载抽头变换器发送控制信号。
利用这种方法，所述AC连接能够提供由岸上配电网的操作者所强加的工厂设备容量曲线。
在另一个方面，本发明提供了一种利用上述升压变压器将AC连接接入岸上配电网的方法，所述方法包括以下步骤：
-将岸上变电站与关断位置的高压开关装置相连；
-将所述高压开关装置在其相反一侧与岸上配电网相连；
-将所述岸上变电站与所述离岸风场相连；
-将所述升压变压器插入到所述高压开关装置和所述离岸风场之间；
-使所述能耗元件处于操作状态；
-接通所述高压开关装置；
-使所述能耗元件处于非操作状态。
利用这种方法，提供了一种阻尼，用于抑制由电容性海缆的不利接入引起的瞬变现象。其结果是在消除或者至少显著减小网络中的电压和电流瞬变方面、以及在限制电动应力和热应力方面具有明显的优势，由此而言对于在电学系统中存在的部件的绝缘系统和所使用的开关装置方面具有明显益处，相当可观地增加了其使用寿命。
本发明涉及一种将离岸风场的离岸配电网接入到岸上配电网的方法，包括以下步骤：
-提供升压变压器，所述升压变压器包括中间电路中的能耗元件，其中所述能耗元件在操作状态和非操作状态之间切换，并且所述中间电路按照中压操作；
-将所述升压变压器在其初级一侧与海缆相连，所述海缆用于将在所述离岸风场中产生的电力输运至所述岸上配电网；
-将所述升压变压器在其次级一侧与高压开关装置相连，其中所述高压开关装置处于关断位置；
-将所述高压开关装置与所述岸上配电网相连；
-将所述能耗元件切换为操作状态；
-使所述高压开关装置处于接通位置；
-使所述能耗元件处于非操作状态，从而提供接入到所述岸上配电网的所述离岸风场。
在上述方法的实施例中，所述方法包括步骤：在岸上变电站中提供所述升压变压器。
在实施例中，用于将离岸风场的离岸配电网接入到岸上配电网的方法包括以下步骤：
-提供升压变压器，所述升压变压器包括中间电路中的能耗元件，其中所述能耗元件在操作状态和非操作状态之间切换，并且所述中间电路按照中压操作；
-将所述升压变压器在其初级一侧与海缆相连，所述海缆用于将在所述离岸风场中产生的电力输运至所述岸上配电网；
-将所述升压变压器在其次级一侧与高压开关装置相连，其中所述高压开关装置处于关断位置；
-将所述高压开关装置与所述岸上配电网相连；
-将所述能耗元件切换为操作状态；
-使所述高压开关装置处于接通位置；
-使所述能耗元件处于非操作状态，从而提供接入到所述岸上配电网的所述离岸风场。
本发明还涉及一种升压变压器，用于将离岸风场的离岸配电网接入到岸上配电网中，其中所述升压变压器在其初级一侧与海缆相连，所述海缆用于将在所述离岸风场中产生的电力输运至所述岸上配电网，并且所述升压变压器在其次级一侧与高压开关装置相连，处于接通位置的所述开关装置将所述离岸风场与所述岸上配电网相连，其特征在于：所述升压变压器包括中间电路中的能耗元件，其中所述能耗元件在操作状态和非操作状态之间切换，并且所述中间电路按照中压操作。
在上述升压变压器的实施例中，所述升压变压器在其初级一侧与海缆相连，所述海缆用于将所述离岸风场中产生的电力输运至所述岸上配电网，并且在其次级一侧与高压开关装置相连，处于接通位置的所述开关装置将所述离岸风场与所述岸上配电网相连，其特征在于：所述升压变压器包括中间电路中的能耗元件，其中所述能耗元件在操作状态和非操作状态之间切换，并且所述中间电路按照中压操作。
在上述升压变压器的实施例中，所述能耗元件是交流电(AC)阻抗。
在上述升压变压器的实施例中，至少两个中压断路器设置在所述中间电路中，用于将所述能耗元件在操作状态和非操作状态之间切换。
在上述升压变压器的实施例中，所述升压变压器包括带负载抽头变换器。
本发明还涉及一种AC连接，适用于将离岸风场的离岸配电网接入到岸上配电网，包括：
离岸平台；
与所述离岸平台相连的岸上变电站；以及
海缆，用于将所述离岸平台与所述岸上变电站相连，
其中所述AC连接利用高压开关装置与岸上配电网相连；以及
其中所述离岸平台包括：
按照中压操作的配电网；
风力涡轮发电机，与所述离岸配电网相连；
分路电抗器，与按照中压操作的所述配电网相连；
功率电压升高变压器，位于所述配电网和所述海缆之间，其特征在于：
所述AC连接的所述涡轮发生器、所述分路电抗器和所述海缆提供有功和无功功率产生能力，用于通过所述岸上配电网强加给接入到所述岸上配电网的所述离岸风场的工厂设备容量曲线，具体地其中所述AC连接的所述涡轮发电机、所述分路电抗器和所述海缆包括有功和无功功率产生容量，用于获得接入到所述岸上配电网的所述离岸风场的工厂设备容量曲线，其等于所述岸上配电网的工厂设备容量曲线。
在本发明的AC连接的实施例中，所述AC连接利用高压开关装置与所述岸上配电网相连。
在本发明的AC连接的实施例中，所述岸上变电站包括所述高压开关装置。
在本发明的AC连接的实施例中，所述离岸平台利用具有固定比率的功率电压升高变压器与所述海缆相连。
在本发明的AC连接的实施例中，所述海缆按照恒定电压操作。
在本发明的AC连接的实施例中，通过所述海缆、风力涡轮发电机和分路电抗器的无功功率产生能力来满足所述工厂设备容量曲线。
在本发明的AC连接的实施例中，所述岸上变电站包括升压变压器。
在本发明的AC连接的实施例中，所述升压变压器是根据本发明实施例的升压变压器。
在本发明的AC连接的实施例中，所述岸上变电站包括无功功率控制系统。
在本发明的AC连接的实施例中，所述离岸平台包括全部按照中压操作的开关装置。
本发明还涉及一种操作接入到岸上配电网的离岸风场的离岸配电网的方法，包括以下步骤：
-提供如上所述的AC连接，接入到岸上配电网中；
-测量离岸风场和所述岸上配电网之间的有功和无功功率流；
-将所述无功功率流与参考设置点进行比较；
-基于所述有功和无功功率流测量结果和所述无功功率流比较结果，向所述风力涡轮发电机的控制器和所述离岸风场上的分路电抗器的开关装置发送控制信号；
-当所述风力涡轮发电机用完其无功功率产生能力限制时，从所述分路电抗器添加或者移除固定块的无功功率；
-测量所述离岸风场上的所述离岸配电网的电压；
-将所述离岸配电网的测量电压与操作电压进行比较，其中通过所述离岸配电网的设计来确定所述操作电压；
-基于所述电压比较结果，向在其初级一侧与所述离岸风场相连、而在其次级一侧与所述岸上配电网相连的升压变压器的带负载抽头变换器发送控制信号；
-遵照所述带负载抽头变换器的控制，衰减所述岸上配电网的电压变化。
本发明还涉及一种根据本发明实施例的AC连接的用途，用于获得通过岸上配电网强加给离岸风场的离岸配电网的工厂设备容量曲线。
在实施例中，所述AC连接的用途是用于获得所述离岸风场的工厂设备容量曲线，其中所述工厂设备容量曲线等于所述离岸风场接入的所述岸上配电网的工厂设备容量曲线。
利用更好地示出本发明特征的理解，随后参考附图描述一些优选实施例和示例。
附图说明
图1示出了表示根据本发明的AC连接的实施例的单线图。
图2表示根据现有技术的升压变压器。
图3表示根据本发明的升压变压器的实施例。所述升压变压器的断路器表示在将海缆和离岸风场接入到岸上配电网之前的状态。
图4表示根据本发明的升压变压器的实施例，切换到过渡位置。
图5表示根据本发明的升压变压器的实施例，处于其正常工作状态。即，将AC连接接入到岸上配电网。
具体实施方式
在描述本发明所使用的方法和设备之前，应该理解的是本发明不局限于具体的所述方法、部件或设备，因为这些方法、部件和设备当然可以变化。还应该理解的是这里所使用的术语并非倾向于限制，因为本发明的范围只由所附权利要求来限定。
如这里所使用的，单数形式“一个”包括单独的和多个所述事物，除非上下文中明确地进行了说明。
这里所使用的术语“包括”与“包含”同义，并且是包含性的或者开放的，并且不会排除附加的未引用的部件、元件或方法步骤。术语“包括”也包括术语“由…构成”。由端点表示的数字范围包括在相应范围内所包含的所有数字和分数，以及所包含的端点。
当表示诸如参数、数量、持续时间等时，这里所使用的术语“大约”意味着包含±10％的变化，优选地±5％，更优选地±1％，更加优选地±0.1％，并且根据具体的值，在这些变化范围内的值适用于执行所公开的本发明。应该理解的是“大约”所表示的值本身也是具体且优选地公开的。
因此在本说明书中所公开的所有文件全部结合在此作为参考。
除非另有定义，在公开本发明时所使用的所有术语，包括技术和科学术语，具有本发明所述技术领域的普通技术人员所理解的意思。通过进一步的指导，包括在描述中所使用术语的定义以更好的理解本发明的教导。
贯穿该说明书，“一个实施例”意味着将结合实施例所描述的具体特征、结构或特点包括在本发明的至少一个实施例中。因此贯穿该说明书，不同位置出现的“在一个实施例中”或“在实施例中”不必全部指代相同的实施例，但是其可以指代相同的实施例。另外，可以按照本领域普通技术人员根据本公开所理解的任意合适方式，将具体的特征、结构或提点组合在一个或多个实施例中。另外，尽管这里所述的一些实施例包括在其他实施例中的一些特征而不包括其他的特征，不同实施例的特征的组合意味着落在本发明的范围之内，并且形成不同的实施例，如本领域普通技术人员所理解的那样。例如在所附权利要求中，要求权利的任意实施例可以按照任意组合来使用。
AC连接
在第一方面，本发明涉及离岸风场和岸上配电网之间的交流电(AC)连接。需要将离岸风场与岸上配电网相连的设施包括离岸平台、AC海缆和岸上变电站。
离岸平台包括风车，所述风车包括风力涡轮发电机。风力涡轮发电机与位于离岸风场上的离岸配电网相连。分路电抗器也与这一离岸配电网相连。离岸配电网按照中压操作。所述离岸配电网经由功率电压升高变压器与海缆相连，所述海缆典型地操作于高压，例如150kV。这种AC连接与岸上配电网相连。发明人已经发现：它们的AC连接使得所选择的元件结构的有功和无功功率产生能力能够提供通过岸上配电网的操作者强加给与岸上配电网相连的风场的工厂设备容量曲线。避免了岸上或离岸静态var器件的使用。至少，不包括静态VAR的方案避免了通过功率电子开关元件引起的谐波污染的缺点。
“工厂设备容量曲线”意味着风场在总输出功率或MVA中产生无功功率或Mvar的能力。术语“Mvar”指的是风场的无功功率输出。Mvar表示兆伏特安培无功功率。
发明人已经发现：利用它们的选择和配置，可以避免用于产生有功和无功功率的分离静态var设备的安装和使用。
在优选实施例中，AC连接包括岸上的单个高压开关装置，例如断路器。发明人已经发现：高压开关装置可以在岸上移动，具体地移动到岸上变电站，从而避免离岸高压设备的使用。因为在海上进行的所有维护都是昂贵且难以执行的，这是非常有价值的。此外，高压下的开关装置要求大量空间。这也需要避免是离岸的。因此，本发明提供了一种AC连接，其中岸上变电站包括高压开关装置。
在更优选的实施例中，通过具有固定比率的功率电压升高变压器将中压离岸配电网与高压海缆相连。在功率电压升高变压器中无需带负载电压调制进一步减小了离岸维护要求和成本。因此，本发明提供了一种AC连接，其中离岸平台利用具有固定比率的功率电压升高变压器与海缆相连。
在另一个优选实施例中，通过所述海缆、风场发电机和分路电抗器的无功功率产生能力来满足工厂设备容量曲线。
术语“分路电抗器”意味着这样的电抗器：具有相对较高的电感，并且缠绕在包含空气隙的磁芯上，用于中和与其相连的线路的充电电流。
工厂设备容量曲线由海缆、风场发电机以及最终一个或多个传统的分路电抗器的Mvar产生能力来唯一地满足，所述分路电抗器安装到离岸平台上，并且与风场的中压配电网相连。因此，不需要岸上的噪声分路电抗器。这非常有助于实现岸上变电站对噪声产生的严格限制。如果必须利用减小的声级进行设计，分路电抗器的成本和质量实际上显著地增加。在离岸平台上安装的分路电抗器可以非常成本有效地实现，因为它们不会面对任何噪声限制。
在另一个优选实施例中，AC连接包括所述设备的岸上配电网一侧处的无功功率调节系统。这种系统将所需功率因子的设置与电压控制方法相结合。通过岸上配电网的操作者设置所需的功率因子。功率因子意味着实际功率与风场所产生的明显功率之比。因此，本发明提供了一种AC连接，具有包括无功功率调节系统的岸上变电站。
在优选的实施例中，所述AC连接的控制系统由电压和MVar控制器组成。优选地，将其收纳在岸上变电站中。所述Mvar控制器向风力涡轮发电机和附加分路电抗器的断路器产生必要的控制信号，以便满足所强加的无功功率的产生或者吸收。所述电压控制器向升压变压器的带负载抽头变换器产生控制信号，以便维持离岸配电网上的恒定中压电平。
术语“带负载抽头变换器”意味着一种包括沿变压器线圈的连接点的设备，其允许选择确定个数的匝数。通过抽头变换器，产生了具有可变匝数比的变压器，使得能够实现输出的电压调节。带负载抽头变换器(OLTC)允许自动电压调节，并且用作电压调节器。
在优选的实施例中，AC连接的所述岸上变电站包括升压变压器。在岸上变电站中，高压海缆与升压变压器的初级一侧直接相连。在其次级一侧，升压变压器经由高压断路器与高压配电网相连。利用升压变压器，在岸上实现了电压调制功能，而不是在位于离岸风场上的变压器中实现电压调制功能。在离岸风场上安装的干线功率电压升高变压器是简单的变压器，不包括岸上电压调制。这种结构显著地减小了弱点的数量和要求设备离岸的维护。因为海中进行的所有维护都是昂贵且难以执行的，这是非常有价值的。其中与干线电压升高变压器分离地在岸上安装电压调制功能的AC连接的另一个优点是可以按照恒定的电压操作海缆。
在优选的实施例中，所述海缆按照恒定的电压操作。其结果是恒定的产生电容性无功功率。这进而促进了装置的总Mvar控制。
在另一个优选实施例中，所述升压变压器包括按照中压操作的中间电路。在没有这种升压电路的情况下，只能通过在海缆和岸上配电网之间的高压连接之间临时插入高压电阻器来实现衰减。然后这种方案的成本高得多：因为高压类型的电阻器和开关装置，也因为在岸上变电站安装这些高压部件的重要的空间要求。在升压变压器内部存在中压的内部电路是相当有益的。其可以产生非常节约成本的软接通系统的实现，以在主要为电容性海缆和离岸平台上的电感性部件(干线电压升高变压器和分路电抗器)的连接之后，减小电流和电压瞬变的大小和持续时间。
在更优选的实施例中，AC连接的所述升压变压器包括传统的带负载抽头变换器。其具有以下效果：可以与岸上配电网的电压变化无关地维持离岸中压配电网的恒定电压。
在优选实施例中，所述离岸平台包括全部按照中压操作的开关装置。
在图1中示意性地说明了优选实施例的示例。
离岸风场50中的风力涡轮发电机14通过中压断路器22与离岸中压配电网21相连。功率电压升高变压器18将离岸中压配电网21与高压海缆19相连。在岸上变电站45中，具有带负载抽头变换器(OLTC)4的改进升压变压器20经由高压电断路器11将海缆19与高压有用配电网23相连。升压变压器20和有用配电网之间的高压断路器11是在根据本发明的AC连接中需要的唯一高压开关装置。所要求的产生或吸收无功功率Mvar来自于风力涡轮发电机14、海缆19和一个或多个离岸中压分路电抗器15的Mvar容量。
典型地在高压(例如150kV)下操作的海缆19直接与功率电压升高变压器18的次级一侧相连，并且不包括高压断路器。电压升高变压器18的初级一侧经由中压断路器22与离岸中压配电网21相连，典型地为36kV或以下。风力涡轮发电机14将它们的能量递送至这一中压配电网21。干线功率电压升高变压器18具有固定的比率，不包括带负载抽头变换器。在离岸平台30上，利用中压断路器22将一个或多个传统分路电抗器15与中压配电网21相连。
根据本发明的升压变压器
在另一个方面，本发明提供了一种升压变压器，所述升压变压器包括按照中压操作的中间电路，所述中间电路包括在操作状态和非操作状态之间切换的能耗元件。
图2表示根据现有技术的升压变压器。所述升压变压器包括两个有功部分：激励变压器12和串联变压器13，每一个均具有初级和次级绕组。激励变压器12的初级绕组1与高压海缆19直接相连。激励变压器12的次级绕组2是带抽头绕组。利用带负载抽头变换器4进行带抽头绕组2上的抽头选择，作用在于调制离岸中压配电网上的电压电平。带抽头绕组2馈送给串联变压器13的初级绕组5。串联变压器13的次级绕组6连接在岸上高压配电网23和海缆19之间。在定位预选择器3以及一部分带负载抽头变换器4时，可以增加或者减小绕组6上感应的电压。
发明人能够修改传统的升压变压器，使其可以用于在岸上配电网和风场之间接入AC连接之后，控制电压和电流瞬变。
在图3中示意性地说明了优选实施例的示例。根据本发明的升压变压器20可以如下获得：根据现有技术的升压变压器的电路在线路60和61之间断开，所述线路60和61将串联变压器13的初级绕组5与激励变压器12的带抽头绕组2相连。将所述电路带到具有中压套管9的罐之外。将包括能耗元件10和两个断路器7、8的中间电路插入到串联变压器13和激励变压器12之间。与第一断路器7相连的第一和第二套管插入在电路之间，所述电路将串联变压器13的初级绕组5与带负载抽头变换器4相连。利用第二断路器8将第一套管与电阻器10相连。所述电阻器与第三套管9串联连接。所述第三套管9与从串联变压器13的初级绕组到预选择器3的初级绕组延伸的电路相连。能耗元件10将增加必要的耗散，以限制接入之后瞬变的幅度和持续时间。两个中压断路器7、8控制将能耗元件10插入到中间电路中。其现在可以用于增加电路的电压，并且用于衰减电流和电压瞬变。
根据本发明的AC连接的用途
在另一个方面，本发明提供了一种根据本发明的AC连接的用途，作为获得通过岸上配电网的操作者强加给与所述岸上配电网相连的离岸风场的工厂设备容量曲线的装置。
根据本发明的升压变压器的用途
在另一个方面，本发明提供了一种根据本发明的升压变压器的用途，用于控制AC连接接入到岸上配电网之后的电压和电流瞬变。利用根据本发明实施例的升压变压器，通过只增加中压设备就获得了高压断路器的软接通。在本发明中，按照中压操作的中间电路实现了高压断路器的软接通，所述中间电路包括诸如电阻器之类的能耗元件。将由接入引起的电流和电压瞬变减小到由电子系统的电压和电流保护所强加的限制。
如果没有根据本发明实施例的升压变压器，这种衰减只能通过在海缆和岸上配电网之间的高压连接中临时插入高压电阻器来实现。然而这样的方案的成本要高得多，因为高压类的电阻器和开关装置，也是因为在岸上变电站安装这些高压部件的重要空间要求。
根据本发明的操作AC连接的方法
在再一个方面，本发明提供了一种用于操作AC连接40的方法。所述方法可以参考图1显示如下。在改进的升压变压器20的配电网一侧测量有功和无功功率，并且将其与由有用分配器强加的参考Mvar设置点进行比较。在测量和要求的Mvar生产之间的差时，变电站中的无功功率调节系统17(也称作干线Mvar控制器)向风力涡轮发电机管理模块16和离岸平台上的最终中压分路电抗器15的开关装置产生控制信号。连续的控制作用于风力涡轮发电机变换器模块。当所述风力涡轮发电机用完其无功功率产生容量限制时，通过增加或移除分路电抗器15的固定Mvar块来偏移控制范围。以此同时，测量离岸配电网21的电压，用于控制改进的升压变压器20的带负载抽头变换器OLTC 4，从而补偿岸上高压配电网的电压变化。
术语“发电机的无功功率产生能力限制”意味着发电机在有功功率输出时能够产生的电容或电感性无功功率的范围。
根据本发明的接入AC连接的方法
在再一个方面，本发明提供了一种利用根据本发明的升压变压器20将AC连接40接入到岸上配电网23的方法。
使用相对廉价的中压断路器将中压电阻器临时地插入到中间电路35中。作为其效果，抑制了接入离岸风场50及其AC连接(海缆、变压器、电抗器和风力涡轮发电机)之后的有效过度电流和电压瞬变。对于AC连接的稳态操作，通过断路器的适当开关从所述电路自动地取出所述电阻器。在图3至图5中说明了所述方法。
在接入到海缆和离岸风场50之前的状态中表示图3的断路器。高压断路器11是关断的。中压断路器7是关断的，而断路器8是接通的。在接通断路器11之后，涌入电流将流过绕组6。涌入电流将通过绕组5并且通过能耗元件10感应出电流。
在选择带负载抽头变换器4时优化绕组2、5的电压级别，绕组2、5将这两个有功部分相连。所述电压级典型地是中压级，不超过36kV。用于升压变压器20的中间电路35的中压级部件的选择是高度有益的。其产生了一种可能性：非常成本有效的实现软接通系统，以减小主要电容性海缆的配电网与离岸平台上的电感部件(主要逐级增加变压器和分路电抗器)的连接之后的电流和电压瞬变的大小和持续时间。
问题在于电感部件的平滑涌入要求在电压峰值处的受控接入，但是不幸地是这是接入电容性海缆的最差条件。良好的折衷是不可能的。因此，本发明预见了在峰值电压处应用切换，并且提供足够的衰减以抑制由电容性海缆的非理想接入引起的瞬变现象。
在涌入之后很短的时间，设备将切换到图4所表示的情况。接通高压断路器11和中压断路器7。
通过图4中所示断路前实现条件的短路通路实质上是维持了通过串联变压器13的初级绕组5感应的电流的路径。
最后，断路器8关断，将优选地为电阻器的能耗元件10与升压变压器电路隔离开。图5中所表示的升压变压器20现在处于其正常操作状态。使用根据本发明实施例的升压变压器20将离岸风场50与岸上配电网23相连。
在本发明的优选实施例中，所述方法还包括在峰值电压处接入以建立AC连接。

Claims (17)

1.一种将离岸风场(50)的离岸配电网(21)接入到岸上配电网(23)的方法，包括以下步骤：
-提供升压变压器(20)，所述升压变压器(20)包括中间电路(35)中的能耗元件(10)，其中所述能耗元件(10)能够在操作状态和非操作状态之间切换，并且所述中间电路(35)按照中压操作；
-将所述升压变压器(20)在其初级一侧与海缆(19)相连，所述海缆用于将在所述离岸风场(50)中产生的电力输运至所述岸上配电网(23)；
-将所述升压变压器(20)在其次级一侧与高压开关装置(11)相连，其中所述高压开关装置(11)处于关断位置；
-将所述高压开关装置(11)与所述岸上配电网(23)相连；
-将所述能耗元件(10)切换至操作状态；
-使所述高压开关装置(11)处于接通位置；
-使所述能耗元件(10)处于非操作状态，从而提供所述离岸风场(50)接入到所述岸上配电网(23)。
2.根据权利要求1所述的方法，包括在岸上变电站(45)中提供所述升压变压器(20)的步骤。
3.一种升压变压器(20)，用于将离岸风场(50)的离岸配电网(21)接入到岸上配电网(23)中，其中所述升压变压器(20)在其初级一侧与海缆(19)相连，所述海缆(19)用于将在所述离岸风场(50)中产生的电力输运至所述岸上配电网(23)，并且所述升压变压器在其次级一侧与高压开关装置(11)相连，处于接通位置的所述开关装置(11)将所述离岸风场(50)与所述岸上配电网(23)相连，其特征在于：所述升压变压器包括中间电路(35)中的能耗元件(10)，其中所述能耗元件(10)在操作状态和非操作状态之间切换，并且所述中间电路(35)按照中压操作。
4.根据权利要求3所述的升压变压器(20)，其中所述能耗元件(10)是交流(AC)电阻。
5.根据权利要求3或4所述的升压变压器(20)，其中至少两个中压断路器(7，8)设置在所述中间电路(35)中，用于将所述能耗元件(10)在操作状态和非操作状态之间切换。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的升压变压器(20)，其中所述升压变压器(20)包括带负载抽头变换器(4)。
7.一种AC连接(40)，适用于将离岸风场(50)的离岸配电网(21)接入到岸上配电网(23)，所述AC连接包括：
离岸平台(30)；
与所述离岸平台(30)相连的岸上变电站(45)；以及
海缆(19)，将所述离岸平台(30)与所述岸上变电站(45)相连；
其中所述AC连接(40)通过高压开关装置(11)与岸上配电网(23)相连，以及
其中所述离岸平台(30)包括：
按照中压操作的离岸配电网(21)；
与所述离岸配电网(21)相连的风力涡轮发电机(14)；
分路电抗器(15)，与按照中压操作的离岸配电网(21)相连；
功率电压升高变压器(18)，位于所述离岸配电网(21)和所述海缆(19)之间，
其特征在于：
所述AC连接(40)的所述涡轮发电机(14)、所述分离电抗器(14)和所述海缆(19)提供有功和无功功率产生能力，用于获得通过所述岸上配电网(23)强加给接入到所述岸上配电网(23)的所述离岸风场(50)的工厂设备容量曲线。
8.根据权利要求7所述的AC连接(40)，其特征在于所述岸上变电站(45)包括所述高压开关装置(11)。
9.根据权利要求7或8所述的AC连接(40)，其特征在于所述离岸平台(30)通过具有固定比率的功率电压升高变压器(18)与所述海缆(19)相连。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的AC连接(40)，其特征在于所述海缆(19)按照恒定电压操作。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的AC连接(40)，其特征在于通过所述海缆(19)、风场发电机(21)和分路电抗器(15)的无功功率产生能力来满足所述工厂设备容量曲线。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的AC连接(40)，其特征在于所述岸上变电站(45)包括升压变压器(20)。
13.根据权利要求12所述的AC连接(40)，其特征在于所述升压变压器(20)是如权利要求3至6中任一项所述的升压变压器。
14.根据权利要求7至13中任一项所述的AC连接(40)，其特征在于所述岸上变电站(45)包括无功功率控制系统(17)。
15.根据权利要求7至14中任一项所述的AC连接(40)，其特征在于所述离岸平台包括完全按照中压操作的开关装置(22)。
16.一种操作接入到岸上配电网(23)的离岸风场(50)的离岸配电网(21)的方法，包括以下步骤：
-提供根据权利要求7至15中任一项所述的AC连接(40)，所述AC连接接入到岸上配电网(23)中；
-测量离岸风场(50)和所述岸上配电网(23)之间的有功和无功功率流；
-将所述无功功率流与参考设置点进行比较；
-基于所述有功和无功功率流测量结果以及所述无功功率流比较，向所述风力涡轮发电机(16)的控制器和所述离岸风场(50)上的分路电抗器(15)的开关装置发送控制信号；
-当所述风力涡轮发电机(16)用完其无功功率产生能力限额时，从所述分路电抗器添加或者移除固定块的无功功率；
-测量所述离岸风场(50)上的所述离岸配电网(21)的电压；
-将所述离岸配电网(21)的测量电压与操作电压进行比较，其中所述操作电压由所述离岸配电网(21)的设计来确定；
-基于所述电压比较，向在初级一侧与所述离岸风场(50)相连、而在次级一侧与所述岸上配电网(23)相连的升压变压器(20)的带负载抽头变换器(4)发送控制信号；
-遵照所述带负载抽头变换器(4)的控制，衰减所述岸上配电网(23)的电压变化。
17.根据权利要求7至15中任一项所述的AC连接(40)的用途，用于获得由岸上配电网(23)强加给离岸风场(50)的离岸配电网(21)的工厂设备容量曲线。
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