CN103311951B - 基于中频或高频变压器变压的风电场输电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于中频或高频变压器变压的风电场输电方法，包括步骤：（一）风力发电机发出的低频电力经一级整流器连接至方波调制器，一级整流器将低频电转换为直流电，方波调制器将直流电调制为高频方波，再连接至中频或高频变压器，将低频电力转换为高频电力；（二）中频或高频变压器经二级整流器连接至逆变器，二级整流器将高频电转换为直流电，逆变器将直流电转换为工频交流电，将高频电力转换为直流电力再转换为工频电力；（三）工频电经由工频电缆输送至工频升压变压器，进行升压后的高压电输送至电网。本发明改善了风电场接入电网处的电能质量和提高了系统的稳定性；减小了风电机组发电机与箱式变压器之间的传输损耗。

Description

基于中频或高频变压器变压的风电场输电方法
技术领域
本发明涉及电力系统中中频或高频（频率大于工频50Hz，中频或高频一般为工频50Hz的整数倍）变压器技术和电力电子技术领域，特别涉及一种在风电场中基于中频或高频变压器变压的风电场输电方法。
背景技术
风电场中箱式升压变压器采用的传统工频电力变压器体积大、重量重，变压器绝缘油对环境存在威胁，空载损耗高，负载投切或大范围变化时负荷侧电压随负荷波动大；无论是电源侧还是负荷侧发生故障，另一侧都将受到影响；电源侧电压发生跌落、闪变、不平衡和含有谐波时都将直接影响到负荷侧，而负荷侧的谐波电流也会通过变压器的直接耦合进入电源侧；铁芯饱和时所产生的谐波电流将对电网造成谐波污染。而风力资源的随机性要求风电场中箱式升压变压器的空载损耗尽可能低；随着风电场单机容量的不断增大，与之配套的箱式升压变压器体积将变得越来越大、重量也将变得越来越重；海上风电机组的基础也将相应增大，既增加了成本，又加大了风险。同时，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。
风电场采用的中频或高频变压器空载损耗低满足风力发电中变压器空载损耗应尽可能低的要求，体积小、重量轻能减小海上风电机组基础的承载力，便于箱式变压器与风电机组的集成；中频或高频变压器与电力电子变换器的有机结合将改善风电场并网的电能质量，提高系统的稳定性。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将进一步改善风电场并网的电能质量。
发明内容
本发明提出了一种基于中频或高频变压器变压的风电场输电方法，其目的在于克服现有技术的不足和存在的问题，该方法能抑制负荷侧的谐波电流通过变压器的直接耦合进入电源侧，防止电源侧电压发生跌落、闪变、不平衡和含有谐波时直接影响到负荷侧，改善风电场接入电网处的电能质量和提高系统的稳定性；能够减少变压器的传输损耗和环境污染；既能够增加风电场接入电网的传输距离和传输容量，又能减轻海上风电机组基础的承载力，便于箱式变压器与风电机组的集成。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
基于中频或高频变压器变压的风电场输电方法，包括以下步骤：
（一）、风力发电机发出的低频电力经一级整流器连接至方波调制器，一级整流器将低频电转换为直流电，方波调制器将直流电调制为高频方波，再连接至中频或高频变压器，将低频电力转换为高频电力；
（二）、中频或高频变压器经二级整流器连接至逆变器，二级整流器将高频电转换为直流电，逆变器将直流电转换为工频交流电，将高频电力转换为直流电力再转换为工频电力；
（三）、工频电经由工频电缆输送至工频升压变压器，进行升压后的高压电输送至电网。
在上述技术方案中，所述的低频电力有多条支路，其包括多个风力发电机发出低频电力，分别经由一级整流器、方波调制器输入至多个中频或高频变压器变压，变压后多条支路的高频电进行整流分别由多条直流电缆输送至一个逆变器。
在上述技术方案中，所述的低频电力有多条支路，其包括多个风力发电机发出低频电力，分别由一级整流器、方波调制器输入至一个中频或高频变压器变压，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。
本发明具有如下的有益效果：
1)与工频箱式变压器相比，中频或高频变压器体积小、重量轻，因为在相同容量下，变压器（磁芯）大小与其工作频率成反比，频率越高，体积就越小。
2)中频或高频变压器体积小、重量轻，能减少海上风电机组基础的承载力，便于箱式变压器与风电机组尤其是机舱的集成，减小了风电机组发电机与箱式变压器之间的传输损耗。
3)采用非晶材料的中频或高频变压器空载损耗低、效率可做得更高，减少了传输损耗，满足风力发电中变压器空载损耗应尽可能低的要求。
4)中频或高频变压器与电力电子变换器的有机结合既能有效抑制负荷侧的谐波电流通过变压器的直接耦合进入电源侧，又能有效防止电源侧电压发生跌落、闪变、不平衡和含有谐波时直接影响到负荷侧。
5)中频或高频变压器与电力电子变换器的有机结合既能减少谐波污染，又能减少环境污染。
6)高压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。
7)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。
8)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。
9)利用逆变器对接入电网的电压或电流幅值和相角的有效控制可以提高系统的稳定性。
10)与采用工频箱式电力变压器和高压直流输电技术的海上风电场接入电网方法相比，本方法减少了传输损耗，降低了工程造价。
附图说明
图1为本发明基于中频或高频变压器变压的风电场输电方法原理图。
图2为基于中频或高频变压器变压的风电场输电方法的一台风机配置一台二级整流器型风电场接入电网方法原理图。
图3为基于中频或高频变压器变压的风电场输电方法的一条汇流线路配置一台二级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，本发明基于中频或高频变压器变压的风电场输电方法，包括以下步骤：（一）、风力发电机发出的低频电力经一级整流器连接至方波调制器，再连接至中频或高频变压器，这一过程为低频电力转换为高频电力过程；（二）、中频或高频变压器经二级整流器连接至逆变器，这一过程为高频电力转换为直流电力再转换为工频电力过程；（三）、工频电经由工频电缆输送至工频升压变压器，进行升压后的高压电输送至电网。
该方法涉及的装置包括风力发电机1、低频电缆2、一级整流器3、直流电缆4、方波调制器5、高频电缆6、中频或高频变压器7、二级整流器8、逆变器9、工频电缆10、工频升压变压器11和电网12。风力发电机1发出的低频电力经低频电缆2连接至一级整流器3，再经直流电缆4连接至方波调制器5，再经高频电缆6连接至中频或高频变压器7，这一过程主要为低频电力转换为高频电力过程。采用的中频或高频变压器体积小、重量轻，能减少海上风电机组基础的承载力，便于箱式变压器与风电机组尤其是机舱的集成，减小了风电机组发电机与箱式变压器之间的传输损耗。中频或高频变压器7与一级整流器3、二级整流器8的有机结合既能有效抑制负荷侧的谐波电流通过变压器的直接耦合进入电源侧，又可以防止电源侧电压发生跌落、闪变、不平衡和含有谐波时直接影响到负荷侧。二级整流器8将高频电力转换为直流电力，并经直流电缆4连接至逆变器9，这一过程为高频电力转换为直流电力过程。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9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9将直流电力转换为工频电力，并经工频电缆10连接至工频升压变压器11，最后连接至电网12。
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：
基于中频或高频变压器变压的风电场输电方法的一台风机配置一台二级整流器型风电场接入电网方法原理图，如图2所示为在风电场中合理应用中频或高频变压器的一台风机配置一台二级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配置一台一级整流器3、一台方波调制器5、一台中频或高频变压器7和一台二级整流器8。每台二级整流器8将高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9，逆变器9将直流电力转换为工频电力，并经工频电缆10连接至工频升压变压器11，最后连接至电网12。
实施例2：
基于中频或高频变压器变压的风电场输电方法的一条汇流线路配置一台二级整流器型风电场接入电网方法原理图，如图3所示为在风电场中合理应用中频或高频变压器的一条汇流线路配置一台二级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配置一台中频或高频变压器7，每条汇流线路配置一台二级整流器8，每Mi（i=1,2,---,N）台风力发电机1发出的低频电力经一级整流器3、方波调制器5及中频或高频变压器7后汇流至相应的二级整流器8。二级整流器8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；二级整流器8还可以实现对风力发电机1的冗余控制。二级整流器8将高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9，逆变器9将直流电力转换为工频电力，并经工频电缆10连接至工频升压变压器11，最后连接至电网12。

Claims (2)

1.基于中频或高频变压器变压的风电场输电方法，其特征在于包括以下步骤：
(一)、风力发电机发出的低频电力经一级整流器连接至方波调制器，一级整流器将低频电转换为直流电，方波调制器将直流电调制为高频方波，再连接至中频或高频变压器，将低频电力转换为高频电力；所述的低频电力有多条支路，其包括多个风力发电机发出低频电力，分别经由一级整流器、方波调制器输入至多个中频或高频变压器变压，变压后多条支路的高频电进行整流分别由多条直流电缆输送至一个逆变器；
(二)、中频或高频变压器经二级整流器连接至逆变器，二级整流器将高频电转换为直流电，逆变器将直流电转换为工频交流电，将高频电力转换为直流电力再转换为工频电力；
(三)、工频电经由工频电缆输送至工频升压变压器，进行升压后的高压电输送至电网。
2.根据权利要求1所述的基于中频或高频变压器变压的风电场输电方法，其特征在于：所述的低频电力有多条支路，其包括多个风力发电机发出低频电力，分别由一级整流器、方波调制器输入至一个中频或高频变压器变压，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。
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