CN105594085B - 电能传输 - Google Patents

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Abstract

本文提供了一种传统电缆1，包括三根导电芯2a，2b，2c，每根导电芯被提供有相应的导电护套3a，3b，3c，其一起容纳在外部绝缘护套之内。三芯电缆1用于传输直流电流和单相交流电流形式的电力。导电芯的第一芯2a用于传输直流电流，而第二导电芯2b用于传输返回的直流电流。第三导电芯2c用于传输单相交流电流。返回的交流电流沿全部三个导电外部护套3a，3b，3c并行传输。该电缆用于将直流电流从风力涡轮发电机传输至变电站，在变电站中直流电流在连接至干线电力网之前被转换为交流。当涡轮发电机5的输出降至给定值以下时，该交流电流用于给风力涡轮发电机5的辅助电路供电。

Description

电能传输
技术领域
本发明涉及一种传输电力的方法，具体而言，涉及将电力传输至风力涡轮发电机和/或传输来自风力涡轮发电机的电力的方法。
背景技术
传统上，将风力涡轮发电机设置为依据风速来产生电压可变和频率可变的三相交流电力。为了将所产生的电力传输至干线电力网，必须将所产生的电力的电压和频率两者都转换为适用于电力网的明确定义的值。为了实现这一点，首先将由风力涡轮机所产生的三相交流电流转换为直流电流，并且随后转换为具有电力网的电压和频率的三相交流电流。此转换通常发生在风力涡轮发电机壳体之内。
风力涡轮发电机通常需要辅助电路来执行各种安全和维护功能，并且这些电路常常由交流电流来供电。当风力涡轮发电机运行时，辅助电路由发电机供电。然而，当风力涡轮发电机未发电时，使用来自干线电力网的交流电流来为辅助电路提供电力。
沿着海底铺设的或者沿着地面或在地下铺设的三芯护套电缆用于将三个相应相位的交流电流传输至电力网或从电力网传输出来，并且每个外部护套仅用于在不平衡运行期间传导小幅值电流以及传导短持续时间的故障电流。
已经提出建立产生中压直流电力的风力涡轮发电机，并且然后将该直流电力从涡轮机传输至变电站，该变电站用于将所产生的中压直流电力首先转换为高压直流电力，并且然后转换为适于在干线电力网之内传输的交流电力。预计这种设置将导致节省大量成本。特别地，对于同样的温升和导线横截面而言，使用直流电流在两根电缆上所能传输的电力的电平大于使用三相交流电流在三根这样的电缆上所能传输的电力的电平。
为了将这种直流风力涡轮发电机连接到变电站和电力网，必须提供适用于传输直流电流的电缆线路，以将直流电力传输至电力网以及传输来自电力网的直流电力。然而，采用特殊设计的中压直流电缆来替代三芯三相交流电流电缆需要很大的投资。
此外，如果采用这种系统，辅助电路仍然需要交流电力。尽管在这种情况下可以向每个风力涡轮发电机提供专用的直流-交流电力转换器，以便为辅助电路提供必要的交流电力，但是这种转换器昂贵，因此期望提供一种不需要转换器的设置。这例如可以通过将来自电力网的交流电力传输回至风力涡轮发电机以便为辅助电路供电来实现。
然而，在这种情况下，电缆线路不仅需要将直流电力传输至风力涡轮发电机和传输来自风力涡轮发电机的直流电力，还需要将来自电力网的交流电力传输至风力涡轮发电机的辅助电路。
用于这种附加电缆线路的材料以及铺设该电缆所需的劳动力将非常昂贵，因此期望提供一种较便宜的替代方案。
发明内容
因此，根据本发明，提供了一种使用三芯电缆来传输直流电力和交流电力两者的方法，该方法包括：沿第一芯传输直流电流；沿第二芯传输返回的直流电流；以及沿第三芯传输交流电流。
通过这种方式，可以使用现有电缆，其已用于将三相交流电流传输至风力涡轮发电机和传输来自风力涡轮发电机的三相交流电流。
三芯中的至少一根芯优选被提供有导电护套，并且该方法包括沿至少一个导电护套传输返回的交流电流。在优选设置中，三芯中的每根芯都被提供有导电护套，并且该方法包括沿全部三个导电护套并行传输返回的交流电流。此设置考虑到导电护套通常具有低于导电芯的载流容量的事实，因此能够支持沿每个外部护套仅传输返回的交流电流的三分之一。
在该优选实施例中，其中三芯电缆用于将电力传输至风力涡轮发电机和传输来自风力涡轮发电机的电力，并且其中辅助电路由低电平交流电力供电，可以理解三个护套组合起来具有足够的载流容量来承载返回的交流电流。
因此，在本发明的另一方面，一种方法，包括将三芯电缆的使用方式从(a)沿相应的芯传输三相交流电流中的每一相，改变为(b)沿第一芯传输直流电流和沿第二芯传输返回的直流电流。在这种情况下，第三芯的用途优选变为传输单相交流电流。或者，第三芯可以用作中性线，以将所有电荷保持在电缆内而不需要任何的外部接地连接件。
在优选设置中，电缆用于将交流电力传输至风力涡轮发电机，在该情况下交流电力可以用于为辅助电路供电。可以理解的是，为辅助电路供电所需的交流电流的幅值基本上小于风力涡轮机此前已产生的交流电力，并且因此可以如单相电源一样仅沿单根导线被传输。
附图说明
现将参考附图对本发明的优选实施例进行描述，在附图中：
图1示出了在根据本发明的优选实施例的方法中所使用的三芯电缆；以及
图2示出了在根据本发明的优选实施例的方法中所使用的风力涡轮发电机与干线电力网之间的电气连接。
具体实施方式
参见图1，传统电缆1包括三根导电芯2a、2b、2c，每根导电芯被提供有相应的导电护套3a、3b、3c，其一起容纳在外部绝缘护套4之内。这种电缆1通常用于传输三相交流电流形式的电力。该交流电流的三相中的每一相沿相应的导电芯(例如，导电芯2a)传输，并且返回的交流电流沿与导电芯2a相连的外部导电护套3a传输。
在本发明的优选实施例中，三芯电缆1用于传输直流电流和单相交流电流形式的电力。导电芯中的第一导电芯2a用于传输直流电流，而第二导电芯2b用于传输返回的直流电流。第三导电芯2c用于传输单相交流电流。返回的交流电流优选沿全部三个导电外部护套3a、3b、3c并行传输，但是或者可以仅沿单个外部护套(例如，外部护套3a)传输。
参见图2，风力涡轮发电机5产生电压和频率可变的三相交流电流形式的电力。利用二极管整流器6对此交流电流进行整流，以产生两个端子7、8两端的输出直流电压，端子7、端子8分别连接到上文参考图1所述的三芯电缆1的第一导电芯2a和第二导电芯2b。
风力涡轮机5所产生的三相交流电流还被提供给转换器9，转换器9将该电压可变和频率可变的输出转换为直流电流，并且随后转换为适用于为辅助电路(未示出)供电的固定电压和频率的交流电流，其中维护风力涡轮发电机5需要该辅助电路。
由于即使当风力涡轮发电机5的输出降至特定阈值以下或者未产生任何输出时，也可能需要为辅助电路供电，所以经由电缆1的第三导电芯2c从干线电力网获得附加的交流电源。如上所述，返回的交流电流被并行地提供给电缆1的三个导电护套3a、3b、3c。
在此设置中，风力涡轮发电机5的具有可变电压和可变频率的三相交流电流输出可以被转换为电压固定的直流电流，并沿原本用于传输三相交流电流的现有电缆被传输至变电站，因而消除了替换现有电缆的需要。
可以理解的是，上文参考优选实施例对本发明进行了描述，可以在不背离本发明的范围的情况下进行修改，其中本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (7)

1.一种使用三芯电缆(1)来传输直流电力和交流电力两者的方法，所述方法包括：
沿第一芯(2a)传输直流电流；
沿第二芯(2b)传输返回的直流电流；
其特征在于：
所述三芯中的至少一根芯(2c)提供有导电护套(3c)，所述方法包括：
沿第三芯(2c)传输交流电流；以及
沿至少一个导电护套(3c)传输返回的交流电流。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述三芯中的每根芯(2a，2b，2c)都提供有导电护套(3a，3b，3c)，所述方法包括沿全部三个导电护套(3a，3b，3c)并行传输返回的交流电流。
3.一种改变三芯电缆(1)的使用的方法，所述方法包括用于将三芯电缆(1)的使用从以下的(a)方式变换为以下的(b)方式的步骤：(a)沿所述三芯中的相应的芯(2a，2b，2c)传输三相交流电流中的每一相交流电流；(b)沿所述三芯中的第一芯(2a)传输直流电流并且沿所述三芯中的第二芯(2b)传输返回的直流电流；并且其特征在于：第三芯(2c)的使用被改变为传输交流电流；所述三芯中的至少一根芯(2c)提供有导电护套(3c)：以及至少一个导电护套(3c)的使用被改变为传输返回的交流电流。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述三芯中的第三芯(2c)的用途变为传输单相交流电流。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述电缆(1)用于将直流电力传输至风力涡轮发电机(5)和/或传输来自所述风力涡轮发电机的直流电力。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述电缆(1)用于将交流电力传输至风力涡轮发电机(5)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述交流电力用于给所述风力涡轮发电机(5)的辅助电路供电。
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