CN110112731B - 一种输电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种输电系统，包括：海上用电平台，交流系统，海上供电平台，新能源发电基地，多个第一AC/AC变频装置，用于将输电线路中的第一频率三相电压转换为第二频率三相电压；多个第二AC/AC变频装置，用于将输电线路中的第二频率三相电压转换为第一频率三相电压，第一频率小于第二频率；输电线缆，通过第一AC/AC变频装置和/或第二AC/AC变频装置分别与新能源发电基地和/或交流系统和/或海上用电平台和/或海上供电平台建立连接。本发明中输电系统通过采用低于第一频率的输电频率成倍提升线路的输送容量，提高了传输距离，同时利用新能源发电基地进行组网发电可以减少能约损耗，有利于环保建设，保障居民能够健康生活。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统输电领域，具体涉及一种输电系统。
背景技术
能源是经济社会发展的重要物质基础，加快建立安全可靠、经济高效、清洁环保的现代能源供应体系，已成为世界各国共同的战略目标。为了有效解决能源枯竭和环境污染问题，发展新能源已成为应对能源安全、环境污染、气候变化三大挑战，实现人类社会可持续发展的必由之路。风力发电是新能源发电技术中最成熟、最具规模化开发条件的发电方式之一。有些地区风电资源分布和负荷中心呈逆向分布，需要通过大容量远距离输电来实现资源的优化配置。
目前现有的输电系统，由于海上平台为了给用电设备提供电能，通常通过石油钻井进行燃油发电或通过开采煤炭进行煤炭发电，这种火力发电方式显然存在着一定的环境污染，影响居民的健康生活，并且会对石油和煤炭等有限能源造成一定的能源消耗。
发明内容
因此，本发明实施例要解决的技术问题在于克服现有技术中的大容量远距离的输电系统利用火力发电方式存在着一定的环境污染，影响居民的健康生活，并且会对石油和煤炭等有限能源造成一定的能源消耗。
为此，本发明实施例提供了如下技术方案：
本发明实施例提供一种输电系统，包括：
海上用电平台，用于给海上的用电设备提供电能；
交流系统，用于给陆地上的用电设备提供电能；
海上供电平台，用于给所述海上用电平台提供电能或与所述交流系统进行交流组网；
新能源发电基地，用于给所述海上用电平台和所述海上供电平台提供电能；
多个第一AC/AC变频装置，用于将输电线路中的第一频率三相电压转换为第二频率三相电压；
多个第二AC/AC变频装置，用于将所述输电线路中的所述第二频率三相电压转换为所述第一频率三相电压，所述第一频率小于所述第二频率；
输电线缆，通过所述第一AC/AC变频装置和/或所述第二AC/AC变频装置分别与所述新能源发电基地和/或所述交流系统和/或所述海上用电平台和/或所述海上供电平台建立连接。
可选地，所述新能源发电基地包括多个海上风力发电站和/或多个海上太阳能发电站和/或多个海上潮汐能发电站。
可选地，每个所述第一AC/AC变频装置包括第一AC/AC变频器和第一开关组。
可选地，每个所述第二AC/AC变频装置包括第二AC/AC变频器和第二开关组。
可选地，所述第一AC/AC变频器和每个所述第二AC/AC变频器包括至少一组变频模块，所述变频模块包括三个变频单元。
可选地，所述变频单元包括三个变频桥臂，每个所述变频桥臂均包括电感和H桥，所述电感的第一端与所述H桥的第一端连接，所述电感的第二端作为所述变频桥臂的输入端，所述H桥的第二端作为所述变频桥臂的输出端；
所述三个变频桥臂的输入端分别与所述新能源发电基地的A相、B相和C相连接，所述三个变频桥臂的输出端与所述开关组连接。
可选地，所述H桥包括至少一个全控型H桥。
可选地，所述全控型H桥包括两组电力电子器件桥臂和直流电容，所述两组电力电子器件桥臂并联连接，每一个所述电力电子器件桥臂均包括串联的两个电力电子器件，所述直流电容与所述电力电子器件桥臂并联连接。
可选地，所述电力电子器件包括绝缘栅双极型晶体管和与所述绝缘栅双极型晶体管并联连接的反并联二极管。
可选地，所述第一开关组和所述第二开关组为断路器以及设置于所述断路器两端的隔离开关。
本发明实施例技术方案，具有如下优点：
本发明提供一种输电系统，包括：海上用电平台，交流系统，海上供电平台，新能源发电基地，多个第一AC/AC变频装置，用于将输电线路中的第一频率三相电压转换为第二频率三相电压；多个第二AC/AC变频装置，用于将输电线路中的第二频率三相电压转换为第一频率三相电压，第一频率小于第二频率；输电线缆，通过第一AC/AC变频装置和/或第二AC/AC变频装置分别与新能源发电基地和/或交流系统和/或海上用电平台和/或海上供电平台建立连接。本发明中输电系统通过采用低于第一频率的输电频率成倍提升线路的输送容量，提高了传输距离，同时利用新能源发电基地进行组网发电可以减少能约损耗，有利于环保建设，保障居民能够健康生活。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中输电系统的第一结构示意图；
图2为本发明实施例中输电系统的第二结构示意图；
图3为本发明实施例中输电系统的第三结构示意图；
图4为本发明实施例中输电系统的第四结构示意图；
图5为本发明实施例中输电系统的第五结构示意图；
图6为本发明实施例中输电系统的第六结构示意图。
附图标记：
1-新能源发电基地； 2-海上供电平台； 3-海上用电平台；
4-交流系统； 5-第一AC/AC变频装置； 6-第二AC/AC变频装置；
7-输电线缆； 8-变压器； 51-第一AC/AC变频器；
52-第一开关组； 61-第二AC/AC变频器； 62-第二开关组；
511-变频单元； 5111-电感； 5112-H桥。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本发明实施例提供一种输电系统，应用于电力系统交流输电，如图1所示，包括：新能源发电基地1、海上供电平台2、交流系统4、海上用电平台3、多个第一AC/AC变频装置5、多个第二AC/AC变频装置6和输电线缆7，其中，
海上用电平台3，用于给海上的用电设备提供电能。此处的海上用电平台3主要设置在各个海岛或岛屿上，用于进行生产作业或其他活动用，例如：可以利用海上用电平台3在海岛上通过石油钻井开采石油，还可以利用海上用电平台3在海岛上进行开采煤炭资源，海上用电平台3进行生产作业，就需要给这些生产作业的用电设备提供电能。由于海上的各个海岛分布的通常较为分散，由于各个海岛之间也存在一定的距离，为了各个海岛上的海上用电平台3相互之间能够实现远距离输电，可对海上用电平台3供电进行低频输电改造，可以增大输送容量，加大输送距离，节省改造成本，降低施工难度，本实施例中的海上用电平台3向海上区域的用电设备进行供电。
交流系统4，用于给陆地上的用电设备提供电能。此处的交流系统4可以为设置在陆地上的变电站和/或发电站和/或配电站，其主要给陆地上的用电设备提供电能，例如；陆地上的居民用电主要依靠该交流系统4提供电能。该交流系统4与海上的海上平台之间的距离较远，分别位于海岛的两边，隔海相望，通过对陆地上的交流系统4与海上供电平台2、以及海上的新能源发电基地1进行低频输电改造，可以增大输送容量，加大输送距离，节省改造成本，降低施工难度。
海上供电平台2，用于给海上用电平台3提供电能或与交流系统4进行交流组网。此处的海上供电平台2相当于设置在海岛上的变电站，将新能源发电基地1输出的电能进行中继处理，其一方面可以将新能源发电基地1输出的电能转送给海上用电平台3使用，其另一方面可以与交流系统4进行交流组网，进而使得海上的新能源发电基地1输出的电能可以得到充分的使用。
新能源发电基地1，用于给海上用电平台3和海上供电平台2提供电能。此处的新能源发电基地1可以为多个海上风力发电站和/或多个太阳能发电站和/或多个潮汐能发电站，由于新能源发电基地1属于可再生能源，取之不尽，用之不竭，综合利用风能或太阳能或潮汐能等新能源，可以减少对其它能源的消耗，在很大程度上，可以节约其它能源，并且风能或太阳能或潮汐能属于清洁能源，对环境污染较小，有利于确保居民健康生活，所以，利用新能源发电基地1进行汇集发电，可以节约能源，并且有利于环保建设。此处的新能源发电基地1输出的电能频率为低频频率。
在本实施例中，如图2所示，新能源发电基地1的三相电压分别表示为A相电压VA、B相电压VB和C相电压VC，上述三相电压的相位差为120度；转换后的三相电压分别表示为第一电压VMA、第二电压VMB和第三电压VMC，上述三相电压的相位差为120度。在本实施例中，新能源发电基地1通常建设在海岛上，通过汇集新能源发电基地1输出的电能向海上供电平台2、海上用电平台3输出电能。
在图1中，多个第一AC/AC变频装置5，用于将输电线路中的第一频率三相电压转换为第二频率三相电压，第一频率小于第二频率。在图1中，设置在海上供电平台2与新能源发电基地1之间的第一AC/AC变频装置5，用于将新能源发电基地1输出的第一频率三相电压转换为第二频率三相电压，即将新能源发电基地1输出的电能低频输出给海上供电平台2；在图1中，设置在新能源发电基地1与海上用电平台3之间的第一AC/AC变频装置5，用于将新能源发电基地1输出的第一频率三相电压转换为第二频率三相电压，即将新能源发电基地1输出的电能低频输出给海上用电平台3；在图1中，设置在海上供电平台2与海上用电平台3之间的第一AC/AC变频装置5，用于将经过设置在其之间的第二AC/AC变频装置6转换出的第一频率三相电压转换为第二频率三相电压，即将海上供电平台2转换出的低频电能输出给海上用电平台3；在图1中，设置在海上供电平台2与交流系统4之间的两第一AC/AC变频装置5，其中位于海上供电平台2旁的第二AC/AC变频装置6，用于将经过设置在其之间的第二AC/AC变频装置6转换出的第一频率三相电压转换为第二频率三相电压，即将海上供电平台2转换出的低频电能输出给交流系统4,其中，位于交流系统4旁的第二AC/AC变频装置5，用于将经过设置在其之间的第二AC/AC变频装置6转换出的第一频率三相电压转换为第二频率三相电压，即将交流系统4转换出的低频电能输出给海上供电平台2。本实施例中的输电系统应用于大容量长距离输电，第一频率和第二频率的范围根据实际应用确定，第一频率的优选范围为50/3Hz的低频输电频率，第二频率小于等于75Hz，第一频率只要小于第二频率即可，如第二频率为60Hz，第一频率可以为小于60Hz的任一频率。在本实施例中，由于我国电网的工频频率为50Hz，故第二频率经过变频后为50Hz；第一频率设置为50/3Hz；随着输电频率增加，线缆电流增加，绝缘性能随之下降，在综合考虑其绝缘和成本等多种因素的影响后采用50/3Hz的低频输电频率，这样设置可以增加3倍传输容量，降低线路阻抗、增加传输距离。
多个第二AC/AC变频装置5，用于将输电线路中的第二频率三相电压转换为第一频率三相电压，第一频率小于第二频率。在图1中，设置在海上供电平台2与交流系统4之间的两第二AC/AC变频装置6，其中，位于海上供电平台2旁的第二AC/AC变频装置6，用于将海上供电平台2输出的第二频率三相电压转换为第一频率三相电压，即将海上供电平台2输出的工频转换为低频，其中，位于交流系统4旁的第二AC/AC变频装置6，用于将交流系统4输出的第二频率三相电压转换为第一频率三相电压，将交流系统4输出的工频转换为低频。
在本实施例中，如图2所示，每个第一/AC变频装置包括第一AC/AC变频器51和第一开关组52。其中，在图1中，对于设置在新能源发电基地1与海上供电平台2之间的第一AC/AC变频装置5，其第一AC/AC变频器51的输入端与新能源发电基地1连接，其第一AC/AC变频器51的输出端通过第一开关组52、输电线缆7与海上供电平台2连接；设置在新能源发电基地1与海上用电平台3之间的第一AC/AC变频装置5，其第一AC/AC变频器51的输入端与新能源发电基地1连接，其第一AC/AC变频器51的输出端通过第一开关组52、输电线缆7与海上用电平台3连接；设置在海上用电平台3与海上供电平台2之间的第一AC/AC变频装置5，其第一AC/AC变频器51的输入端通过第二AC/AC变频装置6与海上供电平台2连接，其第一AC/AC变频器51的输出端通过第一开关组52、输电线缆7与海上用电平台3连接；设置在海上供电平台2与交流系统4之间且位于交流系统4旁的第一AC/AC变频装置5，其第一AC/AC变频器51的输入端通过第二AC/AC变频装置6与海上供电平台2连接，其第一AC/AC变频器51的输出端通过第一开关组52、输电线缆7与交流系统4连接；设置在海上供电平台2与交流系统4之间且位于海上平台旁的第一AC/AC变频装置5，其第一AC/AC变频器51的输入端通过第二AC/AC变频装置6与交流系统4连接，其第一AC/AC变频器51的输出端通过第一开关组52、输电线缆7与海上供电平台2连接。上述中的第一开关组52设置于第一AC/AC变频器51的输出端和输电线缆7之间，这样设置一方面便于输电系统的交流电网之间的组网，第一开关组52中的开关导通则新能源发电基地1或海上供电平台2或交流系统4接入输电系统；另一方面当输电线缆7出现故障时，断开第一开关组52中的开关即可使得输电线缆7与新能源发电基地1或海上供电平台2或交流系统4断开，便于输电线缆7的维护与检修。第一开关组52按照系统保护、检修等需求分配即可。在本实施例中，第一开关组52包括至少一组开关，每一组开关包括三个开关，其中的每一个开关均包括断路器以及设置于断路器两端的隔离开关，即断路器的输入端与一个隔离开关连接，断路器的输出端再与一个隔离开关连接，开关的具体个数根据实际需要合理设置即可。
在本实施例中，如图3所示，每个第二AC/AC变频装置6包括第二AC/AC变频器61和第二开关组62，其中，设置在海上供电平台2与交流系统4之间且位于海上供电平台2旁的第二AC/AC变频装置6，其第二AC/AC变频器61的输入端与海上供电平台2连接，其第二AC/AC变频器61的输出端通过第二开关组62、输电线缆7、第一AC/AC变频装置5与交流系统4连接。对于设置在海上供电平台2与交流系统4之间且位于交流系统4旁的第二AC/AC变频装置6，其第二AC/AC变频器61的输入端与交流系统4连接，其第二AC/AC变频器61的输出端通过第二开关组62、输电线缆7、第一AC/AC变频装置5与海上供电平台2连接。在本实施例中，如图5所示，第一开关组52包括三组开关，分别记为第一组开关、第二组开关和第三组开关，其中，第一AC/AC变频器51的三相电压输出端与第一组开关的第一端连接，第一组开关的第二端分别与第二组开关的第一端和第三组开关的第一端连接，第二组开关和第三组开关并联连接，第二组开关的第二端与一个第二海上供电平台2连接，第三组开关的第二端与另一个海上供电平台2连接，第一AC/AC变频器51可通过并联的两组开关(第二组开关和第三组开关)连接两个海上供电平台2。
第一AC/AC变频器51或第二AC/AC变频器61包括至少一组变频模块，如图4所示，对于第一AC/AC变频器51中的变频模块包括三个变频单元，变频单元的输入端与新能源发电基地1或海上供电平台2或交流系统4的交流电网连接，变频单元的输出端与开关组连接。在本实施例中，如图4所示，第一AC/AC变频器包括一组变频模块，变频模块包括三个变频单元，变频单元包括三个变频桥臂，每一个变频桥臂均包括电感和H桥，电感的第一端与H桥的第一端连接，电感的第二端作为变频桥臂的输入端，H桥的第二端作为变频桥臂的输出端；三个变频桥臂的输入端与新能源发电基地1的A相、B相和C相连接。当然，三个变频桥臂的输入端还可以与海上供电平台2或交流系统4的A相、B相和C相连接。三个变频桥臂的输出端与开关组连接，该开关组与海上用电平台3连接。在图4中，第一AC/AC变频器21含有9个由级联H桥模块组成的桥臂，从中性点引出三相低频交流。
H桥包括至少一个全控型H桥，在本实施例中，如图4所示，H桥包括一个全控型H桥，全控型H桥包括两组电力电子器件桥臂和直流电容，两组电力电子器件桥臂并联连接，每一个电力电子器件桥臂均包括串联的两个电力电子器件，直流电容与电力电子器件桥臂并联连接；电力电子器件包括绝缘栅双极型晶体管(IGBT)和与IGBT并联连接的反并联二极管。当然，在其它实施例中，电力电子器件还可以为金属(metal)-氧化物(oxide)-半导体(semiconductor)场效应晶体管(MOS)管或者双极型晶体管(Bipolar JunctionTransistor，缩写为BJT)等，根据需要合理设置即可。由于一个全控型H桥所能承受的电压等级有限，而交流电网的电压较高，故需要多个全控型H桥进行级联，如图5所示，H桥包括两个全控型H桥2112，在其它实施例中，可根据需要合理设置全控型H桥的级联个数。
在其它实施例中，第一AC/AC变频器51可包括多组变频模块，例如；第一AC/AC变频器51包括两组变频模块，即两组变频模块并联连接。
第一AC/AC变频装置5或第二AC/AC变频装置6通过控制三相低频开关，可以实现多端交流系统4与海上供电平台2之间的低频组网运行方式的改变，包括组网方式的变化以及故障隔离功能的实现。在多端低频组网内，可以通过第一AC/AC变频器51或第二AC/AC变频器61控制，调节组网内潮流，实现潮流管控功能。
输电线缆7，通过第一AC/AC变频装置5和/或第二AC/AC变频装置6分别与新能源发电基地1和/或交流系统4和/或海上用电平台3和/或海上供电平台2建立连接。输电线缆7的作用为了实现低频传输的作用，在新能源发电基地1、海上供电平台2、海上用电平台3以及交流系统4中建立连接关系。
本实施例中的输电系统，通过多个第一AC/AC变频装置5将输电线路中的第一频率三相电压转换为第二频率三相电压，同时，配合多个第二AC/AC变频装置6将输电线路中的第二频率三相电压转换为第一频率三相电压，第一频率小于第二频率；之后经过输电线缆7进行低频传输，该输电系统通过采用低于第一频率的输电频率成倍提升线路的输送容量，提高了传输距离。
为了满足不同电压等级之间的调节，在上述输电系统的基础上，如图6所示，该输电系统还包括：设置在输电线路中的多个变压器6，其用于调整输电线路的输入电压或输出电压。在图6中，设置在新能源发电基地1与第一AC/AC变频装置5之间的变压器6用于调整新能源发电基地1的输出电压，在图6中，设置在第二AC/AC变频装置6与第一AC/AC变频装置5之间的变压器6，用于调整海上供电平台2或交流系统4变频后的输出电压。例如：新能源发电基地1的电压为220V，通过变压器6将220V的三相交流电压升压到10kV，故变压器6为升压变压器6，之后再转换成三相电压，采用高电压输电线路进行低频传输，高电压输电降低因电流产生的热损耗和降低远距离输电的材料成本。当然，在其它实施例中，变压器6也可以升压至不同的电压，例如：500kV或者750kV，根据需要合理设置即可；变压器6也可以降压至不同电压值，如三相交流电压的电压值为220kV，通过变压器6可降压至110kV、35kV、10kV或者220V等，根据需要合理设置即可。
本发明实施例中的输电系统，通过综合利用海上的新能源发电基地1输出的电能，将其远距离低频传输给海上供电平台2或海上用电平台3，然后，借助海上供电平台2与交流系统4进行低频组网，可以使得海上的新能源发电基地1输出的新能源得到充分利用，进而节约了其它能源的消耗，给海上用电平台3带来极大的便利，避免了海上用电平台3因电能欠缺影响其正常工作的现象。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种输电系统，其特征在于，包括：
海上用电平台，用于给海上的用电设备提供电能；
交流系统，用于给陆地上的用电设备提供电能；
海上供电平台，用于给所述海上用电平台提供电能或与所述交流系统进行交流组网；
新能源发电基地，用于给所述海上用电平台和所述海上供电平台提供电能；
多个第一AC/AC变频装置，用于将输电线路中的第一频率三相电压转换为第二频率三相电压；
多个第二AC/AC变频装置，用于将所述输电线路中的所述第二频率三相电压转换为所述第一频率三相电压，所述第一频率小于所述第二频率；
输电线缆，通过所述第一AC/AC变频装置和/或所述第二AC/AC变频装置分别与所述新能源发电基地和/或所述交流系统和/或所述海上用电平台和/或所述海上供电平台建立连接；
所述新能源发电基地包括多个海上风力发电站和/或多个海上太阳能发电站和/或多个海上潮汐能发电站；
每个所述第一AC/AC变频装置包括第一AC/AC变频器和第一开关组。
2.根据权利要求1所述的输电系统，其特征在于，每个所述第二AC/AC变频装置包括第二AC/AC变频器和第二开关组。
3.根据权利要求2所述的输电系统，其特征在于，所述第一AC/AC变频器和每个所述第二AC/AC变频器包括至少一组变频模块，所述变频模块包括三个变频单元。
4.根据权利要求3所述的输电系统，其特征在于，所述变频单元包括三个变频桥臂，每个所述变频桥臂均包括电感和H桥，所述电感的第一端所述H桥的第一端连接，所述电感的第二端作为所述变频桥臂的输入端，所述H桥的第二端作为所述变频桥臂的输出端；
所述三个变频桥臂的输入端分别与所述新能源发电基地的A相、B相和C相连接，所述三个变频桥臂的输出端与所述开关组连接。
5.根据权利要求4所述的输电系统，其特征在于，所述H桥包括至少一个全控型H桥。
6.根据权利要求5所述的输电系统，其特征在于，所述全控型H桥包括两组电力电子器件桥臂和直流电容，所述两组电力电子器件桥臂并联连接，每一个所述电力电子器件桥臂均包括串联的两个电力电子器件，所述直流电容与所述电力电子器件桥臂并联连接。
7.根据权利要求6所述的输电系统，其特征在于，所述电力电子器件包括绝缘栅双极型晶体管和与所述绝缘栅双极型晶体管并联连接的反并联二极管。
8.根据权利要求2所述的输电系统，其特征在于，所述第一开关组和所述第二开关组为断路器以及设置于所述断路器两端的隔离开关。
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