CN113410863A - 一种可变升压的直流并网系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种可变升压的直流并网系统。所述可变升压的直流并网系统包括换流器和可变升压的联接变压器，所述可变升压的联接变压器包括阀侧绕组、第一网侧绕组和第二网侧绕组，所述阀侧绕组连接所述换流器；所述第二网侧绕组与所述第一网侧绕组串联或者并联连接后，与所述直流并网系统的网侧电网系统连接。

Description

一种可变升压的直流并网系统

技术领域

本申请涉及电力系统输电技术领域，具体涉及一种可变升压的直流并网系统。

背景技术

直流输电系统广泛用于海上风电场或者大型新能源基地的电力送出，送往远方电网有交流和直流两种方式。交流传输方式使用工频交流导体将风电，光伏等新能源电能送往陆地或远方负荷中心。这种传输方案结构简单，成本较低，但交流系统应用限制条件多，电网影响大。

为获取更多的海上风能资源以及更廉价的光伏新能源，海上风电场或陆上光伏场逐渐向深远海或者内陆腹地方向发展。例如当风电场距离岸边超过60km、进入广义的远海区域时，交流送出方式将随着电能损耗、无功补偿难度和整体造价的提升而逐渐丧失性价比，而直流输电方式则成为优选项。直流输电方式通过换流器将风电交流电能变换为直流电能，借助直流海缆以较低的损耗送到岸边变流站，再从直流变换为交流接入电网。光伏新能源远端输送亦同。采用直流输送方式除了损耗小、传输容量大之外，还具备很强的故障穿越、故障隔离能力和更好的稳定性，同时还能实现海上风电场电压、频率控制等综合控制，提升整个新能源电源并网质量。

受限于电网规划和建设周期的限制，直流并网系统在设计过程中，往往会碰到直流并网系统需要在整个项目运行周期内变更接入电压等级的问题。例如：某海上风场规划送出容量1000MW+，规划接入电网电压等级500kV，但由于电网建设的原因，当海上风场及直流并网系统建成时，电网侧只有220kV电压等级可供临时接入，临时接入几年后500kV电网建成，此时再将原220kV临时接入方案变更为终期的500kV接入方案。

受电压源型或电流源型换流器设计参数的限制，换流器的降压运行能力存在限制范围，且降压运行时输送功率对应下降。因此当电网的接入电压等级变化差异过大时，需要考虑特殊的直流并网系统设计方案实现降压运行时的满容量功率输送，以上段中描述的220/500kV变化接入需求为例，目前已有技术方案包括如下三种。

采用电压源型换流器时，可采用全桥拓扑方案的电压源型换流器+配置升压至500kV的连接变压器。此方案占地大且稳定性一般，且全桥拓扑的电压源型或电流源型换流器相比于半桥拓扑的换流器造价成翻倍增加，并且在应用上存在损耗过大，发热增加等经济性费效比问题。

采用半桥拓扑方案的电压源型换流器，或采用电流源型换流器时，可选择临时配置升压至220kV的连接变压器+远期配置升压至500kV的连接变压器。此方案不需要更换造价昂贵的电压源型换流器或电流源型换流器，但在应用过程中需要更换连接变压器设备，需要额外采购一套临时用的连接变压器，造成设备投资的增加。且连接变压器更换时间长，影响范围大，施工困难，经济性比较差。

采用半桥拓扑的电压源型或电流源型换流器时，可选择配置500/220/阀侧绕组的三卷连接变压器。此方案不需要更换造价昂贵的电源型换流器，也避免了重新采购额外的连接变压器的问题。但连接变压器独立冗余配置了500和200的传输容量，在实际应用中有50％的传输容量处于闲余状态，增加了连接变压器本身的设备本体投入。

发明内容

本申请实施例提供一种可变升压的直流并网系统，包括换流器和可变升压的联接变压器，所述可变升压的联接变压器包括阀侧绕组、第一网侧绕组和第二网侧绕组，所述阀侧绕组连接所述换流器；所述第二网侧绕组与所述第一网侧绕组串联或者并联连接后，与所述直流并网系统的网侧电网系统连接。

根据一些实施例，所述可变升压的直流并网系统还包括：有载调压开关，所述有载调压开关配置在所述阀侧绕组上，用于调节所述换流器的输出电压。

根据一些实施例，所示有载调压开关包括：真空灭弧的有载调压开关或绝缘油灭弧的有载调压开关。

根据一些实施例，所述换流器包括电压源型换流器或电流源型换流器。

根据一些实施例，所述电压源型换流器采用半桥拓扑结构的电压源型换流器。

根据一些实施例，所述第一网侧绕组和第二网侧绕组的输出额定电压相同，接线组别相同。

根据一些实施例，所述第一网侧绕组和第二网侧绕组的输出容量均为总输出容量的50％。

根据一些实施例，所述阀侧绕组与所述换流器的连接线包括电缆或裸导线。

根据一些实施例，所述第一网侧绕组和所述第二网侧绕组的接线端均通过套管引出。

根据一些实施例，所述可变升压的直流并网系统，还包括汇流母线，所述汇流母线设置于所述可变升压的联接变压器旁边，用于实现所述第一网侧绕组和所述第二网侧绕组的接线端的串联或并联连接。

本申请实施例提供的技术方案，在直流并网系统中，用可变升压的联接变压器与电压源型或电流源型换流器的配置组合，实现了电网接入侧电压改变的前提下，不更换连接变压器设备，且能够实现能量的满容量输送、避免设备更换造成的额外设备和施工改造内容，节约设备造价和项目建设的造价。并且设备一次就位无需更换，能够避免设备更换造成的能量输送停运时间，提高项目的整体经济性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是现有技术提供的一种可变升压的直流并网系统功能组成框图。

图2是本申请实施例提供的一种可变升压的直流并网系统功能组成框图。

图3是本申请实施例提供的一种可变升压的直流并网系统低电压满容量输出的功能组成框图。

图4是本申请实施例提供的一种可变升压的直流并网系统高电压满容量输出的功能组成框图。

图5是本申请实施例提供的另一种可变升压的直流并网系统功能组成框图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。

应当理解，本申请的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本申请的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

根据一些实施例，在海上风场规划送出容量1000MW+，规划接入电网电压等级500kV，但由于电网建设的原因，当海上风场及直流并网系统建成时，电网侧只有220kV电压等级可供临时接入，临时接入几年后500kV电网建成，此时再将原220kV临时接入方案变更为终期的500kV接入方案。

图1是现有技术提供的一种可变升压的直流并网系统功能组成框图。

采用现有直流并网系统时，功能组成框图如图1所示，需准备两套可变升压的联接变压器2。

临时接入时，系统由电压源型换流器1经普通可变升压的联接变压器2并入交流电网。可变升压的联接变压器2由330kV的阀侧绕组21，220kV的网侧绕组22，以及有载调压开关24组成。

改为最终方案接入时，系统由电压源型换流器1经普通可变升压的联接变压器2并入交流电网。可变升压的联接变压器2由330kV的阀侧绕组21，500kV的网侧绕组22，以及有载调压开关24组成，其中有载调压开关24安装于网侧绕组22。阀侧绕组21和网侧绕组22的设计输入输出容量均为1000MW。

图2是本申请实施例提供的一种可变升压的直流并网系统功能组成框图。

采用本申请的可变升压的直流并网系统时，功能组成框图如图2所示。系统由换流器1经可变升压的联接变压器2并入交流电网。

根据一些实施例，换流器1包括电压源型换流器或电流源型换流器。在本实施例中，换流器1为电流源型换流器，但并不以此为限。

可变升压的联接变压器2包括330kV的阀侧绕组21、220kV的第一网侧绕组22及第二网侧绕组23，以及有载调压开关24组成。阀侧绕组21与换流器1的连接线包括电缆或裸导线。有载调压开关24配置于阀侧绕组21上，用于调节换流器1的输出电压。

第一网侧绕组22和第二网侧绕组23的输出额定电压相同，接线组别相同，输出容量均为总输出容量的50％。第一网侧绕组22和第二网侧绕组23的接线端均通过套管引出。在可变升压的联接变压器2旁边设置汇流母线，用于实现第一网侧绕组22和第二网侧绕组23的接线端的串联连接或并联连接。

在本实施例中，绕组容量分配如下，阀侧绕组21容量1000MW，第一网侧绕组22，第二网侧绕组23容量均为500MW。

临时方案接入时，功能组成框图如图3所示，电流源型换流器1经可变升压的联接变压器2并入交流电网。由于临时方案下网侧电压为220kV，因此为了满足220kV下满容量输出1000MW要求，将可变升压的联接变压器的第一网侧绕组22和第二网侧绕组23绕组的低压端端子x与x’连接，同时将高压端端子a与a’连接。

最终方案接入时，功能组成框图如图4所示，电流源换流器1经可变升压的联接变压器2并入交流电网。由于最终方案下网侧电压为500kV，因此为了满足500kV下满容量输出1000MW要求，将可变升压的联接变压器的第一网侧绕组22的低压端端子x与第二网侧绕组23的高压端端子a’串接，此时网侧的输出容量即为两个绕组容量累加即1000MW，输出电压即为两倍的单个绕组输出电压及440kV。此时通过调节阀侧绕组21的有载调压开关24，以部分调节电流源换流器1的输出电压，实现网侧电压输出增幅15％，即可实现网侧500kV电压满容量并网方式。

本申请实施例提供的技术方案，在直流并网系统中，用可变升压的联接变压器与电流源型换流器的配置组合，实现了电网接入侧电压改变的前提下，不更换联接变压器设备，且能够实现能量的满容量输送、避免设备更换造成的额外设备和施工改造内容，节约设备造价和项目建设的造价。并且设备一次就位无需更换，能够避免设备更换造成的能量输送停运时间，提高项目的整体经济性。

图5是本申请实施例提供的另一种可变升压的直流并网系统功能组成框图。

采用本申请的可变升压的直流并网系统时，功能组成框图如图2所示。系统由换流器1经可变升压的联接变压器2并入交流电网。

根据一些实施例，换流器1包括电压源型换流器或电流源型换流器。在本实施例中，换流器1为电压源型换流器，且采用半桥拓扑结构的电压源型换流器，但并不以此为限。

可变升压的联接变压器2包括330kV的阀侧绕组21、220kV的第一网侧绕组22及第二网侧绕组23，以及有载调压开关24组成。阀侧绕组21与半桥拓扑结构的电压源型换流器1的连接线包括电缆或裸导线。有载调压开关24配置于阀侧绕组21上，用于调节电压源型换流器1的输出电压。

第一网侧绕组22和第二网侧绕组23的输出额定电压相同，接线组别相同，输出容量均为总输出容量的50％。第一网侧绕组22和第二网侧绕组23的接线端均通过套管引出。在可变升压的联接变压器2旁边设置汇流母线，用于实现第一网侧绕组22和第二网侧绕组23的接线端的串联或并联连接。

在本实施例中，绕组容量分配如下，阀侧绕组21容量1000MW，第一网侧绕组22，第二网侧绕组23容量均为500MW。

临时方案接入时，功能组成框图如图3所示，电压源型换流器1经可变升压的联接变压器2并入交流电网。由于临时方案下网侧电压为220kV，因此为了满足220kV下满容量输出1000MW要求，将可变升压的联接变压器的第一网侧绕组22和第二网侧绕组23绕组的低压端端子x与x’连接，同时将高压端端子a与a’连接。

最终方案接入时，功能组成框图如图4所示，电压源换流器1经可变升压的联接变压器2并入交流电网。由于最终方案下网侧电压为500kV，因此为了满足500kV下满容量输出1000MW要求，将可变升压的联接变压器的第一网侧绕组22的低压端端子x与第二网侧绕组23的高压端端子a’串接，此时网侧的输出容量即为两个绕组容量累加即1000MW，输出电压即为两倍的单个绕组输出电压及440kV。此时通过调节阀侧绕组21的有载调压开关24，以部分调节电压源换流器1的输出电压，实现网侧电压输出增幅15％，即可实现网侧500kV电压满容量并网方式。

本申请实施例提供的技术方案，在图2实施例的基础上，换流器采用半桥拓扑结构的电压源型换流器时，比全桥拓扑的电压源型或电流源型换流器造价减少一半，可进一步降低设备成本。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种可变升压的直流并网系统，包括：

换流器；

可变升压的联接变压器，包括：

阀侧绕组，连接所述换流器；

第一网侧绕组；

第二网侧绕组，与所述第一网侧绕组串联或者并联连接后，与所述直流并网系统的网侧电网系统连接。

2.根据权利要求1所述的可变升压的直流并网系统，还包括：

有载调压开关，配置在所述阀侧绕组上，用于调节所述换流器的输出电压。

3.根据权利要求2所述的可变升压的直流并网系统，其中，所示有载调压开关包括：真空灭弧的有载调压开关或绝缘油灭弧的有载调压开关。

4.根据权利要求1所述的可变升压的直流并网系统，其中，所述换流器包括电压源型换流器或电流源型换流器。

5.根据权利要求4所述的可变升压的直流并网系统，其中，所述电压源型换流器采用半桥拓扑结构的电压源型换流器。

6.根据权利要求1所述的可变升压的直流并网系统，其中，所述第一网侧绕组和第二网侧绕组的输出额定电压相同，接线组别相同。

7.根据权利要求1所述的可变升压的直流并网系统，其中，所述第一网侧绕组和第二网侧绕组的输出容量均为总输出容量的50％。

8.根据权利要求1所述的可变升压的直流并网系统，其中，所述阀侧绕组与所述换流器的连接线包括电缆或裸导线。

9.根据权利要求1所述的可变升压的直流并网系统，其中，所述第一网侧绕组和所述第二网侧绕组的接线端均通过套管引出。

10.根据权利要求1所述的可变升压的直流并网系统，还包括：

汇流母线，设置于所述可变升压的联接变压器旁边，用于实现所述第一网侧绕组和所述第二网侧绕组的接线端的串联或并联连接。

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