CN118412914A - 一种陆上大规模新能源全直流汇集送出系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种陆上大规模新能源全直流汇集送出系统，其特征在于，该送出系统包括新能源汇集站和至少一多端口直流变压器；新能源汇集站包括至少一直流风机汇集站和/或至少一光伏汇集站；每一直流风机汇集站和/或每一光伏汇集站均连接相应多端口直流变压器的低压端口，多端口直流变压器的高压端口用于连接直流输电线路，使得新能源外送到受端系统。本发明提出的全直流汇集系统，省去了诸多变电环节及其所需装备，有利于提高大规模新能源汇集送出系统方案的经济性。

Description

一种陆上大规模新能源全直流汇集送出系统

技术领域

本发明是关于一种陆上大规模新能源全直流汇集送出系统，涉及大规模新能源送出及高压直流输电领域。

背景技术

高压直流输电技术是远距离大容量跨区域输电的关键技术手段，是应对陆上大规模新能源汇集送出的有效措施。为实现双碳发展目标，我国已规划了数亿千瓦的陆上新能源大型基地，目前电力系统正朝着高比例可再生能源和高比例电力电子化方向转型，以风电、光伏为代表的新能源基地将成为新型电力系统的主要电源支撑。陆上新能源如风电、光伏等，电源特性表现为随机性和波动性，大规模并网送出对电网安全可靠运行带来一定的挑战。

目前大型陆上风光基地通常采用多级交流升压汇集到送端换流站。根据实际工程经验，大型陆上风光基地覆盖面积广阔，新能源汇集站与送端换流站的电气距离较远，交流汇集方式的无功损耗、过电压等问题愈发凸显。

因此，亟待研究一种适用于陆上大规模风光综合基地的汇集送出系统方案。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够显著减少大规模新能源汇集的变电环节，同时避免交流汇集诸多问题的陆上大规模新能源全直流汇集送出系统。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

本发明提供的陆上大规模新能源全直流汇集送出系统，该送出系统包括新能源汇集站和至少一多端口直流变压器；所述新能源汇集站包括至少一直流风机汇集站和/或至少一光伏汇集站；

每一所述直流风机汇集站和/或每一所述光伏汇集站均连接相应所述多端口直流变压器的低压端口，所述多端口直流变压器的高压端口用于连接直流输电线路，使得新能源外送到受端系统。

一些可能的实施方式中，所述直流风机汇集站和所述多端口直流变压器的低压端口之间设置有一级直流-直流变换器或多级直流-直流变换器；和/或所述光伏汇集站和所述多端口直流变压器的低压端口之间设置有一级直流-直流变换器或多级直流-直流变换器。

一些可能的实施方式中，所述送出系统还包括直流耗能装置，所述直流耗能装置的配置方式为：

所述直流耗能装置配置在受端系统的直流侧以及新能源汇集站与多端口直流变压器低压端口之间；和/或；

所述直流耗能装置配置在所述多端口直流变压器低压端口和所述直流-直流变换器之间；和/或；

所述直流耗能装置配置在所述直流-直流变换器与新能源汇集站之间；和/或；

所述直流耗能装置分散配置在直流风机汇集站和/或光伏汇集站中。

一些可能的实施方式中，在真双极结构的系统中，所述直流耗能装置连接在正、负极与中性母线之间；

在对称单极结构的系统中，所述直流耗能装置连接在正、负极之间。

一些可能的实施方式中，所述直流风机汇集站包括多个直流风机组并联构成，每一所述直流风机组由多个直流风机串联构成。

一些可能的实施方式中，所述光伏汇集站包括多个光伏组并联构成，每一所述光伏组由多个光伏单元串联构成。

一些可能的实施方式中，在直流风机组或光伏组的汇集母线处和直流变压器的低压端口处配置直流断路器和/或直流限流器。

一些可能的实施方式中，所述多端口直流变压器包括三个及以上端口，所述多端口直流变压器采用交流-直流变换器或直流-直流变换器，所述直流风机汇集站经所述交流-直流变换器进行新能源汇集，所述光伏汇集站经直流-直流变换器进行新能源汇集。

一些可能的实施方式中，所述受端系统采用由模块化多电平换流器构成的一个或多个换流站，所述模块化多电平换流器采用阀组串联结构或阀组并联结构；所述换流器的阀组采用全桥子模块拓扑、半桥子模块拓扑或两者组成的混合拓扑。

一些可能的实施方式中，所述多端口直流变压器的高压端口分别连接输电线路进行功率传输；或者所述多端口直流变压器的高压端口采用并联结构后连接输电线路进行功率传输。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下特点：

1、本发明提出的陆上大规模新能源全直流汇集送出系统，解决了当前新能源交流汇集方案的过电压、无功损耗等问题，提高了新能源送出的整体效率。

2、本发明提出的全直流汇集系统，省去了诸多变电环节及其所需装备，有利于提高大规模新能源汇集送出系统方案的经济性。

3、本发明可实现交直流故障穿越，对提高整个新能源功率输送的可靠性具有重要意义，可进一步指导大规模新能源的汇集送出系统方案设计。

综上，本发明具有重要推广价值，可以广泛应用于陆上大规模新能源汇集送出领域。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明一些实施例的陆上大规模新能源全直流汇集送出系统的总体示意图。

图2为本发明一些实施例中配置耗能装置的陆上大规模新能源全直流汇集送出系统示意图。

图3为本发明一些实施例中陆上大规模新能源全直流多级汇集送出系统示意图。

具体实施方式

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“上面”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。

由于大型陆上风光基地覆盖面积广阔，新能源汇集站与送端换流站的电气距离较远，交流汇集方式的无功损耗、过电压等问题愈发凸显。本发明提供的陆上大规模新能源全直流汇集送出系统，该送出系统包括新能源汇集站和至少一多端口直流变压器；新能源汇集站包括至少一直流风机汇集站和/或至少一光伏汇集站；每一直流风机汇集站和/或每一光伏汇集站均连接相应多端口直流变压器的低压端口，多端口直流变压器的高压端口用于连接直流输电线路，使得新能源外送到受端系统。因此，本发明能够显著减少大规模新能源汇集的变电环节，同时避免了交流汇集的诸多问题，可以广泛应用在陆上大规模新能源汇集送出领域中。

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例一：如图1所示，本实施例提供的陆上大规模新能源全直流汇集送出系统，送出系统包括新能源汇集站和多端口直流变压器；新能源汇集站包括至少一直流风机汇集站和/或至少一光伏汇集站。

多端口直流变压器包括三个及以上端口（端口1…端口n），每一直流风机汇集站和/或光伏汇集站均连接多端口直流变压器的一个低压端口。多端口直流变压器的高压端口均连接直流输电线路实现新能源外送到受端系统。

本发明的一个优选实施例中，直流风机汇集站可以是由多个直流风机组并联构成，直流风机汇集站与多端口直流变压器的一个低压端口连接，每一个直流风机组可以是由多个直流风机串联构成。

本发明的一个优选实施例中，光伏汇集站可以是由多个光伏组并联构成，光伏汇集站与多端口直流变压器的一个低压端口相连接，每一光伏组可以是由多个光伏单元串联构成。

本发明的一个优选实施例中，多端口直流变压器采用交流-直流变换器或直流-直流变换器，直流风机汇集站经交流-直流变换器进行新能源汇集，光伏汇集站经直流-直流变换器进行新能源汇集，新能源汇集后接入多端口直流变压器低压端，由直流变压器高压端口连接直流输电线路实现新能源外送。

进一步地，多端口直流变压器的高压端分别连接输电线路进行功率传输，也可以是多个多端口直流变压器在高压端采用并联结构并连接输电线路进行功率传输。

本发明的一个优选实施例中，受端系统为采用模块化多电平换流器构成的一个或多个换流站，模块化多电平换流器为新能源送出系统的受端换流站的换流器类型。

进一步地，换流器可以是阀组串联结构或阀组并联结构。

进一步地，换流器的阀组可以采用全桥子模块拓扑、半桥子模块拓扑或两者组成的混合拓扑。

本发明的一个优选实施例中，多端口直流变压器可以采用具备故障自清除能力的结构，模块化多电平换流器可以采用具备故障自清除能力的结构，具备故障自清除能力是指采用全桥子模块拓扑或者全桥半桥的混合拓扑。

本发明的一个优选实施例中，该送出系统还可以包括直流耗能装置，直流耗能装置的配置方式为：

如图2所示，直流耗能装置可以配置在受端系统的直流侧以及配置在新能源汇集站与多端口直流变压器低压端口之间。直流耗能装置用于受端网侧发生瞬时性故障期间、送端站仍持续向受端站输送直流功率的情况下，耗散受端站的盈余功率，避免换流阀闭锁、新能源大面积脱网等严重后果。

进一步地，新能源汇集站与多端口直流变压器之间的耗能装置可以是整体配置在多端口直流变压器低压端口侧，也可以分散配置在各个新能源汇集站中，具体是可以分散配置在直流风机汇集站的各个直流风机和/或光伏汇集站的各个光伏单元中。

在真双极结构的系统即多端口直流变压器高压侧到受端换流站中，直流耗能装置连接在直流正、负极与中性母线之间；

在对称单极结构的系统中，直流耗能装置连接在正、负极之间。

本发明的一个优选实施例中，在直流风机组或光伏组的汇集母线处和直流变压器的低压端口处可以配置直流断路器和/或直流限流器等装置，应对直流风机组或光伏组支路及其直流汇集线路故障。

实施例二：如图3所示，在上述实施例一的基础上，本实施例在新能源汇集站和多端口直流变压器的低压端口之间均设置有一级直流-直流变换器或多级直流-直流变换器。在电压等级上可以是中压或高压直流-直流变换器，根据直流风机汇集站和光伏汇集站的电压等级和输电电压等级，确定是否需要直流-直流变换器以及是否需要一级或多级直流-直流变换器。

本发明的一个优选实施例中，直流耗能装置还可以多端口直流变压器低压端口和直流-直流变换器之间或者直流-直流变换器与新能源汇集站之间。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。在本说明书的描述中，参考术语“一个优选的实施例”、“进一步地”、“具体地”、“本实施例中”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种陆上大规模新能源全直流汇集送出系统，其特征在于，该送出系统包括新能源汇集站和至少一多端口直流变压器；所述新能源汇集站包括至少一直流风机汇集站和/或至少一光伏汇集站；

每一所述直流风机汇集站和/或每一所述光伏汇集站均连接相应所述多端口直流变压器的低压端口，所述多端口直流变压器的高压端口用于连接直流输电线路，使得新能源外送到受端系统。

2.根据权利要求1所述的陆上大规模新能源全直流汇集送出系统，其特征在于，所述直流风机汇集站和所述多端口直流变压器的低压端口之间设置有一级直流-直流变换器或多级直流-直流变换器；和/或所述光伏汇集站和所述多端口直流变压器的低压端口之间设置有一级直流-直流变换器或多级直流-直流变换器。

3.根据权利要求2所述的陆上大规模新能源全直流汇集送出系统，其特征在于，所述送出系统还包括直流耗能装置，所述直流耗能装置的配置方式为：

所述直流耗能装置配置在受端系统的直流侧以及新能源汇集站与多端口直流变压器低压端口之间；和/或；

所述直流耗能装置配置在所述多端口直流变压器低压端口和所述直流-直流变换器之间；和/或；

所述直流耗能装置配置在所述直流-直流变换器与新能源汇集站之间；和/或；

所述直流耗能装置分散配置在直流风机汇集站和/或光伏汇集站中。

4.根据权利要求3所述的陆上大规模新能源全直流汇集送出系统，其特征在于，

在真双极结构的系统中，所述直流耗能装置连接在正、负极与中性母线之间；

在对称单极结构的系统中，所述直流耗能装置连接在正、负极之间。

5.根据权利要求1所述的陆上大规模新能源全直流汇集送出系统，其特征在于，所述直流风机汇集站包括多个直流风机组并联构成，每一所述直流风机组由多个直流风机串联构成。

6.根据权利要求5所述的陆上大规模新能源全直流汇集送出系统，其特征在于，所述光伏汇集站包括多个光伏组并联构成，每一所述光伏组由多个光伏单元串联构成。

7.根据权利要求6所述的陆上大规模新能源全直流汇集送出系统，其特征在于，在直流风机组或光伏组的汇集母线处和直流变压器的低压端口处配置直流断路器和/或直流限流器。

8.根据权利要求1所述的陆上大规模新能源全直流汇集送出系统，其特征在于，所述多端口直流变压器包括三个及以上端口，所述多端口直流变压器采用交流-直流变换器或直流-直流变换器，所述直流风机汇集站经所述交流-直流变换器进行新能源汇集，所述光伏汇集站经直流-直流变换器进行新能源汇集。

9.根据权利要求1所述的陆上大规模新能源全直流汇集送出系统，其特征在于，所述受端系统采用由模块化多电平换流器构成的一个或多个换流站，所述模块化多电平换流器采用阀组串联结构或阀组并联结构；所述换流器的阀组采用全桥子模块拓扑、半桥子模块拓扑或两者组成的混合拓扑。

10.根据权利要求1所述的陆上大规模新能源全直流汇集送出系统，其特征在于，所述多端口直流变压器的高压端口分别连接输电线路进行功率传输；或者所述多端口直流变压器的高压端口采用并联结构后连接输电线路进行功率传输。