CN215221747U - 一种柔性直流海上换流站 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种柔性直流海上换流站，整个换流站分为上下两层，上层按同一方向依次紧邻设置散热器、换流变室、开关场、中性线阀厅和中性线直流场；下层对应所述中性线阀厅和所述中性线直流场的位置分别设置极性线阀厅和极性线直流场，对应所述换流变室的位置被分为两层上下布置交流场和电缆层，对应所述开关场的位置则布置为第一辅助生产区；每层空间通过中间的走廊呈对称布局从而所述换流站形成真双极四阀厅四直流场格局。本实用新型整体结构紧凑、相比同样容量的柔性直流海上换流站具有更小的尺寸和体积，从而可以有效节省传统深远海风电场中海上升压站的投资及维护费用，降低深远海风电场的建设成本。

Description

一种柔性直流海上换流站

技术领域

本实用新型涉及海上风电及柔性直流输电的技术领域。

背景技术

近年来，全球海上风电发展呈现远海化开发趋势，相比较于离岸距离较近的海上风电，离岸大于100km、水深超过50m的深远海海风风速更高，对于环境的噪声、磁波、景观影响的限制较少，具有庞大的风能资源和广阔的海域资源，因此，深远海风电将成为未来海上风电发展的重要方向。

目前，深远海上风电送出的并网方式主要分为高压交流输电和高压直流输电两大类，其中高压直流输电均采用柔性直流方式。其中，对于远距离深远海上风电项目而言，高压交流输电因考虑线路无功补偿问题，限制因素过多。采用真双接线的远距离高压柔性直流输电在远海风电送出中具有海上风电潮流和电压可控、输送容量大、可向系统提供无功支撑、易构成多端直流系统等优势。因此，真双接线的远距离高压柔性直流输电将是未来进行超远距离海上风电建设的主要方向。

高压柔性直流输电是基于全控型电力电子器件组成的电压源换流器所构成的新一代直流输电技术。高压柔性直流输电系统能独立改变其输出电压的相位和幅值，从而方便、快速地调节其输出的有功和无功功率。在提高电力系统稳定性，增加系统动态无功储备，改善电能质量，解决非线性负荷、冲击性负荷对系统的影响，保障敏感设备供电等方面都具有较强的技术优势，特别适用于可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、大型城市电网供电等方面。

真双极的高压柔性直流换流站由交流场，换流变、开关场、联结区、阀厅及直流场等区域组成。其中联结区是柔性直流换流站中联结交流场配电装置和阀厅的区域。阀厅是柔性直流换流站中放置换流阀的场地，是柔性直流换流站中的核心区域。柔性直流换流站换流阀分为正极、负极两个换流阀组，每个换流阀组包括A相、B相、C相三个桥臂，换流阀塔一般采用支撑式结构，也可采用悬吊式结构。配电装置是能够控制、接受和分配电能的电气装置的总称，它在功能上是完整的，包括具备各种功用的电气设备，如汇流母线、断路器、隔离开关、电抗器、避雷器、互感器、电缆和测量仪表等二次设备。

传统远海风电柔性直送出工程中，主要采用单极对称接线，相较而言，真双极接线方式具有运行方式多样化,系统可靠性高,输送容量大等优点。目前还没有真双极接线的柔性直流海上换流站。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种结构紧凑、造价成本低且能够实现大容量远距离海上风电送出的真双极柔性直流海上换流站。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种柔性直流海上换流站，整个换流站分为上下两层，上层按同一方向依次紧邻设置散热器、换流变室、开关场、中性线阀厅和中性线直流场；下层对应中性线阀厅和中性线直流场的位置分别设置极性线阀厅和极性线直流场，对应换流变室的位置被分为两层上下布置交流场和电缆层，对应开关场的位置则布置为第一辅助生产区；每层空间通过中间的走廊呈对称布局从而换流站形成真双极四阀厅四直流场格局。

进一步的，中性线阀厅通过二层走廊划分为独立的极Ⅰ中性线换流阀厅和极Ⅱ中性线换流阀厅；极性线阀厅通过一层走廊划分为独立的极Ⅰ极线换流阀厅和极Ⅱ极线换流阀厅；极Ⅰ极线换流阀厅正对地设置在极Ⅰ中性线换流阀厅的下方，极Ⅱ极线换流阀厅正对地设置在极Ⅱ中性线换流阀厅下方。

进一步的，每个阀厅内设有换流阀塔和桥臂；换流阀塔按照“ABC”或“CBA”的相序布置。

进一步的，中性线直流场通过二层走廊被划分为独立的极Ⅰ中性线直流场和极Ⅱ中性线直流场；极性线直流场通过一层走廊被划分为独立的极Ⅰ极线直流场和极Ⅱ极线直流场；极Ⅰ极线直流场正对地设置在极Ⅰ中性线直流场下方，极Ⅱ极线直流场正对地设置在极Ⅱ中性线直流场下方。

进一步的，极Ⅰ中性线直流场紧邻极Ⅰ中性线换流阀厅；极Ⅱ中性线直流场紧邻极Ⅱ中性线换流阀厅。

进一步的，第一辅助生产区划分为多层且每层设有多个隔间。

进一步的，第一辅助生产区占据极性线阀厅与电缆层及交流场之间的剩余空间。

进一步的，中性线直流场的上方还设有第二辅助生产区，第二辅助生产区和中性线直流场的高度总和与中性线阀厅高度相同。

进一步的，换流站还设有穿过中性线直流场和极性线直流场的电缆竖井；电缆竖井位于走廊的末端两侧，用于直流海缆出线。

进一步的，交流场包括高压气体绝缘金属密封开关设备(GIS)；换流变室包括换流变压器及其配电装置；开关场包括隔离开关、接地开关、避雷器、电流测量装置及电压测量装置等配电装置；中性线阀厅和极性线阀厅包括换流阀及其配电装置；中性线直流场和极性线阀厅包括桥臂电抗器及直流配电装置。

本技术方案的海上换流站平台不仅可以充分发挥真双极接线柔性直流大容量输出的优势，而且整体结构紧凑、相比同样容量的柔性直流海上换流站具有更小的尺寸和体积，从而可以有效节省传统深远海风电场中海上升压站的投资及维护费用，降低深远海风电场的建设成本。并且，本技术方案内部各空间布置合理、区域设置明确，交流场、换流变室、开关场、阀厅、直流场等房间紧凑布置，辅助生产区布置合理、集中，换流站内主电缆通道简洁、流畅，站内设备安装、运行维护方便。

附图说明

图1为本实用新型的纵向断面图。

图2为本实用新型图1中的A-A剖视图。

图3为本实用新型图1中的B-B剖视图。

图4为本实用新型图1中的C-C剖视图。

图5为本实用新型图1中的D-D剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。

参照附图1。本实施例的换流站主要分为上下两层，上层按同一方向依次紧邻设置散热器1200、换流变室200、开关场300、中性线阀厅600和中性线直流场900；下层对应中性线阀厅600和中性线直流场800的位置分别设置极性线阀厅700和极性线直流场1000，对应换流变室200的位置被分为两层上下分别布置交流场100和电缆层400，对应开关场300的位置则布置为第一辅助生产区500且第一辅助生产区500占据极性线阀厅700与电缆层400及交流场100之间的剩余空间。第一辅助生产区500同样被划分为上下两层，且每层设有多个隔间。中性线直流场900的上方还设有第二辅助生产区800，第二辅助生产区800和中性线直流场900的高度总和与中性线阀厅600高度相同。由此可见，根据功能区的划分，每层在需要的位置又被分为上下两层，因此整个换流站实际采用单平台四层布置。并且每层空间中部还设有走廊，各功能区、房间在走廊两侧对称布局从而换流站形成真双极四阀厅四直流场格局。

具体地，四阀厅四直流场格局体现为：中性线阀厅600通过所在层的走廊划分为独立的极Ⅰ中性线换流阀厅610和极Ⅱ中性线换流阀厅620；极性线阀厅700通过所在层的走廊划分为独立的极Ⅰ极线换流阀厅710和极Ⅱ极线换流阀厅720；极Ⅰ极线换流阀厅710正对地设置在极Ⅰ中性线换流阀厅610的下方，极Ⅱ极线换流阀厅720正对地设置在极Ⅱ中性线换流阀厅620下方。同样地，中性线直流场900通过所在层走廊被划分为独立的极Ⅰ中性线直流场910和极Ⅱ中性线直流场920；极性线直流场1000通过所在层走廊被划分为独立的极Ⅰ极线直流场1010和极Ⅱ极线直流场1020；极Ⅰ极线直流场1010正对地设置在极Ⅰ中性线直流场910下方，极Ⅱ极线直流场1020正对地设置在极Ⅱ中性线直流场920下方。极Ⅰ中性线直流场910紧邻极Ⅰ中性线换流阀厅610；极Ⅱ中性线直流场920紧邻极Ⅱ中性线换流阀厅620。

特别的，换流站还设有穿过中性线直流场900和极性线直流场1000的电缆竖井1100；电缆竖井1100位于走廊的末端两侧，用于直流海缆出线。

参照附图2和附图3。通过走廊划分的极Ⅰ极线换流阀厅710、极Ⅱ极线换流阀厅720、极Ⅰ极线直流场1010和极Ⅱ极线直流场1020的高度占据整个换流站下层高度，其中极Ⅰ极线换流阀厅710和极Ⅱ极线换流阀厅720的长度小于且接近柔性直流海上换流站长度的一半。极Ⅰ极线直流场1010和极Ⅱ极线直流场1020的长度小于柔性直流海上换流站长度的三分之一。极Ⅰ极线换流阀厅710内设有极Ⅰ换流阀及其配电装置，极Ⅱ极线换流阀厅720内设有极Ⅱ换流阀及其配电装置，极Ⅰ极线直流场1010和极Ⅱ极线直流场1020分别对应地设置有极Ⅰ桥臂电抗器及其直流配电装置和极Ⅱ桥臂电抗器及其直流配电装置。第一辅助生产区500紧挨极性阀厅的一侧，其上层高度对应邻接的交流场100高度，主要布置二次控制设备、保护设备(如阀冷却室、海水泵房、防火保护等)、通信屏柜、蓄电池等；其下层高度对应邻接的电缆层400高度，主要设置辅助变压器。由于交流场100和电缆层400空间需求大小的不同，本实施例中交流场100长度大于占换流站总长度的九分之一，第一辅助生产区500的上层长度略小于下层长度。电缆层400主要用于交流电缆的走线。通过对电缆竖井1100和电缆层400的设置实现直流电缆和交流电缆的合理安排，避免线路干扰引起的安全问题以及降低空间利用率的问题。交流场100中设有高压气体绝缘金属密封开关设备(GIS)和联接变压器，且交流场100通过GIL管道与其正上方的换流变室200实现电气连接。

参照附图4和附图5。通过走廊划分的极Ⅰ中性线换流阀厅610和极Ⅱ中性线换流阀厅620的高度占据整个换流站的上层高度，极Ⅰ中性线直流场910和极Ⅱ中性线直流场920的高度占据整个换流站上层高度的四分之三，位于极Ⅰ中性线直流场910和极Ⅱ中性线直流场920上方的第二辅助生产区800占据上层高度的四分之一。中性线阀厅600和下方的极性线阀厅700长度对齐，中性线直流场900和下方的极性线直流场1000长度对齐。其中，极Ⅰ中性线换流阀厅610内设置极Ⅰ中性线换流阀及其配电装置，极Ⅱ中性线换流阀厅620内设置极Ⅱ中性线换流阀及其配电装置。极Ⅰ中性线直流场910和极Ⅱ中性线直流场920内分别对应地设置极Ⅰ中性线桥臂电抗器及其直流配电装置和极Ⅱ中性线桥臂电抗器及其直流配电装置。第二辅助生产区800则可以布置新风机房、冷冻机房、备品备件房等，用作辅助用房。

紧邻中性线阀厅600的开关场300高度同样占据换流站上层高度，长度约为换流站长度的四分之一。开关场300内部则设有隔离开关、接地开关、避雷器、电流测量装置及电压测量装置等配电装置，通过软导线、穿墙导管与中性线阀厅600、极性线阀厅700相连。

紧邻开关场300的换流变室200高度同样占据换流站上层高度，长度和正下方的交流场100长度相同，内部设置换流变压器及其配电装置。换流变室200的外侧设置散热器1200，为换流变压器散热提供保障，高度低于换流站上层高度。换流变通过穿墙套管与开关场300实现电气连接。

特别的，本实施例中每个阀厅(即极Ⅰ中性线换流阀厅610、极Ⅱ中性线换流阀厅620、极Ⅰ极线换流阀厅710、极Ⅱ极线换流阀厅720)设置有六阀塔三桥臂，每个阀厅内换流阀塔按照“ABC”或“CBA”的相序布置。每个直流场(即极Ⅰ中性线直流场910、极Ⅱ中性线直流场920、极Ⅰ极线直流场1010、极Ⅱ极线直流场1020)的桥臂电抗器采用一字型布置。

本实施例的柔性直流换流站通过密集式排布有效减少了深远海风电场的建设成本，综合效益显著节省了深远海风电场的建设成本，同时，采用真双极接线方式，既提高了系统的可靠性，又可以传输大功率风电，综合效益显著。

应当指出，上述描述了本实用新型的实施例。然而，本领域技术的技术人员应该理解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型范围的前提下本实用新型还会有多种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。

Claims (10)

1.一种柔性直流海上换流站，其特征在于整个换流站分为上下两层，上层按同一方向依次紧邻设置散热器、换流变室、开关场、中性线阀厅和中性线直流场；下层对应所述中性线阀厅和所述中性线直流场的位置分别设置极性线阀厅和极性线直流场，对应所述换流变室的位置被分为两层上下布置交流场和电缆层，对应所述开关场的位置则布置为第一辅助生产区；每层空间通过中间的走廊呈对称布局从而所述换流站形成真双极四阀厅四直流场格局。

2.如权利要求1所述的一种柔性直流海上换流站，其特征在于所述中性线阀厅通过二层走廊划分为独立的极Ⅰ中性线换流阀厅和极Ⅱ中性线换流阀厅；所述极性线阀厅通过一层走廊划分为独立的极Ⅰ极线换流阀厅和极Ⅱ极线换流阀厅；所述极Ⅰ极线换流阀厅正对地设置在所述极Ⅰ中性线换流阀厅的下方，所述极Ⅱ极线换流阀厅正对地设置在所述极Ⅱ中性线换流阀厅下方。

3.如权利要求2所述的一种柔性直流海上换流站，其特征在于每个阀厅内设有换流阀塔和桥臂；所述换流阀塔按照“ABC”或“CBA”的相序布置。

4.如权利要求2所述的一种柔性直流海上换流站，其特征在于所述中性线直流场通过二层走廊被划分为独立的极Ⅰ中性线直流场和极Ⅱ中性线直流场；所述极性线直流场通过一层走廊被划分为独立的极Ⅰ极线直流场和极Ⅱ极线直流场；所述极Ⅰ极线直流场正对地设置在所述极Ⅰ中性线直流场下方，所述极Ⅱ极线直流场正对地设置在所述极Ⅱ中性线直流场下方。

5.如权利要求4所述的一种柔性直流海上换流站，其特征在于所述极Ⅰ中性线直流场紧邻所述极Ⅰ中性线换流阀厅；所述极Ⅱ中性线直流场紧邻所述极Ⅱ中性线换流阀厅。

6.如权利要求1所述的一种柔性直流海上换流站，其特征在于所述第一辅助生产区划分为多层且每层设有多个隔间。

7.如权利要求1或6所述的一种柔性直流海上换流站，其特征在于所述第一辅助生产区占据所述极性线阀厅与所述电缆层及所述交流场之间的剩余空间。

8.如权利要求1所述的一种柔性直流海上换流站，其特征在于所述中性线直流场的上方还设有第二辅助生产区，所述第二辅助生产区和所述中性线直流场的高度总和与所述中性线阀厅高度相同。

9.如权利要求1所述的一种柔性直流海上换流站，其特征在于所述换流站还设有穿过所述中性线直流场和所述极性线直流场的电缆竖井；所述电缆竖井位于走廊的末端两侧，用于直流海缆出线。

10.如权利要求1所述的一种柔性直流海上换流站，其特征在于所述交流场包括高压气体绝缘金属密封开关设备(GIS)；所述换流变室包括换流变压器及其配电装置；所述开关场包括隔离开关、接地开关、避雷器、电流测量装置及电压测量装置等配电装置；所述中性线阀厅和极性线阀厅包括换流阀及其配电装置；所述中性线直流场和极性线阀厅包括桥臂电抗器及直流配电装置。

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