CN219535643U - 一种基于多端口直流变压器的风电场全直流汇集送出系统 - Google Patents
一种基于多端口直流变压器的风电场全直流汇集送出系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种基于多端口直流变压器的风电场全直流汇集送出系统，包括：多端口直流变压器、直流保护装置和多个直流风力发电机组阵列，多端口直流变压器包括多个输入端口，每个直流风力发电机组阵列通过汇集母线和多端口直流变压器的每个输入端口一一对应连接；直流保护装置安装在直流风力发电机组阵列中和/或安装在汇集母线上，直流保护装置用于防反充和故障限流。以多端口直流变压器作为汇集枢纽，传输电流从直流风力发电机组阵列出口到多端口直流变压器，均采用直流电能变换方式，在兼顾柔性直流高压直流输电技术优势的同时，解决了交流汇集带来的诸多问题，多端口直流变压器和直流保护装置的设置，提高了汇集送出系统的效率与可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及新能源并网技术领域，具体涉及一种基于多端口直流变压器的风电场全直流汇集送出系统。
背景技术
新能源具有随机性、波动性、间歇性，大规模开发并网后，电力系统“双高双峰”特征日益凸显，电网安全运行和电力可靠供应面临极大挑战。为此，去年提出了构建以新能源为主体的新型电力系统，其显著特征是风电、光伏等新能源在电源结构中占据主导地位，常规电源转变为调节性和保障性电源。在我国，海上风电发展呈现规模化、基地化的发展趋势，我国陆上大型风电、光伏发展势头不减，已规划几个亿千瓦的沙漠、戈壁、荒漠等大型风电光伏基地。然而受环境条件约束，远海风电等远距离、大规模新能源并网开发技术难度大、成本高，高效经济的并网技术已成为规模化新能源开发亟待解决的关键技术问题。
高效、经济、可靠的新能源并网技术是实现新能源规模化开发的关键技术方向。现有新能源并网技术主要有：工频交流并网技术与柔性直流并网技术，这两种技术路线在汇集环节均采用交流汇集方式。柔性直流输电是目前国际上公认的规模化远海风电并网首选技术路线，也是当前唯一具有工程实践经验的远海风电并网技术。欧洲德国北海地区，已经陆续投运了数十条海上风电柔性直流输电工程；我国在这方面起步较晚，仅有刚刚投运的三峡如东工程。然而，随着远海风电场容量、面积不断增大，柔性直流应用于远海风电并网的技术经济问题日渐突出，主要表现在：工程投资成本高昂，交流汇集效率难以提升，宽频谐振危及系统安全。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型实施例提供一种基于多端口直流变压器的风电场全直流汇集送出系统，以解决现有技术中交流汇集效率难以提升，安全性较差的技术问题。
本实用新型实施例提供的技术方案如下：
本实用新型实施例第一方面提供一种基于多端口直流变压器的风电场全直流汇集送出系统，包括：多端口直流变压器、直流保护装置和多个直流风力发电机组阵列，所述多端口直流变压器包括多个输入端口，每个直流风力发电机组阵列通过汇集母线和所述多端口直流变压器的每个输入端口一一对应连接；所述直流保护装置安装在所述直流风力发电机组阵列中和/或所述直流保护装置安装在所述汇集母线上，所述直流保护装置用于防反充和故障限流。
可选地，所述直流风力发电机组阵列包括多个并联的风力发电机组簇，每个所述风力发电机组簇包括多个串联的风力发电机组。
可选地，该基于多端口直流变压器的风电场全直流汇集送出系统还包括：直流开关装置，所述直流开关装置安装在所述直流风力发电机组阵列中和/或所述直流保护装置安装在所述多端口直流变压器的输入端口。
可选地，所述直流风力发电机组阵列包括多个并联的风力发电机组簇，每个所述风力发电机组簇包括多个串联的风力发电机组，在所述直流开关装置安装在所述直流风力发电机组阵列中的情况下，所述直流开关装置安装在所述风力发电机组簇的支路两端。
可选地，在所述直流保护装置安装在所述直流风力发电机组阵列中的情况下，所述直流保护装置安装在所述风力发电机组簇的支路两端，所述直流保护装置包括并联连接的二极管和直流机械开关。
可选地，当所述直流保护装置安装在所述汇集母线上时，所述直流保护装置包括二极管、电抗器和直流机械开关，所述二极管和电抗器串联连接后与所述直流机械开关并联连接，或者，所述二极管与所述直流机械开关并联连接后与所述电抗器串联连接。
可选地，所述直流开关装置采用多端口直流断路器，包括：电力电子装置和多个机械开关设备。
可选地，每个直流风力发电机组阵列与多端口直流变压器的连接方式为对称单极接线方式或者双极接线方式。
可选地，该基于多端口直流变压器的风电场全直流汇集送出系统还包括：直流隔离开关，所述直流隔离开关与所述直流保护装置串联，安装在直流风力发电机组阵列中和/或所述直流隔离开关安装在所述汇集母线上。
可选地，所述汇集母线采用分段接线方式，每段汇集母线接入所述多端口直流变压器的不同输入端口，不同段汇集母线之间连接直流隔离开关。
本实用新型技术方案，具有如下优点：
本实用新型实施例提供的基于多端口直流变压器的风电场全直流汇集送出系统，以多端口直流变压器作为汇集枢纽，传输的电流从直流风力发电机组阵列出口到多端口直流变压器，均采用直流电能变换方式，同时配置直流保护装置，在兼顾柔性直流高压直流输电技术优势的同时，有效解决了交流汇集带来的诸多问题，其具有如下优势：可省去大容量工频变压器设备，风电场全直流汇集送出系统整体重量、投资可大幅降低；相同截面下，直流海缆相较交流海缆的传输功率更大，相同场站规模下，直流汇集电缆利用率更高；不存在交流海缆的容性充电功率引起的过电压、无功损耗等问题，整体效率更高；配备具有防反充和限制故障电流功能直流保护装置，可以有效提高风电场全直流汇集送出系统短路故障保护动作速度，降低断路器等直流开关设备造价。
本实用新型实施例提供的基于多端口直流变压器的风电场全直流汇集送出系统，通过多端口直流变压器独立控制任意一个直流风力发电机组阵列的输出功率，以实现直流风力发电机组阵列的保护与最大功率跟踪，进而提高了汇集送出系统的效率；通过直流保护装置，不仅在正常工作时可以避免输出电压高的风力发电机组簇向与它并联且输出电压低的风力发电机组簇馈入电流；还可以在故障时，避免多端口直流变压器向风力发电机组簇馈入故障电流。
本实用新型实施例提供的基于多端口直流变压器的风电场全直流汇集送出系统，通过设置直流开关装置，在风力发电机组簇内部故障时，可以只停用对应风力发电机组簇，其他风力发电机组簇不受影响；汇集母线故障时，可以只停用对应直流变压器的一个端口，不需要将整台直流变压器停运，提高了系统可靠性。
本实用新型实施例提供的基于多端口直流变压器的风电场全直流汇集送出系统，通过汇集母线分段接线的方式，当某一端口发生故障时，闭合直流隔离开关，完成倒母线操作，故障端口直流风力发电机组阵列全部接入非故障端口，无须停机。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施方式，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为本实用新型实施例中基于多端口直流变压器的风电场全直流汇集送出系统的结构示意图；
图2为本实用新型实施例中多端口直流变压器为三端口直流变压器的结构示意图；
图3为本实用新型另一实施例中多端口直流变压器为三端口直流变压器的结构示意图；
图4为本实用新型另一实施例中多端口直流变压器为三端口直流变压器的结构示意图；
图5为本实用新型实施例中设置多端口直流断路器的结构示意图；
图6为本实用新型另一实施例中设置多端口直流断路器的结构示意图；
图7为本实用新型实施例中基于母线分段的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。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。
在本实用新型的描述中，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实用新型中的具体含义。
此外，下面所描述的本实用新型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。
本实用新型实施例提供一种基于多端口直流变压器的风电场全直流汇集送出系统，包括：多端口直流变压器、直流保护装置和多个直流风力发电机组阵列，所述多端口直流变压器包括多个输入端口，每个直流风力发电机组阵列通过汇集母线和所述多端口直流变压器的每个输入端口一一对应连接；所述直流保护装置安装在所述直流风力发电机组阵列中和/或所述直流保护装置安装在所述汇集母线上，所述直流保护装置用于防反充和故障限流。
其中，多端口直流变压器能够控制每个端口的输入电流、输入电压或者输入功率。
本实用新型实施例提供的基于多端口直流变压器的风电场全直流汇集送出系统，以多端口直流变压器作为汇集枢纽，传输的电流从直流风力发电机组阵列出口到多端口直流变压器，均采用直流电能变换方式，同时配置直流保护装置，在兼顾柔性直流高压直流输电技术优势的同时，有效解决了交流汇集带来的诸多问题，其具有如下优势：可省去大容量工频变压器设备，风电场全直流汇集送出系统整体重量、投资可大幅降低；相同截面下，直流海缆相较交流海缆的传输功率更大，相同场站规模下，直流汇集电缆利用率更高；不存在交流海缆的容性充电功率引起的过电压、无功损耗等问题，整体效率更高；配备具有防反充和限制故障电流功能直流保护装置，可以有效提高风电场全直流汇集送出系统短路故障保护动作速度，降低断路器等直流开关设备造价。
在一实施方式中，所述直流风力发电机组阵列包括多个并联的风力发电机组簇，每个风力发电机组簇包括多个串联的风力发电机组。
如图1所示，风电场全直流汇集送出系统中包括k个直流风力发电机组阵列，每个直流风力发电机组阵列通过汇集母线和多端口直流变压器的每个输入端口一一对应连接，直流保护装置可以安装在直流风力发电机组阵列中，也可以安装在汇集母线上，或者同时安装在直流风力发电机组阵列中以及汇集母线上。
该风电场全直流汇集送出系统的多端口直流变压器中包括k(k≥2)个输入端口；直流风力发电机组阵列共k个，每个直流风力发电机组阵列中包括ni(ni≥1,i＝1…k)个并联的风力发电机组簇，即第一个直流风力发电机组阵列包括n1个并联的风力发电机组簇，第二个直流风力发电机组阵列包括n2个并联的风力发电机组簇，以此类推。
每个风力发电机组簇包含mk(mk≥1)个串联的风力发电机组，即第一个直流风力发电机组阵列中的风力发电机组簇包含m1个风力发电机组，第二个直流风力发电机组阵列中的风力发电机组簇包含m2个风力发电机组，以此类推。
如图2、图3和图4所示，当所述直流保护装置安装在所述风力发电机组簇的支路上时，所述直流保护装置包括并联连接的二极管和直流机械开关。当所述直流保护装置安装在所述汇集母线上时，所述直流保护装置包括二极管、电抗器和直流机械开关，所述二极管和电抗器串联连接后与所述直流机械开关并联连接，或者，所述二极管与所述直流机械开关并联连接后与所述电抗器串联连接。其中，该二极管可以采用功率二极管。
具体地，直流保护装置包括二极管，此时可以安装在每个风力发电机组簇的支路中作为防反充和故障限流装置；直流保护装置包括二极管和电抗器时，可以安装在汇集母线上作为故障限流装置。其中，直流机械开关可以在该系统启动时采用，在系统启动时，闭合直流保护装置中的直流机械开关，采用外部电源对汇集线路充电，建立直流电压，充电完毕后，直流机械开关断开。即在系统正常工作的过程中，直流机械开关处于断开的状态。
具体地，当在风力发电机组簇的支路两端设置直流保护装置时，若某一支路的出力下降，造成支路电压降低时，由于直流保护装置单向导电，避免了高压支路向低压支路馈电，保证母线电压的稳定和汇集送出系统的输出效率。另外，若某一支路发生短路故障，直流保护装置可以防止其他正常运行的支路向故障支路馈电，抑制了短路电流。当在多端口直流变压器的输入端口设置直流保护装置时，若汇集母线发生短路故障，直流保护装置可以防止直流变压器子模块电容放电，抑制了短路电流。
本实用新型实施例提供的基于多端口直流变压器的风电场全直流汇集送出系统，通过多端口直流变压器独立控制任意一个直流风力发电机组阵列的输出功率，以实现直流风力发电机组阵列的保护与最大功率跟踪，进而提高了汇集送出系统的效率；通过直流保护装置，不仅在正常工作时可以避免输出电压高的风力发电机组簇向与它并联且输出电压低的风力发电机组簇馈入电流；还可以在故障时，避免多端口直流变压器向风力发电机组簇馈入故障电流。
在一实施方式中，如图5和图6所示，该基于多端口直流变压器的风电场全直流汇集送出系统还包括：直流开关装置，所述直流开关装置安装在所述风力发电机组簇的支路两端和/或所述直流开关装置安装在多端口直流变压器的输入端口。所述直流开关装置采用多端口直流断路器，具体包括：电力电子装置和多个机械开关设备。
具体地，当直流开关装置设置在风力发电机组簇的支路两端时，机械开关设备和风力发电机组簇串联，实现风力发电机组簇切除和投入的独立控制。当直流开关装置设置在汇集母线时，直流开关装置和多端口直流变压器串联，实现多端口直流变压器不同端口投入和切除的独立控制。
本实用新型实施例提供的基于多端口直流变压器的风电场全直流汇集送出系统，通过设置直流开关装置，在风力发电机组簇内部故障时，可以只停用对应风力发电机组簇，其他风力发电机组簇不受影响；汇集母线故障时，可以只停用对应直流变压器的一个端口，不需要将整台直流变压器停运，提高了系统可靠性。
在一实施方式中，每个直流风力发电机组阵列与多端口直流变压器的连接方式为对称单极接线方式或者双极接线方式。其中，多端口直流变压器的输入端口通过两根及以上母线与直流风力发电机组阵列连接。即汇集母线包括正极母线、负极母线以及中性母线中的任意两个或三个。具体地，如图3和图5所示，当采用对称单极接线方式时，直流风力发电机组阵列采用正极母线和负极母线与多端口直流变压器的输入端口连接；如图4和图6所示，当采用双极接线方式时，直流风力发电机组阵列采用正极母线、负极母线以及中性母线中的任意两个与多端口直流变压器的输入端口连接。
在一实施方式中，该基于多端口直流变压器的风电场全直流汇集送出系统还包括：直流隔离开关，所述直流隔离开关安装在直流风力发电机组阵列中和/或所述直流隔离开关安装在所述汇集母线上。其中，直流隔离开关不具有息弧作用，即无法切断直流电流，只是在电流为零时打开，从而断开线路。
具体地，当直流隔离开关安装在风力发电机组簇两端，在短路故障直流保护装置抑制短路电流时，若流过直流保护装置的电流为零，直流隔离开关跳开，隔离故障支路；当直流隔离开关安装在汇集母线上时，若汇集母线故障直流保护装置抑制短路电流时，若流过直流保护装置的电流为零，直流隔离开关跳开，隔离故障母线和直流风力发电机组阵列。
在一实施方式中，如图7所示，所述汇集母线采用分段接线方式，每段汇集母线接入多端口直流变压器的不同端口，不同段汇集母线之间连接直流隔离开关。具体地，通过汇集母线分段接线的方式，当某一端口发生故障时，闭合直流隔离开关，完成倒母线操作，故障端口直流风力发电机组阵列全部接入非故障端口，无须停机。
虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，但是本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下对这些实施例进行各种变化、替换和修改，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本实用新型保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。
此外，本实用新型的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本实用新型的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本实用新型描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本实用新型可以对它们进行应用。因此，本实用新型所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于多端口直流变压器的风电场全直流汇集送出系统，其特征在于，包括：多端口直流变压器、直流保护装置和多个直流风力发电机组阵列，
所述多端口直流变压器包括多个输入端口，每个直流风力发电机组阵列通过汇集母线和所述多端口直流变压器的每个输入端口一一对应连接；
所述直流保护装置安装在所述直流风力发电机组阵列中和/或所述直流保护装置安装在所述汇集母线上，所述直流保护装置用于防反充和故障限流。
2.根据权利要求1所述的基于多端口直流变压器的风电场全直流汇集送出系统，其特征在于，所述直流风力发电机组阵列包括多个并联的风力发电机组簇，每个所述风力发电机组簇包括多个串联的风力发电机组。
3.根据权利要求1所述的基于多端口直流变压器的风电场全直流汇集送出系统，其特征在于，还包括：直流开关装置，所述直流开关装置安装在所述直流风力发电机组阵列中和/或所述直流保护装置安装在所述多端口直流变压器的输入端口。
4.根据权利要求3所述的基于多端口直流变压器的风电场全直流汇集送出系统，其特征在于，所述直流风力发电机组阵列包括多个并联的风力发电机组簇，每个所述风力发电机组簇包括多个串联的风力发电机组，在所述直流开关装置安装在所述直流风力发电机组阵列中的情况下，所述直流开关装置安装在所述风力发电机组簇的支路两端。
5.根据权利要求2所述的基于多端口直流变压器的风电场全直流汇集送出系统，其特征在于，在所述直流保护装置安装在所述直流风力发电机组阵列中的情况下，所述直流保护装置安装在所述风力发电机组簇的支路两端，所述直流保护装置包括并联连接的二极管和直流机械开关。
6.根据权利要求2所述的基于多端口直流变压器的风电场全直流汇集送出系统，其特征在于，当所述直流保护装置安装在所述汇集母线上时，所述直流保护装置包括二极管、电抗器和直流机械开关，
所述二极管和电抗器串联连接后与所述直流机械开关并联连接，或者，所述二极管与所述直流机械开关并联连接后与所述电抗器串联连接。
7.根据权利要求4所述的基于多端口直流变压器的风电场全直流汇集送出系统，其特征在于，所述直流开关装置采用多端口直流断路器，包括：电力电子装置和多个机械开关设备。
8.根据权利要求1所述的基于多端口直流变压器的风电场全直流汇集送出系统，其特征在于，每个直流风力发电机组阵列与多端口直流变压器的连接方式为对称单极接线方式或者双极接线方式。
9.根据权利要求1所述的基于多端口直流变压器的风电场全直流汇集送出系统，其特征在于，还包括：直流隔离开关，所述直流隔离开关与所述直流保护装置串联，安装在直流风力发电机组阵列中和/或所述直流隔离开关安装在所述汇集母线上。
10.根据权利要求9所述的基于多端口直流变压器的风电场全直流汇集送出系统，其特征在于，所述汇集母线采用分段接线方式，每段汇集母线接入所述多端口直流变压器的不同输入端口，不同段汇集母线之间连接直流隔离开关。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202320058797.5U CN219535643U (zh) | 2023-01-09 | 2023-01-09 | 一种基于多端口直流变压器的风电场全直流汇集送出系统 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| CN202320058797.5U CN219535643U (zh) | 2023-01-09 | 2023-01-09 | 一种基于多端口直流变压器的风电场全直流汇集送出系统 |
Publications (1)
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|---|---|
| CN219535643U true CN219535643U (zh) | 2023-08-15 |
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Family Applications (1)
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| CN202320058797.5U Active CN219535643U (zh) | 2023-01-09 | 2023-01-09 | 一种基于多端口直流变压器的风电场全直流汇集送出系统 |
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