风力发电厂制造技术

一种风力发电厂，包括至少一个风力发电站（２６），该风力发电站包括风力涡轮机、被该风力涡轮机和整流器（２７）驱动的发电机（１），以及在设置在风力发电站的整流器（２７）和反相器（３０）之间的直流电压联接（２９），该反相器的交流电压侧被连接至传输或配电网（３１），所述反相器设置在电厂的电网侧。直流电压联接（２９）中包括水下电缆（３３）等。该电厂包括直流／直流转换器（３４），该转换器具有与整流器（２７）电连接的低压侧和与反相器（３０）电连接的高压侧。反相器（３０）设置在水下电缆（３３）的风力发电站侧。有利的是，几个风力发电站（２６）并联在直流／直流转换器（３４）的低压侧。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种包括至少一个风力发电站的风力发电厂，所述风力发电站包括风力涡轮机，由该风力涡轮机和整流器驱动的发电机，以及设置在风力发电站的所述整流器和反相器之间的直流电压连接电路，该反相器的交流电压侧连接至传输或配电网，反相器设置在该电厂的电网一侧。本专利技术优选用于以下情况，其中发电机和传输或配电网之间的连接包括会浸没在水中的电缆。因此换句话说，本专利技术主要涉及这样一种应用，其中一个或多个风力涡轮机及相关的发电机会被放置在海中或湖中，而延伸至传输或配电网的电缆被置于陆地上。尽管本专利技术下述优点主要是关于位于海中或湖中的风力涡轮机的，但是本专利技术在以下的情况中也会发挥其优势，即风力涡轮机和发电机位于陆地上，而在该情况下可以不必由电缆而是由架空线路或电缆形成的连接可以将几个这样的风力涡轮机/发电机与传输或配电网相连接。本专利技术的
技术介绍
和现有技术当风力发电站位于海中时，为了实现该设计的经济性，需要使大量的风力发电站处于一个有限的区域内。这种基于海水的风力发电需要较大的风力发电站(3兆瓦以上)，因此期望适合的总体系统功率为50-100兆瓦。迄今为止，这种风力安置场的设计的前提条件是，在三相交流电压海洋电缆系统中由传统交流传输来有效地进行电能传输。在这种情况下，发电机基本总是三相非同步发电机。虽然的确存在所用同步发电机直接连接至配电网的实例，但是通常会导致必须在发电机和机器房之间安装复杂的机械弹簧悬浮件，以缓冲因风负载的变化特性导致的功率变化。这一点依赖于这样一个事实，即同步电机的转子动力学作用为类似一个抵抗钢性交流电压网络的弹簧，而非同步电机作用为类似一个缓冲器。传统的3千瓦的非同步发电机可推测是为约3-6千伏制造的，并可串联一个变压器，它在第一步骤将电压提升至例如24千伏。在有30-40个风力发电站的风力安置场中可以设置一个中央变压器，它将电压进一步提升至130千伏。这种系统的优点在于其廉价并且不需要任何复杂的子系统。其缺点部分是因为在高压交流电压电缆中长距离传输电力的技术上的困难。这依赖于这样一个事实，即电缆产生的电容性无功功率随长度而增加。然后穿过导体并处于电缆屏蔽中的电流升高，而使得电缆不能用于长距离使用。另一个缺点在于，风负载变化而导致传输线上的电压变化，这会影响连接在附近的电力用户。这尤其是电网是“弱”的情况，即具有低的短路功率。由于前述的长途电缆传输的技术问题，人们可能被迫将风力电场连接至“弱”的电网。根据特定的指导原则，电压变化不能大于4％。不同的国家有不同的规定，通常在传输线上电压电平较低的情况下，该规定值小。必须根据时间间隔对电压变化进行不同的处理。快速的电压变化会导致“闪烁”，即辉光灯亮度变化，这也是在规则的调整之中的。上述长距离电缆问题的一个解决办法是利用高压直流电压传输电能。这样该电缆可以被直接拉至强的电网。另一个优势在于直流传输的损耗比交流传输的低。从技术角度而言，这样电缆长度可以是无限的。由整流站、传输线(电缆或架空线路)、反相站、和除去在转换过程中产生的倍频的滤波器组成HVDC联接。在HVDC联接的旧形式中，半导体闸流管被用于整流和反相。半导体闸流管可被切换为开，但是不能切换为关；在零交叉电压时发生交换，这是由交流电压决定的，因此转换器被称为线交换。这种技术的缺点在于变换器消耗无功功率，并导致会送出至电网的电流倍频。在一个较现代的直流电压解决方案中，IGBT被用来代替转换器中的半导体闸流管。IGBT(绝缘门双极晶体管)可被切换为开，以及切换为关，并具有高切换频率。这意味着转换器可以根据完全不同的原理来制造，即所谓的自交换转换器。总之，自交换转换器的优点在于它们可以发出和消耗无功功率，这使得它在电网弱时可以在电网侧进行电压电平的有源补偿。因此这种转换器优于旧的技术，因为它可以被连接至更靠近风力发电的配电网。与旧的HVDC发电机相比，高的切换频率也导致了倍频问题的减少。但其缺点在于在转换站的损耗更高，价格也更高。自交换转换器的特点在于电压是由转换器产生的快速脉冲图形建立的。在脉冲图形和正弦电网电压之间的电压差会位于电网侧的电感应之上。有两种类型的自交换反相器电压钢性VSI(电压源反相器)和电流钢性CSI(电流源反相器)，其特性略有不同。VSI在直流侧具有至少一个电容，具有最好的功率调节。已经建立了某些采用类似HVDC概念的实验性风力发电站，但是完全是为了不同的原因，即为了实现各风力发电站的可变旋转速度。然后该风力发电站的发电机借助于一般为400V或660V电平的低压上的直流联接而脱离电网。在导致旋转速度的变化可以被用来消除会引起“闪烁”的快速功率脉动的同时，涡轮机的可变旋转速度提供能量增益。但是当然不可能消除慢的功率变化，这是风载荷的性质中所固有的。涡轮机的惯性矩可用作动能的中间存储。在这种系统中，同步发电机不会产生任何不利，反倒是具有优点，因为非同步电机需要更昂贵和更复杂的整流器。如果需要有直流驱动的发电机，并因此省略在涡轮机和发电机之间的传动齿轮，那么发电机就必须是同步的，因为它可以设有许多电极。换句话说，直流驱动的发电机需要直流中间联接。在该概念中，如果使用受控的整流器，那么可以通过改变触发角而主动地调整力矩。在具有可变旋转速度的大多数概念中，通过所谓的间距控制而进一步提供外部主动旋转速度控制，这意味着叶片角在涡轮机上改变。根据相关概念的可变旋转速度的缺点在于所需功率电子设备的价格昂贵，并且这种功率电子设备在海洋之外的维护是困难而且昂贵的。在W097/45908中提出了一种技术方案，其中结合了可变旋转速度系统良好特性以及旧模式的HVDC联接的优势。通过将已经在直流中间联接之中的风力发电站并联(见该文件的图3)，省略了数个N低压反相器和一个高压整流器。根据这种方案，带有扼流圈的整流器被用在风力发电涡轮机一侧，带有相关扼流圈的中央反相器被用在电网一侧。该系统看起来是直接为线交换的、或任何情况中的电流钢性、整流器和反相器而设计的，因为直流电压联接中的扼流圈使得该电流钢性。这具有一个优点，即整流器之后的直流电压可以在大的范围内变化。这在可变旋转速度的操作中是必要的，因为风力发电站中的发电机在低旋转速度下只能发出低的输出电压。但是电流钢性反相器的缺点在于它不能通过电网而与电压刚性反相器一样有效地调整无功功率。另外，在直流方式中的反相器要与风力发电站中的并联的整流器串联。这意味着从风力电场输出的直流电流与输入陆地上的反相器的是一样的。另外，该电压的先决条件是为6-10千伏，这是用于传统发电机的典型电压。这意味着直流电压约为12千伏，这对于50兆瓦的总功率传输来说是不现实的低直流电压。在电缆中的损失会非常大。而对于50-100兆瓦规模的风力安置场来说，需要在约100千伏电压电平上传输电力。如果变压器被连至每个发电机，并且足够数量的阀被串联在所有的整流器中，那么这一点就的确是可能的。但是如果可以避免风力发电站中的变压器，会具有很大的优点。另外，将多个用于为N个风力发电站整流N个输出电压所需的阀串联至100KV的直流电压会关系到大的问题。专利技术目的本专利技术的目的是，利用用于可变旋转速度的更简单和更廉价的系统，获得与现代HVDC系统所提供的相同的从基于海洋的风力电场至基于陆地的电网的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力发电厂，包括至少一个风力发电站（２６），该风力发电站包括风力涡轮机（２０）、由该风力涡轮机和整流器（２７）驱动的发电机（１），以及在设置在风力发电站处的整流器（２７）和反相器（３０）之间的直流电压联接（２９），反相器的交流电压侧被连接至传输或配电网（３１），该反相器设置在电厂的电网侧，其特征在于该电厂包括直流／直流转换器（３４），所述转换器具有与整流器（２７）电连接的低压侧和与反相器（３０）电连接的高压侧，并且该直流／直流转换器（３４）设置在电厂的风力发电站侧。

【技术特征摘要】
1.一种风力发电厂，包括至少一个风力发电站(26)，该风力发电站包括风力涡轮机(20)、由该风力涡轮机和整流器(27)驱动的发电机(1)，以及在设置在风力发电站处的整流器(27)和反相器(30)之间的直流电压联接(29)，反相器的交流电压侧被连接至传输或配电网(31)，该反相器设置在电厂的电网侧，其特征在于该电厂包括直流/直流转换器(34)，所述转换器具有与整流器(27)电连接的低压侧和与反相器(30)电连接的高压侧，并且该直流/直流转换器(34)设置在电厂的风力发电站侧。2.如权利要求1的设备，其特征在于反相器(30)是电压钢性的自交换反相器。3.如权利要求1或2的电厂，其特征在于电容(35)在反相器(30)的直流联接上并联。4.如权利要求1-3任一项的电厂，其特征在于反相器(30)在其电网侧具有与每一相串联的电网感应器(36)。5.如前述任一权利要求的电厂，其特征在于反相器(30)包括串联的IGBT。6.如前述任一权利要求的电厂，其特征在于发电机(1)是具有永磁体转子的同步发电机。7.如权利要求6的电厂，其特征在于发电机(1)被没有传动齿轮单元的风力涡轮机直流驱动。8.如前述任一权利要求的电厂，其特征在于整流器(8)是无源二极管整流器。9.如权利要求7或8的电厂，其特征在于提升直流电压转换器(37)与直流/直流转换器(34)的低压侧上的无源整流器(27)串联。10.如权利要求9的电厂，其特征在于提升直流电压转换器(37)包括扼流圈，串联了至少一个串联的IGBT阀(39)和至少一个串联的二极管(40)。11.如前述任一权利要求的电厂，其特征在于几个风力发电站(26)在直流/直流转换器(34)的低压侧上并联，其中每个发电站包括风力涡轮机(20)、发电机(1)和整流器(27)。12.如权利要求11的或如权利要求9和10中任一项的电厂，其特征在于每个风力发电站(26)包括本地的提升直流电压转换器(37)。13.如前述任一权利要求的电厂，其中发电机(1)包括至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：M莱永，G基兰德，
申请(专利权)人：ABB股份有限公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]