基于低频四相交流输电的海底配电系统技术方案

本发明专利技术公开了基于低频四相交流输电的海底配电系统，包括水上单元、水下单元，水上单元，用于对三相交流电压进行变频，且将变频后的三相交流电压转变为四相交流电压；水下单元，用于对四相交流电压降压，对降压后的四相交流电压整流、逆变出三相，同时变频调节负载输入电压；水上单元包括依次连接的水上供电模块、水上变压模块，水上变压模块通过低频四相输电线路连接水下单元；水下单元，包括连接水上变压模块的水下配电模块，水下配电模块连接水下用电模块；采用低频四相输电减少长距离工频输电过程中产生的损耗，增加系统的有效输出功率，解决系统可用功率不足的问题。解决系统可用功率不足的问题。解决系统可用功率不足的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于低频四相交流输电的海底配电系统


[0001]本专利技术属于水下供电系统
，具体涉及基于低频四相交流输电的海底配电系统。

技术介绍

[0002]随着对海洋资源的不断开发，水下供电系统的重要性日益凸显，供电系统也由原来的短距离向长距离发展。但随着水下开采距离的提高，供电电缆的阻抗和分布电容相应增加，导致平台上变频器的输出经过长距离海缆而产生大量高次谐波，易发生谐振导致末端电机过电压、线路功率损耗和压降增大及驱动电机等负载的能力降低，从而影响供电安全、供电质量。为解决这些问题，亟需开展水下供电系统
研究。目前，有学者在水下变压器系统的基础上提出改良，即变频器安装在水下的水下交流供电系统，使变频器能高效驱动大功率采油电动机，解决传统水下供电系统随着传输长度增加，电机的驱动能力不足的问题。但这种方案也有着长距离高压工频输电损耗大、传输容量有限的缺点。因此，革新我国水下供电系统，对我国能源安全和发展具有重要的战略意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供基于低频四相交流输电的海底配电系统，采用低频四相输电减少长距离工频输电过程中产生的损耗，增加系统的有效输出功率，解决系统可用功率不足的问题。
[0004]本专利技术所采用的技术方案是，基于低频四相交流输电的海底配电系统，包括水上单元、水下单元，水上单元，用于对三相交流电压进行变频，且将变频后的三相交流电压转变为四相交流电压；水下单元，用于对四相交流电压降压，对降压后的四相交流电压整流、逆变出三相，同时变频调节负载输入电压；r/>[0005]水上单元包括依次连接的水上供电模块、水上变压模块，水上变压模块通过低频四相输电线路连接水下单元；
[0006]水下单元，包括连接水上变压模块的水下配电模块，水下配电模块连接水下用电模块。
[0007]本专利技术的特点还在于：
[0008]水上供电模块包括分别连接三相电网的水上开关，每个水上开关均连接水上变压模块。
[0009]水上变压模块包括低压侧连接水上供电模块的一个工频升压变压器，工频升压变压器高压侧连接三相变四相变流器输入端，三相变四相变流器输出端连接水下配电模块。
[0010]工频升压变压器的变比为0.22kV/35kV。
[0011]水下配电模块包括高压侧通过低频四相输电线路连接水上变压模块的低频四相降压变压器，低频四相降压变压器低压侧连接用于调节负载输入端口电压及频率的变频器，变频器连接水下用电模块。
[0012]低频四相降压变压器为变比是35kV/3kV的低频四相组式变压器。
[0013]水下用电模块包括连接水下配电模块的多个水下开关，每个水下开关连接一个负载。
[0014]负载位水下电机。
[0015]本专利技术有益效果是：
[0016](1)本专利技术中线路电流经三相变四相变流器将三相电变成四相电，四相线路与同参数的三相线路比较，减少了输电线相间距离，改变了内部导线排列方式，通过增加容抗提高线路的自然功率，从而提高线路输送容量；
[0017](2)本专利技术基于低频四相交流输电的海底配电系统，相比于传统三相系统，具备缺相容错运行能力，假若某一相海底电缆出现故障，可以变为低频三相输电方式，也能够避免检修过程导致的长时间停机，提高输电系统的输电稳定性与可靠性，减少线路故障引起的经济损失和运行维护工作量；
[0018](3)本专利技术基于低频四相交流输电的海底配电系统，采用一种低频长距离输电方式，降低线路传输损耗，提高电能传输效率；同时低频输电较直流输电对电缆绝缘寿命影响小，较工频输电具有更高的电压稳定性。
附图说明
[0019]图1是本专利技术基于低频四相交流输电的海底配电系统结构示意图；
[0020]图2是本专利技术中变频器的结构示意图；
[0021]图3是本专利技术中低频四相降压变压器的结构示意图；
[0022]图4是本专利技术中三相变四相变流器的第一种实施例结构示意图；
[0023]图5是本专利技术中三相变四相变流器的第二种实施例结构示意图；
[0024]图6是本专利技术中三相变四相变流器的第三种实施例结构示意图。
[0025]其中，1.水上供电模块，101.水上开关，2.水上变压模块，201.工频升压变压器，202.三相变四相变流器，3.低频四相输电线路，4.水下配电模块，401.低频四相降压变压器，402.变频器，5.水下用电模块，501.水下开关。
具体实施方式
[0026]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0027]本专利技术基于低频四相交流输电的海底配电系统，如图1所示，包括水上单元、水下单元，水上单元，用于对三相交流电压进行变频，且将变频后的三相交流电压转变为四相交流电压，三相电网提供的三相工频交流电经工频升压变压器升压后，由三相变四相变流器将工频三相电能转换为低频四相电能，并通过低频四相线路传输至低频四相降压变压器，再经过变频器将低频四相电压转换成符合水下用电设备额定电压等级，为水下用电设备提供可靠供电；水上单元通过长距离输电线路采用低频四相输电线路，减小传输系统阻抗和无功功率，提高长距离输电线路的电能传输能力；水下单元，用于对四相交流电压降压，对降压后的四相交流电压整流、逆变出三相，同时变频调节负载输入电压；通过水上单元为应用水下单元的生产设备提供可靠持续供电；本专利技术可以应用在水下油气田开采、深海勘探等多种水下生产作业领域。
[0028]具体连接关系为：三相电网的每相连接一个水上开关101，三个水上开关101均连接一个工频升压变压器201低压侧，工频升压变压器201高压侧连接三相变四相变流器202输入端，三相变四相变流器202输出端通过低频四相输电线路3连接低频四相降压变压器401高压侧，低频四相降压变压器401低压侧连接用于调节负载输入端口电压及频率的变频器402，变频器402连接多个水下开关501，每个水下开关501连接一个水下电机。
[0029]本专利技术中变频器402为背靠背变流器，其结构如图2所示，包括四个并联的桥臂：桥臂a、桥臂b、桥臂c和桥臂d，且四个桥臂并联一个直流稳压电容，将直流稳压电容两端分别连接一个端口，形成直流侧端口，每个所述桥臂中点连接一个滤波电感一端，每个滤波电感另一端作为交流侧端口，
[0030]低频四相降压变压器401四相电连接变频器402的二极管整流桥，整流后通过三相电压源型变换器逆变出三相交流电连接水下开关501，驱动水下电机工作，变频器402具体拓扑见图2。
[0031]低频四相降压变压器401结构如图3所示，其降压原理同三相降压变压器原理相同。
[0032]三相变四相变流器202为背靠背型变流器如图4所示、模块化矩阵型变流器如图5所示、多变压器级联直接式变流器如图6所示中的一种，用于实现工频三相电到低频四相电的转换，实现低频四相输电。
[0033]本专利技术基于低频四相交流输电的海底配电系统使用时，在水上单元中，三相电网发出的220V三相工频交流电能经水上开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于低频四相交流输电的海底配电系统，其特征在于，包括水上单元、水下单元，所述水上单元，用于对三相交流电压进行变频，且将变频后的三相交流电压转变为四相交流电压；所述水下单元，用于对四相交流电压降压，对降压后的四相交流电压整流、逆变出三相，同时变频调节负载输入电压；所述水上单元包括依次连接的水上供电模块(1)、水上变压模块(2)，所述水上变压模块(2)通过低频四相输电线路(3)连接水下单元；所述水下单元，包括连接水上变压模块(2)的水下配电模块(4)，所述水下配电模块(4)连接水下用电模块(5)。2.根据权利要求1所述基于低频四相交流输电的海底配电系统，其特征在于，所述水上供电模块(1)包括分别连接三相电网的水上开关(101)，每个所述水上开关(101)均连接水上变压模块(2)。3.根据权利要求1所述基于低频四相交流输电的海底配电系统，其特征在于，所述水上变压模块(2)包括低压侧连接水上供电模块(1)的一个工频升压变压器(201)，所述工频升压变压器(201)高压侧连接三相变四相变流器(202)输入端，所述三相变四相...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘闯，蔡国伟，王菁月，裴忠晨，郭东波，朱帝，姜宇，韩瑞，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：