深远海风电低频四相交流输配电系统技术方案

本发明专利技术公开了深远海风电低频四相交流输配电系统，包括依次相连的深远海发电机组、低频四相升压站、低频四相交流输电线路、陆上交交变频站、陆上工频电网；通过采用低频四相风电机组和低频四相交流汇集/升压方案，提高了海上风电机组单机容量，避免了海上柔性直流输电中的海上换流站，减少了投资成本和运行维护工作量；通过采用低频四相交流输电方案，使系统具备缺相容错运行能力，在提高输电效率的同时保证系统输电稳定性与可靠性。时保证系统输电稳定性与可靠性。时保证系统输电稳定性与可靠性。

【技术实现步骤摘要】
深远海风电低频四相交流输配电系统


[0001]本专利技术属于深远海风电场输配电
，具体涉及深远海风电低频四相交流输配电系统。

技术介绍

[0002]随着近海资源日趋饱和，海上风电场规模和容量发展使得离岸距离不断增加，从浅海近岸走向海远岸已成为海上风电技术发展的重要趋势。传统“交流汇集
‑
交流传输”电能变换和传输方式受输送距离有限、线路无功升压问题影响，制约深海风能资源大规模开发。近年来，“交流汇集
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直流传输”方案因传输容量高、输送距离长、系统效率高等显著优势对超大型海上风电场发展起到了助推作用。然而，海上风电场采用高压直流传输将能量送往岸上换流站时，需要配置造价较高的直流变压器与直流断路器，且相关设备技术及其运行维护方案尚不成熟，直接影响海上风电场投资成本、输电可靠性等经济运行指标。从长期发展来看，海上风电将向规模化、深远海化发展是大势所趋，上述问题都将影响到海上输电的进一步发展，如何实现大容量海上风电的远距离输送迫在眉睫。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供深远海风电低频四相交流输配电系统，针对海上风电提出低频四相输电系统，提高输电容量和输电距离，提升输电性能。
[0004]本专利技术所采用的技术方案是，深远海风电低频四相交流输配电系统，包括依次相连的深远海发电机组、低频四相升压站、低频四相交流输电线路、陆上交交变频站、陆上工频电网。
[0005]本专利技术的特点还在于：
[0006]深远海发电机组包括三个风力发电单元，每个风力发电单元输出端连接一个机侧升压变压器低压侧，三个机侧升压变压器高压侧连接低频四相升压站。
[0007]风力发电单元为永磁同步发电机或双馈感应发电机。
[0008]低频四相升压站包括第一低频四相交流汇集母线，第一低频四相交流汇集母线一端连接深远海发电机组，另一端连接低频四相升压变压器低压侧，低频四相升压变压器高压侧连接三相变四相交交变换器输入端，三相变四相交交变换器输出端连接低频四相交流输电线路。
[0009]低频四相升压变压器在对称负载下运行时，各相电压、电流大小相等，且各相相位互差90
°
。
[0010]低频四相交流输电线路包括与低频四相升压站相连的第二低频四相交流汇集母线，第二低频四相交流汇集母线连接低频四相交流输电线路，低频四相交流输电线路依次连接线路汇集母线、陆上交交变频站。
[0011]陆上交交变频站为四相变三相交交变换器。
[0012]陆上工频电网包括三相工频降压变压器、陆上工频电网，三相工频降压变压器低
压侧连接陆上工频电网，三相工频降压变压器高压侧连接陆上交交变频站。
[0013]本专利技术的有益效果是：
[0014]1)本专利技术中采用低频四相交流输电，充分利用海上风电场现有设施，实现低频四相输电系统，相比于工频三相输电系统，增加最佳输电距离，提高输电容量，相比于高压直流输电，其存在过零点，不存在空间电荷积累效应，不需要造价高昂的直流断路器；
[0015]2)本专利技术中采用的低频四相交流输电，减少了线路末端电压波动，降低线路交流电阻，从而降低线路传输损耗和无功功率，可以成倍地提高输电线路的传输能力；同时海底电缆采用低频输电方式，具有更小截面积和更少回路的线路优势，节约单位输送容量下线路投资成本；
[0016]3)本专利技术中采用的低频四相交流输电，其可以进行四相
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三相工作模式切换，对于单相故障和逐相检修的情况下，能够避免检修过程导致的长时间停机，进一步增加风能捕获利用时间；
[0017]4)本专利技术中采用的低频四相交流输电，降低了输电系统频率，减小整个系统的阻抗和无功功率，能够成倍地提高输电线路的传输能力，低频输电在海底电缆的使用上，具有更多的选择空间，能够选用具有更小截面积和更少回路的线路，实现单位容量输送成本的节约；
[0018]5)本专利技术采用低频四相交流输配电，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，能够变为低频三相输电方式，在保证日常输电高效率的基础上，提高了输电系统的输电稳定性与可靠性。
附图说明
[0019]图1为本专利技术深远海风电低频四相交流送出系统实施例拓扑结构图；
[0020]图2为本专利技术海上发电场永磁风力发电机组拓扑结构图；
[0021]图3为本专利技术海上发电场双馈风力发电机组拓扑结构图；
[0022]图4为本专利技术低频四相交流输电线路的截面结构图。
[0023]图中，1.风力发电单元，2.机侧升压变压器，3.工频三相交流汇集母线，4.工频三相升压变压器，5.三相变四相交交变换器，6.第一低频四相交流汇集母线，7.低频四相交流输电线路，8.第二低频四相交流汇集母线，9.四相变三相交交变换器，10.三相工频降压变压器，11.陆上工频电网。
具体实施方式
[0024]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。
[0025]本专利技术深远海风电低频四相交流输配电系统，如图1所示，包括依次相连的深远海发电机组、低频四相升压站、低频四相交流输电线路、陆上交交变频站、陆上工频电网。
[0026]深远海发电机组包括风力发电单元1，风力发电机1根据实际风电机组的容量可以选用永磁同步发电机或双馈感应发电机，如图2和图3所示，采用低频四相交流输电，除了能够克服工频三相交流输电的距离受限问题，还能够克服直流系统空间电荷累积、直流断路器造价高等问题，而且低频四相输电系统具有控制自由度高、可以缺相容错运行等优势。
[0027]如图1所示，风力发电单元1将风能转换为电能，三个机侧升压变压器2低压侧连接
风力发电单元1，高压侧连接工频三相交流汇集母线3，工频三相交流汇集母线连接工频三相升压变压器4，再经三相变四相交交变换器5将工频三相交流电转换为低频四相交流电汇集至第一低频四相交流汇集母线6，然后通过低频四相交流输电线路7送出，提升输电容量与输电距离，低频四相交流输电在对称运行工况下各相电压(电流)幅值大小相等，且各相相位互差90度，送出后的低频四相交流电到达第二低频四相交流汇集母线8，经过四相变三相交交变换器9转换为工频三相电，经过降压变压器10降压后与陆上电网11相连。
[0028]本专利技术中采用的低频四相交流输电线路7截面结构图如图4所示，采用四相导线布局的方式，四相导线布局减小了各相间距，使空间电磁场均匀分布，减小了整个系统的阻抗和无功功率，提高了输电线路的输电容量和输电距离。低频四相交流输电线路7提高了系统缺相容错运行能力，保证了某一相海底电缆出现故障时，低频四相输电方式可以转换成低频三相输电方式，在保证日常输电高效率的基础上，提高了系统的输电稳定性和可靠性。
[0029]本专利技术中四相变三相交交变换器9拓扑可以采用背靠背型变换器、模块化矩阵变换器、直接式交交变换器中的一种，背靠背型变换器适用于四相
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直流
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三相混联的交直流混合电网的陆上变电站，模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.深远海风电低频四相交流输配电系统，其特征在于，包括依次相连的深远海发电机组、低频四相升压站、低频四相交流输电线路、陆上交交变频站、陆上工频电网。2.根据权利要求1所述深远海风电低频四相交流输配电系统，其特征在于，所述深远海发电机组包括三个风力发电单元(1)，每个所述风力发电单元(1)输出端连接一个机侧升压变压器(2)低压侧，三个所述机侧升压变压器(2)高压侧连接低频四相升压站。3.根据权利要求2所述深远海风电低频四相交流输配电系统，其特征在于，所述风力发电单元(1)为永磁同步发电机或双馈感应发电机。4.根据权利要求1所述深远海风电低频四相交流输配电系统，其特征在于，所述低频四相升压站包括第一低频四相交流汇集母线(3)，所述第一低频四相交流汇集母线(3)一端连接深远海发电机组，另一端连接低频四相升压变压器(4)低压侧，所述低频四相升压变压器(4)高压侧连接三相变四相交交变换器(5)输入端，所述三相变四相交交变换器(5)输出端连接低频四相交流输电线路。...

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