电力采集和传输系统技术方案

一种电力采集和传输系统用于多个能源设备。能源设备分组成两个或多个集群。系统包括针对每个集群的直流采集网络(N1、N2...Nm)。初级直流/直流转换器(8)置于每个能源设备并与直流采集网络连接。系统还包括第一和第二直流传输线(20，22)。次级直流/直流转换器组件(12)连接在直流采集网络与第一和第二直流传输线之间。次级直流/直流转换器组件包括互连的直流/直流转换器模块(14)的序列。每个直流/直流转换器模块具有与各直流采集网络的直流线连接的第一和第二直流终端(16a，16b)及与第一和第二直流传输线的任一连接或与序列中相邻直流/直流转换器模块连接的第三和第四直流终端(18a和18b)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力采集和传输系统，具体来说涉及用在风力涡轮机、海底涡轮机之类的能源设备以及例如从波浪或潮汐流中获取能量的其他再生能源设备中的电力采集和传输系统
技术介绍
通过使用风力涡轮机驱动发电机的转子可以将风能转化为电能。可将多个风力涡轮机连接成集群来形成风力涡轮机场。由于环境问题及相关的考虑，越来越倾向于将风力涡轮机场置于离岸的地方。在这种情况下，由风力涡轮机产生的电力必须被传输到海岸，这通常要使用海底电缆来实现。海底电缆会使用高压直流(HVDC)电力传输。
技术实现思路
本专利技术提供了一种电力采集和传输系统，其用于被分组成两个或多个集群的多个能源设备(例如，风力涡轮机)，该电力采集和传输系统包括针对每个集群的直流采集网络；初级直流/直流转换器，其被置于每个能源设备并与直流采集网络连接；第一和第二直流传输线；以及次级直流/直流转换器组件，其包括被连接在直流采集网络与第一和第二直流传输线之间的一个或多个次级直流/直流转换器。次级直流/直流转换器可以包括一个互连的直流/直流转换器模块序列。直流/直流转换器模块并不是必须一同被置于单个平台，而是任意互连的直流/直流转换器模块(即使是那些位于物理上分离的位置中的模块)可共同定义一个次级直流/直流转换器。每个直流/直流转换器模块可具有第一和第二直流终端，它们选择性地通过公共直流配电母线或切换网络的方式连接到各个直流采集网络的直流线。公共直流配电母线或切换网络优选地包括位于每个直流采集网络与它们的相关直流/直流转换器模块之间的切换器以及将直流采集网络彼此隔离开的切换器，其中，公共直流配电母线或切换网络可被配置为提供以下操作模式中的至少一个(a)在直流采集网络彼此隔离时允许任意或所有直流采集网络与直流/直流转换器模块之间的点对点电力流；(b)允许从至少一个直流采集网络到至少一个直流/直流转换器模块的电力流；(C)在至少一个直流采集网络被隔离时允许多个直流采集网络与多个直流/直流转换器模块之间的电力流；(d)在至少一个直流/直流转换器模块被隔离时允许多个直流采集网络与多个直流/直流转换器模块之间的电力流；以及(e)允许直流采集网络与它们的相关直流/直流转换器模块之间的电力流，其中这些直流/直流转换器模块将被电连接为单个岛或多个电隔离岛。几个直流采集网络可被连接到单个次级直流/直流转换器，或者每个直流采集网络可被连接到单独的次级直流/直流转换器，次级直流/直流转换器通常被并联到第一和第二传输线。次级直流/直流转换器可一同被置于单个平台上或被分布在整个能源设备场中(如，置于一个相关的集群中)。该电カ采集和传输系统特别适于离岸能源设备，但同样也能应用于岸上或陆地能源设备。根据特定操作需要，每个集群包括任意合适数量的能源设备。具体来说，每个集群具有任意合适的额定功率。能源设备场将包括任意合适数量的能源设备，将它们布置在任意合适数量的集群中。集群优选地并联连接到次级直流/直流转换器，每个直流采集网络可选地通过直流开关或断路器的方式连接到序列中的各个互连的直流/直流转换器模块或连接到公共直流配电母线或切换网络，或者在替换配置中连接到多个次级直流/直流转换器中的各个次级直流/直流转换器。针对 每个集群的直流采集网络从集群中的能源设备将适当采集电压(典型但不限于高压(HV)或中压(MV)采集电压)传送到相关直流/直流转换器模块或次级直流/直流转换器。每个直流采集网络可以是适当母线或电缆的形式，例如具有至少ー对直流线。在每个直流采集网络具有第一和第二直流线(例如，第一直流线传送正或负采集电压，而第二直流线传送接近零的电压)的情况下，这些直流线可由一个双芯MVDC电缆或两个单芯MVDC电缆提供。类似地，在每个直流采集网路具有第一、第二和第三直流线(例如，第一直流线传送正采集电压，第二直流线传送负采集电压，而第三直流线传送接近零的电压)的情况下，这些直流线可由一个三芯MVDC电缆或三个单芯MVDC电缆提供。用于每个特定集群的能源设备的初级直流/直流转换器优选地并联连接到相关直流采集网络。因此每个直流采集网络采集由特定集群中的能源设备所产生的电カ并将该电力提供到相关直流/直流转换器模块或次级直流/直流转换器，以通过第一和第二直流传输线向前传输到外部供电网络或电网。每个初级直流/直流转换器位于ー个能源设备。换句话说，初级直流/直流转换器并非一同位于单个平台而是分布在整个能源设备场。如果能源设备为风カ涡轮机，则初级直流/直流转换器可位于支持风カ涡轮机机舱的塔架内。初级直流/直流转换器优选地作为升压转换器操作并可被配置为以任意合适电压电平将电カ从能源设备提供到相关的直流采集网络。初级直流/直流转换器可具有任意合适的结构或布局，例如无变压器型或具有变压器的隔离型。在直流采集网络具有两个直流线的配置中，每个初级直流/直流转换器通常将具有不对称布局，并且只将正或负直流输出提供到其第一直流输出终端，且其第二直流输出終端具有接近零的电压。每个初级直流/直流转换器的两个直流输出终端将并联到相关直流采集网络的直流线。可替换地，可使用对称布局的初级直流/直流转换器。在这种情况下每个初级直流/直流转换器将正直流输出提供到其第一直流输出终端并将负直流输出提供到其第二直流输出终端，双极输出的中点具有接近零的电压。每个初级直流/直流转换器的两个直流输出终端将并联到相关直流采集网络的直流线。对不对称和对称布局的选择取决于要采用的接地和接地故障保护策略。在直流采集网络具有三个直流线的配置中，每个初级直流/直流转换器可根据要采用的接地和接地故障保护策略具有不对称或对称布局。具有不对称布局的初级直流/直流转换器将只提供正或负直流输出。这意味着每个集群中的一部分初级直流/直流转换器将被配置为提供正直流输出，而每个集群中的一部分初级直流/直流转换器将被配置为提供负直流输出。提供正直流输出的初级直流/直流转换器的两个直流输出终端将并联到传送正采集电压的第一直流线和传送接近零的电压的第三直流线。提供负直流输出的初级直流/直流转换器的两个直流输出终端将并联到传送负采集电压的第二直流线和传送接近零的电压的第三直流线。具有对称布局的初级直流/直流转换器将提供正负直流输出。每个集群中初级直流/直流转换器的三个直流输出终端并联到第一、第二和第三直流线。 第一和第二直流传输线将合适的传输电压(典型但不限于HV传输电压)从次级直流/直流转换器传送到外部供电网络或电网。第一和第二直流传输线可通过具有任意合适结构或布局的转换器连接到供电网络或电网。所述电力采集和传输系统可用于点对岸上直流传输或使用电压源转换器的多终端直流传输网。第一和第二直流传输线可具有任何适当的结构，包括特别适于次级直流/直流转换器组件位于离岸情况下所使用的海底电缆(即，具有铜或铝导体的单芯HVDC海底电缆)。通常所有的直流/直流转换器模块将具有相同布局，使得次级直流/直流转换器组件在进行装配、维护和修理时从作为模块化系统中受益。模块化系统使得次级直流/直流转换器组件及其各个次级直流/直流转换器容易匹配到能源设备场所需的电压和额定公率，并提供另外的冗余方面的改进，从而提供整个系统的可靠性方面的改进。次级直流/直流转换器的各个直流/直流转换器模块或者每个次级直流/直流转换器优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：詹长江，安德鲁·詹姆斯·布洛克，克里斯托弗·史密斯，艾伦·戴维·克兰，
申请(专利权)人：科孚德机电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：