專利名稱：一種基于低頻輸電和高壓直流輸電的風電場接入裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力系統中低頻(頻率低于工頻50Hz)輸電和高壓直流輸電技術 領域，特別涉及一種基于低頻輸電和高壓直流輸電的風電場接入裝置。
背景技術：
由于風力資源的隨機性和風電場規模的不斷擴大，尤其是大規模海上風電場的陸 續開發，如何增加風電場傳輸容量和傳輸距離以及風電場并網對電網電能質量的影響必須 引起足夠重視。目前，風電場由于規模都較小，一般采用加裝無功補償裝置的交流電纜傳輸 并網方式。但是由于交流電纜充電電流的影響，交流電纜傳輸并網的傳輸距離和傳輸容量 受到限制。風電場采用高壓直流輸電技術改善了風電場并網的電能質量，但因多次采用大 功率電力電子變流裝置，使得系統結構復雜，工程造價高，損耗加大。
發明內容本實用新型提出了一種新的基于低頻輸電和高壓直流輸電的風電場接入電網裝 置，其目的在于克服現有技術的不足和存在的問題，該裝置減少了線路總損耗，提高了輸電 效率；既能夠增加風電場接入電網的傳輸距離和傳輸容量，又能夠改善風電場接入電網處 的電能質量；同時，低頻輸電和高壓直流輸電技術的有機結合降低了工程造價，尤其適合應 用于大規模風電場。本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的一種基于低頻輸電和高壓直流輸電的風電場接入裝置，其特征在于包括依次電 連接的低頻電力傳輸模塊、直流電力傳輸模塊和工頻電力傳輸模塊和電網，一組低頻電力 傳輸模塊由低頻電纜、一個風力發電機、一個低頻變壓器和一個整流器組成，所述低頻變壓 器的一端通過低頻電纜與風力發電機連接，所述低頻變壓器的另一端通過低頻電纜與整流 器連接；所述的直流電力傳輸模塊由逆變器組成，所述逆變器與整流器之間通過直流電纜 連接；所述工頻電力傳輸模塊由工頻升壓變壓器組成，所述工頻升壓變壓器與逆變器之間 通過工頻電纜連接，工頻升壓變壓器再通過工頻電纜接入電網，所述的低頻電力傳輸模塊 有1至20組，全部的低頻電力傳輸模塊均經由直流電纜輸出至一個直流電力傳輸模塊，直 流電力傳輸模塊經由工頻電纜連接至工頻電力傳輸模塊。本實用新型具有如下優點1)采用低頻輸電技術，風力發電機出口直接連接低頻箱式變壓器進行低頻能量傳 遞，無需在風力發電機出口與工頻箱式變壓器之間裝設常規變頻器，降低了工程造價，減少 了能量損耗。2)采用低頻輸電和高壓直流輸電技術相結合的裝置，低頻輸電因降低了線路阻抗 使得線路損耗有所減少，直流輸電因采用相同截面的導線有功損耗小，因此，減少了線路總 損耗，提高了輸電效率。3)采用高壓直流輸電技術，逆變器本身就是一個無功功率發生器，既可以發出感性無功功率，又可以吸收感性無功功率，無需單獨裝設無功補償裝置。4)低頻傳輸線路距離和高壓直流傳輸線路距離的分配可以根據工程的實際情況 并結合兩種輸電技術的特點靈活確定。5)逆變器的集中控制可以實現風電場每臺風電機組有功功率和無功功率的綜合 調節功能。6)利用逆變器改善風電場接入電網處的電能質量。7) 一臺風力發電機配置一臺整流器，通過對與整流器相連的風力發電機的分散控 制，可以實現每臺風力發電機均工作在理想的轉速。8)直流電纜兩端的交流網絡電壓均可控，因而允許風電場的交流網絡和電網保持 不同步運行，一旦網絡發生故障后，可以迅速恢復至故障前的輸電能力。
圖1為本實用新型一種基于低頻輸電和高壓直流輸電技術的風電場接入裝置原 理圖。圖2為圖1的一個實施例的結構示意圖。圖中1.風力發電機，2.低頻電纜，3.低頻變壓器，4.整流器，5.直流電纜，6.逆 變器，7.工頻電纜，8.工頻升壓變壓器，9.電網，A.低頻電力傳輸模塊，B.直流電力傳輸模 塊，C.工頻電力傳輸模塊。
具體實施方式
以下結合附圖詳細說明本實用新型的實施情況，但它們并不構成對本實用新型的 限定，僅作舉例而已。同時通過說明本實用新型的優點將變得更加清楚和容易理解。參閱附圖可知一種基于低頻輸電和高壓直流輸電的風電場接入裝置，包括依次 電連接的低頻電力傳輸模塊A、直流電力傳輸模塊B和工頻電力傳輸模塊C和電網9，一組 低頻電力傳輸模塊由低頻電纜2、一個風力發電機1、一個低頻變壓器3和一個整流器4組 成，所述低頻變壓器3的一端通過低頻電纜2與風力發電機1連接，所述低頻變壓器3的另 一端通過低頻電纜2與整流器4連接；所述的直流電力傳輸模塊B由逆變器6組成，所述逆 變器6與整流器4之間通過直流電纜5連接；所述工頻電力傳輸模塊C由工頻升壓變壓器 8組成，所述工頻升壓變壓器8與逆變器6之間通過工頻電纜7連接，工頻升壓變壓器8再 通過工頻電纜7接入電網9，所述的低頻電力傳輸模塊A有1至20組(也可以根據需要增 加組數)，全部的低頻電力傳輸模塊A均經由直流電纜5輸出至一個直流電力傳輸模塊B， 直流電力傳輸模塊B經由工頻電纜7連接至工頻電力傳輸模塊C。如圖1所示，本實用新型的一種基于低頻輸電和高壓直流輸電的風電場接入裝 置，該裝置包括(一)、風力發電機發出低頻電力，低頻電力由低頻電纜輸入至低頻變壓器 變壓，變壓后的低頻電進行整流；(二)、低頻電進行整流后的直流電經由直流電纜輸送至 逆變器，將直流電轉換為工頻電；(三)、工頻電經由工頻電纜輸送至工頻升壓變壓器，進行 升壓后的高壓電輸送至電網。該裝置包括風力發電機1、低頻電纜2、低頻箱式變壓器3、整流器4、直流電纜5、逆 變器6、工頻電纜7和工頻升壓變壓器8。風力發電機1發出的低頻電力經低頻電纜2連接至低頻箱式變壓器3，再連接至整流器4，這一過程為低頻電力傳輸過程。采用低頻輸電技術， 風力發電機出口直接連接低頻箱式變壓器進行低頻能量傳遞，無需在風力發電機出口與工 頻箱式變壓器之間裝設常規變頻器，降低了工程造價。低頻輸電因降低了輸電系統頻率可 以提高輸送容量，在輸送相同的功率時只需較少的輸電線路從而可以減少工程投資。整流 器4將低頻電力轉換為直流電力，并經直流電纜5連接至逆變器6，這一過程為直流電力傳 輸過程。直流輸電因采用相同截面的導線能輸送更大功率且有功損耗小，非常適合遠距離 大容量風電場的電力傳輸。逆變器6采用合適的控制策略能實現有功功率和無功功率的綜 合調節且可以改善風電場接入電網的電能質量。逆變器6將直流電力轉換為工頻電力，并 經工頻電纜7連接至工頻升壓變壓器8，最后連接至電網9。 如圖2所示為基于低頻輸電和高壓直流輸電的一臺風力發電機配置一臺整流器 型風電場接入電網裝置。整個風電場包含(MAMJ--Mn)臺風力發電機1，N條匯流線路。 每臺風力發電機1配置一臺低頻箱式變壓器3和一臺整流器4。每臺整流器4將低頻電力 轉換為直流電力，通過對與之相連的風力發電機1的分散控制，可以實現每臺風力發電機1 均工作在理想的轉速。直流電力經N條匯流線路匯流后送至逆變器6，逆變器6將直流電力 轉換為工頻電力，并經工頻電纜7連接至工頻升壓變壓器8，最后連接至電網9。
權利要求1. 一種基于低頻輸電和高壓直流輸電的風電場接入裝置，其特征在于包括依次電連 接的低頻電力傳輸模塊(A)、直流電力傳輸模塊(B)和工頻電力傳輸模塊(C)和電網(9)， 一組低頻電力傳輸模塊由低頻電纜O)、一個風力發電機(1)、一個低頻變壓器C3)和一個 整流器(4)組成，所述低頻變壓器C3)的一端通過低頻電纜( 與風力發電機(1)連接，所 述低頻變壓器⑶的另一端通過低頻電纜⑵與整流器⑷連接；所述的直流電力傳輸模 塊B由逆變器(6)組成，所述逆變器(6)與整流器⑷之間通過直流電纜(5)連接；所述工 頻電力傳輸模塊(C)由工頻升壓變壓器(8)組成，所述工頻升壓變壓器(8)與逆變器(6) 之間通過工頻電纜(7)連接，工頻升壓變壓器(8)再通過工頻電纜(7)接入電網(9)，所述 的低頻電力傳輸模塊㈧有1至20組，全部的低頻電力傳輸模塊㈧均經由直流電纜(5) 輸出至一個直流電力傳輸模塊(B)，直流電力傳輸模塊(B)經由工頻電纜(7)連接至工頻電 力傳輸模塊(C)。
專利摘要一種基于低頻輸電和高壓直流輸電的風電場接入電網裝置，該裝置是先將風力發電機發的出低頻電力由低頻電纜輸入至低頻變壓器變壓，變壓后的低頻電進行整流；然后將低頻電進行整流后的直流電經由直流電纜輸送至逆變器，將直流電轉換為工頻電，該工頻電經由工頻電纜輸送至工頻升壓變壓器，進行升壓后的高壓電輸送至電網。它克服現有技術線路總損耗大，輸電效率低的缺點；本實用新型既能夠增加風電場接入電網的傳輸容量和傳輸距離，又能夠改善風電場并網電能質量；減少了線路總損耗，提高了輸電效率。
文檔編號H02J3/38GK201821116SQ20102053191
公開日2011年5月4日 申請日期2010年9月16日 優先權日2010年9月16日
發明者劉海波, 朱宜飛, 楊家勝, 汪建, 趙鑫, 高光華 申請人:長江水利委員會長江勘測規劃設計研究院