專利名稱：離岸風場與岸上配電網的ac連接和提供ac連接的升壓變壓器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種通過接通開關裝置而建立的離岸風場和岸上配電網之間的連接。 本發明還涉及一種當建立所述AC連接時控制電壓和電流瞬變的設備。本發明還涉及所述設備和所述AC連接的用途和操作。具體地，本發明提供了一種交流(AC)連接，所述AC連接包括離岸平臺、與所述離岸平臺相連的岸上變電站、將所述離岸平臺與所述岸上變電站相連的海纜，所述AC連接利用高壓開關裝置與岸上配電網相連，其中所述離岸平臺包括按照中壓操作的離岸配電網； 與所述離岸配電網相連的風力渦輪發電機；分路電抗器，與按照中壓操作的離岸配電網相連；功率電壓升高變壓器，位于所述離岸配電網和所述海纜之間，使得所述AC連接的有功和無功功率產生能力提供由所述岸上配電網所強加的工廠設備容量曲線。發明人已經發現利用部件的選擇和配置，可以避免分離的靜態無功伏安設備的使用。另外的優點在于對于離岸維護的最大可靠性和最小要求。在另外的方面，本發明提供了一種升壓變壓器，所述升壓變壓器包括按照中壓操作的中間電路，所述中間電路包括在操作狀態和非操作狀態之間切換的能耗元件。這種升壓變壓器具有這樣的優點可以用于在通過高壓斷路器通向岸上配電網之前升高或者降低電路的電壓，以及當接通斷路器以建立AC連接和岸上配電網的連接時，抑制電流和電壓瞬變。術語“升壓變壓器”指的是用于調節電路電壓的電學變壓器。術語“開關裝置”指的是電學開關裝置，具體地是高壓開關裝置。優選地，高壓斷路器用作開關裝置。在另一個方面，本發明提供了一種根據本發明的AC連接的用途，作為用于獲得由岸上配電網的操作者強加給利用高壓開關裝置與所述岸上配電網相連的風場的工廠設備容量曲線的裝置。在另一個方面，本發明提供了一種根據本發明的升壓變壓器的用途，作為將AC連接接入岸上配電網的裝置。這種升壓變壓器的用途具有以下效果抑制了電流和電壓瞬變。根據本發明的升壓變壓器的用途提供了一種用于將離岸風場與岸上配電網相連的軟接通方案，從而正確地控制電壓和電流瞬變。上下文中的術語“接入”意味著通過開關裝置的操作實現的連接，例如通過接通高壓斷路器，使得在離岸風場和岸上配電網之間建立AC連接。在另一個方面，本發明提供了一種操作根據本發明的AC連接的方法，所述方法包括以下步驟-測量離岸風場和岸上配電網之間的有功和無功功率流；-將所述有功和無功功率流與參考設置點進行比較；-向風力渦輪發電機的控制器和所述離岸風場的分路電抗器的開關裝置發送控制
信號-當所述風力渦輪發電機用完其無功功率產生容量限制時，從所述分路電抗器中增加或者移除固定塊的無功功率；-測量所述離岸風場上的離岸配電網的電壓；-將所述離岸配電網的測量電壓與由系統設計所確定的所需工作電壓進行比較；-向升壓變壓器的帶負載抽頭變換器發送控制信號。
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在本發明的實施例中，所述方法包括以下步驟-測量離岸風場和岸上配電網之間的有功和無功功率流；-將所述有功和無功功率流與參考設置點進行比較；-基于所述有功和無功功率流測量結果和所述無功功率流比較結果，向風力渦輪發電機的控制器和所述離岸風場上的分路電抗器的開關裝置發送控制信號；-當所述風力渦輪發電機用完其無功功率產生容量限制時，從所述支路電壓器添加或者移除固定塊的無功功率；-測量所述離岸風場上的離岸配電網的電壓；-將所述離岸配電網的測量電壓與系統設計所確定的所需工作電壓進行比較；-基于所述電壓比較結果向升壓變壓器的帶負載抽頭變換器發送控制信號，具體地向在其初級一側與所述離岸風場相連、而在其次級一側與所述岸上配電網相連的升壓變壓器的帶負載抽頭變換器發送控制信號。利用這種方法，所述AC連接能夠提供由岸上配電網的操作者所強加的工廠設備
容量曲線。在另一個方面，本發明提供了一種利用上述升壓變壓器將AC連接接入岸上配電網的方法，所述方法包括以下步驟-將岸上變電站與關斷位置的高壓開關裝置相連；-將所述高壓開關裝置在其相反一側與岸上配電網相連；-將所述岸上變電站與所述離岸風場相連；-將所述升壓變壓器插入到所述高壓開關裝置和所述離岸風場之間；-使所述能耗元件處于操作狀態；-接通所述高壓開關裝置；-使所述能耗元件處于非操作狀態。利用這種方法，提供了一種阻尼，用于抑制由電容性海纜的不利接入引起的瞬變現象。其結果是在消除或者至少顯著減小網絡中的電壓和電流瞬變方面、以及在限制電動應力和熱應力方面具有明顯的優勢，由此而言對于在電學系統中存在的部件的絕緣系統和所使用的開關裝置方面具有明顯益處，相當可觀地增加了其使用壽命。本發明涉及一種將離岸風場的離岸配電網接入到岸上配電網的方法，包括以下步驟-提供升壓變壓器，所述升壓變壓器包括中間電路中的能耗元件，其中所述能耗元件在操作狀態和非操作狀態之間切換，并且所述中間電路按照中壓操作；-將所述升壓變壓器在其初級一側與海纜相連，所述海纜用于將在所述離岸風場中產生的電力輸運至所述岸上配電網；-將所述升壓變壓器在其次級一側與高壓開關裝置相連，其中所述高壓開關裝置處于關斷位置；-將所述高壓開關裝置與所述岸上配電網相連；-將所述能耗元件切換為操作狀態；-使所述高壓開關裝置處于接通位置；-使所述能耗元件處于非操作狀態，從而提供接入到所述岸上配電網的所述離岸風場。在上述方法的實施例中，所述方法包括步驟在岸上變電站中提供所述升壓變壓
ο在實施例中，用于將離岸風場的離岸配電網接入到岸上配電網的方法包括以下步驟-提供升壓變壓器，所述升壓變壓器包括中間電路中的能耗元件，其中所述能耗元件在操作狀態和非操作狀態之間切換，并且所述中間電路按照中壓操作；-將所述升壓變壓器在其初級一側與海纜相連，所述海纜用于將在所述離岸風場中產生的電力輸運至所述岸上配電網；-將所述升壓變壓器在其次級一側與高壓開關裝置相連，其中所述高壓開關裝置處于關斷位置；-將所述高壓開關裝置與所述岸上配電網相連；-將所述能耗元件切換為操作狀態；-使所述高壓開關裝置處于接通位置；-使所述能耗元件處于非操作狀態，從而提供接入到所述岸上配電網的所述離岸風場。本發明還涉及一種升壓變壓器，用于將離岸風場的離岸配電網接入到岸上配電網中，其中所述升壓變壓器在其初級一側與海纜相連，所述海纜用于將在所述離岸風場中產生的電力輸運至所述岸上配電網，并且所述升壓變壓器在其次級一側與高壓開關裝置相連，處于接通位置的所述開關裝置將所述離岸風場與所述岸上配電網相連，其特征在于所述升壓變壓器包括中間電路中的能耗元件，其中所述能耗元件在操作狀態和非操作狀態之間切換，并且所述中間電路按照中壓操作。在上述升壓變壓器的實施例中，所述升壓變壓器在其初級一側與海纜相連，所述海纜用于將所述離岸風場中產生的電力輸運至所述岸上配電網，并且在其次級一側與高壓開關裝置相連，處于接通位置的所述開關裝置將所述離岸風場與所述岸上配電網相連，其特征在于所述升壓變壓器包括中間電路中的能耗元件，其中所述能耗元件在操作狀態和非操作狀態之間切換，并且所述中間電路按照中壓操作。在上述升壓變壓器的實施例中，所述能耗元件是交流電(AC)阻抗。在上述升壓變壓器的實施例中，至少兩個中壓斷路器設置在所述中間電路中，用于將所述能耗元件在操作狀態和非操作狀態之間切換。在上述升壓變壓器的實施例中，所述升壓變壓器包括帶負載抽頭變換器。本發明還涉及一種AC連接，適用于將離岸風場的離岸配電網接入到岸上配電網， 包括離岸平臺；與所述離岸平臺相連的岸上變電站；以及海纜，用于將所述離岸平臺與所述岸上變電站相連，其中所述AC連接利用高壓開關裝置與岸上配電網相連；以及其中所述離岸平臺包括按照中壓操作的配電網；
風力渦輪發電機，與所述離岸配電網相連；分路電抗器，與按照中壓操作的所述配電網相連；功率電壓升高變壓器，位于所述配電網和所述海纜之間，其特征在于所述AC連接的所述渦輪發生器、所述分路電抗器和所述海纜提供有功和無功功率產生能力，用于通過所述岸上配電網強加給接入到所述岸上配電網的所述離岸風場的工廠設備容量曲線，具體地其中所述AC連接的所述渦輪發電機、所述分路電抗器和所述海纜包括有功和無功功率產生容量，用于獲得接入到所述岸上配電網的所述離岸風場的工廠設備容量曲線，其等于所述岸上配電網的工廠設備容量曲線。在本發明的AC連接的實施例中，所述AC連接利用高壓開關裝置與所述岸上配電網相連。 在本發明的AC連接的實施例中，所述岸上變電站包括所述高壓開關裝置。在本發明的AC連接的實施例中，所述離岸平臺利用具有固定比率的功率電壓升高變壓器與所述海纜相連。在本發明的AC連接的實施例中，所述海纜按照恒定電壓操作。在本發明的AC連接的實施例中，通過所述海纜、風力渦輪發電機和分路電抗器的無功功率產生能力來滿足所述工廠設備容量曲線。在本發明的AC連接的實施例中，所述岸上變電站包括升壓變壓器。在本發明的AC連接的實施例中，所述升壓變壓器是根據本發明實施例的升壓變壓器。在本發明的AC連接的實施例中，所述岸上變電站包括無功功率控制系統。在本發明的AC連接的實施例中，所述離岸平臺包括全部按照中壓操作的開關裝置。本發明還涉及一種操作接入到岸上配電網的離岸風場的離岸配電網的方法，包括以下步驟-提供如上所述的AC連接，接入到岸上配電網中；-測量離岸風場和所述岸上配電網之間的有功和無功功率流；-將所述無功功率流與參考設置點進行比較；-基于所述有功和無功功率流測量結果和所述無功功率流比較結果，向所述風力渦輪發電機的控制器和所述離岸風場上的分路電抗器的開關裝置發送控制信號；-當所述風力渦輪發電機用完其無功功率產生能力限制時，從所述分路電抗器添加或者移除固定塊的無功功率；-測量所述離岸風場上的所述離岸配電網的電壓；-將所述離岸配電網的測量電壓與操作電壓進行比較，其中通過所述離岸配電網的設計來確定所述操作電壓；-基于所述電壓比較結果，向在其初級一側與所述離岸風場相連、而在其次級一側與所述岸上配電網相連的升壓變壓器的帶負載抽頭變換器發送控制信號；-遵照所述帶負載抽頭變換器的控制，衰減所述岸上配電網的電壓變化。本發明還涉及一種根據本發明實施例的AC連接的用途，用于獲得通過岸上配電網強加給離岸風場的離岸配電網的工廠設備容量曲線。
在實施例中，所述AC連接的用途是用于獲得所述離岸風場的工廠設備容量曲線， 其中所述工廠設備容量曲線等于所述離岸風場接入的所述岸上配電網的工廠設備容量曲線。利用更好地示出本發明特征的理解，隨后參考附圖描述一些優選實施例和示例。
圖1示出了表示根據本發明的AC連接的實施例的單線圖。圖2表示根據現有技術的升壓變壓器。圖3表示根據本發明的升壓變壓器的實施例。所述升壓變壓器的斷路器表示在將海纜和離岸風場接入到岸上配電網之前的狀態。圖4表示根據本發明的升壓變壓器的實施例，切換到過渡位置。圖5表示根據本發明的升壓變壓器的實施例，處于其正常工作狀態。S卩，將AC連接接入到岸上配電網。
具體實施例方式在描述本發明所使用的方法和設備之前，應該理解的是本發明不局限于具體的所述方法、部件或設備，因為這些方法、部件和設備當然可以變化。還應該理解的是這里所使用的術語并非傾向于限制，因為本發明的范圍只由所附權利要求來限定。如這里所使用的，單數形式“一個”包括單獨的和多個所述事物，除非上下文中明確地進行了說明。這里所使用的術語“包括”與“包含”同義，并且是包含性的或者開放的，并且不會排除附加的未引用的部件、元件或方法步驟。術語“包括”也包括術語“由…構成”。由端點表示的數字范圍包括在相應范圍內所包含的所有數字和分數，以及所包含的端點。當表示諸如參數、數量、持續時間等時，這里所使用的術語“大約”意味著包含士 10%的變化，優選地士 5%，更優選地士 1 %，更加優選地士0. 1 %，并且根據具體的值，在這些變化范圍內的值適用于執行所公開的本發明。應該理解的是“大約”所表示的值本身也是具體且優選地公開的。因此在本說明書中所公開的所有文件全部結合在此作為參考。除非另有定義，在公開本發明時所使用的所有術語，包括技術和科學術語，具有本發明所述技術領域的普通技術人員所理解的意思。通過進一步的指導，包括在描述中所使用術語的定義以更好的理解本發明的教導。貫穿該說明書，“一個實施例”意味著將結合實施例所描述的具體特征、結構或特點包括在本發明的至少一個實施例中。因此貫穿該說明書，不同位置出現的“在一個實施例中”或“在實施例中”不必全部指代相同的實施例，但是其可以指代相同的實施例。另外，可以按照本領域普通技術人員根據本公開所理解的任意合適方式，將具體的特征、結構或提點組合在一個或多個實施例中。另外，盡管這里所述的一些實施例包括在其他實施例中的一些特征而不包括其他的特征，不同實施例的特征的組合意味著落在本發明的范圍之內， 并且形成不同的實施例，如本領域普通技術人員所理解的那樣。例如在所附權利要求中，要求權利的任意實施例可以按照任意組合來使用。
AC 連接 在第一方面，本發明涉及離岸風場和岸上配電網之間的交流電(AC)連接。需要將離岸風場與岸上配電網相連的設施包括離岸平臺、AC海纜和岸上變電站。離岸平臺包括風車，所述風車包括風力渦輪發電機。風力渦輪發電機與位于離岸風場上的離岸配電網相連。分路電抗器也與這一離岸配電網相連。離岸配電網按照中壓操作。所述離岸配電網經由功率電壓升高變壓器與海纜相連，所述海纜典型地操作于高壓，例如150kV。這種AC連接與岸上配電網相連。發明人已經發現它們的AC連接使得所選擇的元件結構的有功和無功功率產生能力能夠提供通過岸上配電網的操作者強加給與岸上配電網相連的風場的工廠設備容量曲線。避免了岸上或離岸靜態var器件的使用。至少， 不包括靜態VAR的方案避免了通過功率電子開關元件引起的諧波污染的缺點。“工廠設備容量曲線”意味著風場在總輸出功率或MVA中產生無功功率或Mvar的能力。術語“Mvar”指的是風場的無功功率輸出。Mvar表示兆伏特安培無功功率。發明人已經發現利用它們的選擇和配置，可以避免用于產生有功和無功功率的分離靜態var設備的安裝和使用。在優選實施例中，AC連接包括岸上的單個高壓開關裝置，例如斷路器。發明人已經發現高壓開關裝置可以在岸上移動，具體地移動到岸上變電站，從而避免離岸高壓設備的使用。因為在海上進行的所有維護都是昂貴且難以執行的，這是非常有價值的。此外，高壓下的開關裝置要求大量空間。這也需要避免是離岸的。因此，本發明提供了一種AC連接， 其中岸上變電站包括高壓開關裝置。在更優選的實施例中，通過具有固定比率的功率電壓升高變壓器將中壓離岸配電網與高壓海纜相連。在功率電壓升高變壓器中無需帶負載電壓調制進一步減小了離岸維護要求和成本。因此，本發明提供了一種AC連接，其中離岸平臺利用具有固定比率的功率電壓升高變壓器與海纜相連。在另一個優選實施例中，通過所述海纜、風場發電機和分路電抗器的無功功率產生能力來滿足工廠設備容量曲線。術語“分路電抗器”意味著這樣的電抗器具有相對較高的電感，并且纏繞在包含空氣隙的磁芯上，用于中和與其相連的線路的充電電流。工廠設備容量曲線由海纜、風場發電機以及最終一個或多個傳統的分路電抗器的 Mvar產生能力來唯一地滿足，所述分路電抗器安裝到離岸平臺上，并且與風場的中壓配電網相連。因此，不需要岸上的噪聲分路電抗器。這非常有助于實現岸上變電站對噪聲產生的嚴格限制。如果必須利用減小的聲級進行設計，分路電抗器的成本和質量實際上顯著地增加。在離岸平臺上安裝的分路電抗器可以非常成本有效地實現，因為它們不會面對任何噪聲限制。在另一個優選實施例中，AC連接包括所述設備的岸上配電網一側處的無功功率調節系統。這種系統將所需功率因子的設置與電壓控制方法相結合。通過岸上配電網的操作者設置所需的功率因子。功率因子意味著實際功率與風場所產生的明顯功率之比。因此， 本發明提供了一種AC連接，具有包括無功功率調節系統的岸上變電站。在優選的實施例中，所述AC連接的控制系統由電壓和MVar控制器組成。優選地， 將其收納在岸上變電站中。所述Mvar控制器向風力渦輪發電機和附加分路電抗器的斷路器產生必要的控制信號，以便滿足所強加的無功功率的產生或者吸收。所述電壓控制器向升壓變壓器的帶負載抽頭變換器產生控制信號，以便維持離岸配電網上的恒定中壓電平。術語“帶負載抽頭變換器”意味著一種包括沿變壓器線圈的連接點的設備，其允許選擇確定個數的匝數。通過抽頭變換器，產生了具有可變匝數比的變壓器，使得能夠實現輸出的電壓調節。帶負載抽頭變換器(OLTC)允許自動電壓調節，并且用作電壓調節器。
在優選的實施例中，AC連接的所述岸上變電站包括升壓變壓器。在岸上變電站中， 高壓海纜與升壓變壓器的初級一側直接相連。在其次級一側，升壓變壓器經由高壓斷路器與高壓配電網相連。利用升壓變壓器，在岸上實現了電壓調制功能，而不是在位于離岸風場上的變壓器中實現電壓調制功能。在離岸風場上安裝的干線功率電壓升高變壓器是簡單的變壓器，不包括岸上電壓調制。這種結構顯著地減小了弱點的數量和要求設備離岸的維護。 因為海中進行的所有維護都是昂貴且難以執行的，這是非常有價值的。其中與干線電壓升高變壓器分離地在岸上安裝電壓調制功能的AC連接的另一個優點是可以按照恒定的電壓操作海纜。在優選的實施例中，所述海纜按照恒定的電壓操作。其結果是恒定的產生電容性無功功率。這進而促進了裝置的總Mvar控制。在另一個優選實施例中，所述升壓變壓器包括按照中壓操作的中間電路。在沒有這種升壓電路的情況下，只能通過在海纜和岸上配電網之間的高壓連接之間臨時插入高壓電阻器來實現衰減。然后這種方案的成本高得多因為高壓類型的電阻器和開關裝置，也因為在岸上變電站安裝這些高壓部件的重要的空間要求。在升壓變壓器內部存在中壓的內部電路是相當有益的。其可以產生非常節約成本的軟接通系統的實現，以在主要為電容性海纜和離岸平臺上的電感性部件(干線電壓升高變壓器和分路電抗器)的連接之后，減小電流和電壓瞬變的大小和持續時間。在更優選的實施例中，AC連接的所述升壓變壓器包括傳統的帶負載抽頭變換器。 其具有以下效果可以與岸上配電網的電壓變化無關地維持離岸中壓配電網的恒定電壓。在優選實施例中，所述離岸平臺包括全部按照中壓操作的開關裝置。在圖1中示意性地說明了優選實施例的示例。離岸風場50中的風力渦輪發電機14通過中壓斷路器22與離岸中壓配電網21相連。功率電壓升高變壓器18將離岸中壓配電網21與高壓海纜19相連。在岸上變電站45 中，具有帶負載抽頭變換器(0LTC)4的改進升壓變壓器20經由高壓電斷路器11將海纜19 與高壓有用配電網23相連。升壓變壓器20和有用配電網之間的高壓斷路器11是在根據本發明的AC連接中需要的唯一高壓開關裝置。所要求的產生或吸收無功功率Mvar來自于風力渦輪發電機14、海纜19和一個或多個離岸中壓分路電抗器15的Mvar容量。典型地在高壓(例如150kV)下操作的海纜19直接與功率電壓升高變壓器18的次級一側相連，并且不包括高壓斷路器。電壓升高變壓器18的初級一側經由中壓斷路器22 與離岸中壓配電網21相連，典型地為36kV或以下。風力渦輪發電機14將它們的能量遞送至這一中壓配電網21。干線功率電壓升高變壓器18具有固定的比率，不包括帶負載抽頭變換器。在離岸平臺30上，利用中壓斷路器22將一個或多個傳統分路電抗器15與中壓配電網21相連。根據本發明的升壓變壓器
在另一個方面，本發明提供了一種升壓變壓器，所述升壓變壓器包括按照中壓操作的中間電路，所述中間電路包括在操作狀態和非操作狀態之間切換的能耗元件。圖2表示根據現有技術的升壓變壓器。所述升壓變壓器包括兩個有功部分激勵變壓器12和串聯變壓器13，每一個均具有初級和次級繞組。激勵變壓器12的初級繞組1 與高壓海纜19直 接相連。激勵變壓器12的次級繞組2是帶抽頭繞組。利用帶負載抽頭變換器4進行帶抽頭繞組2上的抽頭選擇，作用在于調制離岸中壓配電網上的電壓電平。帶抽頭繞組2饋送給串聯變壓器13的初級繞組5。串聯變壓器13的次級繞組6連接在岸上高壓配電網23和海纜19之間。在定位預選擇器3以及一部分帶負載抽頭變換器4時，可以增加或者減小繞組6上感應的電壓。發明人能夠修改傳統的升壓變壓器，使其可以用于在岸上配電網和風場之間接入 AC連接之后，控制電壓和電流瞬變。在圖3中示意性地說明了優選實施例的示例。根據本發明的升壓變壓器20可以如下獲得根據現有技術的升壓變壓器的電路在線路60和61之間斷開，所述線路60和61 將串聯變壓器13的初級繞組5與激勵變壓器12的帶抽頭繞組2相連。將所述電路帶到具有中壓套管9的罐之外。將包括能耗元件10和兩個斷路器7、8的中間電路插入到串聯變壓器13和激勵變壓器12之間。與第一斷路器7相連的第一和第二套管插入在電路之間，所述電路將串聯變壓器13的初級繞組5與帶負載抽頭變換器4相連。利用第二斷路器8將第一套管與電阻器10相連。所述電阻器與第三套管9串聯連接。所述第三套管9與從串聯變壓器13的初級繞組到預選擇器3的初級繞組延伸的電路相連。能耗元件10將增加必要的耗散，以限制接入之后瞬變的幅度和持續時間。兩個中壓斷路器7、8控制將能耗元件 10插入到中間電路中。其現在可以用于增加電路的電壓，并且用于衰減電流和電壓瞬變。根據本發明的AC連接的用涂在另一個方面，本發明提供了一種根據本發明的AC連接的用途，作為獲得通過岸上配電網的操作者強加給與所述岸上配電網相連的離岸風場的工廠設備容量曲線的裝置。根據本發明的升壓變壓器的用涂在另一個方面，本發明提供了一種根據本發明的升壓變壓器的用途，用于控制AC 連接接入到岸上配電網之后的電壓和電流瞬變。利用根據本發明實施例的升壓變壓器，通過只增加中壓設備就獲得了高壓斷路器的軟接通。在本發明中，按照中壓操作的中間電路實現了高壓斷路器的軟接通，所述中間電路包括諸如電阻器之類的能耗元件。將由接入引起的電流和電壓瞬變減小到由電子系統的電壓和電流保護所強加的限制。如果沒有根據本發明實施例的升壓變壓器，這種衰減只能通過在海纜和岸上配電網之間的高壓連接中臨時插入高壓電阻器來實現。然而這樣的方案的成本要高得多，因為高壓類的電阻器和開關裝置，也是因為在岸上變電站安裝這些高壓部件的重要空間要求。根據本發明的操作AC連接的方法在再一個方面，本發明提供了一種用于操作AC連接40的方法。所述方法可以參考圖1顯示如下。在改進的升壓變壓器20的配電網一側測量有功和無功功率，并且將其與由有用分配器強加的參考Mvar設置點進行比較。在測量和要求的Mvar生產之間的差時， 變電站中的無功功率調節系統17 (也稱作干線Mvar控制器)向風力渦輪發電機管理模塊 16和離岸平臺上的最終中壓分路電抗器15的開關裝置產生控制信號。連續的控制作用于風力渦輪發電機變換器模塊。當所述風力渦輪發電機用完其無功功率產生容量限制時，通過增加或移除分路電抗器15的固定Mvar塊來偏移控制范圍。以此同時，測量離岸配電網 21的電壓，用于控制改進的升壓變壓器20的帶負載抽頭變換器OLTC 4，從而補償岸上高壓配電網的電壓變化。術語“發電機的無功功率產生能力限制”意味著發電機在有功功率輸出時能夠產生的電容或電感性無功功率的范圍。根據本發明的接入AC連接的方法 在再一個方面，本發明提供了一種利用根據本發明的升壓變壓器20將AC連接40 接入到岸上配電網23的方法。使用相對廉價的中壓斷路器將中壓電阻器臨時地插入到中間電路35中。作為其效果，抑制了接入離岸風場50及其AC連接(海纜、變壓器、電抗器和風力渦輪發電機)之后的有效過度電流和電壓瞬變。對于AC連接的穩態操作，通過斷路器的適當開關從所述電路自動地取出所述電阻器。在圖3至圖5中說明了所述方法。在接入到海纜和離岸風場50之前的狀態中表示圖3的斷路器。高壓斷路器11是關斷的。中壓斷路器7是關斷的，而斷路器8是接通的。在接通斷路器11之后，涌入電流將流過繞組6。涌入電流將通過繞組5并且通過能耗元件10感應出電流。在選擇帶負載抽頭變換器4時優化繞組2、5的電壓級別，繞組2、5將這兩個有功部分相連。所述電壓級典型地是中壓級，不超過36kV。用于升壓變壓器20的中間電路35 的中壓級部件的選擇是高度有益的。其產生了一種可能性非常成本有效的實現軟接通系統，以減小主要電容性海纜的配電網與離岸平臺上的電感部件(主要逐級增加變壓器和分路電抗器)的連接之后的電流和電壓瞬變的大小和持續時間。問題在于電感部件的平滑涌入要求在電壓峰值處的受控接入，但是不幸地是這是接入電容性海纜的最差條件。良好的折衷是不可能的。因此，本發明預見了在峰值電壓處應用切換，并且提供足夠的衰減以抑制由電容性海纜的非理想接入引起的瞬變現象。在涌入之后很短的時間，設備將切換到圖4所表示的情況。接通高壓斷路器11和中壓斷路器7。通過圖4中所示斷路前實現條件的短路通路實質上是維持了通過串聯變壓器13 的初級繞組5感應的電流的路徑。最后，斷路器8關斷，將優選地為電阻器的能耗元件10與升壓變壓器電路隔離開。 圖5中所表示的升壓變壓器20現在處于其正常操作狀態。使用根據本發明實施例的升壓變壓器20將離岸風場50與岸上配電網23相連。在本發明的優選實施例中，所述方法還包括在峰值電壓處接入以建立AC連接。
權利要求
1.一種將離岸風場(50)的離岸配電網接入到岸上配電網03)的方法，包括以下步驟-提供升壓變壓器(20)，所述升壓變壓器OO)包括中間電路(3 中的能耗元件(10)， 其中所述能耗元件(10)能夠在操作狀態和非操作狀態之間切換，并且所述中間電路(35) 按照中壓操作；-將所述升壓變壓器OO)在其初級一側與海纜(19)相連，所述海纜用于將在所述離岸風場(50)中產生的電力輸運至所述岸上配電網03)；-將所述升壓變壓器OO)在其次級一側與高壓開關裝置(11)相連，其中所述高壓開關裝置(11)處于關斷位置；-將所述高壓開關裝置(11)與所述岸上配電網相連； -將所述能耗元件(10)切換至操作狀態； -使所述高壓開關裝置(11)處于接通位置；-使所述能耗元件(10)處于非操作狀態，從而提供所述離岸風場(50)接入到所述岸上配電網(23)。
2.根據權利要求1所述的方法，包括在岸上變電站0 中提供所述升壓變壓器OO) 的步驟。
3.一種升壓變壓器(20)，用于將離岸風場(50)的離岸配電網接入到岸上配電網 (23)中，其中所述升壓變壓器OO)在其初級一側與海纜(19)相連，所述海纜(19)用于將在所述離岸風場(50)中產生的電力輸運至所述岸上配電網(23)，并且所述升壓變壓器在其次級一側與高壓開關裝置(11)相連，處于接通位置的所述開關裝置(11)將所述離岸風場(50)與所述岸上配電網相連，其特征在于所述升壓變壓器包括中間電路(35)中的能耗元件(10)，其中所述能耗元件(10)在操作狀態和非操作狀態之間切換，并且所述中間電路(35)按照中壓操作。
4.根據權利要求3所述的升壓變壓器(20)，其中所述能耗元件(10)是交流(AC)電阻。
5.根據權利要求3或4所述的升壓變壓器(20)，其中至少兩個中壓斷路器(7，8)設置在所述中間電路(35)中，用于將所述能耗元件(10)在操作狀態和非操作狀態之間切換。
6.根據權利要求3至5中任一項所述的升壓變壓器(20)，其中所述升壓變壓器00) 包括帶負載抽頭變換器(4)。
7.—種AC連接(40)，適用于將離岸風場(50)的離岸配電網接入到岸上配電網 (23)，所述AC連接包括離岸平臺(30)；與所述離岸平臺(30)相連的岸上變電站G5)；以及海纜(19)，將所述離岸平臺(30)與所述岸上變電站0 相連； 其中所述AC連接00)通過高壓開關裝置(11)與岸上配電網03)相連，以及其中所述離岸平臺(30)包括 按照中壓操作的離岸配電網； 與所述離岸配電網相連的風力渦輪發電機(14)； 分路電抗器(15)，與按照中壓操作的離岸配電網相連； 功率電壓升高變壓器(18)，位于所述離岸配電網和所述海纜(19)之間，其特征在于所述AC連接00)的所述渦輪發電機(14)、所述分離電抗器(14)和所述海纜(19)提供有功和無功功率產生能力，用于獲得通過所述岸上配電網03)強加給接入到所述岸上配電網03)的所述離岸風場(50)的工廠設備容量曲線。
8.根據權利要求7所述的AC連接(40)，其特征在于所述岸上變電站05)包括所述高壓開關裝置(11)。
9.根據權利要求7或8所述的AC連接(40)，其特征在于所述離岸平臺(30)通過具有固定比率的功率電壓升高變壓器(18)與所述海纜(19)相連。
10.根據權利要求7至9中任一項所述的AC連接(40)，其特征在于所述海纜(19)按照恒定電壓操作。
11.根據權利要求7至10中任一項所述的AC連接(40)，其特征在于通過所述海纜 (19)、風場發電機和分路電抗器(1 的無功功率產生能力來滿足所述工廠設備容量曲線。
12.根據權利要求7至11中任一項所述的AC連接(40)，其特征在于所述岸上變電站 (45)包括升壓變壓器O0)。
13.根據權利要求12所述的AC連接(40)，其特征在于所述升壓變壓器O0)是如權利要求3至6中任一項所述的升壓變壓器。
14.根據權利要求7至13中任一項所述的AC連接(40)，其特征在于所述岸上變電站 (45)包括無功功率控制系統(17)。
15.根據權利要求7至14中任一項所述的AC連接(40)，其特征在于所述離岸平臺包括完全按照中壓操作的開關裝置02)。
16.一種操作接入到岸上配電網03)的離岸風場(50)的離岸配電網的方法，包括以下步驟-提供根據權利要求7至15中任一項所述的AC連接00)，所述AC連接接入到岸上配電網(23)中；-測量離岸風場(50)和所述岸上配電網03)之間的有功和無功功率流；-將所述無功功率流與參考設置點進行比較；-基于所述有功和無功功率流測量結果以及所述無功功率流比較，向所述風力渦輪發電機(16)的控制器和所述離岸風場(50)上的分路電抗器(1 的開關裝置發送控制信號；-當所述風力渦輪發電機(16)用完其無功功率產生能力限額時，從所述分路電抗器添加或者移除固定塊的無功功率；-測量所述離岸風場(50)上的所述離岸配電網的電壓；-將所述離岸配電網的測量電壓與操作電壓進行比較，其中所述操作電壓由所述離岸配電網的設計來確定；-基于所述電壓比較，向在初級一側與所述離岸風場(50)相連、而在次級一側與所述岸上配電網相連的升壓變壓器OO)的帶負載抽頭變換器(4)發送控制信號；-遵照所述帶負載抽頭變換器的控制，衰減所述岸上配電網的電壓變化。
17.根據權利要求7至15中任一項所述的AC連接00)的用途，用于獲得由岸上配電網03)強加給離岸風場(50)的離岸配電網的工廠設備容量曲線。
全文摘要
本發明涉及一種將離岸風場的配電網接入到岸上配電網的方法，涉及一種用于將離岸風場的配電網接入到岸上配電網而改進的升壓變壓器，以及涉及一種用于操作被接入到岸上配電網的離岸風場的配電網的AC連接。
文檔編號H02J3/38GK102318158SQ201080007619
公開日2012年1月11日 申請日期2010年2月12日 優先權日2009年2月12日
發明者科恩·勒里當, 馬克·范迪克 申請人:威瑟有限公司