一種海上風(fēng)電模塊化多電平柔性直流輸電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及新能源與電力系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種海上風(fēng)電模塊化多電平柔性直流輸電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]全球可利用的風(fēng)力資源儲量約兩百億千瓦，風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量可達(dá)一百億千瓦。我國的風(fēng)力資源儲量豐富，而且我國擁有儲量豐富的近海風(fēng)力資源。同陸地風(fēng)電相比，海上風(fēng)電具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，如海上風(fēng)速高、渦流強(qiáng)度小、噪音小等，因此大力發(fā)展海上風(fēng)電是風(fēng)電發(fā)展的新趨勢。
[0003]隨著風(fēng)力發(fā)電容量的日益擴(kuò)大，風(fēng)力發(fā)電越來越多的接入電網(wǎng)，風(fēng)電的并網(wǎng)運(yùn)行成為了大規(guī)模利用風(fēng)能的最有效方式。風(fēng)電并網(wǎng)方式主要有以下兩種:交流并網(wǎng)方式和直流并網(wǎng)方式。交流并網(wǎng)方式的技術(shù)門檻較低，但其只是對于小容量近距離輸電具有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢。隨著傳輸距離需求越來越遠(yuǎn)、傳輸容量需求越來越大，直流輸電能夠很好的彌補(bǔ)交流輸電的不足，更加適應(yīng)海上風(fēng)電的發(fā)展需求，因而直流并網(wǎng)方式得到了較快的發(fā)展。目前，常規(guī)高壓直流輸電需要在海上平臺處提供額外的電源為整流提供所需要的換相電流，為逆變站交流電網(wǎng)提供足夠的換相電壓，而且由于其無功功率補(bǔ)償不能依靠換流器自身獨(dú)立調(diào)節(jié)，因而需要設(shè)置額外的無功補(bǔ)償和濾波設(shè)備。兩電平和三電平的電壓源型換流器(VSC-HVDC)則需要解決和克服IGBT器件串聯(lián)所帶來的技術(shù)難題。模塊化多電平換流器由于其具有諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在直流輸電系統(tǒng)中。然而，目前基于模塊化多電平換流器的海上風(fēng)電柔性直流輸電系統(tǒng)卻沒有工程實(shí)例和具體研宄。因而，研宄基于模塊化多電平換流器的海上風(fēng)電柔性直流輸電系統(tǒng)的接線方法具有重大意義。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]針對上述問題，本實(shí)用新型的目的是提出一種設(shè)計(jì)靈活、可控性高、占據(jù)面積小、適用于大規(guī)模、長距離的海上風(fēng)電模塊化多電平柔性直流輸電系統(tǒng)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案:一種海上風(fēng)電模塊化多電平柔性直流輸電系統(tǒng)，其包括送電端和受電端，所述送電端位于海上，所述受電端位于陸地上，其特征在于:所述送電端包括海上風(fēng)電場交流系統(tǒng)和海上換流站；所述海上風(fēng)電場交流系統(tǒng)以每5條所述集電線路為一組對600MW規(guī)模海上風(fēng)電場的交流電能進(jìn)行匯集，共匯集到4條35kV母線上；4條所述35kV母線上的交流電能分別進(jìn)入四組主變進(jìn)線設(shè)備；每兩組所述主變進(jìn)線設(shè)備匯集后各自引出一條交流主變進(jìn)線，所述600MW規(guī)模海上風(fēng)電場的交流電能經(jīng)兩條所述交流主變進(jìn)線輸送到所述海上換流站；所述海上換流站中連接變壓器采用分裂變壓器，兩條所述交流主變進(jìn)線分別連接至所述分裂變壓器一次側(cè)的兩端口，所述分裂變壓器二次側(cè)的端口與所述換流器連接；所述換流器采用對稱單極MMC ;所述對稱單極MMC共設(shè)置有上、下6個橋臂，每個橋臂均由若干MMC子模塊和一個橋臂電抗器串聯(lián)組成；其中，每個所述橋臂電抗器均位于每個所述橋臂的交流側(cè)，其分別連接所述MMC子模塊和所述分裂變壓器的二次側(cè)；所述對稱單極MMC的兩直流側(cè)直流線路中串聯(lián)一直流電抗器；所述海上換流站的啟動和充電通過所述受電端的陸上換流站進(jìn)行；所述海上換流站將交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能后，通過直流輸電線路輸送到所述受電端的陸上換流站，輸送直流電壓等級為 ±200kV。
[0006]與每兩組所述主變進(jìn)線設(shè)備連接的兩條所述35kV母線的其中一條上分別直接連接一 35kV/0.4kV站用變壓器。
[0007]所述海上風(fēng)電場交流系統(tǒng)的所述集電線路均采用35kV電壓等級，且所述集電線路采用單母線分段接線。
[0008]所述分裂變壓器采用聯(lián)接變網(wǎng)側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)接地電阻接地。
[0009]一種海上風(fēng)電模塊化多電平柔性直流輸電系統(tǒng)，其包括送電端和受電端，所述送電端位于海上，所述受電端位于陸地上，其特征在于:所述送電端包括海上風(fēng)電場交流系統(tǒng)和海上換流站，所述海上風(fēng)電場交流系統(tǒng)分為三組風(fēng)機(jī)，三組所述風(fēng)機(jī)的容量分別為300MW、300MW和400MW，三組所述風(fēng)機(jī)采用35kV電壓等級的集電線路對1000MW規(guī)模海上風(fēng)電場的35kV交流電能匯集后，經(jīng)各個海上升壓站將35kV交流電轉(zhuǎn)換為220kV的交流電后通過三組匯集線路開關(guān)設(shè)備，匯集到220kV交流母線上；所述220kV交流母線上的220kV交流電匯集后經(jīng)過主變進(jìn)線設(shè)備后引出兩條網(wǎng)側(cè)交流主變進(jìn)線，所述1000麗規(guī)模的海上風(fēng)電場的交流電能經(jīng)兩條所述網(wǎng)側(cè)交流主變進(jìn)線輸送到所述海上換流站；所述海上換流站中連接變壓器采用換流變壓器，所述海上風(fēng)電場交流系統(tǒng)匯集的交流電能通過兩條所述網(wǎng)側(cè)交流主變進(jìn)線分別連接到兩所述換流變壓器的一次側(cè)，兩所述換流變壓器的二次側(cè)連接換流器；所述換流器采用對稱雙極MMC，所述對稱雙極MMC由兩個對稱單極MMC串聯(lián)構(gòu)成，且兩個所述對稱單極MMC中點(diǎn)位置進(jìn)行接地設(shè)計(jì)形成零電位；其中，每一所述對稱單極MMC共設(shè)置有上、下6個橋臂，每個所述橋臂均由若干MMC子模塊和一個橋臂電抗器串聯(lián)組成；其中，每個所述橋臂電抗器均位于每個所述橋臂的交流側(cè)，其分別連接所述MMC子模塊和所述換流變壓器的二次側(cè)；所述對稱單極MMC的兩直流側(cè)直流線路中串聯(lián)一直流電抗器；所述海上換流站的的啟動和充電通過所述受電端的陸上換流站進(jìn)行；所述海上換流站將交流電能轉(zhuǎn)換成直流后，通過直流輸電線路輸送到所述受電端的陸上換流站，輸送直流電壓等級為 ±320kV。
[0010]兩所述換流變壓器均采用三繞組結(jié)構(gòu)，其第三繞組側(cè)分別引出電源線路，作為站用電。
[0011]本實(shí)用新型由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本實(shí)用新型由于600麗規(guī)模海上風(fēng)電場匯集的交流電能通過一分裂變壓器與海上換流站連接，而無需設(shè)置升壓變壓器，有效的減少了設(shè)備的使用，節(jié)省了海上風(fēng)電場平臺面積。2、本實(shí)用新型由于海上換流站不使用軟啟電阻，啟動、充電均從陸上換流站進(jìn)行，簡化了設(shè)備使用，節(jié)省了海上風(fēng)電場平臺面積。3、本實(shí)用新型由于海上換流站采用了模塊化多電平換流器，不但實(shí)現(xiàn)了有功和無功的快速調(diào)節(jié)，而且從根本上解決了兩電平或三電平對應(yīng)器件串聯(lián)帶來的均壓問題，提高了系統(tǒng)整體傳輸效率，節(jié)省了投資成本和占地面積，同時模塊化的結(jié)構(gòu)使得容量拓展和冗余設(shè)計(jì)更為容易。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)靈活、可控性高、占據(jù)面積小，可以廣泛應(yīng)用于海上風(fēng)電模塊化多電平柔性直流輸電中。
【附圖說明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型600MW規(guī)模海上風(fēng)電場交流部分主接線示意圖
[0013]圖2是本實(shí)用新型600MW規(guī)模海上風(fēng)電場柔性直流輸電接線示意圖
[0014]圖3是本實(shí)用新型另一實(shí)施例1000MW規(guī)模的海上風(fēng)電場交流部分主接線示意圖
[0015]圖4是本實(shí)用新型另一實(shí)施例1000MW規(guī)模的海上風(fēng)電場柔性直流輸電接線示意圖
[0016]其中，TV為電壓互感器，QS為隔離開關(guān)，TA為電流互感器，TM為聯(lián)接變壓器，R2為中性點(diǎn)接地電阻，Id為直流電流測量裝置，Vd為直流電壓測量裝置，SM為子模塊集群，Lb為橋臂電抗器，Ls為平波電抗器，A為網(wǎng)側(cè)交流母線避雷器，AF為閥側(cè)交流母線避雷器，AR為接地中性點(diǎn)避雷器，AL為閥底避雷器，DL為閥頂避雷器，D為直流極線避雷器，Ld為直流電抗器。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0018]實(shí)施例1:
[0019]本實(shí)用新型實(shí)施例1針對于600MW規(guī)模的海上風(fēng)電場，且本實(shí)用新型海上風(fēng)電模塊化多電平柔性直流輸電系統(tǒng)包括送電端和受電端。其中，送電端位于海上，其包括海上風(fēng)電場交流系統(tǒng)I和海上換流站2。海上風(fēng)電場交流系統(tǒng)I將各個海上風(fēng)電場的交流電能匯集后，將交流電能傳輸?shù)胶Ｉ蠐Q流站2，由海上換流站2將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，并通過直流輸電線路將直流電能輸送到受電端。受電端位于陸地上，其包括陸上換流站以及并網(wǎng)系統(tǒng)，海上換流站2輸送的直流電能經(jīng)陸上換流站轉(zhuǎn)換成交流電能后，由并網(wǎng)系統(tǒng)并入電網(wǎng)中。本實(shí)用新型受電端的陸上換流站電氣接線方式與現(xiàn)有技術(shù)相同，在此不再贅述。下面詳細(xì)介紹本實(shí)用新型海上送電端的連接方式。
[0020]如圖1所示，針對于600MW規(guī)模的海上風(fēng)電場，本實(shí)施例中海上風(fēng)電場交流系統(tǒng)I均采用35kV電壓等級的集電線路，且集電線路采用單母線分段接線。本實(shí)施例中以每5條集電線路11為一組對600MW規(guī)模海上風(fēng)電場的交流電能進(jìn)行匯集，共匯集到4條35kV母線12上。4條35kV母線12上的交流電能分別進(jìn)入四組主變進(jìn)線設(shè)備13，每組主變進(jìn)線設(shè)備13的風(fēng)機(jī)容量總和均為150MW，每兩組主變進(jìn)線設(shè)備13匯集后各自引出一條交流主變進(jìn)線14，600MW規(guī)模海上風(fēng)電場的交流電能經(jīng)兩條交流主變進(jìn)線14輸送到海上換流站2。其中，與每兩組主變進(jìn)線設(shè)備13連接的兩條3