专利名称：潮流发电机组变流输电系统及工作方法
技术领域：
本发明涉及海上发电技术领域，尤其涉及一种潮流发电机组变流输电系统及工作方法。
背景技术：
现有技术的海上发电系统，如海上风电通常采用每台发电机经过交-直-交变换技术将电能变成高电压等级的交流电，然后进行电力输送，电气设备数量多，另外海上载体平台的荷载大、导致平台规模大，增加了整个系统复杂性和系统建造成本。现有潮流发电系统多采用发电机输出直接通过海底电缆输送方式，输出电压低，输电线路损耗大。并且，现有潮流发电系统一般为单机系统，对应于双发电机组或多发电机组型式潮流电站，只能用多根海底电缆输送，电缆成本明显增加。对于没有自启动能力的潮流发电机组，现有的不控 整流方式不具有启动水轮机功能。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术存在的上述变流系统载体上设备数量多、系统复杂、输电线路损耗严重、不适应多发电机组电力输送的问题；提供一种潮流发电机组变流输电系统及工作方法；具有减少载体平台上设备数量、简化系统、减少损耗的优点。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种潮流发电机组变流输电系统，它包括若干台水轮发电机组，每台水轮发电机组与相应的电抗器、三相全控整流器依次连接；三相全控整流器输出端分别与蓄电池和三相全控逆变器连接，三相全控整流器与三相全控逆变器组成背靠背结构；三相全控逆变器输出端则经电感滤波器、交流变压器与用电负荷连接。所述三相全控型变流器采用SVPWM变流技术的变流器能实现能量的双向传送，既能工作在整流状态又能工作在逆变状态，用电负荷侧的功率因数是能调节的。所述蓄电池设有两组，蓄电池通过各自的隔离开关与相对应的三相全控整流器输出端连接；通过闭合各自的隔离开关实现蓄电池具体接入相对应的三相全控整流器。所述三相全控整流器通过海底直流电缆与岸上的电缆转接箱连接，所述转接箱通过普通电缆与三相全控逆变器连接；所述电缆转接箱用于海底直流电缆和岸上普通电缆的过渡，转接箱防护等级为IP65。所述水轮发电机组为两台或多台水轮发电机组。采用上述的一种潮流发电机组变流输电系统的工作方法，分为以下几项工作步骤步骤一，系统启动通过潮流测速仪来判断潮流流速是否达到要求，当潮流流速达到要求条件时，发电机处于准备启动状态；当潮流流速低于要求条件时，发电机处于停机状态；
步骤二，电能转换水轮发电机将潮流能通过水轮机和发电机转变成电能，通过各自的电抗器和三相全控型整流，所述背靠背结构的三相全控型整流器和电抗器一起将电压、频率都不稳定的交流电能转变成电压稳定的直流电能；步骤三，电能输出各台输出的直流电并联连接在一起，通过直流海底电缆将直流电能输送到岸上，所述背靠背结构的三相全控型逆变器将直流电能再转换成频率稳定的交流电能，经过滤波器和隔离变压器；电感滤波器滤除高次谐波；消除了高次谐波的交流电通过隔离变压器，为最终用电负荷进行供电。所述步骤三，由于输出直接与用户相连，所以负载的状态变化较大，可能出现两种情况情况一发出的电能超过消耗的电能；情况二 发出的电能不够消耗使用的情况； 对于情况一，三相全控型整流器通过调整水轮发电机组运行曲线，降低水轮机的吸收功率，以适应轻载的状况；对于情况二，三相全控型逆变器会降低输出电压，整个系统以最大的能力工作。本发明的有益效果I.该发明可以根据流体动力特性独立调节若干台水轮发电机组的运行特性，使双水轮潮流发电系统的发电效率更高。2.该发明两台水轮发电机共用一台逆变器装置，减少系统设备数量，降低投资。3.有效的解决了变流系统输入电流畸变，减少永磁发电机的损耗，延长发电机的寿命。4.有效的解决了无自启动能力潮流发电机组的启动问题。5.将逆变器、电感滤波器、变压器安装在岸上，减小海上平台的荷载，缩小平台规模，减少投资，提高了发电系统的经济效益。6.采用较高直流输电，有效的减少输电线路上的损耗，能够满足中功率潮流发电系统的电能输送要求。7.对于多台共用载体平台的潮流发电机组，采用一根海底电缆输电，减少了电缆数量，直流输电电缆只有两芯，较交流电缆的芯数减少，节省了铜材和绝缘材料等。
图I是本发明的电路连接原理图。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。潮流发电机组变流输电系统,结合图I,包括#1水轮发电机组，#2水轮发电机组，分别与#1水轮发电机组，#2水轮发电机组相连接的电抗器、以及分别与电抗器连接的#1三相全控SVPWM整流器、#2三相全控SVPWM整流器，三相全控SVPWM逆变器、电感滤波器、交流变压器，所述三相全控SVPWM整流器输出端通过海底直流电缆与三相全控SVPWM逆变器连接，三相全控SVPWM整流器输出端与蓄电池连接；所述#1水轮发电机组、#2水轮发电机组、电抗器、#1三相全控SVPWM整流器、#2三相全控SVPWM整流器、蓄电池设于海上载体平台上，所述的三相全控SVPWM逆变器、电感滤波器、交流变压器及用电负荷设于岸上；三相全控SVPWM逆变器通过相连接的电感滤波器、交流变压器与用电负荷连接。所述的三相全控SVPWM整流器，三相全控SVPWM逆变器采用SVPWM变流技术能实现能量的双向传送，既能工作在整流状态又能工作在逆变状态，用电侧的功率因数是可调的。本发明每台水轮发电机配置一台电抗器和一台三相全控SVPWM整流器，进行升压整流、输出直流电，并入直流母线，然后通过直流电缆进行输电。考虑海上平台上特殊的运行环境，两组蓄电池组柜安装，节省布置空间，并且防护等级满足要求。两台水轮发电机组发出的电能经过整流变成直流以后通过适当截面的海底直流电缆输送到岸上。海底电缆的截面按照两台机组最大出力考虑，并且考虑海底敷设环境对电缆载流量进行修正。在岸上设置电缆转接箱，用于海底电缆和岸上普通电缆的过渡。转接箱防护等级为IP65，满足海边潮湿盐雾的环境要求。电能输送到岸上输入三相逆变器，将直流电逆变成交流电，逆变器与 电感滤波器配合使用，消除系统中产生的高次谐波，减少对用电网的污染。按照两台发电机组的功率进行选择逆变器的功率。经过滤波以后的交流电通过隔离变压器为岸上用电负荷进行供电。本发明的两台直驱型潮流发电机与用电负荷之间通过三台全控型SVPWM变流器来连接。每台水轮发电机组与相应的电抗器、三相全控整流器依次连接；三相全控整流器输出端分别与蓄电池和三相全控逆变器连接，三相全控整流器与三相全控逆变器组成背靠背结构；三相全控逆变器输出端则经电感滤波器、交流变压器与用电负荷连接。发电机发出的电压频率不稳定的电能经过该结构变换之后经过滤波器滤波输出电压频率稳定的电能，对用电负荷进行供电。每台发电机定子输出与发电机侧变流器相连，通过变流器的解耦控制，实现发电机无功功率和电磁转矩独立调节。相对于传统的二极管不可控整流方式，这种解耦控制有效解决输入电流畸变问题，大大减少了永磁发电机的损耗，延长了发电机的使用寿命。同时这种拓扑结构还具备Boost电路的升压特性，能够完成整流和升压两部分工作。在用电侧同样是通过全控型变流器来连接发电机组和用电负荷，也减少了潮流能发电机组对电网的谐波污染，同时通过解耦控制，方便快捷的调整潮流能发电机组向用电负荷输送的无功功率，用于并网发电时有利于实现潮流能发电机组在电网电压跌落时的无功补偿。这种背靠背的拓扑结构能够有效的完成两台潮流能发电机组AC — DC — AC的变流和控制,不但能同时实现两台永磁同步发电机最大效率、最小损耗控制，而且这种控制方式能够实现功率因数的快速调整，有利于潮流能发电机组实现低电压穿越。上述虽然结合附图对发明的具体实施方式
进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
权利要求
1.一种潮流发电机组变流输电系统，其特征是，它包括若干台水轮发电机组，每台水轮发电机组与相应的电抗器、三相全控整流器依次连接；三相全控整流器输出端分别与蓄电池和三相全控逆变器连接，三相全控整流器与三相全控逆变器组成背靠背结构；三相全控逆变器输出端则经电感滤波器、交流变压器与用电负荷连接。
2.如权利要求I所述的一种潮流发电机组变流输电系统，其特征是，所述三相全控型变流器采用SVPWM变流技术的变流器能实现能量的双向传送，既能工作在整流状态又能工作在逆变状态，用电负荷侧的功率因数是能调节的。
3.如权利要求I所述的一种潮流发电机组变流输电系统，其特征是，所述蓄电池设有两组，蓄电池通过各自的隔离开关与相对应的三相全控整流器输出端连接；通过闭合各自的隔离开关实现蓄电池具体接入相对应的三相全控整流器。
4.如权利要求I所述的一种潮流发电机组变流输电系统，其特征是，所述三相全控整流器通过海底直流电缆与岸上的电缆转接箱连接，所述转接箱通过普通电缆与三相全控逆变器连接；所述电缆转接箱用于海底直流电缆和岸上普通电缆的过渡，转接箱防护等级为IP65。
5.如权利要求I所述的一种潮流发电机组变流输电系统，其特征是，所述水轮发电机组为两台或多台水轮发电机组。
6.采用如权利要求I所述的一种潮流发电机组变流输电系统的工作方法，其特征是，分为以下几项工作步骤 步骤一，系统启动 判断潮流流速是否达到要求， 当潮流流速达到要求条件时，发电机处于准备启动状态； 当潮流流速低于要求条件时，发电机处于停机状态； 步骤二，电能转换水轮发电机将潮流能通过水轮机和发电机转变成电能，通过各自的电抗器和三相全控型整流，所述背靠背结构的三相全控型整流器和电抗器一起将电压、频率都不稳定的交流电能转变成电压稳定的直流电能； 步骤三，电能输出各台输出的直流电并联连接在一起，通过直流海底电缆将直流电能输送到岸上，所述背靠背结构的三相全控型逆变器将直流电能再转换成频率稳定的交流电能，经过滤波器和隔离变压器；电感滤波器滤除高次谐波；消除了高次谐波的交流电通过隔离变压器，为最终用电负荷进行供电。
7.如权利要求6所述的一种潮流发电机组变流输电系统的工作方法，其特征是，所述步骤三，由于输出直接与用户相连，所以负载的状态变化较大，可能出现两种情况 情况一发出的电能超过消耗的电能； 情况二 发出的电能不够消耗使用的情况； 对于情况一，三相全控型整流器通过调整水轮发电机组运行曲线，降低水轮机的吸收功率，以适应轻载的状况； 对于情况二，三相全控型逆变器会降低输出电压，整个系统以最大的能力工作。
全文摘要
本发明公开了一种潮流发电机组变流输电系统及工作方法，该系统包括若干台水轮发电机组，每台水轮发电机组与相应的电抗器、三相全控整流器依次连接；三相全控整流器输出端分别与蓄电池和三相全控逆变器连接，三相全控整流器与三相全控逆变器组成背靠背结构；三相全控逆变器输出端则经电感滤波器、交流变压器与用电负荷连接。所述三相可控整流器采用三相全控SVPWM整流器；具有减少载体平台上设备数量、简化系统、减少损耗的优点。
文档编号H02J3/00GK102946102SQ20121051019
公开日2013年2月27日 申请日期2012年12月3日 优先权日2012年12月3日
发明者翟慎会, 侯晶, 朱月涌, 曹兴福, 钟志钢, 许卫东 申请人:山东电力工程咨询院有限公司, 哈尔滨瑞哈科技发展有限公司