专利名称：海上风电场并网的轻型直流输电系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种轻型直流输电系统，特别是海上风电场并网的轻型直流输电系统。
背景技术：
我国能源资源与用电负荷分布的特殊性，成为发展远距离、大容量输电的必然性。尤其是超过600km以上的远程输电线路，采用直流输电更加节能、降耗，提高经济效益，实现更大范围内的能源资源的合理开发、优化配置，符合我国“西电东送”的国情。随着电力电子和计算机技术的迅速发展，轻型直流输电技术日趋完善，在输电能力和送电距离上已可和特高压交流竞争，并且相对于特高压交流输电技术，轻型直流输电技术有如下优点I、输送相同功率时，轻型直流输电所用线材仅为交流输电的2 / 3 I / 2;2、在电缆输电线路中，轻型直流输电没有电容电流产生，而高压交流输电线路存在电各电流，引起损耗；3、轻型直流输电多使用地下电缆，使其对周围环境没有视觉上的影响，也没有电缆产生的磁场，可见轻型直流输电技术本身是极其环保的。并且在一些特殊场合，必须用电缆输电，例如高压输电线经过大城市时，采用地下电缆；输电线经过海峡时，要用海底电缆；4、直流输电时，其两侧交流系统不需同步运行，而高压交流输电必须同步运行；5、直流输电发生故障的损失比高压交流输电小。直流输电中，由于米用可控娃装置，电路功率能迅速、方便地进行调节，直流输电线路上基本上不向发生短路的高压交流系统输送短路电流，故障侧交流系统的短路电流与没有互连时一样。因此，轻型直流输电作为一种经济、灵活、高质量的输电方式，能够应用于直流高压输电工程中，将取得良好的输电及环保效益。目前现有技术中，轻型直流输电还没有得到广泛应用。
发明内容本实用新型的目的是提供一种海上风电场并网的轻型直流输电系统，可顺利实现海上风电传输与并网，具有成本低、直流电压等级匹配灵活、谐波小等优点。为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现海上风电场并网的轻型直流输电系统，其特征在于，在海上风电场侧及电网侧分别设有一台大容量变流器，与直流输电电缆相连接，实现海上风电传输与并网；所述海上风电场侧的大容量变流器由移相变压器和多个功率单元组成，移相变压器原边接入风力发电机输出端，在副边形成低压交流电送入功率单元，功率单元采用PWM脉宽调制技术将交流电整流成稳定的直流电压，最终将所有功率单元的直流侧输出端级联起来，形成高压直流电压输出；[0014]所述电网侧的大容量变流器由多个功率单元、LC滤波电路、变压器组成，将所述功率单元的直流输入侧级联起来再与直流输电电缆连接，使每个功率单元承担等分的直流电压，功率单元采用PWM脉宽调制技术将直流电压逆变输出低压交流电，再将每个功率单元的交流输出端经过LC滤波电路接入变压器副边，再通过变压器将交流电输入电网。与现有技术相比，本实用新型的新颖性和创造性体现在I)与传统型轻型直流输电系统相比，采用功率单元级联的型式，无需IGBT串联，可靠性更高；2)采用功率单元级联方式，直流电压等级匹配灵活，可根据用户需求来选择功率单元的级联个数；3)两端交流系统无需滤波电路，谐波小；4)在中小型容量输电系统中，成本相对较低。
图I是海上风电场并网的轻型直流输电系统结构图；图2是海上风电场并网的轻型直流输电系统拓扑图；图3是海上风电场侧的大容量变流器的功率单元拓扑图；图4是电网侧的大容量变流器的功率单元拓扑图；图5是功率单元单相PWM调制示意图；图6是PWM调制原理及输出波形。
具体实施方式
见图I、图2，海上风电场并网的轻型直流输电系统，包括两个大容量变流器和直流输电电缆组成，在海上风电场侧及电网侧分别设有一台大容量变流器，与直流输电电缆相连接，实现海上风电传输与并网。所述海上风电场侧的大容量变流器由移相变压器和多个功率单元组成，移相变压器原边接入风力发电机输出端，在副边形成低压交流电送入功率单元，功率单元采用PWM脉宽调制技术将交流电整流成稳定的直流电压，最终将所有功率单元的直流侧输出端级联起来，形成高压直流电压输出。所述电网侧的大容量变流器由多个功率单元、LC滤波电路、变压器组成，将所述功率单元的直流输入侧级联起来再与直流输电电缆连接，使每个功率单元承担等分的直流电压，功率单元采用PWM脉宽调制技术将直流电压逆变输出低压交流电，再将每个功率单元的交流输出端经过LC滤波电路接入变压器副边，再通过变压器将交流电输入电网。其中，海上风电场侧及电网侧的大容量变流器功率单元个数，由用户所需求的直流电压等级决定。直流电压等级越高，所需求的功率单元个数越多。见图3，海上风电场侧的大容量变流器功率单元输入侧为交流输入，经过由IGBT所组成的三相可控整流电路整流成直流电压在直流侧电容两端输出。直流侧电容是其直流侦_能元件，可缓冲桥臂开断的冲击电流、减小直流侧的电压谐波，并为功率单元提供电压支撑。见图4，电网侧的大容量变流器功率单元输入侧为直流输入，经过由IGBT所组成的逆变电路逆变成交流电压输出。直流侧电容是其直流侧储能元件，可缓冲桥臂开断的冲击电流、减小直流侧的电压谐波，并为功率单元提供电压支撑。见图5、图6，是PWM脉宽调制技术的基本工作原理(以单相PWM脉宽调制技术为例)。由调制波与三角载波比较产生的触发脉冲，使功率单元上下桥臂的开关管高频开通和关断，则桥臂中点电压Uc在两个固定+Ud和-Ud之间快速切换，Uc再经过电抗器滤波后则为网侧的交流电压U s。
权利要求1.海上风电场并网的轻型直流输电系统，其特征在于，在海上风电场侧及电网侧分别设有一台大容量变流器，与直流输电电缆相连接，实现海上风电传输与并网； 所述海上风电场侧的大容量变流器由移相变压器和多个功率单元组成，移相变压器原边接入风力发电机输出端，在副边形成低压交流电送入功率单元，功率单元采用PWM脉宽调制技术将交流电整流成稳定的直流电压，最终将所有功率单元的直流侧输出端级联起来，形成高压直流电压输出； 所述电网侧的大容量变流器由多个功率单元、LC滤波电路、变压器组成，将所述功率单元的直流输入侧级联起来再与直流输电电缆连接，使每个功率单元承担等分的直流电压，功率单元采用PWM脉宽调制技术将直流电压逆变输出低压交流电，再将每个功率单元的交流输出端经过LC滤波电路接入变压器副边，再通过变压器将交流电输入电网。
专利摘要本实用新型涉及一种海上风电场并网的轻型直流输电系统，其特征在于，在海上风电场侧及电网侧分别设有一台大容量变流器，与直流输电电缆相连接，实现海上风电传输与并网；所述的海上风电场侧大容量变流器由移相变压器及多个功率单元直流侧输出端级联起来构成；所述的电网侧大容量变流器由功率单元、LC滤波电路和变压器构成，将功率单元的直流输入侧级联起来再与直流输电电缆连接，功率单元采用PWM脉宽调制技术将直流电压逆变输出低压交流电，再将每个功率单元的交流输出端经过LC滤波电路接入变压器副边，通过不同型号的变压器输出用户所需求的交流电。本实用新型具有成本低、直流电压等级匹配灵活、谐波小等优点。
文档编号H02J3/38GK202586373SQ20122020652
公开日2012年12月5日 申请日期2012年5月9日 优先权日2012年5月9日
发明者许树楷, 虞苍璧, 韩诗邈, 李江涛, 刘宝诚, 赵丽娟, 吴丹青, 顾威, 雷雪 申请人:南方电网科学研究院有限责任公司, 荣信电力电子股份有限公司