海上风电柔性直流输电换流站桥臂阀塔布局及海上平台的制作方法

本发明属于新能源及电力工程技术领域，具体涉及海上风电柔性直流输电换流站桥臂阀塔布局及海上平台。

背景技术：

随着科学技术的不断进步，海上风力发电容量日益扩大，海上风电并网运行成为了大规模利用风能的最有效方式，海上风电场的开发对于解决能源危机有着重要的意义。

直流输电适用于大容量、远距离的电能传输。随着传输距离需求越来越远、传输容量需求越来越大，直流输电将在海上风电场的开发利用中起到重要作用。相对于常规的高压直流输电、两电平和三电平的电压源型换流器(VSC-HVDC)，基于模块化多电平换流器(MMC)的海上风电柔性直流接入系统更加适合长距离、大规模海上风电接入系统。

海上平台的设计是大容量海上风电柔性直流输电送出系统中最关键的技术，目前还存在很多难题。基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流输电系统中海上换流站主设备布置包括交流接入场区、换流阀阀厅和直流接出场区等几个部分。但是由于海上平台造价非常高，因而对海上平台布局有着严格的尺寸要求。

申请公布号为CN104652864A的中国专利文件公开了一种用于海上柔性直流接入系统的海上平台。该平台设置有上、下两层甲板，在下层甲板中设置有桥臂电抗器区、换流器阀厅、直流电抗器区和控制室区。海上风电场的交流电能通过电缆输送到下层甲板的桥臂电抗器区，经过换流器阀厅内电气设备换流后，通过直流接出区内电气设备将直流电输出。该用于海上柔性直流接入系统的海上平台中交流区域和直流区域均设置在下层甲板上，互相之间干扰性较大、安全性低，而且占地面积较大，由于海上的特殊环境，使得造价成本极高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种海上风电柔性直流输电换流站桥臂阀塔布局及海上平台，以解决目前柔性直流输电换流站海上平台造价较高的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

本发明提供了一种海上风电柔性直流输电换流站桥臂阀塔布局，包括四个桥臂阀塔布局方案：

桥臂阀塔布局方案一，该桥臂的多个阀塔分布在至少两层平台上。

桥臂阀塔布局方案二，在桥臂阀塔布局方案一的基础上，每个桥臂的阀塔平均分布在各层平台上。

桥臂阀塔布局方案三、四，在桥臂阀塔布局方案一或桥臂阀塔布局方案二的基础，所述阀塔平均分布在两层平台上。

本发明还提供了一种海上风电柔性直流输电换流站海上平台，包括十四个海上平台方案：

海上平台方案一，包括交流引入部分和换流部分，所述换流部分包括桥臂，其特征在于，该桥臂的多个阀塔分布在至少两层平台上。

海上平台方案二，在海上平台方案一的基础上，每个桥臂的阀塔平均分布在各层平台上。

海上平台方案三、四，在海上平台方案一或海上平台方案二的基础上，所述阀塔平均分布在两层平台上。

海上平台方案五、六，在海上平台方案三或海上平台方案四的基础上，所述两层平台中位于上层的一个为中层平台，另一个为底层平台，所述的交流引入部分设在一个顶层平台上，顶层平台位于中层平台上方。

海上平台方案七、八，在海上平台方案五或海上平台方案六的基础上，所述顶层平台、中层平台和底层平台上分别于一侧设有控制设备与辅助设备区，各层平台的控制设备与辅助区上下对应设置。

海上平台方案九、十，在海上平台方案五或海上平台方案六的基础上，所述顶层平台包括如下功能房间：

交流接入设备以及辅助设备区、联结变压器室、换流阀冷却设备室和第一控制设备与辅助设备区。

海上平台方案十一、十二，在海上平台方案五或海上平台方案六的基础上，所述中层平台包括如下功能房间：

桥臂电抗器室、用于存放分布在中层平台的阀塔的前端阀厅和第二控制设备与辅助设备区。

海上平台方案十三、十四，在海上平台方案五或海上平台方案六的基础上，所述底层平台包括如下功能房间：

直流开关以及输出设备区、直流电抗器室、用于存放分布在底层平台的阀塔的后端阀厅和第三控制设备与辅助设备区。

本发明的有益效果：本发明的海上风电柔性直流输电换流站桥臂阀塔布局及海上平台，将换流站中靠近交流侧的阀塔和靠近直流侧的阀塔分别分布在至少两个平台上，使得海上平台的平台面积较小，空间利用率高，大大减少了造价成本；同时，该方案使得交流部分和直流部分分布在至少两个平台上，使得高压、低压分隔开来，解决了高、低压系统设计布置在同一平台时互相干扰性大、安全性低的问题，便于安全调试和维护。

附图说明

图1是海上风电送出MMC系统接线图；

图2是海上风电柔性直流输电换流站海上平台三维总体示意图；

图3是海上风电柔性直流输电换流站海上平台顶层平台设备布局图；

图4是海上风电柔性直流输电换流站海上平台中层平台设备布局图；

图5是海上风电柔性直流输电换流站海上平台设备布局图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明的海上风电柔性直流输电换流站海上平台实施例：

如图1所示为海上风电送出MMC系统接线图。海上风电送出MMC系统采用对称单极(伪双极)拓扑结构，可以有效的减小换流站设备与海上平台面积，具有较好的经济性。

MMC系统海上换流站主要设备包括：联结变压器、桥臂电抗器、换流阀、直流电抗器、换流阀冷却设备、控制系统设备和相应的开关和保护设备。其中换流阀是海上平台的主要设备，换流站中的换流功能通过6个相单元来完成，每个相单元由若干阀塔组成。其中，每个相单元有N个阀塔，按照靠近交流侧的为1号阀塔，靠近直流侧为N号阀塔，平台上共6N个阀塔，每个阀塔由若干个子模块组成。

通过对海上平台进行合理设计，将上述MMC系统海上换流站的主要设备进行合理布局。如图2所示为海上风电柔性直流输电换流站三维总体示意图。

用于海上风电送出的柔性直流输电换流站海上平台分为三层，图2中从下到上依次为：底层平台、中层平台和顶层平台，该三层钢结构建筑共同联合组成海上平台。三层钢结构建筑底部由若干钢板构成甲板，每层所述钢结构平台都被划分为多个功能房间，每个功能房间根据设备设计为不同的高度。如图2所示，换流阀冷却设备室3高度相比联结变压器室2略低，而第一控制设备及辅助设备区4等弱电区域房间高度更低。

海上平台的顶层平台放置联结变压器、换流阀冷却设备以及交流接入设备；中层和底层平台主要放置换流阀等比较重的设备，中层平台放置桥臂电抗器，底层平台放置直流电抗器、直流输出设备；而且，每层平台在相同的位置都设置了控制设备与辅助设备区，整个海上平台在弱电区域一侧没有强电的输入和输出。

如图3所示为海上风电柔性直流输电换流站海上平台顶层平台设备布局图。

顶层平台划分为四个功能房间，分别为：交流接入设备以及辅助设备区1，联结变压器室2，换流阀冷却设备室3和第一控制设备与辅助设备区4。各个风场的电能通过海上汇集系统汇集后，交流母线接入到海上平台顶层的交流接入设备以及辅助设备区1，在该区域还有避雷器、互感器、开关设备以及保护设备等。

换流阀冷却设备室3主要放置阀内水冷设备、阀冷散热设备等。位于顶层便于散热设计，而且，在可充分利用上海风大进行外冷设计，充分利用自然资源，且对其他设备影响最小。联结变压器室2中用于放置变压器以及相应的设备，变压器采用三台单相变压器构成，变压器网侧交流母线从交流接入设备以及辅助设备区1经过套管进入联结变压器室2，变压器阀侧母线经过套管向下接入到中层平台。其中，联结变压器室2采用便于散热的材料，并充分以后海风进行散热设计。

如图4所示为海上风电柔性直流输电换流站海上平台中层平台设备布局图。

中层平台分为三个功能房间，分别为：桥臂电抗器室5，前端阀厅6和第二控制设备与辅助设备区7。阀侧交流母线进入桥臂电抗器后，将其三相母线分接为六个相单元的交流侧进线，然后接入到桥臂电抗器交流侧进线端子。

如图5所示为海上风电柔性直流输电换流站海上平台底层平台设备布局图。

底层平台分为五个功能房间，分别为：第三控制设备与辅助设备区12、后端阀厅11、正极直流电抗器室8、负极直流电抗器室9和直流开关以及输出设备区10。

由于大容量MMC系统中换流阀数量比较多，在海上平台中设计两个阀厅：即位于中层平台的前端阀厅6和位于底层平台的后端阀厅11。前端阀厅6与桥臂电抗器室5相连。阀厅中换流阀按照六个相单元接线方式进行布置，桥臂电抗器室5引出的六根母线通过套管进入前端阀厅6，前端阀厅6在靠近直流侧的位置引出六根母线，通过套管向下接入到底层平台。从后端阀厅11引出的两根直流母线分别进入正、负直流电抗器室与直流电抗器相连。直流开关以及输出设备区主要放置直流侧避雷器、开关设备、测量设备以及相关的直流接出设备等。该平台将阀厅按照拓扑结构分为前端阀厅和后端阀厅，有效减少了海上平台的面积。

具体的阀厅中阀塔设计如下：

当每个桥臂上阀塔的数量为偶数时，前端阀厅和后端阀厅中阀塔的数量相等。例如：当N＝6时，平台上共36个阀塔，其中每个桥臂的1～3号阀塔位于前端阀厅，即位于中层平台；每个桥臂的4～6号阀塔位于后端阀厅，即位于底层平台。上桥臂的3个6号阀塔末端相连形成正极母线，下桥臂的3个6号阀塔末端相连形成负极母线。

当每个桥臂上阀塔的数量为奇数时，为了减少海上平台面积，可使前端阀厅和后端阀厅的阀塔数量尽量接近。例如：当N＝5时，平台上共30个阀塔，其中每个桥臂的1～2号阀塔位于前端阀厅，即位于中层平台；每个桥臂的3～5号阀塔位于后端阀厅，即位于底层平台。上桥臂的3个5号阀塔末端相连形成正极母线，下桥臂的3个5号阀塔末端相连形成负极母线。

在每一层的相同位置都设置了控制设备与辅助设备区，即弱电区，整个平台在弱电区没有强电的输入和输出，便于安装调试和维护；也可以提高空间的利用率。

该平台可以整体吊装到海上平台，且将重量较大的设备设计在底层钢结构建筑中，便于安装和运输。

另外，本发明的核心在于提供了一种海上风电柔性直流输电换流站桥臂阀塔布局，该桥臂的多个阀塔分布在至少两层平台上。

上述的海上风电柔性直流输电换流站海上平台即是为了实现海上风电柔性直流输电换流站桥臂阀塔布局的一种具体实现方法。为了实现这种桥臂阀塔布局的设计，并不局限于上述海上平台的设计。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的技术人员阅读本申请后，参照上述实施例对本发明进行的各种修改或变更的行为，均在本发明专利的权利申请要求保护范围之内。