一种风力发电升压变压器及风电直流输变电的变电系统的制作方法

本实用新型涉及输变电技术领域，特别是涉及一种风力发电升压变压器及风电直流输变电的变电系统。

背景技术：

风电输变电是风电场工程的重要组成部分。风电发电机的出口端电压为690v，属低压电源，为减少风电场内连接线路损耗，由场内的高压集电线路统一送至升压站，升压变压器将风机出口端690v电压升压至10kv或35kv。

在现有的风电输变电场合，均是采用交流输电。但由于风电发电机往往位于较为空旷的陆地或海上，输电线缆较长，交流电在长途传输过程中损耗较大，以至于风电场工程需要投入大量的成本，如设置升压站，来降低交流电传输过程中的损耗，这使得风电的成本难以降低，不利于风电项目逐渐实现平价上网。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种风力发电升压变压器及风电直流输变电的变电系统，用于降低风电传输过程中的损耗，从无需在风电输变电线路上设置补偿装置和升压站，降低风电场工程的成本。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种风力发电升压变压器，包括铁芯、设于输入端的两个以上高压线圈和设于输出端的低压线圈；

其中，各所述高压线圈分别对应不同的移相角度。

可选的，所述高压线圈的三相高压采用延边三角形接线法。

可选的，所述高压线圈的数量具体为8个。

可选的，各所述高压线圈对应的移相角度分别为+3.75°、-3.75°、+11.25°、-11.25°、+18.75°、-18.75°、+26.25°、-26.25°。

可选的，+3.75°的高压线圈、+11.25°的高压线圈、+18.75°的高压线圈、+26.25°的高压线圈分别和-3.75°的高压线圈、-11.25°的高压线圈、-18.75°的高压线圈、-26.25°的高压线圈成轴对称排布。

可选的，所述+3.75°的高压线圈、所述+11.25°的高压线圈、所述+18.75°的高压线圈和所述+26.25°的高压线圈组成第一高压线圈组，所述-3.75°的高压线圈、所述-11.25°的高压线圈、所述-18.75°的高压线圈和所述-26.25°的高压线圈组成第二高压线圈组，相应的，所述低压线圈的数量具体为两个。

可选的，所述低压线圈的数量具体为多个，各所述低压线圈成轴向布置，且各所述低压线圈并联连接。

可选的，各所述高压线圈均采用多股线并绕。

为解决上述技术问题，本实用新型还提供一种风电直流输变电的变电系统，包括上述任意一项所述的风力发电升压变压器，还包括与所述风力发电升压变压器连接的整流桥；

其中，所述风力发电升压变压器的输入端与三相电网连接，所述风力发电升压变压器的输出端与所述整流桥的输入端连接，所述整流桥的输出端与直流输电电缆连接；

所述整流桥的整流器的数量与所述风力发电升压变压器的高压线圈的数量相同，且一个所述整流器与一个所述高压线圈连接。

现有技术中的风电输变电工程中通常采用双绕组变压器，用于对交流电进行变压输送，但交流电在长途输电的过程中损耗较高，而采用直流输电将大大降低长途输电过程中的损耗，为实现直流输电，本实用新型所提供的风力发电升压变压器，包括铁芯、设于输入端的两个以上高压线圈和设于输出端的低压线圈；其中，各高压线圈分别对应不同的移相角度，通过两个以上对应不同的移相角度高压线圈，能够降低输出电流的谐波，从而可以结合整流器实现直流输电，无需在风电输变电线路上设置补偿装置和升压站，降低了风电场工程的成本。本实用新型还提供一种风电直流输变电的变电系统，具有上述有益效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种风力发电升压变压器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的风力发电升压变压器的一个高压线圈组的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的风力发电升压变压器的另一个高压线圈组的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种风电直流输变电的变电系统。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种风力发电升压变压器及风电直流输变电的变电系统，用于降低风电传输过程中的损耗，从无需在风电输变电线路上设置补偿装置和升压站，降低风电场工程的成本。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型实施例提供的一种风力发电升压变压器的结构示意图。

如图1所示，本实用新型实施例提供的风力发电升压变压器包括铁芯、设于输入端的两个以上高压线圈和设于输出端的低压线圈；

其中，各高压线圈分别对应不同的移相角度。

在具体实施中，如图1所示，本实用新型实施例提供的风力发电升压变压器为三相三柱式铁芯结构，包括三相三柱式铁1、高压线圈和低压线圈，底部设有冷却风机6，在实际应用中，输入端的低压线圈通过风机变流器与风力发电系统连接，输出端的高压线圈与整流电路连接，而后进入直流输电系统。

本实用新型实施例提供的风力发电升压变压器设有两个以上高压线圈，这些高压线圈可以分为上下两个高压线圈组，如图1所示的高压线圈组3和高压线圈组4。即如果风力发电升压变压器设置8个高压线圈，设置2个高压线圈组，则一个高压线圈组包含4个高压线圈。而这8个高压线圈也可以设置8个高压线圈组。高压线圈组的数量不限于两个，如高压线圈的数量为9个，则可以设置三个高压线圈组，每个高压线圈组包含3个高压线圈。

低压线圈的数量也可以为多个，各低压线圈成轴向布置，且各低压线圈并联连接，具体实现方式可以为在内部绕制时并联连接，也可以为在外部并联连接。通过设置多个低压线圈，可以有效降低各个移相角度对应的绕组的阻抗不平衡度，但低压线圈数量越多，成本也随之增加。因此优选的是设置2个低压线圈，如图1所示的低压线圈2和低压线圈5，可以保证各个输出端绕组的阻抗不平衡度不大于8％的前提下成本最低。与2个低压线圈对应的，高压线圈组设置2个，便于变压器的接线与组装。

基于上述结构，通过线圈匝数设计等，能够保证各个输出端绕组的空载电压与额定电压相比误差在±0.5％范围，使输出端的移相角度误差在±0.5°范围内。

此外，为保证绝缘，高压线圈和低压线圈可以均采用环氧树脂浇注式。

现有技术中的风电输变电工程中通常采用双绕组变压器，用于对交流电进行变压输送，但交流电在长途输电的过程中损耗较高，而采用直流输电将大大降低长途输电过程中的损耗，为实现直流输电，本实用新型实施例提供的风力发电升压变压器，包括铁芯、设于输出端的两个以上高压线圈和设于输入端的低压线圈；其中，各高压线圈分别对应不同的移相角度，通过两个以上对应不同的移相角度高压线圈，能够降低输出电流的谐波，从而可以结合整流器实现直流输电，无需在风电输变电线路上设置补偿装置和升压站，降低了风电场工程的成本。

图2为本实用新型实施例提供的风力发电升压变压器的一个高压线圈组的结构示意图；图3为本实用新型实施例提供的风力发电升压变压器的另一个高压线圈组的结构示意图。

在上述实施例的基础上，在本实用新型实施例提供的风力发电升压变压器中，如图2和图3所示，高压线圈的三相高压可以采用延边三角形接线法，而高压线圈的数量优选为8个。

在具体实施中，如图2和图3所示，各高压线圈对应的移相角度可以分别为+3.75°、-3.75°、+11.25°、-11.25°、+18.75°、-18.75°、+26.25°、-26.25°。

其中，在+3.75°的高压线圈中，a1’x1为a相的主绕组，a1a1’为a相的移相绕组，b1’y1为b相的主绕组，b1b1’为b相的移相绕组，c1’z1为c相的主绕组，c1c1’为c相的移相绕组，通过如图2所示的连接方式实现正向的移相角度，进而通过绕组匝数的分配实现+3.75°的移相角度。

在+11.25°的高压线圈中，a2’x2为a相的主绕组，a2a2’为a相的移相绕组，b2’y2为b相的主绕组，b2b2’为b相的移相绕组，c2’z2为c相的主绕组，c2c2’为c相的移相绕组，通过如图2所示的连接方式实现正向的移相角度，进而通过绕组匝数的分配实现+11.25°的移相角度。

在+18.75°的高压线圈中，a3’x3为a相的主绕组，a3a3’为a相的移相绕组，b3’y3为b相的主绕组，b3b3’为b相的移相绕组，c3’z3为c相的主绕组，c3c3’为c相的移相绕组，通过如图2所示的连接方式实现正向的移相角度，进而通过绕组匝数的分配实现+18.75°的移相角度。

在+26.25°的高压线圈中，a4’x4为a相的主绕组，a4a4’为a相的移相绕组，b4’y4为b相的主绕组，b4b4’为b相的移相绕组，c4’z4为c相的主绕组，c4c4’为c相的移相绕组，通过如图2所示的连接方式实现正向的移相角度，进而通过绕组匝数的分配实现+26.25°的移相角度。

在-26.25°的高压线圈中，a5’x5为a相的主绕组，a5a5’为a相的移相绕组，b5’y5为b相的主绕组，b5b5’为b相的移相绕组，c5’z5为c相的主绕组，c5c5’为c相的移相绕组，通过如图3所示的连接方式实现正向的移相角度，进而通过绕组匝数的分配实现+3.75°的移相角度。

在-18.75°的高压线圈中，a6’x6为a相的主绕组，a6a6’为a相的移相绕组，b6’y6为b相的主绕组，b6b6’为b相的移相绕组，c6’z6为c相的主绕组，c6c6’为c相的移相绕组，通过如图3所示的连接方式实现正向的移相角度，进而通过绕组匝数的分配实现+11.25°的移相角度。

在-11.25°的高压线圈中，a7’x7为a相的主绕组，a7a7’为a相的移相绕组，b7’y7为b相的主绕组，b7b7’为b相的移相绕组，c7’z7为c相的主绕组，c7c7’为c相的移相绕组，通过如图3所示的连接方式实现正向的移相角度，进而通过绕组匝数的分配实现+18.75°的移相角度。

在-3.75°的高压线圈中，a8’x8为a相的主绕组，a8a8’为a相的移相绕组，b8’y8为b相的主绕组，b8b8’为b相的移相绕组，c8’z8为c相的主绕组，c8c8’为c相的移相绕组，通过如图3所示的连接方式实现正向的移相角度，进而通过绕组匝数的分配实现+26.25°的移相角度。

进一步的，结合图2和图3，在风力发电升压变压器中，+3.75°的高压线圈、+11.25°的高压线圈、+18.75°的高压线圈、+26.25°的高压线圈分别和-3.75°的高压线圈、-11.25°的高压线圈、-18.75°的高压线圈、-26.25°的高压线圈成轴对称排布。

在上述实施例中提到，8个高压线圈可以设置2个高压线圈组，则+3.75°的高压线圈、+11.25°的高压线圈、+18.75°的高压线圈和+26.25°的高压线圈组成第一高压线圈组，-3.75°的高压线圈、-11.25°的高压线圈、-18.75°的高压线圈和-26.25°的高压线圈组成第二高压线圈组，分别对应图1中的高压线圈组3和高压线圈组4，相应的，低压线圈的数量具体为两个，分别对应图1中的低压线圈2和低压线圈5。

在上述实施例的基础上，本领域技术人员可以根据实际需要进行设计，如改变高压、低压的连接方式，改变串并联关系，低压线圈个数，高压移相角度个数、移相连接方式、铁芯的材质、变压器绕组的包封形式等，均属于本实用新型实施例的保护范围。

上述实施例提供的风力发电升压变压器除了适用于风电输变电领域外，还适用于电力机车等领域，而在这些领域，对变压器的体积重量有着较高的限制。针对用户关于干式变压器的缩小尺寸、降低成本等要求，若采用传统的工频50hz/60hz变压器，则主要采用增加变压器阻抗、提高温升等手段。随着变压器容量越来越大，这种方式将愈发难以满足相关尺寸重量要求。因此在上述实施例的基础上，在本实用新型实施例中，为进一步降低风电场工程的成本，从实现变压器的中高频化的角度来实现变压器的小型化。

为实现变压器的中高频化，在上述实施例的基础上，在本实用新型实施例提供的风力发电升压变压器中，各高压线圈均采用多股线并绕，从而能够降低涡流损耗，适配更高频率的电压。

进一步的，将铁芯采用高导磁硅钢片材料或非晶合金材料或纳米晶材料制成，也可以有效降低涡流损耗，适配更高频率的电压。

本实用新型实施例提供的风力发电升压变压器实现了中高频化，能够在中频100hz-1000hz范围下满容量运行。

上文详述了风力发电升压变压器对应的各个实施例，在此基础上，本实用新型还公开了与上述风力发电升压变压器对应的风电直流输变电的变电系统。

图4为本实用新型实施例提供的一种风电直流输变电的变电系统。

如图4所示，本实用新型实施例提供的风电直流输变电包括上述任意一项实施例所述的风力发电升压变压器100，还包括与风力发电升压变压器100连接的整流桥200；

其中，风力发电升压变压器100的输入端与风力发电系统输出端连接，风力发电升压变压器100的输出端与整流桥200的输入端连接，整流桥200的输出端与直流输电系统连接；

整流桥200的整流器的数量与风力发电升压变压器100的高压线圈的数量相同，且一个整流器与一个高压线圈连接。

在具体实施中，本实用新型实施例提供的风力发电升压变压器100与变频器的整流桥200配套使用，整流桥200的整流器的数量与风力发电升压变压器100的高压线圈的数量相同，且一个整流器与一个高压线圈连接，每个移相角度经过整流桥200后整流成直流后串联连接，有效减小电网谐波。交流电转换为进行传输的直流电后可升压至30kv(也可以为10kv、35kv等)。

为进一步提高传输电压，如图4所示，采用对称结构，应用本实用新型实施例提供的风力发电升压变压器100和整流桥200设计两组变电结构，两组结构的接地端连接，为0v，另一端接入输电线缆，分别为30kv和-30kv，从而实现了整个系统为60kv直流输电。

以上对本实用新型所提供的一种风力发电升压变压器及风电直流输变电的变电系统进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。