海上风电柔性直流送出系统的制作方法

本实用新型涉及一种海上风电柔性直流送出系统。适用于海上风电场柔性直流输电领域。

背景技术：

柔性直流输电技术是近期发展的输电新技术，具有许多优点，尤其适用于远距离、大容量的海上风电场的并网送电。目前我国已建设并投运了几项陆地柔性直流科技示范项目，但海上风电场柔性直流送出在国内还是空白。

远距离、大容量的海上风电场采用柔性直流输电技术送出有着系统稳定、交直流系统相互解耦、有功无功可独立控制、调节方式灵活、海域使用面积少等诸多优点。

对于当前柔性直流输电技术，存在多种直流系统接地方式的选择，包括①直流侧中性点电阻接地方式②直流侧中性点电容接地方式③变压器阀侧接地电抗经大电阻接地方式；④变压器阀侧大电阻接地方式；各种接地方式存在不同利弊，具体如表1所示。

表1、已有柔性直流系统接地方式对比表

如何选择适用于海上风电柔直系统的接地方式，一方面可以保证柔直送出的安全可靠，一方面可以节省配置，优化送端海上换流站上部组块、受端陆上换流站的占地面积，是海上风电柔性直流输电系统发展的关键技术问题。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种安全可靠、成本较低的海上风电柔性直流送出系统。

本实用新型所采用的技术方案是：一种海上风电柔性直流送出系统，具有依次相连的海上风电场、海上升压站、送端海上换流站、直流海缆、受端陆上换流站和系统电网，其中送端海上换流站内布置海上联接变压器、海上换流阀和海上桥臂电抗器，所述受端陆上换流站内布置陆上联接变压器、陆上换流阀和陆上桥臂电抗器，该系统采用对称单极接线，其特征在于：

所述海上联接变压器和陆上联接变压器的阀侧均采用△接线，其中陆上联接变压器的阀侧经接地大电抗及接地大电阻接地。

陆上联接变压器阀侧△接线，电抗器从变压器阀侧引线处引下，三相分别引至接地电抗，电抗器接地端通过三相汇流母线进行汇流，再引至接地电阻进行接地。

所述接地大电抗的感抗值根据以下条件确定：

稳态运行以及交流短路故障情况下，流经该电抗器的电流值，确保该电流值在接地大电抗的承受范围内；

过电压水平评估：根据接线及已有项目参数对零序等值电路进行理论计算，并用电磁暂态计算进行各类故障仿真计算，并将过电压水平尽量抑制在较低水平。

所述接地大电阻的参数用电磁暂态计算软件行进行各类故障仿真计算，接地大电阻的参数需确保中性点电流在所述接地大电抗的承受范围内，系统内的过电压水平将整体被抑制在更低的水平。

1、系统内的过电压水平将整体被抑制在更低的水平。

为证明本实用新型方案对于过电压的抑制能力。对本实用新型方案(变压器阀侧yd接线经过5000h电抗器+5000欧姆电阻接地方式)、变压器阀侧yd接线经过3h常规电抗器+5000欧姆电阻接地方式、变压器阀侧yy接线经过5000欧姆电阻接地方式等方案进行各类故障情况下的计算，并取本系统内的16个观测点，计算系统内各观测点在各故障情况下的过电压水平。通过计算比较，本实用新型的计算结果为上述方案的最低水平。具体比较结论如下：

(1)本实用新型方案与变压器阀侧yd接线经过3h常规电抗器+5000欧姆电阻接地方式进行比较，16个观测点中，本实用新型方案有14个观测点的过电压水平要低于比较方案。电压水平降低在6.37％～43.97％之间。有2个观测点的过电压水平提高，分别为海上站的交流侧以及海上站的变压器阀侧，分别上升了11.40％和26.23％；

(2)本实用新型方案与变压器阀侧yy接线经过5000欧姆电阻接地方式进行比较，16个观测点中，有14个观测点的过电压水平要低于比较方案。电压水平降低在6.91％～42.63％之间。有2个观测点的过电压水平提高，分别为海上站的交流侧以及海上站的变压器阀侧，分别上升了4.15％和20.53％。

因此，综上分析，采用本实用新型方案，可以将系统整体的过电压抑制在较低的水平。

所述海上联接变压器采用yn，d11，d11接线方式。

所述陆上联接变压器采用yn，d11，d11接线方式。

本实用新型的有益效果是：本实用新型中联接变压器阀侧采用△接线，谐波在阀侧被抑制，第三绕组可以容量做到站用电系统容量，提高变压器设计经济性。

送端海上换流站联接变压器取消阀侧接地装置，使送端海上换流站布置简洁，节省上部组块占地面积以及重量，经济效益显著。

网侧交流短时故障情况下，受端陆上换流站交流电压几乎不受影响，对于故障穿越十分有利。柔直送电系统，相较现有接地方案，可降低故障状态下暂态电压幅值；本实用新型的实施，对于海上风电送出柔性直流工程优化空气净距，减小海上平台布置尺寸十分有利。

本实用新型主要就柔性直流系统的接地设备选型进行优化，提出采用大电抗+大电阻的优化选型方案。常规柔性直流工程中，一般电抗的选型不超过3h，该电抗器通常采用干式空芯电抗器，不仅占用场地大，同时消耗更多无功，对于系统过电压水平的抑制能力也较为有限。本实用新型提出采用千亨级电抗器，设备类中间为铁芯并绕制高密度的绕组匝数，原理类似电压互感器，因此制造上也更容易实现。本实用新型提出的接地方案，是对柔性直流接地方式选型设计的一次重大优化，不仅简化了陆上换流站的设计方案，节省布置空间；同时由于其降低过电压水平，对于海上站的空气净距也具备减小的条件，对于整体的方案优化十分有利。

对于端对端的柔性直流换流站的设计，系统接地只需要在其中一个换流站实施。海上换流站由于平台制造和运输等条件的限制，需要尽量优化海上站接线及其设备配置，使其达到接线简洁、设备布置紧凑的目的。因此对于海上风电送出的柔性直流工程，系统接地将布置在更有实施条件的陆上换流站，海上换流站联接变压器的阀侧将不再布置接地设备。

附图说明

图1为实施例的结构示意图。

图中：1、海上风电场，2、海上升压站，3、送端海上换流站，301海上联接变压器，302、海上换流阀，303、海上桥臂电抗器，4、直流海缆，5、受端陆上换流站，501、陆上联接变压器，502、陆上换流阀，503、陆上桥臂电抗器，6、系统电网。

具体实施方式

如图1所示，本实施例为海上风电柔性直流输电系统，具有海上风电场、海上升压站、送端海上换流站、直流海缆、受端陆上换流站和系统电网，其中送端海上换流站内布置海上联接变压器、海上换流阀和海上桥臂电抗器，受端陆上换流站内布置陆上联接变压器、陆上换流阀和陆上桥臂电抗器，本例中输电系统采用对称单极接线。

本例中3座海上风电场经海上升压站后电能汇集到送端海上换流站，经整流后通过海底直流电缆送至受端陆上换流站，随后经逆变后接入系统电网。

本实施例中海上联接变压器和陆上联接变压器的网侧接线方式根据海上风电场电压、受端系统电网电压等级确定；阀侧考虑屏蔽交流故障下的零序电流，选用△接线；第三绕组接站用电系统，根据电压等级，选用△接线。

本实施例以交流网侧电压为110kv及以上进行举例说明，海上联接变压器采用yn，d11，d11接线方式，网侧直接接地，阀侧不接地；陆上联接变压器采用yn，d11，d11接线方式，网侧直接接地，阀侧采用接地大电抗(kh级)与接地大电阻(kω级)串联接地方式。

本实施例中变压器短路电抗选择主要受制于短路电流水平，根据已有项目初步预估短路电抗，并在短路电流计算软件中进行短路电流计算验证；以变压器三侧短路电流水平不超过交流断路器分断能力为初步判据。

接地大电抗感抗值(kh级)的选择：主要受制于①稳态运行以及交流短路故障情况下，流经电抗器的电流值：判断此电流值是否在电抗器能够承受的范围内；②过电压水平评估：计算方法主要为根据接线及已有项目参数对零序等值电路进行理论计算，并用电磁暂态计算进行各类故障仿真计算，并将过电压水平尽量抑制在较低水平。

接地大电阻(kω级)的参数计算：参数选择计算方法同接地电抗感抗值的选择，与接地电抗配合，用电磁暂态计算软件行进行各类故障仿真计算，判断中性点电流是否在电抗器能够承受的范围内，并将过电压水平尽量抑制在较低水平。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。