[實用新型]基于中頻或高頻變壓器變壓的風電場輸電裝置

有效

• 申請號: 201320265012.8
• 申請日: 2013-05-15
• 公開（公告）號: CN203278265U
• 公開（公告）日: 2013-11-06
• 發明（設計）人: 劉海波;朱宜飛;陳衛鵬;葉任時;覃琳捷;魚維娜
• 申請（專利權）人: 長江勘測規劃設計研究有限責任公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/01;H02J3/36
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 陳家安;余麗霞

技術領域

本實用新型涉及電力系統中中頻或高頻（頻率大于工頻50Hz，中頻或高頻一般為工頻50Hz的整數倍）變壓器技術和電力電子技術領域，特別涉及一種在風電場中基于中頻或高頻變壓器變壓的風電場輸電裝置。

背景技術

風電場中箱式升壓變壓器采用的傳統工頻電力變壓器體積大、重量重，變壓器絕緣油對環境存在威脅，空載損耗高，負載投切或大范圍變化時負荷側電壓隨負荷波動大；無論是電源側還是負荷側發生故障，另一側都將受到影響；電源側電壓發生跌落、閃變、不平衡和含有諧波時都將直接影響到負荷側，而負荷側的諧波電流也會通過變壓器的直接耦合進入電源側；鐵芯飽和時所產生的諧波電流將對電網造成諧波污染。而風力資源的隨機性要求風電場中箱式升壓變壓器的空載損耗盡可能低；隨著風電場單機容量的不斷增大，與之配套的箱式升壓變壓器體積將變得越來越大、重量也將變得越來越重；海上風電機組的基礎也將相應增大，既增加了成本，又加大了風險。同時，風電場規模的不斷擴大，尤其是大規模海上風電場的陸續開發，如何增加風電場傳輸容量和傳輸距離以及風電場并網對電網電能質量的影響必須引起足夠重視。

風電場采用的中頻或高頻變壓器空載損耗低滿足風力發電中變壓器空載損耗應盡可能低的要求，體積小、重量輕能減小海上風電機組基礎的承載力，便于箱式變壓器與風電機組的集成；中頻或高頻變壓器與電力電子變換器的有機結合將改善風電場并網的電能質量，提高系統的穩定性。目前，風電場由于規模都較小，一般采用加裝無功補償裝置的交流電纜傳輸并網方式。但是由于交流電纜充電電流的影響，交流電纜傳輸并網的傳輸距離和傳輸容量受到限制。風電場采用高壓直流輸電技術將進一步改善風電場并網的電能質量。

發明內容

本實用新型提出了一種基于中頻或高頻變壓器變壓的風電場輸電裝置，其目的在于克服現有技術的不足和存在的問題，該裝置能抑制負荷側的諧波電流通過變壓器的直接耦合進入電源側，防止電源側電壓發生跌落、閃變、不平衡和含有諧波時直接影響到負荷側，改善了風電場接入電網處的電能質量和箱式變壓器的工作環境；能夠減少變壓器的傳輸損耗；既能夠增加風電場接入電網的傳輸距離和傳輸容量，又能減輕海上風電機組基礎的承載力，便于箱式變壓器與風電機組的集成。

本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的：

基于中頻或高頻變壓器變壓的風電場輸電裝置，包括順次連接的中高頻電力轉換模塊、高頻電力傳輸模塊、直流電力傳輸模塊和工頻電力傳輸模塊，所述中高頻電力轉換模塊輸出端通過高頻電纜連接高頻電力傳輸模塊，所述高頻電力傳輸模塊的輸出端通過直流電纜連接有直流電力傳輸模塊，所述直流電力傳輸模塊通過工頻電纜連接工頻電力傳輸模塊。

在上述技術方案中，所述高頻電力轉換模塊包括風力發電機、低頻電纜、一級整流器、直流電纜、方波調制器，所述一級整流器的輸入端通過低頻電纜與風力發電機的輸出端連接，所述一級整流器的輸出端通過直流電纜與方波調制器的輸入端連接。

上述高頻電力傳輸模塊包括中頻或高頻變壓器、高頻電纜和二級整流器，所述中頻或高頻變壓器的輸入端通過高頻電纜與方波調制器連接，所述中頻或高頻變壓器的輸出端通過高頻電纜與二級整流器的輸入端連接。

上述直流電力傳輸模塊包括逆變器，所述逆變器的輸入端通過直流電纜連接二級整流器。

上述工頻電力傳輸模塊包括工頻升壓變壓器，所述工頻升壓變壓器的輸入端通過工頻電纜與逆變器連接，工頻升壓變壓器通過工頻電纜接入電網。

上述中高頻電力轉換模塊設有一組或以上，每組中高頻電力轉換模塊中的方波調制器均經由一條高頻電纜與一個中頻或高頻變壓器的輸入端，多個中頻或高頻變壓器的輸出端連接一個二級整流器的輸入端，多個二級整流器的輸出端通過直流電纜連接一個逆變器的輸入端

本實用新型具有如下的有益效果：

1)與工頻箱式變壓器相比，中頻或高頻變壓器體積小、重量輕，因為在相同容量下，變壓器（磁芯）大小與其工作頻率成反比，頻率越高，體積就越小。

2)中頻或高頻變壓器體積小、重量輕，能減少海上風電機組基礎的承載力，便于箱式變壓器與風電機組尤其是機艙的集成，減小了風電機組發電機與箱式變壓器之間的傳輸損耗。

3)采用非晶材料的中頻或高頻變壓器空載損耗低、效率可做得更高，減少了傳輸損耗，滿足風力發電中變壓器空載損耗應盡可能低的要求。

4)中頻或高頻變壓器與電力電子變換器的有機結合既能有效抑制負荷側的諧波電流通過變壓器的直接耦合進入電源側，又能有效防止電源側電壓發生跌落、閃變、不平衡和含有諧波時直接影響到負荷側。