[發明專利]基于中頻交流母線匯集的風電場直流輸電接入電網方法

有效

• 申請號: 201811617704.8
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109787277B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 宋強;李政軒;曾嶸;趙彪
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/36
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

本發明涉及一種基于中頻交流母線匯集的風電場直流輸電接入電網方法，屬于風電輸送與并網技術領域。本發明方法多臺風機組的三相中頻中壓交流電力分別經過多條中頻交流輸電線路輸送到中頻交流匯集母線后，再輸送到一個換流站中頻升壓變壓器，轉換為三相中頻高壓交流電力，再經過中頻模塊化多電平換流器轉換為高壓直流電力，經直流輸電線路輸送到工頻高壓換流器后轉換為三相工頻高壓交流電力，連接到工頻交流電網中。本發明中，風電場由工頻交流匯集也改為中頻交流匯集，中頻變壓器可以具有更小的體積和重量。中頻模塊化多電平換流器的成本、體積和重量也大大降低，風電場直流輸電系統的成本更低、緊湊化程度更高。

技術領域

本發明涉及一種基于中頻交流母線匯集的風電場直流輸電接入電網方法，屬于風電輸送與并網技術領域。

背景技術

隨著風力發電技術的發展和應用，陸上風電已經得到了大規模的開發和利用。海上風也具有巨大的開發潛力,將是未來風電發展的一個趨勢。大型風電場電力輸送一直是風電發展的瓶頸。由于風力發電一般供電質量不穩定且遠離交流主電網，直接接入交流電網的方式可能會給主網帶來很多負面的影響。近年來基于電壓源換流器的柔性直流輸電技術的研究和應用得到了非常快速的發展，已經成為解決這個瓶頸的一種新型的輸電方式。尤其是在海上風電場方面，通常需要通過海底電纜將電力輸送到陸地上，交流電纜容易受到充電電流的影響。當海上風電場離岸距離較遠時，直流輸電就成了唯一可供選擇的輸電方式。

目前風電場通過電壓源型直流輸電接入的系統中，通常是將各風機組所發出的電力通過工頻交流的方式匯集在一起，經工頻換流變壓器升壓后通過換流器將工頻交流電壓轉為直流電壓，再通過直流線路輸送到電網側換流器后轉換為工頻交流電壓與交流電網連接。模塊化多電平換流器具有易實現大電平數目、易實現高電壓等級、模塊化設計、諧波低和損耗低等優點，已經成為高壓柔性直流輸電換流器的最主要拓撲結構。但是模塊化多電平換流器的一個主要缺點是直流電容用量非常大，導致換流器的體積和占地非常大。模塊化多電平換流器的電容用量大的主要原因是工頻的橋臂電流流過子模塊電容器，由于工頻的頻率比較低，使子模塊電容的工頻容抗相對比較大，在子模塊電容器上出現比較大的工頻電壓波動，必須采用較大的子模塊電容將電容電壓紋波抑制到允許范圍之內。另一方面，由于頻率較低，工頻變壓器的體積也比較大，也是造成換流站占地較大的另外一個重要因素。

與陸上風電相比，海上風電場直流輸電系統的建設安裝及電力傳輸的技術難度更大，成本更高。這種方式需要新建設匯集能量的海上換流站平臺，海上平臺需要放置大容量的變壓器、換流器及其附屬設備，造價仍然較高，并且海上平臺的建設難度極大。海上匯集換流平臺的成本和建設難度已經成為直流輸電在大型海上風電場輸送與并網應用中的主要限制因素。

發明內容

本發明的目的是提出一種基于中頻交流母線匯集的風電場直流輸電接入電網方法，針對現有的風電直流輸電系統工頻換流變壓器和模塊化多電平換流器體積大、占地大、造價高和建設難度大等缺點，將每臺風機組輸出交流電壓的頻率由工頻提高到中頻，并將風電場由工頻交流匯集改為中頻交流匯集后送到柔性直流輸電換流站。

本發明提出的基于中頻交流母線匯集的風電場直流輸電接入電網方法，包括以下步驟：