CN203352190U - 一种风力发电机组直流输电*** - Google Patents

一种风力发电机组直流输电*** Download PDF

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Abstract

本实用新型属于风力电能并网领域，公开了一种风力发电机组直流输电***。该风力发电机组直流输电***包括：叶轮、齿轮箱、发电机、整流器、直流升压器、高压直流输电线路和换流站；叶轮、齿轮箱和发电机装配在一起，发电机、整流器和直流升压器依次串联连接，直流升压器通过高压直流输电线路连接换流站。本实用新型的有益效果为：降低了风力发电机组的制造成本，提高了风力发电机组的可靠性。

Description

一种风力发电机组直流输电***
技术领域
本实用新型涉及风力电能并网领域，特别涉及一种风力发电机组直流输电***。
背景技术
随着新能源行业的快速发展，我国的风力发电行业从最初的依赖国外进口机组转变为国内自主设计机组的时期，现有并网型风力发电机组基本上都采用叶轮、齿轮箱、发电机、变流器、箱变等装置组合完成机械能到电能的转化，通过变流器将频率变化的电能转换成为频率恒定的交流电，再通过变压器升压后，通过交流输送到电网，完成交流电能的输送。
在目前兆瓦级风力发电机组交流输电通常采用的***中，各台风力发电机组通过变流器（包括整流器、逆变器和电抗器）将发电机发出的频率变化的电能转换为交流电，然后经升压变压器进行升压之后，采用高压交流输电线路进行电能的输送。传统的风力发电机组变流器在可靠性和机组成本之间徘徊不定，采用国内的控制***和变流器固然可以降低机组的成本，但是由于种种原因可靠性受到很大的影响，例如，在受到低电压穿越的影响时，机组的稳定性难以保证，从而，在成本降低的同时，维护成本的提高成为新的投资。
尽管国内的电网大都采用交流输电的方式，但是交流输电必须同步运行。采用远距离交流输电时，交流输电***两端电流的相位存在显著差异；并网各子***交流电的频率虽然规定为50Hz，但实际上常产生波动。这两种因素导致交流***不同步。
直流输电经历了早期阶段、研究阶段、重新兴起阶段之后，迎来了它的迅速发展时期，直流输电由于种种原因使其发展受到影响，但它毕竟有交流输电所不能取代的特点，特别是可控硅换流器技术的应用，采用可控硅换流器的大型直流输电工程不断在发达国家涌现，光纤和计算机等新技术的迅速发展，使直流输电***的控制、调节、保护更驱完善，进一步提高了直流输电***的可靠性。同时风电竞争日益激烈，风电场的成本回收比较缓慢，降低投资成本、提高风力发电机组的可靠性成为整机商和风电场上最为关心的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提出一种风力发电机组直流输电***及方法。本实用新型不使用网侧变流器，采用高压直流输电，提高了输出电能的稳定性，保证了机组不受低电压穿越的影响。
一种风力发电机组直流输电***包括：发电机、整流器、直流升压器、高压直流输电线路和换流站；发电机、整流器和直流升压器依次串联连接，直流升压器通过高压直流输电线路连接换流站；
高压直流输电线路用于将直流升压器输出的直流电输送至换流站；
换流站用于将直流电转变为交流电。
所述整流器为PWM整流器。
所述换流站包括逆变器和换流变压器，逆变器用于将直流电逆变为交流电，换流变压器用于改变逆变后的交流电的电压。
所述高压直流输电线路采用柔性高压直流电缆。
所述直流升压器将直流电升压至35KV。
本实用新型的有益效果为：风力发电机组直流输电***与风力发电机组交流输电***相比，减少了网侧变流器和箱变，大大降低了风力发电机组的制造成本，器件的减少同时降低了***的故障率，减少了机组后期维护，提高了机组的可靠性。
本实用新型采用与柔性高压直流电缆进行直流输电，输电线路造价低、损耗小，线路有功损耗和无功损耗相比传统的交流输电***损耗小，提高了电能传输的可靠性。同时由于不受交流输电同步并网问题的限制，杜绝了风力发电机组的低电压穿越限制，机组的可靠性得到很大的提升。
附图说明
图1为现有技术中风力发电机组交流输电***示意图；
图2为本实用新型中风力发电机组直流输电***示意图；
图3为本实用新型的风力发电机组直流输电方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
如图1所示为目前兆瓦级风力发电机组交流输电***示意图，各台风力发电机组通过变流器（包括整流器、逆变器和电抗器）将发电机发出的频率变化的电能转换为交流电，然后经升压变压器进行升压之后，采用高压交流输电线路1进行电能的输送。传统的风力发电机组变流器在可靠性和机组成本之间徘徊不定，采用国内的控制***和变流器固然可以降低机组的成本，但是由于种种原因可靠性受到很大的影响，例如，在受到低电压穿越的影响时，机组的稳定性难以保证，从而，在成本降低的同时，维护成本的提高成为新的投资。
参照图2，本实用新型的一种风力发电机组直流输电***包括：发电机、整流器、直流升压器、高压直流输电线路2和换流站；发电机、整流器和直流升压器依次串联连接，直流升压器通过高压直流输电线路2连接换流站。
参照图3，基于图2所示的风力发电机组直流输电***，本实用新型的工作流程包括以下步骤：
S1：发电机将机械能转化为电能，并将电能输送至整流器；具体地说，叶轮吸收的风能通过齿轮箱转化为机械能，带动发电机转动将机械能转化成电能。
S2：整流器对电能整流后，输出直流电至直流升压器；
具体地，整流器基于IGBT，并采用PWM控制技术，能够整流输出平滑的直流电，同时在直流输出侧采用了滤波技术，抑制整流过程的脉冲谐波。
S3：直流升压器提高直流电的电压；
具体地，直流电通过1KV/35KV直流升压器生涯后，可以达到35KV。
S4：高压直流输电线路2将直流升压器输出的直流电输送至换流站；
具体地，高压直流输电线路2采用柔性高压直流电缆进行直流输电。
S5：换流站将直流电转变为交流电，然后将交流电输送至交流电网。
其中，换流站包括逆变器和换流变压器，逆变器将直流电逆变为交流电，换流变压器改变逆变后的交流电的电压，以符合交流电网的使用要求。
本实用新型的风力发电机组结构减少了逆变器的使用，同时采用高压直流输电，为了保证风力发电机组输出平稳恒定的直流电，以及吸收整流过程中的脉冲，风力发电机组的整流器采用PWM整流控制技术，将交流电整流成为平稳恒定的直流电，为了吸收整流过程中的脉冲谐波，在风力发电机组直流输出端采用了滤波器，这样可以保证输出平滑的直流电压和电流。
本实用新型与交流输电风力发电***相比，减少了逆变器和箱变，大大降低了风力发电机组的制造成本，器件的减少同时降低了***的故障率，减少了机组后期维护，提高了机组的可靠性。并且本实用新型中的柔性直流输电***对于远距离大功率的输电线路造价低、损耗小，线路有功损耗和无功损耗相比传统的交流输电***损耗小，提高了电能传输的可靠性。交流输电架空线路通常采用3根导线，而直流只需1根(单极)或2根(双极)导线。因此，直流输电可节省大量输电材料，同时也可减少大量的运输、安装费。
由于交流输电必须同步运行。采用远距离交流输电时，交流输电***两端电流的相位存在显著差异；并网各子***交流电的频率虽然规定为50Hz，但实际上常产生波动。这两种因素导致交流***不同步。本实用新型的直流输电***克服了以上电能传输的同步性，采用直流输电线路将两个交流***互连时，其两端的交流***可以按各自的频率和相位运行，不需进行同步调整。
传统的风力发电机组在电网故障时，为了支撑电网电压，风力发电变流器通过直流侧增加泄放电阻的方式来将多余的能量消耗掉。在本实用新型中，由于其输送容量由换流器件电流允许值决定，输送容量和距离不受两端的交流***同步运行的限制，整流器和换流站（逆变器、换流变压器）均采用可控的集成模块，风力发电机组的有功功率和换流站吸收的无功功率均可方便快速地控制，利用这种快速控制可改善交流***的运行性能，不存在低电压风力发电机组脱网的问题，机组的可靠性得到很大的提升。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种风力发电机组直流输电***，其特征在于，包括：叶轮、齿轮箱、发电机、整流器、直流升压器、高压直流输电线路（2）和换流站；叶轮、齿轮箱和发电机装配在一起，发电机、整流器和直流升压器依次串联连接，直流升压器通过高压直流输电线路（2）连接换流站；
高压直流输电线路（2）用于将直流升压器输出的直流电输送至换流站；
换流站用于将直流电转变为交流电。
2.如权利要求1所述的一种风力发电机组直流输电***，其特征在于，所述换流站包括逆变器和换流变压器，逆变器用于将直流电逆变为交流电，换流变压器用于改变逆变后的交流电的电压。
3.如权利要求1所述的一种风力发电机组直流输电***，其特征在于，所述整流器为PWM整流器。
4.如权利要求1所述的一种风力发电机组直流输电***，其特征在于，所述高压直流输电线路（2）采用柔性高压直流电缆。
5.如权利要求1所述的一种风力发电机组直流输电***，其特征在于，所述直流升压器为DC-DC升压电路。
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Effective date of registration: 20150331

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Patentee after: INNER MONGOLIA GEOHO ENERGY EQUIPMENT CO., LTD.

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