[发明专利]一种利用风电和光电的直流高压供电系统

说明书

技术领域    

本发明涉及一种利用风电和光电的直流高压供电系统，属高压电力技术领域。

背景技术    

直流输电是目前世界上电力大国解决高电压、大容量、远距离送电和电网互联的一个重要手段。直流输电是将交流电通过换流器变换成直流电，然后通过直流输电线路送至受电端并通过换流器变成交流电，最终注入交流电网。

特高压直流输电（UHVDC-Ultra High Voltage Direct Current Transmission）是指±800kV及以上电压等级的直流输电及相关技术。

采用传统技术将交流电通过换流器变换成直流电，存在需大容量、大体积的换流器，导致损耗大、成本高、效率低。

公告号CN2492006公开的是一种变容式发电机，它包括可变电容器，还包括输入电源、续流开关装置和储能电容器，其中可变电容器由定片和可高速旋转的动片组成，续流开关装置由两个续流开关器件组成，该实用新型特别适合高压和特高压发电。

发明内容    

本发明的目的是，为了解决传统技术将太阳能和风能变换成直流电，存在损耗大、成本高、效率低的问题。另外还能解决太阳能和风能能量输出不稳、难以连接电网的问题，简化直流高压电网智能化的技术难题。本发明公开一种利用风电和光电的直流高压供电系统，利用变容式发电机获得高压、超高压和特高压直流电能，并直接进入直流高压电网。

本发明的技术方案是，

所述系统包括：由变电容直流高压发电机组成的主发电机组、由较高直流高压发电系统组成的辅助发电机组、由太阳能光伏发电机组成的太阳能光伏发电站和风力机。较高直流高压发电系统由交流发电机、升压变压器和整流设备组成，较高直流高压发电系统输出的直流电向变电容直流高压发电机供电；风能或太阳能驱动变电容直流高压发电机旋转；当变电容直流高压发电机旋转时，变电容直流高压发电机产生超高压或特高压直流电，直接输送到超高压或特高压直流输电网。

本发明系统中的核心是变电容直流高压发电机，如图3和图4所示。所述变电容直流高压发电机是一只能圆周旋转的可变电容器，由动片和定片所组成，所述变电容直流高压发电机的动片和定片分成若干组，各组有独立续流开关系统，每组错开一定的角度以确保发电机在任何瞬间都有一个稳定的输出；变电容直流高压发电机电容器的定片和动片安装在一个真空容器内，防止空气被击穿产生电弧进而破坏绝缘体，发电机电容器的正极连接电容器的动片，负极连接电容器的定片，定片表面覆盖绝缘材料。

“变电容直流高压发电机”的工作原理是：

一只能圆周旋转的可变电容器，在容量最大值（Cmax）时充入电压为U1的电能。充入的电量：Q=U1Cmax；充入的电能：E1=1/2 U1²Cmax

用机械力旋转电容器动片，将电容器极片距离拉开，电容量随着减少，电容极片之间的电压也随着容量的减少而升高。当电容量减到最低值（Cmin）时，此时的电压为U2。电容器上的电能为E2。

U2=U1·Cmax/Cmin

E2=E1·Cmax/Cmin

设可变电容器最大电容量和最小电容量之比为20，输出电压将是输入电压的20倍，输出电能也为输入电能的20倍，其中19E1就是机械力旋转可变电容器动片机械能转换成的电能。

本发明中的变电容直流高压发电机组由提供机械动力的动力机（如电动机、风力机等）、变电容直流高压发电机和较低电压的输入供电电源和控制电能流向的续流器件组成，它的电原理如图2所示。

变电容直流高压发电机的电容器的定片和动片安装在一个真空容器内。目的是防止空气被击穿产生电弧进而破坏绝缘体。真空状态空气阻力为零可以提高发电机效率和消除空气摩擦产生的热量。

通过将机械能驱动变电容直流高压发电机的动片旋转，使输入变电容直流高压发电机的电压提高10倍以上，直接变成直流超高压或特高压电能。

本发明系统中的较高直流高压系统由交流发电机、升压变压器和整流设备组成，它的输出电压为直流超高压或特高压电网电压的0.01~0.1倍，它的输出功率也为变电容直流高压发电机组的0.01~0.1。较高直流高压系统由火电或水电站带动发电；较高直流高压系统向变电容直流高压发电机提供由机械力提升转变为超高压或特高压直流输出的直流电能。