[发明专利]基于中频交流母线汇集的风电场直流输电接入电网方法

说明书

本发明涉及一种基于中频交流母线汇集的风电场直流输电接入电网方法，属于风电输送与并网技术领域。本发明方法多台风机组的三相中频中压交流电力分别经过多条中频交流输电线路输送到中频交流汇集母线后，再输送到一个换流站中频升压变压器，转换为三相中频高压交流电力，再经过中频模块化多电平换流器转换为高压直流电力，经直流输电线路输送到工频高压换流器后转换为三相工频高压交流电力，连接到工频交流电网中。本发明中，风电场由工频交流汇集也改为中频交流汇集，中频变压器可以具有更小的体积和重量。中频模块化多电平换流器的成本、体积和重量也大大降低，风电场直流输电系统的成本更低、紧凑化程度更高。

技术领域

本发明涉及一种基于中频交流母线汇集的风电场直流输电接入电网方法，属于风电输送与并网技术领域。

背景技术

随着风力发电技术的发展和应用，陆上风电已经得到了大规模的开发和利用。海上风也具有巨大的开发潜力,将是未来风电发展的一个趋势。大型风电场电力输送一直是风电发展的瓶颈。由于风力发电一般供电质量不稳定且远离交流主电网，直接接入交流电网的方式可能会给主网带来很多负面的影响。近年来基于电压源换流器的柔性直流输电技术的研究和应用得到了非常快速的发展，已经成为解决这个瓶颈的一种新型的输电方式。尤其是在海上风电场方面，通常需要通过海底电缆将电力输送到陆地上，交流电缆容易受到充电电流的影响。当海上风电场离岸距离较远时，直流输电就成了唯一可供选择的输电方式。

目前风电场通过电压源型直流输电接入的系统中，通常是将各风机组所发出的电力通过工频交流的方式汇集在一起，经工频换流变压器升压后通过换流器将工频交流电压转为直流电压，再通过直流线路输送到电网侧换流器后转换为工频交流电压与交流电网连接。模块化多电平换流器具有易实现大电平数目、易实现高电压等级、模块化设计、谐波低和损耗低等优点，已经成为高压柔性直流输电换流器的最主要拓扑结构。但是模块化多电平换流器的一个主要缺点是直流电容用量非常大，导致换流器的体积和占地非常大。模块化多电平换流器的电容用量大的主要原因是工频的桥臂电流流过子模块电容器，由于工频的频率比较低，使子模块电容的工频容抗相对比较大，在子模块电容器上出现比较大的工频电压波动，必须采用较大的子模块电容将电容电压纹波抑制到允许范围之内。另一方面，由于频率较低，工频变压器的体积也比较大，也是造成换流站占地较大的另外一个重要因素。

与陆上风电相比，海上风电场直流输电系统的建设安装及电力传输的技术难度更大，成本更高。这种方式需要新建设汇集能量的海上换流站平台，海上平台需要放置大容量的变压器、换流器及其附属设备，造价仍然较高，并且海上平台的建设难度极大。海上汇集换流平台的成本和建设难度已经成为直流输电在大型海上风电场输送与并网应用中的主要限制因素。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于中频交流母线汇集的风电场直流输电接入电网方法，针对现有的风电直流输电系统工频换流变压器和模块化多电平换流器体积大、占地大、造价高和建设难度大等缺点，将每台风机组输出交流电压的频率由工频提高到中频，并将风电场由工频交流汇集改为中频交流汇集后送到柔性直流输电换流站。

本发明提出的基于中频交流母线汇集的风电场直流输电接入电网方法，包括以下步骤：