[发明专利]基于中-低-工频汇集的新型深远海风电输电系统

说明书

本发明公开了本发明基于中‑低‑工频汇集的新型深远海风电输电系统，包含多个风电机组，多个汇流升压变压器，中频汇流母线，海上升压变频站，海底电缆，陆上变频并网站，陆上工频电网。本发明降低了输电线路的电抗，提升了线路输送容量，并且不含有建设和维护成本高昂的直流设备。此外，在海上采用体积和成本更小的中频变压器替代低频或工频变压器，具有显著的优势。本发明实现了各个环节的优化设计，有针对性的解决了传统方案的主要缺点，具有较高的实际应用价值和较好的未来发展前景。

技术领域

本发明属于风电输送技术领域，具体涉及基于中-低-工频汇集的新型深远海风电输电系统。

背景技术

近年来能源枯竭、环境污染问题日益严峻，而新能源发电具有无污染、可持续等特点，其应用前景极为广阔。风力发电是新能源发电技术中最成熟和最具开发规模条件的发电方式之一。随着风力发电技术的发展及应用，风电场的规模日趋大型化。由于受到土地资源、风能资源等限制，大型风电场多选址在远离电力节点的偏远地区或者海上。目前，一些国家的陆上风电开发已趋于饱和，而海上的风能还尚未加以利用，具有巨大的开发潜力。比如德国已明确将未来可再生能源的开发重点放在海上风电，并制定了宏伟的海上风电计划。此外世界上最大的海上风力发电厂为英国的“伦敦阵列项目”，总装机容量为630MW。

我国海上风力资源丰富，开发海上风力资源具有重要的现实意义。因此大容量远距离的海上风电将是我国风电未来发展的一个趋势，如何实现大容量海上风电的远距离输送是一个极具现实意义而又十分迫切的课题。目前，海上风电输送方式主要有3种：工频高压交流输电(HVAC)技术、高压直流输电(HVDC)技术以及分频输电系统(FFTS)。

HVAC采用传统的工频输电方式，无需将风机发出的电能转换为低频或者直流电能，这种输电方式结构简单，成本较低，且有着多年丰富的运行和实践经验，在近距离小容量风电输送和并网方面有着较大的优势。由于风电是经海底电缆传输的，海底电缆相较于普通的架空输电线路而言，电抗降低且电容增大，随着输电距离及输电容量的增加，电缆中的容性充电电流将急剧增加，导致线路损耗增大，线路容量的有效利用率大大降低。所以HVAC难以应用于远距离和大容量风电输送和并网。

对于中远距离风电场，目前一般使用高压直流(HVDC)方案。使用直流输电技术可以避免电缆电容的影响，增大电能传输容量和距离。然而，海上直流输电系统尤其是所需的海上汇流平台和换流站造价和维护昂贵。在电能传输过程中要实现从交流到直流再到交流的两次电能变换，所以必须建造陆上和海上两个换流站。其中海上换流站的建造，无论在技术难度还是投资成本上都远远高于陆上换流站，并且运行维护的费用也高，很大程度上降低了HVDC方案的经济性。虽然直流输电的线损较低，但是加上多级换流造成的损耗后，其总损耗在中短距离内超过了传统的HVAC方式。此外，直流断路器等技术难题尚未得到有效解决，造成短期内风电直流并网只能在海上换流站和陆地换流站之间以点对点的方式进行，从而带来可靠性较低和故障率高等一系列问题。

对于深远海风电的输送，FFTS具有独特的优势。FFTS方案降低了输电频率，减小整个输电系统的阻抗，因此可成倍地提高线路的传输能力，平抑线路电压波动，增加电网吸收风电的能力。FFTS风电系统容性无功功率较50Hz交流输电减少，可以延长海底电缆的使用寿命。相较于HVDC方案，FFTS无需建立海上换流站，建设投资以及运行维护升本大大减少，同时也可减少停机时间，增加风电供应时间。然而，FFTS的低频侧变压器的体积和造价会增大，其重量至少为工频变压器的两倍，有研究表明，变压器的成本将增加70％左右。此外，变频器作为FFTS系统中的关键部件，无论是基于晶闸管的变频器还是基于全控器件的变频器在应用上都存在难题和不足。

发明内容

本发明的目的是提供基于中-低-工频汇集的新型深远海风电输电系统，通过中频汇集，在海上采用的均为中频变压器，降低了变压器的体积和安装难度；通过低频输送，降低了输送线路的电抗，提升了线路输送容量。