[发明专利]电能并网系统以及电能传输系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及电能并网系统以及电能传输系统和方法。

背景技术

随着能源的短缺，人们开始把目光转向可再生能源发电以获取更多可用的能源。在这种情况下，由于风力发电具有装机成本低、清洁、环保、维护量小等优点，因此风力发电得到了越来越多的关注。其中，由于海上风场具有巨大的风力资源，因此在海上利用风力来发电得到越来越多的发展。

图1示出了一种常规的在海上利用风力发电的电能并网系统的示意图。如图1所示，该电能并网系统10包括离岸的电能传输系统100和岸上的电能接收系统150。

电能传输系统100包括N个风力发电机组102、N个交流-直流转换器(AC/DC)104、N个电容108、N个直流-交流转换器(DC/AC)110、本地电网112、交流变压器114和可控硅整流器118，其中N为正整数。N个风力发电机组102各自利用风力来发电，从而产生N个交流电。N个交流-直流转换器104把所产生的N个交流电转换成N个直流电。N个电容108对所转换得到的N个直流电进行滤波，以进一步去除该N个直流电中的交流成分。N个直流-交流转换器110把该滤波后的N个直流电转换成N个交流电并输入到本地电网112。交流变压器114把本地电网112中的交流电变换成适于整流的交流电。可控硅整流器118对交流变压器114变换得到的交流电进行整流，得到高压直流电(HVDC)并输入到电能接收系统150中的高压直流链路(HVDC Link)进行传输。

电能接收系统150包括高压直流链路152和可控硅逆变器156。其中，高压直流链路152传输从电能传输系统100输入的高压直流电。可控硅逆变器156把来自高压直流链路152的高压直流电转换成交流电并输入到岸上的电网。

从图1可以看到，在电能并网系统10中，风力发电机组102所产生的交流电并入到岸上的电网，中间需要进行多达5次能量变换，需要采用大量能量变换设备，从而导致电能并网系统10体积庞大；而且，5次能量变换将会损失很多能量，从而导致电能并网系统10效率较低。

为了克服图1所示的电能并网系统所存在的缺陷，人们提出了另一种常规的在海上利用风力发电的电能并网系统。图2示出了该另一种常规的在海上利用风力发电的电能并网系统的示意图。如图2所示，该另一种常规的电能并网系统20包括离岸的电能传输系统200和岸上的电能接收系统250。

电能传输系统200包括N个风力发电机组202、N个整流器(AC/DC)206和N个电容210。其中，N个风力发电机组202各自在海上利用风力来发电，从而产生N个交流电。N个整流器206把所产生的N个交流电转换成N个直流电。N个电容210对所转换得到的N个直流电进行滤波，以进一步去除该N个直流电中的交流成分，其中该滤波后的N个直流电串联形成高压直流电并输入到电能接收系统250中的高压直流链路进行传输。

电能接收系统250包括高压直流传输链路252、并网逆变器256和逆变变压器260。其中，高压直流传输链路252传输从电能传输系统200输入的高压直流电。并网逆变器256把来自高压直流传输链路252的高压直流电转换成交流电。逆变变压器260把并网逆变器256转换得到的交流电变换成满足岸上的电网的要求的交流电并输入到岸上的电网。

从图2可以看出，在电能并网系统20中，各个风力发电机组202所产生的交流电并入到岸上的电网，中间只需要进行3次能量变换，因此，相对于图1的电能并网系统10，电能并网系统20具有更小的体积和更高的效率。

然而，电能并网系统20也存在缺陷。具体地，在电能并网系统20中，是通过将N个风力发电机组202所产生的N个交流电转换成N个直流电然后串联为高压直流电这样的方式来进行传输的，所以导致N个风力发电机组202中的各个风力发电机组对地所需的电压承受能力和绝缘等级都不同，其中，位于最高端的风力发电机组可能需要几十到几百千伏的对地绝缘电压，这造成风力发电机组和交流-直流转换器的设计多样化；此外，这种方式还需要另外增加一套由岸上向海上供电的交流传输线，以便在风力发电机组检修或不能正常发电的时候向风力发电机组的其他设备供电。

发明内容

考虑到现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种电能并网系统，该电能并网系统不需要发电机组的设计多样化并且具有较小的体积和较高的效率。

本发明的实施例还提供一种不需要发电机组的设计多样化的电能传输系统和方法。