[发明专利]一种海上风电场低频交流不控整流输电系统

说明书

本发明公开了一种海上风电场低频交流不控整流输电系统，包括陆上换流站和海上交流系统，海上交流系统包括风电机组、交流海缆、汇流母线和海上升压站；陆上换流站包括风场侧交流母线、交流系统侧交流母线、交流滤波器、耗能装置、整流器和逆变器；整流器采用三相6脉动不控整流桥构成，逆变器可以采用MMC或LCC；海上交流系统的额定频率选择10Hz附近。相比起常规的柔直送出方案，本发明充分利用了交流送出方案较高的技术成熟度，并且通过降低海上交流系统的额定频率增加了交流海缆的经济输电长度，将海上换流站与陆上换流站合并成为一个新的陆上换流站，可以减少海上平台的使用，能够大大降低工程造价，在实际工程中有巨大的应用价值。

技术领域

本发明属于电力系统输配电技术领域，具体涉及一种海上风电场低频交流不控整流输电系统。

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。

在世界范围看，风能储量巨大，约为2000万亿千瓦，亚洲的风能资源约占世界风能资源的25％，即500万亿千瓦，分布在俄罗斯、中国等国家，中国风能主要集中在东北、西北、华北这三个地区及东南沿海。随着科技的不断发展，可被利用的风能总量也非常可观，根据中国气象局对风能测算、勘察和分析，中国可开发的风能至少为20万亿千瓦，发展空间巨大；一方面风能的开发和利用发展潜力巨大，另一方面由于风力发电技术的进步，风能也将逐步替代传统化石能源，在电力发展和能源开发中扮演重要的角色。

目前已投运的近海风电场绝大多数通过交流系统直接送出，但是远距离大容量风电采用交流系统直接送出，主要的是交流海底电缆的电容充电电流起到限制作用。根据国外学者的研究结论，如果只考虑电容充电电流的影响，380kV交流海底电缆在50、15、10、5和1Hz频率下，有功最大传输距离分别为140、465、630、1280和14945km，并且输电频率越小，交流电能可以传输的距离越远。在目前的技术条件下，高压直流系统是远海风电送出较为合适的技术方案，且已投产的远海风电几乎全部采用柔性直流系统送出。

柔性直流送出系统包含海上换流站，其中的海上平台以及站内设备的成本都较高，为了进一步降低远海风电送出系统的成本，近年来低成本换流器的研究越来越受到学术界和工业界的关注。相比起采用模块化多电平换流器的海上站而言，低成本换流器虽然可以从一定程度上减小海上站的体积和重量，但是由于海上站的存在，依旧无法从根本上降低柔性直流送出系统的成本。因此，一种可行的方案为在海上交流系统采用远小于50Hz的额定频率，这样就可以通过增加交流海缆的长度，将海上换流站安置到陆上，可以大幅度降低整个远海风电送出系统的成本。

到目前为止，很少有文献针对远海风电低频交流送出系统进行研究，为此很有必要海上风电场低频交流不控整流送出系统进行研究。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种海上风电场低频交流不控整流输电系统，该方案通过将海上交流系统的额定降低至远低于50Hz的水平，并且通过增加交流海缆的长度，将海上换流站与陆上换流站合并成为一个新的陆上换流站，可以避免海上平台的使用，能够大大降低工程造价，在实际工程中有巨大的应用价值。

一种海上风电场低频交流不控整流输电系统，包括陆上换流站和海上交流系统；

所述海上交流系统包括风电机组、交流海缆和海上升压站，其中风电机组通过交流海缆与海上升压站的低压侧连接，海上升压站的高压侧通过长距离交流海缆(长度可达到100km以上)与陆上换流站的风场侧交流母线连接；