專利名稱：一種利用風(fēng)電和光電的直流高壓供電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用風(fēng)電和光電的直流高壓供電系統(tǒng)，屬高壓電力技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
直流輸電是目前世界上電力大國解決高電壓、大容量、遠(yuǎn)距離送電和電網(wǎng)互聯(lián)的一個(gè) 重要手段。直流輸電是將交流電通過換流器變換成直流電，然后通過直流輸電線路送至受 電端并通過換流器變成交流電，最終注入交流電網(wǎng)。特高壓直流輸電(UHVDC-Ultra High Voltage Direct Current Transmission)是 指士800kV及以上電壓等級(jí)的直流輸電及相關(guān)技術(shù)。采用傳統(tǒng)技術(shù)將交流電通過換流器變換成直流電，存在需大容量、大體積的換流 器，導(dǎo)致?lián)p耗大、成本高、效率低。公告號(hào)CNM92006公開的是一種變?nèi)菔桨l(fā)電機(jī)，它包括可變電容器，還包括輸入 電源、續(xù)流開關(guān)裝置和儲(chǔ)能電容器，其中可變電容器由定片和可高速旋轉(zhuǎn)的動(dòng)片組成，續(xù)流 開關(guān)裝置由兩個(gè)續(xù)流開關(guān)器件組成，該實(shí)用新型特別適合高壓和特高壓發(fā)電。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，為了解決傳統(tǒng)技術(shù)將太陽能和風(fēng)能變換成直流電，存在損耗大、成本 高、效率低的問題。另外還能解決太陽能和風(fēng)能能量輸出不穩(wěn)、難以連接電網(wǎng)的問題，簡化 直流高壓電網(wǎng)智能化的技術(shù)難題。本發(fā)明公開一種利用風(fēng)電和光電的直流高壓供電系統(tǒng)， 利用變?nèi)菔桨l(fā)電機(jī)獲得高壓、超高壓和特高壓直流電能，并直接進(jìn)入直流高壓電網(wǎng)。本發(fā)明的技術(shù)方案是，
所述系統(tǒng)包括由變電容直流高壓發(fā)電機(jī)組成的主發(fā)電機(jī)組、由較高直流高壓發(fā)電系 統(tǒng)組成的輔助發(fā)電機(jī)組、由太陽能光伏發(fā)電機(jī)組成的太陽能光伏發(fā)電站和風(fēng)力機(jī)。較高直 流高壓發(fā)電系統(tǒng)由交流發(fā)電機(jī)、升壓變壓器和整流設(shè)備組成，較高直流高壓發(fā)電系統(tǒng)輸出 的直流電向變電容直流高壓發(fā)電機(jī)供電；風(fēng)能或太陽能驅(qū)動(dòng)變電容直流高壓發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)； 當(dāng)變電容直流高壓發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，變電容直流高壓發(fā)電機(jī)產(chǎn)生超高壓或特高壓直流電，直 接輸送到超高壓或特高壓直流輸電網(wǎng)。本發(fā)明系統(tǒng)中的核心是變電容直流高壓發(fā)電機(jī)，如圖3和圖4所示。所述變電容 直流高壓發(fā)電機(jī)是一只能圓周旋轉(zhuǎn)的可變電容器，由動(dòng)片和定片所組成，所述變電容直流 高壓發(fā)電機(jī)的動(dòng)片和定片分成若干組，各組有獨(dú)立續(xù)流開關(guān)系統(tǒng)，每組錯(cuò)開一定的角度以 確保發(fā)電機(jī)在任何瞬間都有一個(gè)穩(wěn)定的輸出；變電容直流高壓發(fā)電機(jī)電容器的定片和動(dòng)片 安裝在一個(gè)真空容器內(nèi)，防止空氣被擊穿產(chǎn)生電弧進(jìn)而破壞絕緣體，發(fā)電機(jī)電容器的正極 連接電容器的動(dòng)片，負(fù)極連接電容器的定片，定片表面覆蓋絕緣材料?！白冸娙葜绷鞲邏喊l(fā)電機(jī)”的工作原理是
一只能圓周旋轉(zhuǎn)的可變電容器，在容量最大值(Cmax)時(shí)充入電壓為Ul的電能。充入 的電量Q=UlCmax ；充入的電能El=l/2 Ul2Cmax
用機(jī)械力旋轉(zhuǎn)電容器動(dòng)片，將電容器極片距離拉開，電容量隨著減少，電容極片之間的 電壓也隨著容量的減少而升高。當(dāng)電容量減到最低值(Cmin)時(shí)，此時(shí)的電壓為U2。電容器上的電能為E2。U2=U1 · Cmax/Cmin E2=E1 · Cmax/Cmin
設(shè)可變電容器最大電容量和最小電容量之比為20，輸出電壓將是輸入電壓的20倍，輸 出電能也為輸入電能的20倍，其中19E1就是機(jī)械力旋轉(zhuǎn)可變電容器動(dòng)片機(jī)械能轉(zhuǎn)換成的 電能。本發(fā)明中的變電容直流高壓發(fā)電機(jī)組由提供機(jī)械動(dòng)力的動(dòng)力機(jī)(如電動(dòng)機(jī)、風(fēng)力 機(jī)等)、變電容直流高壓發(fā)電機(jī)和較低電壓的輸入供電電源和控制電能流向的續(xù)流器件組 成，它的電原理如圖2所示。變電容直流高壓發(fā)電機(jī)的電容器的定片和動(dòng)片安裝在一個(gè)真空容器內(nèi)。目的是防 止空氣被擊穿產(chǎn)生電弧進(jìn)而破壞絕緣體。真空狀態(tài)空氣阻力為零可以提高發(fā)電機(jī)效率和消 除空氣摩擦產(chǎn)生的熱量。通過將機(jī)械能驅(qū)動(dòng)變電容直流高壓發(fā)電機(jī)的動(dòng)片旋轉(zhuǎn)，使輸入變電容直流高壓發(fā) 電機(jī)的電壓提高10倍以上，直接變成直流超高壓或特高壓電能。本發(fā)明系統(tǒng)中的較高直流高壓系統(tǒng)由交流發(fā)電機(jī)、升壓變壓器和整流設(shè)備組成， 它的輸出電壓為直流超高壓或特高壓電網(wǎng)電壓的0.0廣0. 1倍，它的輸出功率也為變電容 直流高壓發(fā)電機(jī)組的0.0廣0. 1。較高直流高壓系統(tǒng)由火電或水電站帶動(dòng)發(fā)電；較高直流高 壓系統(tǒng)向變電容直流高壓發(fā)電機(jī)提供由機(jī)械力提升轉(zhuǎn)變?yōu)槌邏夯蛱馗邏褐绷鬏敵龅闹?流電能。本發(fā)明系統(tǒng)中的風(fēng)能和太陽能都是為變電容直流高壓發(fā)電機(jī)提供動(dòng)力源。風(fēng)能帶 動(dòng)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能通過變速器將速度提高后，驅(qū)動(dòng)變電容直流高壓發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)； 太陽能光伏發(fā)電設(shè)備發(fā)出的直流電能驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，進(jìn)而再由直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)變電容直 流高壓發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，為變電容直流高壓發(fā)電機(jī)提供動(dòng)力。本發(fā)明系統(tǒng)中太陽能光伏發(fā)電設(shè)備發(fā)出的直流電能驅(qū)動(dòng)的直流電動(dòng)機(jī)和變電容 直流高壓發(fā)電機(jī)密封在同一個(gè)真空容器內(nèi)，真空容器內(nèi)外之間沒有機(jī)械能的輸送。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較的有益效果是，本發(fā)明利用可再生能源風(fēng)能或太陽能驅(qū)動(dòng) 變電容直流高壓發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，使高壓直流變換為超高壓或特高壓直流向 特高壓電網(wǎng)輸電，從而能將超高壓或特高壓電能通過電網(wǎng)向遠(yuǎn)距離輸送。本發(fā)明適用于高壓、超高壓和特高壓電網(wǎng)供電。


圖1是本發(fā)明利用風(fēng)電和光電的直流高壓供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖； 圖2是本發(fā)明變電容直流高壓發(fā)電機(jī)電原理圖； 圖3是變電容直流高壓發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是變電容直流高壓發(fā)電機(jī)定片和動(dòng)片的結(jié)構(gòu)示意圖中圖號(hào)表示1是直流電動(dòng)機(jī)；2是變電容直流高壓發(fā)電機(jī)；3是真空容器；4是直流 電動(dòng)機(jī)電源線進(jìn)口(帶密封);5是連軸節(jié)；6是變電容直流高壓發(fā)電機(jī)高壓輸出線電纜(帶密 封);21是變電容直流高壓發(fā)電機(jī)定片；22是變電容直流高壓發(fā)電機(jī)動(dòng)片；23是定片之間的 隔塊J4是定片組固定螺栓；25是變電容直流高壓發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸J6是定片固定孔。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明具體實(shí)施方式
如圖3所示。本發(fā)明實(shí)施例的變電容直流高壓發(fā)電機(jī)的電容器的定片21和動(dòng)片22安裝在一個(gè) 真空容器3內(nèi)。目的是防止空氣被擊穿產(chǎn)生電弧進(jìn)而破壞絕緣體。真空狀態(tài)空氣阻力為零 可以提高發(fā)電機(jī)效率和消除空氣摩擦產(chǎn)生的熱量。直流電動(dòng)機(jī)1和變電容直流高壓發(fā)電機(jī) 2密封在一個(gè)真空容器3內(nèi)，容器內(nèi)外之間沒有機(jī)械能的輸送，設(shè)備維護(hù)和制造更簡便。發(fā) 電機(jī)電容器的正極連接電容器的動(dòng)片22，負(fù)極連接電容器的定片21 ；發(fā)電機(jī)的定片和動(dòng)片 分為若干組合，各組有獨(dú)立的續(xù)流開關(guān)系統(tǒng)，每組錯(cuò)開一個(gè)角度，以確保輸出電壓穩(wěn)定。本發(fā)明實(shí)施例在煤資源和水力資源豐富的地區(qū)建電站。該電站機(jī)組由變電容直流 高壓發(fā)電機(jī)組成的主發(fā)電機(jī)組和較高直流高壓發(fā)電系統(tǒng)組成的輔助發(fā)電機(jī)組二部分組成； 其中較高直流高壓系統(tǒng)由交流發(fā)電機(jī)、升壓變壓器和整流設(shè)備組成；較高直流高壓系統(tǒng)輸 出的直流電向變電容直流高壓發(fā)電機(jī)供電，當(dāng)變電容直流高壓發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，電站發(fā)出的 特高壓直流電直接輸送到特高壓直流輸電網(wǎng)。較高直流高壓系統(tǒng)的輸出電壓為直流特高壓 電網(wǎng)電壓的0. 1左右，它的輸出功率也為變電容直流高壓發(fā)電機(jī)組的0. 1左右。在適合建風(fēng)能發(fā)電機(jī)和太陽能光伏發(fā)電機(jī)的場地建風(fēng)力和太陽能光伏發(fā)電站，它 們?yōu)樽冸娙葜绷鞲邏喊l(fā)電機(jī)提供動(dòng)力；變電容直流高壓發(fā)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)可由風(fēng)能帶動(dòng)風(fēng)力機(jī) 經(jīng)變速提供；也可由太陽能光伏發(fā)電設(shè)備發(fā)出的直流電能驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)再由直流電動(dòng)機(jī) 驅(qū)動(dòng)變電容直流高壓發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。變電容直流高壓發(fā)電機(jī)輸入的較高直流電壓由火力或水 力發(fā)電站提供，輸出的特高壓直流電直接輸送到特高壓直流電網(wǎng)。當(dāng)風(fēng)能和太陽能豐富時(shí)，電站輸送給他們的較高直流高壓的電力也增大，檢測這 個(gè)電力并通過自動(dòng)控制裝置，降低電站主發(fā)電機(jī)組的輸出電力，使整個(gè)電網(wǎng)輸出電力平衡 并減少水力或煤資源的消耗。這個(gè)發(fā)電及送配電系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是結(jié)構(gòu)最簡單、性價(jià)比最高的系 統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種利用風(fēng)電和光電的直流高壓供電系統(tǒng)，由變電容直流高壓發(fā)電機(jī)、較高直流高 壓發(fā)電系統(tǒng)、太陽能光伏發(fā)電機(jī)和風(fēng)力機(jī)組成，其特征是，所述系統(tǒng)包括由變電容直流高 壓發(fā)電機(jī)組成的主發(fā)電機(jī)組、由較高直流高壓發(fā)電系統(tǒng)組成的輔助發(fā)電機(jī)組、由太陽能光 伏發(fā)電機(jī)組成的太陽能光伏發(fā)電站和風(fēng)力機(jī)；較高直流高壓系統(tǒng)輸出的直流電向變電容直 流高壓發(fā)電機(jī)供電；風(fēng)能或太陽能驅(qū)動(dòng)變電容式發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)；當(dāng)變電容直流高壓發(fā)電機(jī)旋 轉(zhuǎn)時(shí)，變電容直流高壓發(fā)電機(jī)產(chǎn)生超高壓或特高壓直流電，直接輸送到超高壓或特高壓直 流輸電網(wǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用風(fēng)電和光電的直流高壓供電系統(tǒng)，其特征是，所述 變電容直流高壓發(fā)電機(jī)的動(dòng)片和定片分成若干組，各組有獨(dú)立續(xù)流開關(guān)系統(tǒng)，每組錯(cuò)開一 定的角度以確保發(fā)電機(jī)在任何瞬間都有一個(gè)穩(wěn)定的輸出；變電容直流高壓發(fā)電機(jī)電容器的 定片和動(dòng)片安裝在一個(gè)真空容器內(nèi)，防止空氣被擊穿產(chǎn)生電弧進(jìn)而破壞絕緣體，發(fā)電機(jī)電 容器的正極連接電容器的動(dòng)片，負(fù)極連接電容器的定片，定片表面覆蓋絕緣材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用風(fēng)電和光電的直流高壓供電系統(tǒng)，其特征是，所述 較高直流高壓系統(tǒng)由交流發(fā)電機(jī)、升壓變壓器和整流設(shè)備組成，向變電容直流高壓發(fā)電機(jī) 輸送，它的輸出功率為變電容直流高壓發(fā)電機(jī)組的0. οΓο. ι倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用風(fēng)電和光電的直流高壓供電系統(tǒng)，其特征是，所述 風(fēng)能或太陽能驅(qū)動(dòng)變電容直流高壓發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，指風(fēng)能帶動(dòng)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能通過 變速器將速度提高后，驅(qū)動(dòng)變電容直流高壓發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)；太陽能光伏發(fā)電設(shè)備發(fā)出的直流 電能驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，進(jìn)而再由直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)變電容直流高壓發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，為變電容直 流高壓發(fā)電機(jī)提供動(dòng)力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用風(fēng)電和光電的直流高壓供電系統(tǒng)，其特征是，所述 太陽能光伏發(fā)電設(shè)備發(fā)出的直流電能驅(qū)動(dòng)的直流電動(dòng)機(jī)和變電容直流高壓發(fā)電機(jī)密封在 同一個(gè)真空容器內(nèi)，真空容器內(nèi)外之間沒有機(jī)械能的輸送。
全文摘要
一種利用風(fēng)電和光電的直流高壓供電系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括由變電容直流高壓發(fā)電機(jī)組成的主發(fā)電機(jī)組、由較高直流高壓發(fā)電系統(tǒng)組成的輔助發(fā)電機(jī)組、由太陽能光伏發(fā)電機(jī)組成的太陽能光伏發(fā)電站和風(fēng)力機(jī)；較高直流高壓系統(tǒng)輸出的直流電向變電容直流高壓發(fā)電機(jī)供電；風(fēng)能或太陽能驅(qū)動(dòng)變電容式發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)；當(dāng)變電容直流高壓發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，變電容直流高壓發(fā)電機(jī)將輸入的較高直流高壓的電壓提升十?dāng)?shù)倍變成特高壓直流電，發(fā)出的特高壓直流電直接輸送到特高壓直流輸電網(wǎng)。本發(fā)明利用可再生能源風(fēng)能或太陽能驅(qū)動(dòng)變電容直流高壓發(fā)電機(jī)，產(chǎn)生特高壓直流電向電網(wǎng)輸電，本發(fā)明適用于特高壓直流電網(wǎng)供電，對高壓和超高壓直流電網(wǎng)同樣適用。
文檔編號(hào)H02J1/00GK102097800SQ20111004262
公開日2011年6月15日 申請日期2011年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月23日
發(fā)明者張光坦 申請人:張光坦