專利名稱：潮流發(fā)電機組變流輸電系統(tǒng)及工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海上發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種潮流發(fā)電機組變流輸電系統(tǒng)及工作方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)的海上發(fā)電系統(tǒng)，如海上風電通常采用每臺發(fā)電機經(jīng)過交-直-交變換技術(shù)將電能變成高電壓等級的交流電，然后進行電力輸送，電氣設(shè)備數(shù)量多，另外海上載體平臺的荷載大、導致平臺規(guī)模大，增加了整個系統(tǒng)復雜性和系統(tǒng)建造成本。現(xiàn)有潮流發(fā)電系統(tǒng)多采用發(fā)電機輸出直接通過海底電纜輸送方式，輸出電壓低，輸電線路損耗大。并且，現(xiàn)有潮流發(fā)電系統(tǒng)一般為單機系統(tǒng)，對應于雙發(fā)電機組或多發(fā)電機組型式潮流電站，只能用多根海底電纜輸送，電纜成本明顯增加。對于沒有自啟動能力的潮流發(fā)電機組，現(xiàn)有的不控 整流方式不具有啟動水輪機功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述變流系統(tǒng)載體上設(shè)備數(shù)量多、系統(tǒng)復雜、輸電線路損耗嚴重、不適應多發(fā)電機組電力輸送的問題；提供一種潮流發(fā)電機組變流輸電系統(tǒng)及工作方法；具有減少載體平臺上設(shè)備數(shù)量、簡化系統(tǒng)、減少損耗的優(yōu)點。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種潮流發(fā)電機組變流輸電系統(tǒng)，它包括若干臺水輪發(fā)電機組，每臺水輪發(fā)電機組與相應的電抗器、三相全控整流器依次連接；三相全控整流器輸出端分別與蓄電池和三相全控逆變器連接，三相全控整流器與三相全控逆變器組成背靠背結(jié)構(gòu)；三相全控逆變器輸出端則經(jīng)電感濾波器、交流變壓器與用電負荷連接。所述三相全控型變流器采用SVPWM變流技術(shù)的變流器能實現(xiàn)能量的雙向傳送，既能工作在整流狀態(tài)又能工作在逆變狀態(tài)，用電負荷側(cè)的功率因數(shù)是能調(diào)節(jié)的。所述蓄電池設(shè)有兩組，蓄電池通過各自的隔離開關(guān)與相對應的三相全控整流器輸出端連接；通過閉合各自的隔離開關(guān)實現(xiàn)蓄電池具體接入相對應的三相全控整流器。所述三相全控整流器通過海底直流電纜與岸上的電纜轉(zhuǎn)接箱連接，所述轉(zhuǎn)接箱通過普通電纜與三相全控逆變器連接；所述電纜轉(zhuǎn)接箱用于海底直流電纜和岸上普通電纜的過渡，轉(zhuǎn)接箱防護等級為IP65。所述水輪發(fā)電機組為兩臺或多臺水輪發(fā)電機組。采用上述的一種潮流發(fā)電機組變流輸電系統(tǒng)的工作方法，分為以下幾項工作步驟步驟一，系統(tǒng)啟動通過潮流測速儀來判斷潮流流速是否達到要求，當潮流流速達到要求條件時，發(fā)電機處于準備啟動狀態(tài)；當潮流流速低于要求條件時，發(fā)電機處于停機狀態(tài)；
步驟二，電能轉(zhuǎn)換水輪發(fā)電機將潮流能通過水輪機和發(fā)電機轉(zhuǎn)變成電能，通過各自的電抗器和三相全控型整流，所述背靠背結(jié)構(gòu)的三相全控型整流器和電抗器一起將電壓、頻率都不穩(wěn)定的交流電能轉(zhuǎn)變成電壓穩(wěn)定的直流電能；步驟三，電能輸出各臺輸出的直流電并聯(lián)連接在一起，通過直流海底電纜將直流電能輸送到岸上，所述背靠背結(jié)構(gòu)的三相全控型逆變器將直流電能再轉(zhuǎn)換成頻率穩(wěn)定的交流電能，經(jīng)過濾波器和隔離變壓器；電感濾波器濾除高次諧波；消除了高次諧波的交流電通過隔離變壓器，為最終用電負荷進行供電。所述步驟三，由于輸出直接與用戶相連，所以負載的狀態(tài)變化較大，可能出現(xiàn)兩種情況情況一發(fā)出的電能超過消耗的電能；情況二 發(fā)出的電能不夠消耗使用的情況； 對于情況一，三相全控型整流器通過調(diào)整水輪發(fā)電機組運行曲線，降低水輪機的吸收功率，以適應輕載的狀況；對于情況二，三相全控型逆變器會降低輸出電壓，整個系統(tǒng)以最大的能力工作。本發(fā)明的有益效果I.該發(fā)明可以根據(jù)流體動力特性獨立調(diào)節(jié)若干臺水輪發(fā)電機組的運行特性，使雙水輪潮流發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率更高。2.該發(fā)明兩臺水輪發(fā)電機共用一臺逆變器裝置，減少系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量，降低投資。3.有效的解決了變流系統(tǒng)輸入電流畸變，減少永磁發(fā)電機的損耗，延長發(fā)電機的壽命。4.有效的解決了無自啟動能力潮流發(fā)電機組的啟動問題。5.將逆變器、電感濾波器、變壓器安裝在岸上，減小海上平臺的荷載，縮小平臺規(guī)模，減少投資，提高了發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。6.采用較高直流輸電，有效的減少輸電線路上的損耗，能夠滿足中功率潮流發(fā)電系統(tǒng)的電能輸送要求。7.對于多臺共用載體平臺的潮流發(fā)電機組，采用一根海底電纜輸電，減少了電纜數(shù)量，直流輸電電纜只有兩芯，較交流電纜的芯數(shù)減少，節(jié)省了銅材和絕緣材料等。


圖I是本發(fā)明的電路連接原理圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明做進一步說明。潮流發(fā)電機組變流輸電系統(tǒng),結(jié)合圖I,包括#1水輪發(fā)電機組，#2水輪發(fā)電機組，分別與#1水輪發(fā)電機組，#2水輪發(fā)電機組相連接的電抗器、以及分別與電抗器連接的#1三相全控SVPWM整流器、#2三相全控SVPWM整流器，三相全控SVPWM逆變器、電感濾波器、交流變壓器，所述三相全控SVPWM整流器輸出端通過海底直流電纜與三相全控SVPWM逆變器連接，三相全控SVPWM整流器輸出端與蓄電池連接；所述#1水輪發(fā)電機組、#2水輪發(fā)電機組、電抗器、#1三相全控SVPWM整流器、#2三相全控SVPWM整流器、蓄電池設(shè)于海上載體平臺上，所述的三相全控SVPWM逆變器、電感濾波器、交流變壓器及用電負荷設(shè)于岸上；三相全控SVPWM逆變器通過相連接的電感濾波器、交流變壓器與用電負荷連接。所述的三相全控SVPWM整流器，三相全控SVPWM逆變器采用SVPWM變流技術(shù)能實現(xiàn)能量的雙向傳送，既能工作在整流狀態(tài)又能工作在逆變狀態(tài)，用電側(cè)的功率因數(shù)是可調(diào)的。本發(fā)明每臺水輪發(fā)電機配置一臺電抗器和一臺三相全控SVPWM整流器，進行升壓整流、輸出直流電，并入直流母線，然后通過直流電纜進行輸電?？紤]海上平臺上特殊的運行環(huán)境，兩組蓄電池組柜安裝，節(jié)省布置空間，并且防護等級滿足要求。兩臺水輪發(fā)電機組發(fā)出的電能經(jīng)過整流變成直流以后通過適當截面的海底直流電纜輸送到岸上。海底電纜的截面按照兩臺機組最大出力考慮，并且考慮海底敷設(shè)環(huán)境對電纜載流量進行修正。在岸上設(shè)置電纜轉(zhuǎn)接箱，用于海底電纜和岸上普通電纜的過渡。轉(zhuǎn)接箱防護等級為IP65，滿足海邊潮濕鹽霧的環(huán)境要求。電能輸送到岸上輸入三相逆變器，將直流電逆變成交流電，逆變器與 電感濾波器配合使用，消除系統(tǒng)中產(chǎn)生的高次諧波，減少對用電網(wǎng)的污染。按照兩臺發(fā)電機組的功率進行選擇逆變器的功率。經(jīng)過濾波以后的交流電通過隔離變壓器為岸上用電負荷進行供電。本發(fā)明的兩臺直驅(qū)型潮流發(fā)電機與用電負荷之間通過三臺全控型SVPWM變流器來連接。每臺水輪發(fā)電機組與相應的電抗器、三相全控整流器依次連接；三相全控整流器輸出端分別與蓄電池和三相全控逆變器連接，三相全控整流器與三相全控逆變器組成背靠背結(jié)構(gòu)；三相全控逆變器輸出端則經(jīng)電感濾波器、交流變壓器與用電負荷連接。發(fā)電機發(fā)出的電壓頻率不穩(wěn)定的電能經(jīng)過該結(jié)構(gòu)變換之后經(jīng)過濾波器濾波輸出電壓頻率穩(wěn)定的電能，對用電負荷進行供電。每臺發(fā)電機定子輸出與發(fā)電機側(cè)變流器相連，通過變流器的解耦控制，實現(xiàn)發(fā)電機無功功率和電磁轉(zhuǎn)矩獨立調(diào)節(jié)。相對于傳統(tǒng)的二極管不可控整流方式，這種解耦控制有效解決輸入電流畸變問題，大大減少了永磁發(fā)電機的損耗，延長了發(fā)電機的使用壽命。同時這種拓撲結(jié)構(gòu)還具備Boost電路的升壓特性，能夠完成整流和升壓兩部分工作。在用電側(cè)同樣是通過全控型變流器來連接發(fā)電機組和用電負荷，也減少了潮流能發(fā)電機組對電網(wǎng)的諧波污染，同時通過解耦控制，方便快捷的調(diào)整潮流能發(fā)電機組向用電負荷輸送的無功功率，用于并網(wǎng)發(fā)電時有利于實現(xiàn)潮流能發(fā)電機組在電網(wǎng)電壓跌落時的無功補償。這種背靠背的拓撲結(jié)構(gòu)能夠有效的完成兩臺潮流能發(fā)電機組AC — DC — AC的變流和控制,不但能同時實現(xiàn)兩臺永磁同步發(fā)電機最大效率、最小損耗控制，而且這種控制方式能夠?qū)崿F(xiàn)功率因數(shù)的快速調(diào)整，有利于潮流能發(fā)電機組實現(xiàn)低電壓穿越。上述雖然結(jié)合附圖對發(fā)明的具體實施方式
進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種潮流發(fā)電機組變流輸電系統(tǒng)，其特征是，它包括若干臺水輪發(fā)電機組，每臺水輪發(fā)電機組與相應的電抗器、三相全控整流器依次連接；三相全控整流器輸出端分別與蓄電池和三相全控逆變器連接，三相全控整流器與三相全控逆變器組成背靠背結(jié)構(gòu)；三相全控逆變器輸出端則經(jīng)電感濾波器、交流變壓器與用電負荷連接。
2.如權(quán)利要求I所述的一種潮流發(fā)電機組變流輸電系統(tǒng)，其特征是，所述三相全控型變流器采用SVPWM變流技術(shù)的變流器能實現(xiàn)能量的雙向傳送，既能工作在整流狀態(tài)又能工作在逆變狀態(tài)，用電負荷側(cè)的功率因數(shù)是能調(diào)節(jié)的。
3.如權(quán)利要求I所述的一種潮流發(fā)電機組變流輸電系統(tǒng)，其特征是，所述蓄電池設(shè)有兩組，蓄電池通過各自的隔離開關(guān)與相對應的三相全控整流器輸出端連接；通過閉合各自的隔離開關(guān)實現(xiàn)蓄電池具體接入相對應的三相全控整流器。
4.如權(quán)利要求I所述的一種潮流發(fā)電機組變流輸電系統(tǒng)，其特征是，所述三相全控整流器通過海底直流電纜與岸上的電纜轉(zhuǎn)接箱連接，所述轉(zhuǎn)接箱通過普通電纜與三相全控逆變器連接；所述電纜轉(zhuǎn)接箱用于海底直流電纜和岸上普通電纜的過渡，轉(zhuǎn)接箱防護等級為IP65。
5.如權(quán)利要求I所述的一種潮流發(fā)電機組變流輸電系統(tǒng)，其特征是，所述水輪發(fā)電機組為兩臺或多臺水輪發(fā)電機組。
6.采用如權(quán)利要求I所述的一種潮流發(fā)電機組變流輸電系統(tǒng)的工作方法，其特征是，分為以下幾項工作步驟 步驟一，系統(tǒng)啟動 判斷潮流流速是否達到要求， 當潮流流速達到要求條件時，發(fā)電機處于準備啟動狀態(tài)； 當潮流流速低于要求條件時，發(fā)電機處于停機狀態(tài)； 步驟二，電能轉(zhuǎn)換水輪發(fā)電機將潮流能通過水輪機和發(fā)電機轉(zhuǎn)變成電能，通過各自的電抗器和三相全控型整流，所述背靠背結(jié)構(gòu)的三相全控型整流器和電抗器一起將電壓、頻率都不穩(wěn)定的交流電能轉(zhuǎn)變成電壓穩(wěn)定的直流電能； 步驟三，電能輸出各臺輸出的直流電并聯(lián)連接在一起，通過直流海底電纜將直流電能輸送到岸上，所述背靠背結(jié)構(gòu)的三相全控型逆變器將直流電能再轉(zhuǎn)換成頻率穩(wěn)定的交流電能，經(jīng)過濾波器和隔離變壓器；電感濾波器濾除高次諧波；消除了高次諧波的交流電通過隔離變壓器，為最終用電負荷進行供電。
7.如權(quán)利要求6所述的一種潮流發(fā)電機組變流輸電系統(tǒng)的工作方法，其特征是，所述步驟三，由于輸出直接與用戶相連，所以負載的狀態(tài)變化較大，可能出現(xiàn)兩種情況 情況一發(fā)出的電能超過消耗的電能； 情況二 發(fā)出的電能不夠消耗使用的情況； 對于情況一，三相全控型整流器通過調(diào)整水輪發(fā)電機組運行曲線，降低水輪機的吸收功率，以適應輕載的狀況； 對于情況二，三相全控型逆變器會降低輸出電壓，整個系統(tǒng)以最大的能力工作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種潮流發(fā)電機組變流輸電系統(tǒng)及工作方法，該系統(tǒng)包括若干臺水輪發(fā)電機組，每臺水輪發(fā)電機組與相應的電抗器、三相全控整流器依次連接；三相全控整流器輸出端分別與蓄電池和三相全控逆變器連接，三相全控整流器與三相全控逆變器組成背靠背結(jié)構(gòu)；三相全控逆變器輸出端則經(jīng)電感濾波器、交流變壓器與用電負荷連接。所述三相可控整流器采用三相全控SVPWM整流器；具有減少載體平臺上設(shè)備數(shù)量、簡化系統(tǒng)、減少損耗的優(yōu)點。
文檔編號H02J3/00GK102946102SQ20121051019
公開日2013年2月27日 申請日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月3日
發(fā)明者翟慎會, 侯晶, 朱月涌, 曹興福, 鐘志鋼, 許衛(wèi)東 申請人:山東電力工程咨詢院有限公司, 哈爾濱瑞哈科技發(fā)展有限公司