本發(fā)明屬于新能源及電力工程技術領域，具體涉及海上風電柔性直流輸電換流站橋臂閥塔布局及海上平臺。

背景技術：

隨著科學技術的不斷進步，海上風力發(fā)電容量日益擴大，海上風電并網(wǎng)運行成為了大規(guī)模利用風能的最有效方式，海上風電場的開發(fā)對于解決能源危機有著重要的意義。

直流輸電適用于大容量、遠距離的電能傳輸。隨著傳輸距離需求越來越遠、傳輸容量需求越來越大，直流輸電將在海上風電場的開發(fā)利用中起到重要作用。相對于常規(guī)的高壓直流輸電、兩電平和三電平的電壓源型換流器(VSC-HVDC)，基于模塊化多電平換流器(MMC)的海上風電柔性直流接入系統(tǒng)更加適合長距離、大規(guī)模海上風電接入系統(tǒng)。

海上平臺的設計是大容量海上風電柔性直流輸電送出系統(tǒng)中最關鍵的技術，目前還存在很多難題?；谀K化多電平換流器(MMC)的柔性直流輸電系統(tǒng)中海上換流站主設備布置包括交流接入場區(qū)、換流閥閥廳和直流接出場區(qū)等幾個部分。但是由于海上平臺造價非常高，因而對海上平臺布局有著嚴格的尺寸要求。

申請公布號為CN104652864A的中國專利文件公開了一種用于海上柔性直流接入系統(tǒng)的海上平臺。該平臺設置有上、下兩層甲板，在下層甲板中設置有橋臂電抗器區(qū)、換流器閥廳、直流電抗器區(qū)和控制室區(qū)。海上風電場的交流電能通過電纜輸送到下層甲板的橋臂電抗器區(qū)，經(jīng)過換流器閥廳內(nèi)電氣設備換流后，通過直流接出區(qū)內(nèi)電氣設備將直流電輸出。該用于海上柔性直流接入系統(tǒng)的海上平臺中交流區(qū)域和直流區(qū)域均設置在下層甲板上，互相之間干擾性較大、安全性低，而且占地面積較大，由于海上的特殊環(huán)境，使得造價成本極高。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種海上風電柔性直流輸電換流站橋臂閥塔布局及海上平臺，以解決目前柔性直流輸電換流站海上平臺造價較高的問題。

為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案是：

本發(fā)明提供了一種海上風電柔性直流輸電換流站橋臂閥塔布局，包括四個橋臂閥塔布局方案：

橋臂閥塔布局方案一，該橋臂的多個閥塔分布在至少兩層平臺上。

橋臂閥塔布局方案二，在橋臂閥塔布局方案一的基礎上，每個橋臂的閥塔平均分布在各層平臺上。

橋臂閥塔布局方案三、四，在橋臂閥塔布局方案一或橋臂閥塔布局方案二的基礎，所述閥塔平均分布在兩層平臺上。

本發(fā)明還提供了一種海上風電柔性直流輸電換流站海上平臺，包括十四個海上平臺方案：

海上平臺方案一，包括交流引入部分和換流部分，所述換流部分包括橋臂，其特征在于，該橋臂的多個閥塔分布在至少兩層平臺上。

海上平臺方案二，在海上平臺方案一的基礎上，每個橋臂的閥塔平均分布在各層平臺上。

海上平臺方案三、四，在海上平臺方案一或海上平臺方案二的基礎上，所述閥塔平均分布在兩層平臺上。

海上平臺方案五、六，在海上平臺方案三或海上平臺方案四的基礎上，所述兩層平臺中位于上層的一個為中層平臺，另一個為底層平臺，所述的交流引入部分設在一個頂層平臺上，頂層平臺位于中層平臺上方。

海上平臺方案七、八，在海上平臺方案五或海上平臺方案六的基礎上，所述頂層平臺、中層平臺和底層平臺上分別于一側設有控制設備與輔助設備區(qū)，各層平臺的控制設備與輔助區(qū)上下對應設置。

海上平臺方案九、十，在海上平臺方案五或海上平臺方案六的基礎上，所述頂層平臺包括如下功能房間：

交流接入設備以及輔助設備區(qū)、聯(lián)結變壓器室、換流閥冷卻設備室和第一控制設備與輔助設備區(qū)。

海上平臺方案十一、十二，在海上平臺方案五或海上平臺方案六的基礎上，所述中層平臺包括如下功能房間：

橋臂電抗器室、用于存放分布在中層平臺的閥塔的前端閥廳和第二控制設備與輔助設備區(qū)。

海上平臺方案十三、十四，在海上平臺方案五或海上平臺方案六的基礎上，所述底層平臺包括如下功能房間：

直流開關以及輸出設備區(qū)、直流電抗器室、用于存放分布在底層平臺的閥塔的后端閥廳和第三控制設備與輔助設備區(qū)。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的海上風電柔性直流輸電換流站橋臂閥塔布局及海上平臺，將換流站中靠近交流側的閥塔和靠近直流側的閥塔分別分布在至少兩個平臺上，使得海上平臺的平臺面積較小，空間利用率高，大大減少了造價成本；同時，該方案使得交流部分和直流部分分布在至少兩個平臺上，使得高壓、低壓分隔開來，解決了高、低壓系統(tǒng)設計布置在同一平臺時互相干擾性大、安全性低的問題，便于安全調(diào)試和維護。

附圖說明

圖1是海上風電送出MMC系統(tǒng)接線圖；

圖2是海上風電柔性直流輸電換流站海上平臺三維總體示意圖；

圖3是海上風電柔性直流輸電換流站海上平臺頂層平臺設備布局圖；

圖4是海上風電柔性直流輸電換流站海上平臺中層平臺設備布局圖；

圖5是海上風電柔性直流輸電換流站海上平臺設備布局圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步的詳細說明。

本發(fā)明的海上風電柔性直流輸電換流站海上平臺實施例：

如圖1所示為海上風電送出MMC系統(tǒng)接線圖。海上風電送出MMC系統(tǒng)采用對稱單極(偽雙極)拓撲結構，可以有效的減小換流站設備與海上平臺面積，具有較好的經(jīng)濟性。

MMC系統(tǒng)海上換流站主要設備包括：聯(lián)結變壓器、橋臂電抗器、換流閥、直流電抗器、換流閥冷卻設備、控制系統(tǒng)設備和相應的開關和保護設備。其中換流閥是海上平臺的主要設備，換流站中的換流功能通過6個相單元來完成，每個相單元由若干閥塔組成。其中，每個相單元有N個閥塔，按照靠近交流側的為1號閥塔，靠近直流側為N號閥塔，平臺上共6N個閥塔，每個閥塔由若干個子模塊組成。

通過對海上平臺進行合理設計，將上述MMC系統(tǒng)海上換流站的主要設備進行合理布局。如圖2所示為海上風電柔性直流輸電換流站三維總體示意圖。

用于海上風電送出的柔性直流輸電換流站海上平臺分為三層，圖2中從下到上依次為：底層平臺、中層平臺和頂層平臺，該三層鋼結構建筑共同聯(lián)合組成海上平臺。三層鋼結構建筑底部由若干鋼板構成甲板，每層所述鋼結構平臺都被劃分為多個功能房間，每個功能房間根據(jù)設備設計為不同的高度。如圖2所示，換流閥冷卻設備室3高度相比聯(lián)結變壓器室2略低，而第一控制設備及輔助設備區(qū)4等弱電區(qū)域房間高度更低。

海上平臺的頂層平臺放置聯(lián)結變壓器、換流閥冷卻設備以及交流接入設備；中層和底層平臺主要放置換流閥等比較重的設備，中層平臺放置橋臂電抗器，底層平臺放置直流電抗器、直流輸出設備；而且，每層平臺在相同的位置都設置了控制設備與輔助設備區(qū)，整個海上平臺在弱電區(qū)域一側沒有強電的輸入和輸出。

如圖3所示為海上風電柔性直流輸電換流站海上平臺頂層平臺設備布局圖。

頂層平臺劃分為四個功能房間，分別為：交流接入設備以及輔助設備區(qū)1，聯(lián)結變壓器室2，換流閥冷卻設備室3和第一控制設備與輔助設備區(qū)4。各個風場的電能通過海上匯集系統(tǒng)匯集后，交流母線接入到海上平臺頂層的交流接入設備以及輔助設備區(qū)1，在該區(qū)域還有避雷器、互感器、開關設備以及保護設備等。

換流閥冷卻設備室3主要放置閥內(nèi)水冷設備、閥冷散熱設備等。位于頂層便于散熱設計，而且，在可充分利用上海風大進行外冷設計，充分利用自然資源，且對其他設備影響最小。聯(lián)結變壓器室2中用于放置變壓器以及相應的設備，變壓器采用三臺單相變壓器構成，變壓器網(wǎng)側交流母線從交流接入設備以及輔助設備區(qū)1經(jīng)過套管進入聯(lián)結變壓器室2，變壓器閥側母線經(jīng)過套管向下接入到中層平臺。其中，聯(lián)結變壓器室2采用便于散熱的材料，并充分以后海風進行散熱設計。

如圖4所示為海上風電柔性直流輸電換流站海上平臺中層平臺設備布局圖。

中層平臺分為三個功能房間，分別為：橋臂電抗器室5，前端閥廳6和第二控制設備與輔助設備區(qū)7。閥側交流母線進入橋臂電抗器后，將其三相母線分接為六個相單元的交流側進線，然后接入到橋臂電抗器交流側進線端子。

如圖5所示為海上風電柔性直流輸電換流站海上平臺底層平臺設備布局圖。

底層平臺分為五個功能房間，分別為：第三控制設備與輔助設備區(qū)12、后端閥廳11、正極直流電抗器室8、負極直流電抗器室9和直流開關以及輸出設備區(qū)10。

由于大容量MMC系統(tǒng)中換流閥數(shù)量比較多，在海上平臺中設計兩個閥廳：即位于中層平臺的前端閥廳6和位于底層平臺的后端閥廳11。前端閥廳6與橋臂電抗器室5相連。閥廳中換流閥按照六個相單元接線方式進行布置，橋臂電抗器室5引出的六根母線通過套管進入前端閥廳6，前端閥廳6在靠近直流側的位置引出六根母線，通過套管向下接入到底層平臺。從后端閥廳11引出的兩根直流母線分別進入正、負直流電抗器室與直流電抗器相連。直流開關以及輸出設備區(qū)主要放置直流側避雷器、開關設備、測量設備以及相關的直流接出設備等。該平臺將閥廳按照拓撲結構分為前端閥廳和后端閥廳，有效減少了海上平臺的面積。

具體的閥廳中閥塔設計如下：

當每個橋臂上閥塔的數(shù)量為偶數(shù)時，前端閥廳和后端閥廳中閥塔的數(shù)量相等。例如：當N＝6時，平臺上共36個閥塔，其中每個橋臂的1～3號閥塔位于前端閥廳，即位于中層平臺；每個橋臂的4～6號閥塔位于后端閥廳，即位于底層平臺。上橋臂的3個6號閥塔末端相連形成正極母線，下橋臂的3個6號閥塔末端相連形成負極母線。

當每個橋臂上閥塔的數(shù)量為奇數(shù)時，為了減少海上平臺面積，可使前端閥廳和后端閥廳的閥塔數(shù)量盡量接近。例如：當N＝5時，平臺上共30個閥塔，其中每個橋臂的1～2號閥塔位于前端閥廳，即位于中層平臺；每個橋臂的3～5號閥塔位于后端閥廳，即位于底層平臺。上橋臂的3個5號閥塔末端相連形成正極母線，下橋臂的3個5號閥塔末端相連形成負極母線。

在每一層的相同位置都設置了控制設備與輔助設備區(qū)，即弱電區(qū)，整個平臺在弱電區(qū)沒有強電的輸入和輸出，便于安裝調(diào)試和維護；也可以提高空間的利用率。

該平臺可以整體吊裝到海上平臺，且將重量較大的設備設計在底層鋼結構建筑中，便于安裝和運輸。

另外，本發(fā)明的核心在于提供了一種海上風電柔性直流輸電換流站橋臂閥塔布局，該橋臂的多個閥塔分布在至少兩層平臺上。

上述的海上風電柔性直流輸電換流站海上平臺即是為了實現(xiàn)海上風電柔性直流輸電換流站橋臂閥塔布局的一種具體實現(xiàn)方法。為了實現(xiàn)這種橋臂閥塔布局的設計，并不局限于上述海上平臺的設計。

以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對其限制，所屬領域的技術人員閱讀本申請后，參照上述實施例對本發(fā)明進行的各種修改或變更的行為，均在本發(fā)明專利的權利申請要求保護范圍之內(nèi)。