全直流海上風(fēng)電場(chǎng)的損耗計(jì)算及大功率中頻變壓器的設(shè)計(jì).pdf

1、為了減少溫室效應(yīng)，降低碳排放量，風(fēng)力發(fā)電、生物能、太陽能等可再生能源的開發(fā)利用成為近十年能源研究和發(fā)展重點(diǎn)。風(fēng)力發(fā)電經(jīng)歷了從小規(guī)模至大規(guī)模、從內(nèi)陸拓展至海上、從高壓交流輸電至高壓直流輸電的階段。由于海上風(fēng)電場(chǎng)具有風(fēng)力資源豐富且穩(wěn)定、不占用土地、可以大規(guī)模開發(fā)等優(yōu)勢(shì)，且隨著電力電子技術(shù)和高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展，海上風(fēng)電場(chǎng)的研究獲得了飛速發(fā)展。已建成的海上風(fēng)電場(chǎng)均采用交流匯集-直流傳輸結(jié)構(gòu)，為了進(jìn)一步降低風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)成本、減小風(fēng)機(jī)變流平臺(tái)的

2、體積和重量、減少風(fēng)電傳輸并網(wǎng)損耗和提高設(shè)備的工作效率，純直流海上風(fēng)電場(chǎng)已成為研究熱點(diǎn)，鑒于直流風(fēng)電場(chǎng)尚處于理論研究階段，高壓大容量關(guān)鍵設(shè)備的研究以及風(fēng)電場(chǎng)的損耗分析具有重要意義。
　　本文提出了一種基于模塊化隔離型DC/DC變換器(Modular isolated DC/DC converter，MIDC)的直流風(fēng)電場(chǎng)拓?fù)洌⒖紤]直流風(fēng)電場(chǎng)中的實(shí)際情況，對(duì)中頻變壓器進(jìn)行了詳細(xì)的分析和設(shè)計(jì)。針對(duì)變壓器原副邊繞組自身絕緣要求較低，而繞

3、組之間的絕緣要求較高的特殊情況，設(shè)計(jì)了一種采用高壓電纜作為高壓側(cè)繞組的中頻同軸變壓器。然后建立了變壓器優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，提出了此種變壓器的優(yōu)化設(shè)計(jì)流程。本文以額定容量250 kVA的中頻同軸變壓器為例，繪制了不同參數(shù)下，變壓器的體積和功率密度分布圖，Ansys軟件仿真驗(yàn)證了優(yōu)化結(jié)果的可行性，最后考慮到實(shí)際工程中電纜的最小彎曲半徑要求，對(duì)變壓器的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行了補(bǔ)充說明，形成了完整的中頻同軸變壓器的設(shè)計(jì)方案。為分析和比較風(fēng)電場(chǎng)的系統(tǒng)損耗，

4、以MMC-HVDC的傳統(tǒng)海上風(fēng)電場(chǎng)和模塊化隔離型DC/DC變換器的海上直流風(fēng)電場(chǎng)為例，計(jì)算了額定容量為400MW的兩種風(fēng)電場(chǎng)的平均損耗和器件數(shù)量。在實(shí)際海上風(fēng)電場(chǎng)中，由于風(fēng)速具有隨機(jī)性和不穩(wěn)定性，為使風(fēng)電場(chǎng)的損耗計(jì)算具有實(shí)際意義，本文定義了風(fēng)電場(chǎng)的平均損耗。然后針對(duì)兩種風(fēng)電場(chǎng)的結(jié)構(gòu)，分別對(duì)其系統(tǒng)損耗進(jìn)行了分類，并對(duì)風(fēng)電場(chǎng)中所應(yīng)用的設(shè)備進(jìn)行了參數(shù)設(shè)計(jì)、器件選型和損耗計(jì)算。理論計(jì)算結(jié)果表明:傳統(tǒng)海上風(fēng)電場(chǎng)和直流風(fēng)電場(chǎng)的平均損耗分別為4.0％