一种多叶轮风电系统的配送电装置的制作方法

1.本实用新型属于风力发电技术领域，具体涉及一种多叶轮风电系统的配送电装置。


背景技术：

2.成本是全球风电发展的瓶颈问题，机组大型化（单机容量增加）是解决成本问题的最有效途径。海上风电项目的不断开展使得机组大型化成为了必然的发展趋势。随着机组容量的增加，传统的单叶轮风电机组的升级遇到的挑战越来越严峻，机组载荷急剧增加，超长、超重叶片和超大扭矩给机组中的各个部件（如变桨执行机构，支撑结构等等）的设计、生产制造和安装等带来了很多难题。
3.多叶轮风电系统是将多个风力发电单元安装在同一个支撑结构中实现风能到电能转换的新型风电装备。相比于传统单叶轮风电机组，多叶轮风电系统无需使用超长、超重的叶片，也避免了超大载荷（如扭矩载荷）的出现，为风电机组大型化，降低机组开发成本提供了全新的可行途径。
4.多叶轮风电系统最明显的特点是多个风力发电单元分散布置在很大尺度的支撑结构上。相比常规的单叶轮机组，虽然每个风力发电单元额定容量较小，需要输送的电能只是整个多叶轮系统功率的一部分，但是却带来了传输距离的问题。常规的单叶轮机组配送电距离在百米级（从塔顶到塔底），而大型多叶轮风电系统则上升到了公里级。如果直接采用常规的技术方案，配送电装备（主要是线缆）成本会大大增加。因此需要提出一种新的技术方案，既能够解决每个风力发电单元自身以及系统用电的问题，也能够以较低的成本满足将风力发电单元产生的电能输送到电网的需求。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种多叶轮风电系统的配送电装置，其能够使得大型多叶轮风电系统实现电能的输送、汇集以及上网，也能够满足自身消耗电能的需求，同时方案的经济性较强。
6.本实用新型的另一目的在于提供一种风力发电机组，更好的解决大型多叶轮风电系统输送电和配电的问题。
7.为达以上目的，第一方面提供一种多叶轮风电系统的配送电装置，其包含变压设备，输送电线缆，汇集设备和配电线缆；
8.所述变压设备包含多个第一变压设备和一个第二变压设备；所述配电线缆分为第一配电线缆和第二配电线缆；
9.所述第一变压设备与多叶轮风电系统的风力发电单元的变流器电气连接；
10.所述第一变压设备通过输送电线缆与所述汇集设备电气连接，并且与所述第一配电线缆电气连接；
11.所述第二变压设备通过输送电线缆与所述汇集设备电气连接，并且与所述第二配
电线缆电气连接；
12.所述汇集设备通过输送电线缆与电网电气连接。
13.在进一步技术方案中，每个所述第一变压设备包含一个三绕组或两绕组主变压器，或者包含一个两绕组主变压器和一个两绕组第一辅助变压器。
14.在进一步技术方案中，所述主变压器数量小于或者等于所述风力发电单元的数量。
15.在进一步技术方案中，所述第一配电线缆与所述主变压器或者第一辅助变压器电气连接，并且所述第一配电线缆与所述风力发电单元的用电设备电气连接，所述用电设备至少包含变桨系统。
16.在进一步技术方案中，每个所述第二变压设备包含一个三绕组或两绕组第二辅助主变压器。
17.在进一步技术方案中，所述第二辅助主变压器通过所述第二配电线缆与所述多叶轮风电系统的偏航系统电气连接。
18.在进一步技术方案中，所述汇集设备包含一个或多个汇流母排，所述输送电线缆与所述汇流母排的连接是星型拓扑结构或树形拓扑结构。
19.在进一步技术方案中，所述汇集设备和所述输送电线缆的额定电压，以及每个所述变压设备的高压侧电压相等。
20.在进一步技术方案中，所述第一配电线缆和所述第二配电线缆的额定电压小于或等于所述变流器网侧的额定电压。
21.第二方面，提供一种多叶轮风电系统，其包括前述第一方面所述的一种配送电装置。
22.本实用新型的有益效果是：解决了多叶轮风电系统中多个风力发电单元发出电能的输送和汇集的问题，同时也能够满足风力发电单元以及系统自身消耗电能的需求。方案经济性强，可靠性高。
附图说明
23.图1为本实用新型实施例的一种多叶轮风电系统的配送电装置拓扑图；
24.图2为本实用新型实施例的一种多叶轮风电系统的配送电装置中变压设备的配置示意图；
25.图3为本实用新型实施例的种多叶轮风电系统的配送电装置连接示意图。
26.附图标号说明：
27.1、第一变压设备，1.1、主变压器，1.2、第一辅助变压器，2、第二变压设备，2.1、第二辅助变压器，3、第一配电线缆，4、第二配电线缆，5、风力发电单元，5.1、变流器，6、输送电线缆，6.1、第一输送电线缆，6.2、第二输送电线缆，6.3、第三输送电线缆，7、汇集设备， 7.1、汇流母排， 8、电网，9、支撑结构，10、偏航系统。
28.值得注意的是上述附图是用于说明本实用新型的特征，并非旨在展示任何实际结构或反映各种部件的尺寸，相对比例等等细节信息。为了更清楚的展示本实用新型的原理，并且为了避免不必要的细节使本实用新型的原理变得模糊，各图中示例已经经过简化处理。这些图示对于相关领域的技术人员在理解本实用新型时不会带来不便，而实际的配送
电装置可以包括更多的部件。
具体实施方式
29.为使本实用新型实施例的目的、技术方案更加清楚，下面结合本实用新型实施例的相关附图，对实施例进行完整的描述。本专利描述的仅是一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
30.如图1所示， 一种多叶轮风电系统的配送电装置包含变压设备，输送电线缆6，汇集设备7和配电线缆。
31.其中变压设备包含多个第一变压设备1和一个第二变压设备2；配电线缆可以分为第一配电线缆3和第二配电线缆4。第一变压设备1和一个第二变压设备2的电气参数一般不相同，例如第一变压设备1的容量要大于一个第二变压设备2。第一配电线缆3和第二配电线缆4的电气参数同样也存在差异，例如第一配电线缆3的载流量要小于第二配电线缆4，原因是每个风力发电单元自耗电（如变桨系统）一般要小于系统的自耗电（如偏航系统）。
32.第一变压设备1与多叶轮风电系统的风力发电单元5的变流器5.1电气连接，一般的，变流器5.1为全功率变流器，即风力发电单元5发出的全部电力都通过变流器5.1进行功率变换。变流器的输出端额定电压一般可以采用690v，1140v等电压等级。
33.第一变压设备1通过第一输送电线缆6.1与汇集设备7电气连接，由于第一输送电线缆6.1的线缆长度较长（单根可达百米级长度），因此，第一输送电线缆6.1的电压等级可以选择中压20kv以上的电压等级，通过降低载流量达到降低线缆直径和成本的效果。汇集设备可以是电气柜体，其中包含开关器件、母排、隔离保护器件等等，也可以是类似于集装箱式小微型变电站（适用于大型/超大型的多叶轮风电系统）。同时，第一变压设备1与第一配电线缆3电气连接，一般风力发电单元用电设备的电压等级为690v、400v和230v其中的一种或多种组合，第一配电线缆3的额定电压也需要根据实际用电设备需求进行选择。
34.类似的，第二变压设备2通过第三输送电线缆6.3与汇集设备7电气连接，同时第二变压设备2与第二配电线缆4电气连接。
35.汇集设备7通过第二输送电线缆6.2与电网8电气连接，第二输送电线缆6.2的载流量近似等于多根第一输送电线缆6.1和第三输送电线缆6.3载流量之和。
36.上述技术方案的特点和新颖之处是：常规的风力发电机组是将电能输送到塔架底部，统一的通过主变压器将电能传送至电网，同时统一的通过辅助变压器将电能配送给机组的用电设备，因此配电线缆和输送电线缆的传输距离至少要覆盖整个塔架。本实施例将一个主变压器和一个辅助变压器的方案变成多个分布式的变压设备，形成了高压长距离传输，低压就近消纳的技术特点。
37.上述技术方案的益处是：满足了多个风力发电单元长距离输送电和自耗电的，以及系统级设备用电的需求。整个配送电装置成本低，结构简单，同型号设备多，利于大批量采购。
38.如图2所示，第一变压设备1包含一个三绕组主变压器1.1（图2左示图），或者包含一个两绕组主变压器1.1和一个两绕组第一辅助变压器1.2（图2右示图）。一般情况下，同容量的三绕组变压器的成本要低于两个两绕组的变压器，因此，第一变压设备1选用三绕组的
主变压器1.1。在一些实施例中，风力发电单元5的自耗电设备，如变桨系统的额定电压与变流器5.1的额定电压相等，则第一变压设备1可以选用一个两绕组的主变压器1.1。
39.在一些实施例中，为了进一步降低电气设备的成本，可以将多个临近的风力发电单元5的变流器5.1与同一个第一变压设备1连接，这样可以降低第一变压设备1的数量。
40.根据风力发电单元5的用电电压等级情况，第一配电线缆3可以与主变压器1.1或者第一辅助变压器1.2电气连接。
41.如图3所示，每个第二变压设备2包含一个三绕组或两绕组第二辅助主变压器2.1。
42.第二辅助主变压器2.1通过第二配电线缆4与多叶轮风电系统的偏航系统10电气连接，为偏航系统10中的偏航驱动器提供电能。
43.汇集设备7包含一个或多个汇流母排7.1，在一些实施例中，第一输送电线缆6.1与汇流母排7.1的连接是星型拓扑结构，即多个风力发电单元5发出的电能通过第一输送电线缆6.1汇集到同一个汇流母排7.1。第一输送电线缆6.1通过线缆支架与多叶轮风电系统的支撑结构10连接。
44.汇集设备7和输送电线缆6的额定电压，以及第一变压设备1和第二变压设备2的高压侧电压相等，在一些实施例中，可以选用20kv以上的电压等级。
45.第一配电线缆3和第二配电线缆4的额定电压小于或等于变流器5.1网侧的额定电压，在一些实施例中，变流器5.1网侧的额定电压在690v以上，一般用电设备电压在690v以下。
46.虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。