[发明专利]用于直流电力传输的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及多个远程发电系统的电力传输，且更具体地涉及通过超导DC电缆传输系统将电力从发电系统直流(DC)传输到远程位置。

背景技术

在分布式发电应用中，发电位置远离可用电网或负荷点，大量电力通常通过远距离传输。在近海风场中，例如，由各个风力涡轮发电机产生的电力通常由电力电子变换器处理，以将可变电压可变频率的输出转换成固定电压固定频率的输出。各个风力涡轮发电机以不同速度工作，因此每个发电机的输出频率可能不同。当交流(AC)传输系统用来将所产生的电力传输到陆上电网时，各个发电机的输出必须同步到公用电网频率，再将电力施加到电网上。由涡轮机产生的电力然后由采集系统采集在一起，采集系统包括变压器和开关装置以隔离各个涡轮机并将电压升高到通常几十千伏。采集系统用电缆连接到近海子站，子站将电压进一步升高到通常几百千伏(kV)。然后通过海底电缆传输到陆上子站，在此通过隔离开关装置和变压器耦连到陆上电网。

对于远距离传输大功率的应用，传统的高压交流(HVAC)传输提出了技术挑战性。而且，HVAC传输线不便于用在稠密人口区，不是必须用海底电缆进行电力传输的近海风场的有效解决方案。电容使充电电流沿AC电缆的长度流动。因此AC电缆必须传送此电流以及有用的源电流，此物理局限性降低了AC电缆的源传送能力。因为电容沿电缆的整个长度分布，所以较长的长度导致较高电容并产生较高充电电流。为了传输充电电流和有用的源电流，AC电缆必须超过额定值，这增加了AC电缆的成本。由于增加电缆系统的设计电压以使得线路损耗和压降减到最小，充电电流也增大了。

在远距离上DC传输可以比AC传输更高效。中压(MV)或高压(HV)DC传输通常需要能在HVAC和HVDC之间转换的电力电子变换器。利用DC传输的发电系统通常包括多个并联耦连、电压控制的AC-DC变换器。DC电缆上的电力传输的电压水平保持基本恒定，而电流水平根据多个发电机的功率输出而变化。如果电压控制系统中出现故障，则电压水平保持基本恒定，而电流可快速增加。尽管DC采集和传输系统相比AC系统有几处优点，但电压控制DC传输系统最常用于军事和研究应用，其原因是由于并联DC拓扑中高的短路电流而需要费用高的开关装置来执行中断功能。

而且，由于大电流电力传输不如高电压电力传输那样高效，所以高电压通常用在高功率传输中，例如在几百千伏(kV)的范围内传输几百兆瓦(MW)的功率。通常，HVDC电力转换由于高电力传输所需的传输电压的水平，费用高且复杂，尤其是在高功率水平时。例如，对不超过例如300MW的大功率传输的可接受传输损耗，可能需要200kV以上的传输电压。

高温超导(HTS)电缆用于AC电力传输以及DC电力传输。HTS电缆具有高的传导性，因此具有低传输损耗，这降低了远距离电力传输所需的传输电压水平。HTS AC电缆相比HTS DC电缆的费用要高。而且，被配置成传输电流变化的功率的HTS DC电缆比被配置成传输基本恒定电流的功率的HTS DC电缆更加复杂，费用更高。变化的电流在HTS DC电缆中产生变化的磁场，这产生涡流损耗，降低电力传输效率。在电压控制的DC传输系统中，电流可能有足够大的变化从而防止使用HTS DC电缆的高效电力传输。

发明内容

在一个方面，提供了一种直流(DC)电力传输系统。该系统包括第一多个串联连接的电力采集系统和至少一个超导DC导体，该导体耦连到多个串联连接的电力采集系统，并被配置成将由多个电力采集系统产生的电力传输到远程负载。所述多个串联连接的电力采集系统中的每个电力采集系统都包括电源和交流AC-直流DC变换器。所述电源包括风力涡轮发电机。所述AC-DC变换器和所述至少一个超导DC导体串联耦连以形成第一传输电路。所述AC-DC变换器被控制以向所述至少一个超导DC导体输出基本恒定电流。所述DC电力传输系统进一步包括控制器，所述控制器耦连到所述AC-DC变换器，并被配置成控制由所述AC-DC变换器输出的电流的水平。

所述DC电力传输系统进一步包括超导直流DC导体连接器，所述连接器被配置成将所述AC-DC变换器耦连到所述至少一个超导DC导体。所述超导DC导体连接器进一步将第二多个串联连接的电力采集系统耦连到所述至少一个超导DC导体。