本文選題：直流海上風(fēng)電場 + 傳統(tǒng)海上風(fēng)電場��； 參考：《浙江大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：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,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)電場的研究獲得了飛速發(fā)展。已建成的海上風(fēng)電場均采用交流匯集-直流傳輸結(jié)構(gòu),為了進(jìn)一步降低風(fēng)電場的建設(shè)成本、減小風(fēng)機(jī)變流平臺(tái)的體積和重量、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)電場已成為研究熱點(diǎn),鑒于直流風(fēng)電場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)電場拓?fù)?并考慮直流風(fēng)電場中的實(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250kVA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。為了分析和比較風(fēng)電場的系統(tǒng)損耗,本文以MMC-HVDC的傳統(tǒng)海上風(fēng)電場和模塊化隔離型DC/DC變換器的海上直流風(fēng)電場為例,計(jì)算了額定容量為400MW的兩種風(fēng)電場的平均損耗和器件數(shù)量。在實(shí)際海上風(fēng)電場中,由于風(fēng)速具有隨機(jī)性和不穩(wěn)定性,為使風(fēng)電場的損耗計(jì)算具有實(shí)際意義,本文定義了風(fēng)電場的平均損耗。然后針對(duì)兩種風(fēng)電場的結(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)電場和直流風(fēng)電場的平均損耗分別為4.0%和2.12%,直流風(fēng)電場中整流二極管的數(shù)目有所增加,但卻有效降低了系統(tǒng)中IGBT的數(shù)量,且模塊化結(jié)構(gòu)有利于降低器件的電壓等級(jí)和電流等級(jí),IGBT的成本得以降低。本文根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求,一方面對(duì)一種適用于MIDC的中頻同軸變壓器進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì),仿真驗(yàn)證了設(shè)計(jì)結(jié)果的有效性;另一方面詳細(xì)分析和比較了兩種風(fēng)電場的系統(tǒng)損耗和器件數(shù)量,為今后直流海上風(fēng)電場的樣機(jī)研制和工程應(yīng)用提供詳實(shí)的理論基礎(chǔ)。
[Abstract]:In order to reduce Greenhouse Effect, reduce carbon emissions, wind power, biomass, solar energy and other renewable energy development and utilization has become the focus of energy research and development in the past decade.Wind power generation has experienced a period from small scale to large scale, from inland to offshore, from HVAC to HVDC.Offshore wind farms have the advantages of abundant and stable wind resources, no land occupation, and can be developed on a large scale. With the development of power electronics technology and HVDC transmission technology, the research of offshore wind farms has been rapidly developed.In order to further reduce the construction cost of wind farm, reduce the volume and weight of fan converter platform, reduce the loss of wind power transmission and grid connection and improve the working efficiency of the equipment, all the offshore wind farms have been constructed with AC converging-DC transmission structure, so as to further reduce the cost of wind farm construction, reduce the volume and weight of fan converter platform.Pure DC offshore wind farm has become a research hotspot. In view of the fact that the DC wind farm is still in the theoretical research stage, it is of great significance to study the key equipment of high voltage and large capacity and to analyze the loss of wind farm.This paper presents a DC wind farm topology based on modular isolated DC/DC converter Modular isolated DC/DC converter MIDC. Considering the actual situation of DC wind farm, the if transformer is analyzed and designed in detail.In view of the special situation that the insulation requirement of the primary and secondary side windings of the transformer is low and the insulation requirements between the windings are high, a kind of intermediate frequency coaxial transformer with high voltage cable as the high voltage side winding is designed.Then the mathematical model of optimal design of transformer is established, and the flow of optimal design of this kind of transformer is put forward.Taking if coaxial transformer with rated capacity 250kVA as an example, the volume and power density distribution diagram of transformer is drawn under different parameters. The simulation results of Ansys software verify the feasibility of the optimization results.Finally, considering the requirement of minimum bending radius of cable in practical engineering, the design idea of transformer is supplemented, and a complete design scheme of if coaxial transformer is formed.In order to analyze and compare the system losses of wind farms, the average loss and the number of devices of two wind farms with rated capacity of 400MW are calculated by taking the traditional offshore wind farm of MMC-HVDC and the offshore DC wind farm of modular isolated DC/DC converter as examples.In the actual offshore wind farm, due to the randomness and instability of wind speed, in order to make the calculation of wind farm loss have practical significance, this paper defines the average loss of wind farm.Then according to the structure of two kinds of wind farm, the system loss is classified, and the parameters design, device selection and loss calculation of the equipment used in the wind farm are carried out.The theoretical calculation results show that the average losses of conventional offshore wind farm and DC wind farm are 4.0% and 2.12% respectively. The number of rectifier diodes in DC wind farm is increased, but the number of IGBT in the system is reduced effectively.And the modularization structure can reduce the cost of IGBT.According to the practical application requirements, on the one hand, a kind of if coaxial transformer suitable for MIDC is studied and designed, and the validity of the design result is verified by simulation.On the other hand, the system loss and the number of devices of the two kinds of wind farms are analyzed and compared in detail, which provides a detailed theoretical basis for the prototype development and engineering application of DC offshore wind farms in the future.
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM614;TM432

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本文編號(hào)：1731232