海上平台低频输电系统及海陆电网系统

技术领域

本发明属于电能传输技术领域，尤其涉及一种海上平台低频输电系统及海陆电网系统。

背景技术

海上开采活动随着海上钻井平台的建造与引进开始了迅速发展。随着技术不断进步，制造海上平台的能力不断提高，海上石油产量也不断提升。

传统的海上平台电力系统通常采用自供电的方案，即依托平台自建的发电机组或者发电船产生电力，并通过海底电缆向其他平台输电。这种供电模式需要消耗大量燃油或燃气，既浪费大量能源，又严重污染环境。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种海上平台低频输电系统及海陆电网系统，以解决现有技术浪费大量能源且严重污染环境的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种海上平台低频输电系统，包括：至少一条陆海传输线路；陆海传输线路，输入端用于与陆上电网母线连接，输出端用于与海上平台互连电网连接；

陆海传输线路包括依次连接的升压变频模块、海底电缆、降压模块；

升压变频模块还与陆海传输线路的输入端连接，降压模块还与陆海传输线路的输出端连接；

升压变频模块用于对陆上电网母线的工频电能进行升压处理和降频处理，得到低频电能；

海底电缆用于传输低频电能；

降压模块用于对低频电能进行降压处理，并将降压后的低频电能传输至海上平台互连电网。

可选地，海上平台低频输电系统包括至少两条陆海传输线路；

陆上电网母线包括至少两段母线；

不同的陆海传输线路与陆上电网母线的不同段的母线连接。

可选地，海上平台互连电网包括至少两个海上平台互连子网；

各个海上平台互连子网与各条陆海传输线路均连接。

可选地，升压变频模块包括升压变压器和第一变频器；

升压变压器，输入端用于与陆上电网母线连接，输出端与第一变频器的输入端连接；第一变频器的输出端与海底电缆连接。

可选地，升压变频模块还包括第一电抗器；

第一电抗器，第一端与第一变频器的输出端连接，第二端接地。

可选地，第一变频器为矩阵式交交变频器。

可选地，降压模块包括降压变压器；

降压变压器，输入端与海底电缆连接，输出端用于与海上平台互连电网连接。

可选地，降压模块还包括第二变频器；

第二变频器，输入端与海底电缆连接，输出端与降压变压器的输入端连接。

可选地，降压模块还包括第二电抗器；

第二电抗器，第一端与第二变频器的输入端连接，第二端接地。

本发明实施例的第二方面提供了一种海陆电网系统，包括陆上电网母线、海上平台互连电网和如第一方面任一项所述的海上平台低频输电系统；

海上平台低频输电系统分别与陆上电网母线和海上平台互连电网连接。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本发明实施例提供的海上平台低频输电系统包括至少一条陆海传输线路；陆海传输线路，输入端用于与陆上电网母线连接，输出端用于与海上平台互连电网连接；陆海传输线路包括依次连接的升压变频模块、海底电缆、降压模块；升压变频模块还与陆海传输线路的输入端连接，降压模块还与陆海传输线路的输出端连接；升压变频模块用于对陆上电网母线的工频电能进行升压处理和降频处理，得到低频电能；海底电缆用于传输低频电能；降压模块用于对低频电能进行降压处理，并将降压后的低频电能传输至海上平台互连电网。本发明实施例通过陆上电网为海上平台供电，可以节约能源，减轻环境污染，并且本发明实施例通过降低频率来提升电缆载流量，同时可以减小电缆中的充电电流，进而可以提高电缆的有效负荷能力，延长电能传输距离。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的海上平台低频输电系统的结构示意图；

图2是本发明又一实施例提供的海上平台低频输电系统的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1是本发明一实施例提供的海上平台低频输电系统的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。如图1所示，该海上平台低频输电系统包括：至少一条陆海传输线路10；陆海传输线路10，输入端用于与陆上电网母线20连接，输出端用于与海上平台互连电网30连接；

陆海传输线路10包括依次连接的升压变频模块11、海底电缆DL、降压模块12；

升压变频模块11还与陆海传输线路10的输入端连接，降压模块12还与陆海传输线路10的输出端连接；

升压变频模块11用于对陆上电网母线20的工频电能进行升压处理和降频处理，得到低频电能；

海底电缆DL用于传输低频电能；

降压模块12用于对低频电能进行降压处理，并将降压后的低频电能传输至海上平台互连电网30。

在本发明实施例中，陆上的工频电能经过升压变频模块11得到低频电能，通过海底电缆DL进行传输，并经过降压模块12降压后得到的电能，供海上平台使用。本发明实施例通过陆上电网为海上平台供电，可以节约能源，减轻环境污染，并且本发明实施例通过降低频率来提升电缆载流量，同时可以减小电缆中的充电电流，进而可以提高电缆的有效负荷能力，延长电能传输距离。

图2给出了具有两条陆海传输线路10的海上平台低频输电系统的示意图。

在本发明的一个实施例中，参见图2，海上平台低频输电系统包括至少两条陆海传输线路10；

陆上电网母线20包括至少两段母线21；

不同的陆海传输线路10与陆上电网母线20的不同段的母线21连接。

其中，陆上电网母线20可以为分段母线，当其中一段母线21出现故障无法供电时，可以通过其他段母线21供电，可以提高可靠性。

本发明实施例通过不同的陆海传输线路10连接陆上电网母线20的不同段的母线，可以保证各个陆海传输线路10之间互不影响。当某段母线出现停电等故障无法发出电能时，其他段母线仍然可以通过对应的陆海传输线路10发出电能，保证海上平台有电，能够增强供电可靠性和供电稳定性。

可选地，每段母线可以对应一条陆海传输线路10，也可以对应两条或多条陆海传输线路10，具体可以根据实际需求进行设置。

在本发明的一个实施例中，参见图2，海上平台互连电网30包括至少两个海上平台互连子网31；

各个海上平台互连子网31与各条陆海传输线路10均连接。

在本发明实施例中，海上平台互连子网31可以包括多个邻近的海上平台，每个海上平台互连子网31中包含的海上平台之间两两具有连接关系，可以保证当其中一个海上平台出现故障时，其相邻的海上平台可以通过海上平台互连子网31中的其他平台与陆海传输线路10连接，保证有电。

本发明实施例中，每个海上平台互连子网31均与所有的陆海传输线路10连接，可以在其中一条陆海传输线路10出现故障无法供电时，由其他的陆海传输线路10供电，保证供电可靠性。

可选地，海上平台互连子网31和陆海传输线路10可以一一对应连接，也可以每个海上平台互连子网31与多个陆海传输线路10对应连接。

可选地，海上平台电力互连拓扑的设计应满足：当海上平台出现故障进入应急模式，电网依然可以为平台供电，维持平台上应急设备运转；当平台上出现短路或者电缆损坏等使供电终止的故障，相邻平台应切除与故障平台的电力联系以减小所受影响；当平台间互连电力电缆出现绝缘失效等问题无法传输电能，线缆两侧的平台供电依然不受影响。多个由平台连结成的海上平台互连子网31，若地理位置比较接近，可以共同连接到多条陆海传输线路10的末端，当一条陆海传输线路10发生故障或者检修无法输电，其余输电线满足“N-1”运行条件，依然可以为海上平台提供电力。

在本发明的一个实施例中，参见图2，升压变频模块11包括升压变压器T1和第一变频器INV1；

升压变压器T1，输入端用于与陆上电网母线20连接，输出端与第一变频器INV1的输入端连接；第一变频器INV1的输出端与海底电缆DL连接。

升压变压器T1用于对工频电能升压，第一变频器INV1用于对升压后的工频电能进行降频，得到低频电能。

在本发明的一个实施例中，参见图2，升压变频模块11还包括第一电抗器L1；

第一电抗器L1，第一端与第一变频器INV1的输出端连接，第二端接地。

其中，第一电抗器L1可以为平波电抗器。

在本发明的一个实施例中，第一变频器INV1为矩阵式交交变频器。

矩阵式交交变频器电路中9个双向开关排成3×3的矩阵结构，通过对这9个双向开关的逻辑控制，可实现对频率的变换。大功率双向半导体开关器件要求具备双向电压阻断能力和自关断能力。

在矩阵式交交变频器中研究较多也是较为成熟的控制策略是空间矢量调制技术，它是基于空间矢量变换的一种方法，其基本原理是将交交变换虚拟为交直和直交变换，然后对虚拟交直变换和直交变换分别进行空间矢量调制，然后再合成消去中间虚拟直流环节，合成后的开关组合就是矩阵式交交变频器的交交直接变换控制方式。这样可使变频器的性能得到较大的改善。

可选地，第一变频器INV1可以为基于全控型器件的模块化多电平矩阵式变换器(modular multilevel matric converter，M3C)。与传统的交交变频器相比，M3C采用全控型的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)，能够独立控制交流侧的有功和无功功率，具有黑启动能力，更加灵活和复杂的开关模式能够降低谐波含量，从而无需或者减少额外的滤波装置，降低投资，交流侧具有较强的故障穿越能力。桥臂采用模块化的结构，使其很容易适用于高电压、大功率的场合，还能够增加两侧所联系统的稳定性。

可选地，第一变频器INV1可以为九桥臂模块化多电平变换器。九桥臂模块化多电平变换器是一种新型的交-交型变换器，具有两组独立的交流输出端口，可以直接实现不同频率的交交变换。相比传统的变换器，可以节省25％的桥臂数量和50％的桥臂电感数量，同时，九桥臂模块化多电平变换器采用半桥结构的子模块。

可选地，升压变压器T1的额定容量可以为3000MVA，等值阻抗R

矩阵式交交变频器的每个双向开关由两个IGBT和两个二极管反并联而成,控制策略采用空间矢量调制法,，采用四步换流法来实现IGBT双向开关的安全换流。

平波电抗器电感可以为L＝0.2H。

在本发明的一个实施例中，参见图2，降压模块12包括降压变压器T2；

降压变压器T2，输入端与海底电缆DL连接，输出端用于与海上平台互连电网30连接。

具体地，降压变压器T2用于对低频电能进行降压，并用降压后的电能为海上平台供电。

在本发明的一个实施例中，参见图2，降压模块12还包括第二变频器INV2；

第二变频器INV2，输入端与海底电缆DL连接，输出端与降压变压器T2的输入端连接。

在本发明实施例中，可以通过第二变频器INV2对低频电能进行变频处理，使其频率为海上平台所需电能的频率。

在本发明的一个实施例中，参见图2，降压模块12还包括第二电抗器L2；

第二电抗器L2，第一端与第二变频器INV2的输入端连接，第二端接地。

本发明实施例通过低频输电方式传输电能，首先在陆上升压后，将工频电能通过第一变频器INV1转换为低频电能，低频电能通过海底电缆DL传输到海上平台后通过低频变压器降压，给海上平台供电。海上平台的主要用电设备为各类电机，第一变频器INV1将工频电能改变频率后驱动各种旋转负荷。平台的其他负荷主要为照明与取暖负荷，在进行少量改造或不进行改造即可使用低频电能工作。因此使用适当频率的低频电能可以直接代替工频电能给海上平台供电，而几乎不产生平台设备改装费用。低频传输电能通过降低频率提升电缆载流量的同时，能够减小电缆中的充电电流，提高电缆的有效负荷能力，大大延长电能传输距离；不需要建设海上换流站，使得建设和维护成本都大幅降低，且具有交流电网易于海上组网的优势。

对应于上述海上平台低频输电系统，本发明实施例还提供了一种海陆电网系统，包括陆上电网母线20、海上平台互连电网30和如上所述的任一种海上平台低频输电系统；

海上平台低频输电系统分别与陆上电网母线20和海上平台互连电网30连接。

海陆电网系统的具体说明可以参照海上平台低频输电系统的具体描述，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

由上述描述可知，合理地设计海上平台组网方式和输电系统连接方式可以提高陆基供电的可靠性，降低因输电中断带来的损失，同时在保证输电质量和输电容量的前提下节省建设输电设备的成本。

通过实际应用，在同样条件下，低频输电的输送功率极限可达约1800MW，而常规的500kV交流系统输送功率则不超过800MW，因此，低频输电能够大幅度地提高输电系统的输送能力。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的海上平台低频输电系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的海上平台低频输电系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。