一种海上漂浮式光伏电能汇集送出系统

本发明属于海上电气电工，尤其是一种海上漂浮式光伏电能汇集送出系统。

背景技术：

1、传统的光伏系统通常安装在陆地地表或建筑物表面，占据大量空间因此造成土地资源紧张，而水上光伏系统作为解决上述问题的有效途径，不仅可以节省土地，减少水体的蒸发过程，而且由于水对组件的冷却清洁作用，发电效率和光伏电池退化情况也会得到改善。因为桩基式水上光伏使用场景受限，海上漂浮式光伏正在受到社会各界的广泛关注。我国50m水深内海上光伏可开发量超过10亿kw，产业规模可达10万亿元以上，漂浮式光伏将成为未来零碳能源发展的主要方向之一。

2、发明人发现，目前海上漂浮式光伏项目还未有长期稳定运行的成功示范，已投运的漂浮式光伏项目多位于内陆的水库或煤矿沉陷区，规模容量较大且水面较平稳，因此常沿用陆地光伏汇集方案。其浮体间位移小且频率低，电缆大都通过浮体支撑水平铺设于水面，但海上环境浮体相对位移更大，跨浮体电缆易频繁扭拉造成疲劳损伤，无法满足稳定运行要求；其升压环节多通过固定升压站平台完成，而海上漂浮式光伏通过位于浮体上的箱变完成升压并通过海缆汇集，普通海缆动态特性较差，在波浪载荷下故障频发，容易弯曲断裂，且水下维护修复作业困难，会带来很大损失；其汇流箱与集中式逆变器的组合也无法满足海上项目成本压力下发电效率和防护等级的要求。当前还有风光联合发电项目将光伏的逆变和升压环节置于风机塔筒中，防护散热环境更好，但该技术方案需利用风机设备，适用性较差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种海上漂浮式光伏电能汇集送出系统，能够在海洋恶劣环境下实现光伏电能高效安全、经济可靠地汇集并送出，为电气系统及整个场站的稳定运行奠定基础。

2、本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

3、一种海上漂浮式光伏电能汇集送出系统，包括浮体、光伏组件、电缆、光伏逆变器、箱式变压器和海上升压站；其中，电缆包括光伏直流电缆、低压交流电缆、中压交流动态电缆和海底电缆，光伏组件固定于浮体表面形成光伏阵列，光伏组件通过光伏直流电缆进行串并联形成光伏组串，光伏组件产生的电能以直流电的形式汇流至光伏逆变器，通过光伏逆变器转换成低压交流电，再通过低压交流电缆汇集至箱式变压器，升压后通过中压交流动态电缆送至海上升压站，进一步升压后再通过海底电缆送出至陆地并网。

4、而且，所述浮体采用浮筒式浮体，包括底部浮筒和桁架，其中桁架安装在底部浮筒上方，浮体用于光伏组件、电缆和光伏逆变器的布置与安装。

5、而且，所述光伏电缆采用符合第五类导体柔性要求的铜导体单芯直流电缆，截面根据光伏组件工作电流、组串电压和回路允许压降综合计算得到。

6、而且，所述光伏直流电缆穿过电缆导管铺设，电缆导管通过夹具固定在浮体上方的径向桁架。

7、所述光伏逆变器至箱式变压器间的低压交流电缆设置在多个浮体集成发电单元内部，并且沿浮筒的路径规划走线铺设在浮筒上，用于保证发电单元整体受力均衡稳定；

8、所述中压交流动态电缆采用光电复合电缆，用于监测数据及控制信号的回传，并具备高精度状态监测及故障快速定位功能。

9、而且，所述低压交流电缆跨接浮体时将其引至上方桁架端点处，留出裕量构造波浪线型并校验弯曲半径，用于缓解浮体相对位移带来的疲劳损伤；低压交流电缆的网络结构为星形拓扑，每台光伏逆变器与箱式变压器直接相连并于电缆两端配置断路器，以提高故障情况下集电系统的可靠性。

10、而且，所述箱式变压器至海上升压站间的中压交流动态电缆选用动态海缆，通过配重块和浮力块实现多缓波线型来适应不同水域的波浪条件。

11、而且，所述光伏逆变器为组串式智能化逆变器，安装在浮体中心，满足ip66防护等级和c5防腐要求，具备故障监测和安全防护功能。

12、而且，所述箱式变压器采用预制舱型式的干式欧式箱变，在发电单元内部居中布置。

13、而且，所述海上升压站建设在远高于海平面的桩基式固定平台上，将场站所有电能二次升压至高压等级后经海底电缆送至岸上并网。

14、而且，所述海上升压站包括电气二次系统，用于实现数据通信、控制调度和监测保护功能，配置传感测量模块、继电保护装置和数据交换机，并通过光纤实现有线组网，满足视频流及传感器信息承载。

15、本发明的优点和积极效果是：

16、1、本发明通过相互连接的浮体、光伏组件、电缆、光伏逆变器、箱式变压器和海上升压站构建了一种海上漂浮式光伏电能汇集送出系统，通过将光伏组件固定于浮体结构上方支架，并且通过光伏直流电缆完成串并联后接入光伏逆变器，完成逆变后通过低压交流电缆跨越浮体汇集接入到发电单元的箱式变压器进行就地升压，完成一次升压后通过耐疲劳抗扭拉的中压交流动态电缆输送至海上升压站，二次升压后通过海底静态高压直流电缆送出至陆地并网。本发明能够缓解因海洋风浪载荷和盐雾腐蚀等环境因素带来的电气设备可靠性和安全性低、效率和经济性差等问题，在海洋恶劣环境下实现光伏电能高效安全、经济可靠地汇集并送出，为电气系统及整个场站的稳定运行奠定基础。

17、2、本发明内部搭载的光伏直流电缆距离海面较高并且穿过电缆保护管，具备更好的防水阻燃效果和耐紫外线性能；低压交流电缆沿主浮管铺设并在浮体跨接处优化线型，保持浮体载荷平稳防止风浪过大时倾覆，同时缓解应力反复作用于电缆带来的疲劳损伤，延长使用寿命；低压集电网络采用星形拓扑提高可靠性，有效降低系统故障时的发电量缺额，保障电站收益；光伏逆变器选用组串式可以大幅缩短直流环节，降低系统故障率，具备ip66和c-5及以上防护防腐等级和多路mppt及rcd，提高系统效率和安全性。预装型欧式干式箱变，重量轻便，结构紧凑，安装快捷，通过气体冷却绝缘避免漏油对生态环境的影响。中压交流动态电缆的多缓波线型能承受海洋环境长期反复的波浪载荷，其故障检测定位功能可大幅缩短海缆运维时间，通过上述部件够了本发明的海上漂浮式光伏电能汇集送出系统，本发明能够在海洋工况下实现光伏电能安全可靠、经济高效地汇集送出。

技术特征：

1.一种海上漂浮式光伏电能汇集送出系统，其特征在于：包括浮体、光伏组件、电缆、光伏逆变器、箱式变压器和海上升压站；其中，电缆包括光伏直流电缆、低压交流电缆、中压交流动态电缆和海底电缆，光伏组件固定于浮体表面形成光伏阵列，光伏组件通过光伏直流电缆进行串并联形成光伏组串，光伏组件产生的电能以直流电的形式汇流至光伏逆变器，通过光伏逆变器转换成低压交流电，再通过低压交流电缆汇集至箱式变压器，升压后通过中压交流动态电缆送至海上升压站，进一步升压后再通过海底电缆送出至陆地并网。

2.根据权利要求1所述的一种海上漂浮式光伏电能汇集送出系统，其特征在于：所述浮体采用浮筒式浮体，包括底部浮筒和桁架，其中桁架安装在底部浮筒上方，浮体用于光伏组件、电缆和光伏逆变器的布置与安装。

3.根据权利要求1所述的一种海上漂浮式光伏电能汇集送出系统，其特征在于：所述光伏直流电缆采用符合第五类导体柔性要求的铜导体单芯直流电缆，截面根据光伏组件工作电流、组串电压和回路允许压降综合计算得到。

4.根据权利要求1所述的一种海上漂浮式光伏电能汇集送出系统，其特征在于：所述光伏直流电缆穿过电缆导管铺设，电缆导管通过夹具固定在浮体上方的径向桁架。

5.根据权利要求1所述的一种海上漂浮式光伏电能汇集送出系统，其特征在于：所述低压交流电缆跨接浮体时将其引至上方桁架端点处，留出裕量构造波浪线型并校验弯曲半径，用于缓解浮体相对位移带来的疲劳损伤；低压交流电缆的网络结构为星形拓扑，每台光伏逆变器与箱式变压器直接相连并于电缆两端配置断路器，用于提高故障情况下集电系统的可靠性。

6.根据权利要求1所述的一种海上漂浮式光伏电能汇集送出系统，其特征在于：所述箱式变压器至海上升压站间的中压交流动态电缆选用动态海缆，并通过配重块和浮力块实现多缓波线型来适应不同水域的波浪条件。

7.根据权利要求1所述的一种海上漂浮式光伏电能汇集送出系统，其特征在于：所述光伏逆变器为组串式智能化逆变器，安装在浮体中央位置处，满足ip66防护等级和c5防腐要求，具备故障监测和安全防护功能。

8.根据权利要求1所述的一种海上漂浮式光伏电能汇集送出系统，其特征在于：所述箱式变压器采用预制舱型式的干式欧式箱变，在发电单元内部居中布置。

9.根据权利要求1所述的一种海上漂浮式光伏电能汇集送出系统，其特征在于：所述海上升压站建设在远高于海平面的桩基式固定平台上，将场站所有电能二次升压至高压等级后经海底电缆送至岸上并网。

10.根据权利要求1所述的一种海上漂浮式光伏电能汇集送出系统，其特征在于：所述海上升压站包括电气二次系统，用于实现数据通信、控制调度和监测保护功能，配置传感测量模块、继电保护装置和数据交换机，并通过光纤实现有线组网，满足视频流及传感器信息承载。

技术总结本发明涉及一种海上漂浮式光伏电能汇集送出系统，通过相互连接的浮体、光伏组件、电缆、光伏逆变器、箱式变压器和海上升压站构建了一种海上漂浮式光伏电能汇集送出系统，将光伏组件固定于浮体结构上方支架，并且通过光伏直流电缆完成串并联后接入光伏逆变器，完成逆变后通过低压交流电缆跨越浮体汇集接入到发电单元的箱式变压器进行就地升压，完成一次升压后通过耐疲劳抗扭拉的中压交流动态电缆输送至海上升压站，二次升压后通过海底电缆送出至陆地并网。本发明能够缓解因海洋风浪载荷和盐雾腐蚀等环境因素带来的电气设备可靠性和安全性低、效率和经济性差等问题，在海洋恶劣环境下实现光伏电能高效安全、经济可靠地汇集并送出。技术研发人员：俞露杰,王志远,孔祥玉,朱介北受保护的技术使用者：天津大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29