具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护范围。

本实施例提供一种新型低碳特高压换流站能量利用系统，如图1所示，一种新型低碳特高压换流站能量利用系统包括：换流单元1、热泵循环单元 2、有机朗肯循环单元3、主循环泵4、去离子装置5、氮气稳压装置6、电动比例阀7、储能装置8、发电装置9、废水闪蒸回收装置10、换流变压器风机11、逆变器装置12，所述换流单元1产生的热量通过所述热泵循环单元2传递到所述有机朗肯循环单元3，所述有机朗肯循环单元3将所述热量转化为电量用于所述系统动力部件的运行。

具体的，如图2所示，换流单元1的核心为特高压换流阀101，特高压换流阀101是特高压直流输电工程的核心设备，是实现交直流电转换的核心功能部分，所述特高压换流阀101的关键发热部件包括晶闸管1011、散热器 1012、阻尼电阻1013及饱和电抗器1014，所述特高压换流阀101的元器件在运行过程中会产生很高的热量。所述晶闸管1011连接在散热器1012上，所述散热器1012、阻尼电阻1013以及饱和电抗器1014之间并联连接。特高压换流阀101内用于冷却的冷却介质是电导率低于0.03μs/cm的去离子水，所述晶闸管1011产生的热量通过导热的方式传递给散热器1012，所述散热器1012通过对流换热的方式将热量传递到冷却介质中，所述阻尼电阻1013 和饱和电抗器1014产生的热量直接通过对流换热的方式将热量传递到冷却介质中。

主循环泵4连接在换流单元1的出口端和热泵循环单元2的入口端之间，冷却介质从所述高压换流阀101中流出，流经主循环泵4进入热泵循环单元 2。主循环泵4是所述系统的动力部件，所述主循环泵4为特高压换流阀101 内的冷却介质的流动提供动力，克服冷却介质在所述散热器1012、阻尼电阻 1013以及饱和电抗器1014内的流动阻力，主循环泵4的扬程选取范围为散热器1012支路流动阻力的1.05-1.1倍。

如图3所示，热泵循环单元2包括蒸发器201、压缩机202、热泵冷凝器203以及节流阀204，所述热泵循环单元2入口端与主循环泵4连接，热泵循环单元2出口端与换流单元1入口端连接。所述蒸发器201与所述压缩机202连接，所述压缩机202与所述热泵冷凝器203连接，所述热泵冷凝器 203与所述节流阀204连接，所述节流阀204与蒸发器201连接，形成闭环连接。从特高压换流阀101流出的冷却介质流经主循环泵4进入到热泵循环单元2中，热泵循环单元2通过蒸发器201吸收所述冷却介质中的热量，所述蒸发器201吸收的热量通过压缩机202的作用传递到热泵冷凝器203中，所述压缩机202为热量的传递提供动力。所述热量在热泵冷凝器203中释放加热循环水。

所述冷却介质在换流单元1内吸收了晶闸管1011、阻尼电阻1012以及饱和电抗器1013运行时产生的热量，温度升高到60-65℃，从特高压换流阀 101中流出，流入热泵循环单元2，经过热交换后温度降低到35-40℃，重新流回换流单元1内，进行循环流动。

在热泵循环单元2的出口端与换流单元1的入口端之间安装去离子装置 5，所述去离子装置5用于保证冷却介质的电导率符合运行要求，经冷却后的一部分冷却介质先流经去离子装置5再进入换流单元1中。所述去离子装置5内设置调节阀门，根据所述系统内冷却介质的电导率实时调整冷却介质的流量，保证冷却介质的电导率符合系统运行的需求。去离子装置5连接废水闪蒸回收装置10，由去离子装置5排出的废水流入废水闪蒸回收装置10中，所述废水闪蒸回收装置10对废水进行回收处理，实现零污水排放。

在热泵循环单元2的出口端与换流单元1的入口端之间安装氮气稳压装置6，所述氮气稳压装置6与去离子装置5相连，经冷却后的一部分冷却介质先流经去离子装置5再流经氮气稳压装置6之后，再流入换流单元1中。所述氮气稳压装置6用于保证系统压力符合运行要求，所述氮气稳压装置6 包括氮气瓶及减压阀门，氮气瓶用于存储氮气，减压阀门根据所述系统内压力的大小实时调节阀门的开度，保证所述系统内的压力平衡。

在换流单元1与主循环泵4之间安装电动比例阀7，所述电动比例阀根据外界环境的温度来调节阀门的开度，控制流经热泵循环单元2的冷却介质的流量。

如图4所示，有机朗肯循环单元包括高压蒸发器301、膨胀螺杆机302、冷凝介质回收器303以及动力泵304，所述有机朗肯循环单元3一端与热泵循环单元2连接。所述高压蒸发器301与膨胀螺杆机302连接，所述膨胀螺杆机302与冷凝介质回收器303连接，所述冷凝介质回收器303与动力泵304 连接，所述动力泵304与高压蒸发器301连接，形成闭环连接。经过热泵循环单元2加热的循环水，流入有机朗肯循环单元3中，被加热到120℃的循环水通过高压蒸发器301的作用将热量传递给蒸发循环介质，冷却后的循环水流回到热泵冷凝器203中进行循环流动。吸收热量的蒸发循环物质到膨胀螺杆机302内做功，将机械能转换为电能，释放能量的蒸发循环物质流动到冷凝介质回收器303中进行回收，在动力泵304的驱动下，流回到高压蒸发器301中，进行循环流动。

有机朗肯循环单元3与储能装置8和换流变压器风机11连接，有机朗肯循环单元3产生的电量，首先满足环流变压器风机11的运行，多余的电量则储存在储能装置8中。所述储能装置8可以输出直流120V、220V、交流 220V及交流380V电源，储能装置8输出的电量可以满足主循环4、去离子装置5、氮气稳压装置6及电动比例阀7中动力部件的运行需求，可以满足高压换流阀101内空调系统的运行需求，还可以满足高压环流站内运维人员日常生活、办公的电量需求，在存储电量较多的情况下则可以满足热泵循环单元2和有机朗肯循环单元3中动力部件的运行需求。

发电装置9包括风力发电系统和光伏发电系统，根据高压换流站所处的地理环境及位置，可以进行风力发电系统、光伏发电系统、风力发电系统与光伏发电系统的不同组合进行发电装置的适配，发电装置9与逆变器装置12 连接，发电装置9产生的电量通过逆变器装置12来驱动热泵循环单元2与有机朗肯循环单元3的运行。

综上，本发明可获得的有益技术效果如下：

(1)本系统提出“热泵循环单元”与“有机朗肯循环单元”的组合将高压换流阀内排出的冷却水的热量进行回收利用，极大的减少了能源的浪费，有效提高了特高压换流站的经济效益。

(2)采用循环冷却介质进行特高压换流阀的冷却，取消了原有的闭式冷却塔及空冷器的应用，减少了土地资源及水资源的浪费。

(3)“热泵循环单元”、“有机朗肯循环单元”和“电动比例阀”的配合设计，最大限度的保证了高压换流阀冷却介质进阀的温度恒定，提高了晶闸管、阻尼电阻以及饱和电抗器等关键元器件的运行可靠性。

(4)所述新型低碳高压换流站能量利用系统，可以根据环境条件动态协调各个系统的运行关系，大幅度降低高压换流站的二氧化碳的排放量，实现特高压换流站低碳运行。

(5)本系统采用的废水闪蒸处理，应用在特高压换流站领域，减少水资源的浪费。