一种适用于多风电场接入并网的柔性直流换流器拓扑的制作方法

本发明涉及风电场领域，尤其涉及一种适用于多风电场接入并网的柔性直流换流器拓扑。

背景技术：

现有的柔性直流输电换流器采用的拓扑有两种，一种是模块化多电平三相桥，一种是igbt串联的三相桥。前者输出波形正弦度高，无需另设滤波器，但换流器需要的元件较多，控制较复杂；后者输出波形正弦度不如前者，需要另设滤波器，但换流器所需元件较少，结构紧凑，控制相对简单。虽然元器件价格已经下降很多，但是采用这两种拓扑的换流器，造价仍明显高于基于晶闸管的高压直流输电，限制了柔性直流输电在风电领域的推广应用。

因此，提供一种新的柔性直流输电换流器拓扑来满足人们的需求为本领域技术人员需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种适用于多风电场接入并网的柔性直流换流器拓扑，该换流器用于±160kv直流输电系统中，适合多风电场接入，具有控制简单、造价成本较低的优点。

本发明实施例提供了一种适用于多风电场接入并网的柔性直流换流器拓扑，包括：

第一逆变单元子模块、第二逆变单元子模块、第三逆变单元子模块、第四逆变单元子模块、第一整流单元子模块、第二整流单元子模块、第三整流单元子模块、第四整流单元子模块、第一变压器、第二变压器、+160kv直流线路和-160kv直流线路；

所述第一逆变单元子模块、所述第二逆变单元子模块、所述第三逆变单元子模块、所述第四逆变单元子模块均通过所述变压器和电网连接；

所述第一整流单元子模块、所述第二整流单元子模块、所述第三整流单元子模块、所述第四整流单元子模块通过所述变压器和风电场母线连接；

所述第一逆变单元子模块和所述+160kv直流线路连接；

所述第四逆变单元子模块和所述-160kv直流线路连接；

所述第二逆变单元子模块、所述第三逆变单元子模块和大地连接。

所述第一整流单元子模块和所述+160kv直流线路连接；

所述第四整流单元子模块和所述-160kv直流线路连接；

所述第二整流单元子模块、所述第三整流单元子模块和大地连接。

优选地，所述第一逆变单元子模块包括四个第一可控三相逆变桥；

四个所述第一可控三相逆变桥的交流侧与所述第一变压器的10kv侧连接；

四个所述第一可控三相逆变桥的直流侧的20kv电容依次串联与所述+160kv直流线路连接；

所述第四逆变单元子模块包括四个第四可控三相逆变桥；

四个所述第四可控三相逆变桥的交流侧与所述第一变压器的10kv侧连接；

四个所述第四可控三相逆变桥的直流侧的20kv电容依次串联与所述-160kv直流线路连接。

优选地，所述第二逆变单元子模块包括四个第二可控三相逆变桥；

四个所述第二可控三相逆变桥的交流侧与所述第一变压器的10kv侧连接；

四个所述第二可控三相逆变桥的直流侧的20kv电容依次串联与所述大地连接；

所述第三逆变单元子模块包括四个第三可控三相逆变桥；

四个所述第三可控三相逆变桥的交流侧与所述第一变压器的10kv侧连接；

四个所述第三可控三相逆变桥的直流侧的20kv电容依次串联与所述大地连接；

优选地，所述第一整流单元子模块包括八个所述第一三相不控整流桥；

八个所述第一三相不控整流桥的交流侧与所述第二变压器的10kv侧连接；

八个所述第一三相不控整流桥的直流侧的10kv电容依次串联与所述+160kv直流线路连接；

所述第四整流单元子模块包括八个所述第四三相不控整流桥；

八个所述第四三相不控整流桥的交流侧与所述第二变压器的10kv侧连接；

八个所述第四三相不控整流桥的直流侧的10kv电容依次串联与所述-160kv直流线路连接。

优选地，所述第二整流单元子模块包括八个所述第二三相不控整流桥；

八个所述第二三相不控整流桥的交流侧与所述所述第二变压器的10kv侧连接；

八个所述第二三相不控整流桥的直流侧的10kv电容依次串联与所述大地连接；

所述第三整流单元子模块包括八个所述第三三相不控整流桥；

八个所述第三三相不控整流桥的交流侧与所述所述第二变压器的10kv侧连接；

八个所述第三三相不控整流桥的直流侧的10kv电容依次串联与所述大地连接。

优选地，所述第一变压器的35kv侧与所述电网连接。

优选地，所述第二变压器的35kv侧与所述风电场母线连接。

优选地，所述第一逆变单元子模块与所述第二逆变单元子模块连接；

所述第二逆变单元子模块与所述第三逆变单元子模块连接；

所述第三逆变单元子模块与所述第四逆变单元子模块连接。

优选地，所述第一整流单元子模块与所述第二整流单元子模块连接；

所述第二整流单元子模块与所述第三整流单元子模块连接；

所述第三整流单元子模块与所述第四整流单元子模块连接。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例提供了一种适用于多风电场接入并网的柔性直流换流器拓扑，包括：第一逆变单元子模块、第二逆变单元子模块、第三逆变单元子模块、第四逆变单元子模块、第一整流单元子模块、第二整流单元子模块、第三整流单元子模块、第四整流单元子模块、第一变压器、第二变压器、+160kv直流线路和-160kv直流线路；所述第一逆变单元子模块、所述第二逆变单元子模块、所述第三逆变单元子模块、所述第四逆变单元子模块均通过所述变压器和电网连接；所述第一整流单元子模块、所述第二整流单元子模块、所述第三整流单元子模块、所述第四整流单元子模块通过所述变压器和风电场母线连接；所述第一逆变单元子模块和所述+160kv直流线路连接；所述第四逆变单元子模块和所述-160kv直流线路连接；所述第二逆变单元子模块、所述第三逆变单元子模块和大地连接。所述第一整流单元子模块和所述+160kv直流线路连接；所述第四整流单元子模块和所述-160kv直流线路连接；所述第二整流单元子模块、所述第三整流单元子模块和大地连接。本发明实施例提供的一种适用于多风电场接入并网的柔性直流换流器拓扑，该换流器用于±160kv直流输电系统中，适合多风电场接入，具有控制简单、造价成本较低的优点。

进一步地，本发明实施例在风电场侧采用不控整流桥，显著降低柔性直流系统的造价和控制的复杂性，有利于多风电场的接入，只要求风电场的母线电压保持稳定即可，在电网侧可对各逆变桥进行独立控制，无需相互协调，降低控制的难度；本发明实施例在电磁兼容、高压绝缘等问题无需逆变桥承担，而转由变压器承担，便于工程实现；本发明实施例中的三相桥逆变桥和不控整流桥结构简单、技术成熟，可形成模块化按标准生产，降低制造成本。整个换流器在设计时可冗余设计，当一个模块出现故障时及时切换至备用模块，提高系统可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种适用于多风电场接入并网的柔性直流换流器拓扑的结构示意图；

图2为逆变单元子模块的结构示意图；

图3为可控三相逆变桥的结构示意图；

图4为整流单元子模块的结构示意图；

图5为不控三相整流桥的结构试图；

图6为逆变单元子模块之间连接关系示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种适用于多风电场接入并网的柔性直流换流器拓扑，该换流器用于±160kv直流输电系统中，适合多风电场接入，具有控制简单、造价成本较低的优点。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供的一种适用于多风电场接入并网的柔性直流换流器拓扑的一个实施例，包括：

第一逆变单元子模块、第二逆变单元子模块、第三逆变单元子模块、第四逆变单元子模块、第一整流单元子模块、第二整流单元子模块、第三整流单元子模块、第四整流单元子模块、第一变压器、第二变压器、+160kv直流线路和-160kv直流线路；

第一逆变单元子模块、第二逆变单元子模块、第三逆变单元子模块、第四逆变单元子模块均通过变压器和电网连接；

第一整流单元子模块、第二整流单元子模块、第三整流单元子模块、第四整流单元子模块通过变压器和风电场母线连接；

第一逆变单元子模块和+160kv直流线路连接；

第四逆变单元子模块和-160kv直流线路连接；

第二逆变单元子模块、第三逆变单元子模块和大地连接。

第一整流单元子模块和+160kv直流线路连接；

第四整流单元子模块和-160kv直流线路连接；

第二整流单元子模块、第三整流单元子模块和大地连接。

在本实施例中，第一逆变单元子模块、第二逆变单元子模块、第三逆变单元子模块、第四逆变单元子模块为相同的逆变单元子模块，此处用第一、第二、第三和第四是为了突出第一逆变单元子模块与其他三个逆变单元子模块在本发明实施例中所处的位置(连接关系)、所起的功能有所区别。相同的，第一整流单元子模块、第二整流单元子模块、第三整流单元子模块、第四整流单元子模块也为相同的整流单元子模块，第一变压器、第二变压器也为相同的变压器。

本发明实施例提供了一种适用于多风电场接入并网的柔性直流换流器拓扑，该换流器用于±160kv直流输电系统中，适合多风电场接入，具有控制简单、造价成本较低的优点。

请参阅图1至图6，本发明实施例提供的一种适用于多风电场接入并网的柔性直流换流器拓扑的一个实施例，包括：

第一逆变单元子模块、第二逆变单元子模块、第三逆变单元子模块、第四逆变单元子模块、第一整流单元子模块、第二整流单元子模块、第三整流单元子模块、第四整流单元子模块、第一变压器、第二变压器、+160kv直流线路和-160kv直流线路；

第一逆变单元子模块、第二逆变单元子模块、第三逆变单元子模块、第四逆变单元子模块均通过变压器和电网连接；

第一整流单元子模块、第二整流单元子模块、第三整流单元子模块、第四整流单元子模块通过变压器和风电场母线连接；

第一逆变单元子模块和+160kv直流线路连接；

第四逆变单元子模块和-160kv直流线路连接；

第二逆变单元子模块、第三逆变单元子模块和大地连接。

第一整流单元子模块和+160kv直流线路连接；

第四整流单元子模块和-160kv直流线路连接；

第二整流单元子模块、第三整流单元子模块和大地连接。

进一步地，第一逆变单元子模块包括四个第一可控三相逆变桥；

四个第一可控三相逆变桥的交流侧与第一变压器的10kv侧连接；

四个第一可控三相逆变桥的直流侧的20kv电容依次串联与+160kv直流线路连接；

第四逆变单元子模块包括四个第四可控三相逆变桥；

四个第四可控三相逆变桥的交流侧与第一变压器的10kv侧连接；

四个第四可控三相逆变桥的直流侧的20kv电容依次串联与-160kv直流线路连接。

进一步地，第二逆变单元子模块包括四个第二可控三相逆变桥；

四个第二可控三相逆变桥的交流侧与第一变压器的10kv侧连接；

四个第二可控三相逆变桥的直流侧的20kv电容依次串联与大地连接；

第三逆变单元子模块包括四个第三可控三相逆变桥；

四个第三可控三相逆变桥的交流侧与第一变压器的10kv侧连接；

四个第三可控三相逆变桥的直流侧的20kv电容依次串联与大地连接；

进一步地，第一整流单元子模块包括八个第一三相不控整流桥；

八个第一三相不控整流桥的交流侧与第二变压器的10kv侧连接；

八个第一三相不控整流桥的直流侧的10kv电容依次串联与+160kv直流线路连接；

第四整流单元子模块包括八个第四三相不控整流桥；

八个第四三相不控整流桥的交流侧与第二变压器的10kv侧连接；

八个第四三相不控整流桥的直流侧的10kv电容依次串联与-160kv直流线路连接。

进一步地，第二整流单元子模块包括八个第二三相不控整流桥；

八个第二三相不控整流桥的交流侧与第二变压器的10kv侧连接；

八个第二三相不控整流桥的直流侧的10kv电容依次串联与大地连接；

第三整流单元子模块包括八个第三三相不控整流桥；

八个第三三相不控整流桥的交流侧与第二变压器的10kv侧连接；

八个第三三相不控整流桥的直流侧的10kv电容依次串联与大地连接。

进一步地，第一变压器的35kv侧与电网连接。

进一步地，第二变压器的35kv侧与风电场母线连接。

在本应用例中，设置在逆变站中的四个逆变单元子模块，以及设置在整流站中的四个整流单元子模块。

每个逆变单元子模块包含四个可控三相逆变桥，四个可控三相逆变桥的交流侧分别接入逆变站变压器10kv侧，逆变站变压器35kv则接入电网，如上述，在四个逆变单元子模块(即第一逆变单元子模块、第二逆变单元子模块、第三逆变单元子模块、第四逆变单元子模块)中，四个第一可控三相逆变桥的直流侧20kv电容依次串联，接入+160kv直流线路，四个第二可控三相逆变桥的直流侧20kv电容依次串联，接入-160kv直流线路，四个第三三相逆变桥和四个第四三相逆变桥同直流线路的地极(即上述大地)相连。

每个整流单元子模块包含八个三相不控整流桥，八个三相不控整流桥的交流侧分别接入整流站变压器副边的10kv侧，整流站变压器35kv侧接至风电场母线，如上述，在四个整流单元子模块中(即第一整流单元子模块、第二整流单元子模块、第三整流单元子模块、第四整流单元子模块通过变压器)，八个第一三相不控整流桥的直流侧10kv电容依次串联，接入+160kv直流线路，八个第二三相不控整流桥的直流侧10kv电容依次串联，接入-160kv直流线路，八个第三三相不控整流桥和八个第四三相不控整流桥的直流侧10kv电容依次串联，同直流线路的地极(即上述大地)相连。

如图3所示，三相逆变桥，采用可关断器件，由igbt及反并联的二极管构成，三相逆变桥的控制方式采取dq解耦内外双环形式的间接电流控制法，控制目标为恒定直流电压和可控无功功率，具体实现为现有技术，本发明不予赘述。控制回路的电源由10kv母线通过变压器转换获得。

如图5所示，三相不控整流桥，采用二极管构成，无需采用控制，直接将风电场35kv母线进行整流。

逆变站一侧与电网相连，另一侧与整流站相连；整流站一侧与逆变站相连，另一侧与风电场相连。需要说明的是，在图1中，画出了两个风电场连接，即有a风电场和b风电场，则图中也描绘出两个整流站，每个整流站实际包含四个整流单元子模块。

进一步地，第一逆变单元子模块与第二逆变单元子模块连接；

第二逆变单元子模块与第三逆变单元子模块连接；

第三逆变单元子模块与第四逆变单元子模块连接。

进一步地，第一整流单元子模块与第二整流单元子模块连接；

第二整流单元子模块与第三整流单元子模块连接；

第三整流单元子模块与第四整流单元子模块连接。

如图6所示，此处图6以逆变单元子模块为例，整流单元子模块之间的连接关系与逆变单元子模块之间的连接关系一致。第一逆变单元子模块和第二逆变单元子模块之间的连接是通过第一逆变单元子模块中的其中一个直流侧20kv电容和第二逆变单元子模块的其中一个直流侧20kv电容进行连接的。第二逆变单元子模块的另一个直流侧20kv电容(区别于第二逆变单元子模块与第一逆变单元子模块连接的直流侧20kv电容)与第三逆变单元子模块的其中一个直流侧20kv电容连接，并接入大地。同理第四逆变单元子模块和第三逆变单元子模块的连接关系不再反复赘述。

在图1中，其余风电场类似于b风电场一样接入，接入点是直流回路的+160kv线路以及-160kv线路。直流回路包括+160kv线路、-160kv线路和地极(零电位)，地电位是相同的所以各风电场无需连接在一起。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。