风电场输电系统的制作方法

本实用新型总体说来涉及风电场技术领域，更具体地讲，涉及一种用于抑制直流故障的风电场输电系统。

背景技术：

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)是由多个结构相同的子模块(Sub-module，SM)级联构成，子模块的结构可分为半H桥型、全H桥型和箝位双子模块型三种。近年来，模块化多电平换流器已成为柔性直流输电系统的首选换流器拓扑。

然而，当海上风电场经由模块化多电平换流器拓扑进行并网时，一旦直流线路发生短路故障，即使所有子模块中的功率器件管全部关断，换流站通过与功率器件管反并联的二极管，仍然会向故障点馈入电流，严重影响了输电系统安全性能，亟待改进。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种用于抑制直流故障的风电场输电系统，可以在直流故障时阻断直流故障电流，从而起到保护作用。

本实用新型提供一种风电场输电系统，所述风电场输电系统包括换流器、限流支路、第一二极管阀和直流母线，所述限流支路与第一二极管阀并联；所述直流母线、并联的所述限流支路与第一二极管阀及所述换流器依次连接；其中：当所述换流器从交流系统接收交流电压并将交流电压转换为直流电压进行输出时，所述第一二极管阀截止，从而使所述直流母线通过所述限流支路接收所述换流器输出的直流电压；当所述直流母线输出从机侧变流器接收的直流功率时，所述第一二极管阀导通，所述限流支路被短接。

可选地，所述限流支路包括限流器件，其中，所述限流器件的一端连接所述第一二极管阀的阳极，所述限流器件的另一端连接所述第一二极管阀的阴极。

可选地，所述限流支路还包括第二二极管阀，其中，所述第二二极管阀的阳极连接所述限流器件的一端，所述第二二极管阀的阴极连接所述第一二极管阀的阳极；所述限流器件的另一端连接所述第一二极管阀的阴极。

可选地，所述风电场输电系统还包括第一开关和电阻器，其中，所述第一开关和所述电阻器并联连接在所述换流器和所述交流系统之间；当所述换流器开始将交流电压转换为直流电压进行输出时，所述第一开关闭合。

可选地，所述风电场输电系统还包括第二开关，其中，所述第二开关连接在并联连接的所述第一开关和所述电阻器与所述交流系统之间，并且当所述风电场输电系统启动时，所述第二开关闭合。

可选地，当所述限流器件的热极限功率达到预定阈值时，所述换流器停止将交流电压转换为直流电压进行输出，并且所述第二开关断开。

可选地，所述风电场输电系统还包括平波电抗器，其中，所述平波电抗器的一端连接所述限流器件的另一端，所述平波电抗器的另一端连接所述换流器。

可选地，所述风电场输电系统还包括换流变压器，其中，所述换流变压器的一端连接所述第二开关，另一端连接所述交流系统。

可选地，当所述换流器从所述交流系统接收交流电压并将交流电压转换为直流电压进行输出时，所述第二二极管阀导通。

可选地，所述风电场输电系统还包括：控制器，其中，所述控制器控制所述第一开关和所述第二开关的断开和闭合。

采用本实用新型的风电场输电系统，在直流线路发生短路故障时，通过直流侧并联的两条支路对直流短路故障进行抑制，可以使直流故障电流快速下降到零，从而起到保护作用。

附图说明

通过下面结合附图进行的详细描述，本实用新型的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：

图1示出根据本实用新型的一个实施例的风电场输电系统的电路示意图。

图2示出根据本实用新型的另一实施例的风电场输电系统的电路示意图。

具体实施方式

现在，将参照附图更充分地描述不同的示例实施例，其中，一些示例性实施例在附图中示出。

下面参照图1至图2描述根据本实用新型的实施例的风电场输电系统。

图1示出根据本实用新型的一个实施例的风电场输电系统的电路示意图。

参照图1，根据本实用新型的实施例的风电场输电系统10包括：换流器100、限流支路200、第一二极管阀300和直流母线400。

这里，限流支路200与第一二极管阀300并联；直流母线400、并联的限流支路200与第一二极管阀300及换流器100依次连接。具体地，限流支路200的一端和第一二极管阀300的阳极连接直流母线400，限流支路200的另一端和第一二极管阀300的阴极连接换流器100。

优选地，换流器100包括模块化多电平换流器。

当换流器100从交流系统500接收交流电压并将交流电压转换为直流电压进行输出时，第一二极管阀300截止，从而使直流母线400通过限流支路200接收换流器100输出的直流电压。

换言之，换流器100连接交流系统500，从而交流系统500对换流器100的所有子模块中的直流电容进行限流充电，当直流电容的电压稳定之后，换流器100输出稳定的直流电压。在此情况下，第一二极管阀300截止，以将换流器100输出的直流电压通过限流支路200传输至直流母线400，进而直流母线400将直流电压传输至机侧变流器600，从而使风机及其机侧变流器正常启动。

作为示例，直流母线400将直流电压传输至机侧变流器600内的取能电源，当取能电源正常工作时，为风机电源供电，从而使风机及其机侧变流器正常启动。

在上述“换流器100从交流系统500接收交流电压并将交流电压转换为直流电压进行输出”的过程中，当发生直流故障(例如，直流线路发生短路故障)时，控制换流器100闭锁，即换流器100停止将交流电压转换为直流电压进行输出，从而阻断直流故障电流。

这里，限流支路200在发生直流故障(例如，短路)时，可以防止换流器100过流过压，起到保护作用。

优选地，限流支路200包括限流器件210。具体地，限流器件210的一端连接第一二极管阀300的阳极，限流器件210的另一端连接第一二极管阀300的阴极。

作为示例，限流器件210可包括：电阻、直流断路器、全控型器件和半控型器件。

当直流母线400输出从机侧变流器600接收的直流功率时，第一二极管阀300导通，限流支路200被短接，从而使换流器100通过导通的第一二极管阀300接收直流母线400传输的直流功率，并将直流功率转换为交流功率传输给交流系统500。

换言之，在风机及其机侧变流器正常启动后，直流母线400接收机侧变流器600输出的直流功率，在此情况下，第一二极管阀300导通，以将直流母线400传输的直流功率通过导通的第一二极管阀300传输至换流器100，进而换流器100将接收的直流功率转换为交流功率，并将转换得到的交流功率传输至交流系统500，从而风电场输电系统稳定运行。应当理解，第一二极管阀300的内阻阻值远小于限流支路200的阻值，因此，当第一二极管阀300导通时，直流母线400传输的直流功率通过导通的第一二极管阀300传输至换流器100。

在上述“直流母线400输出从机侧变流器600接收的直流功率”的过程中，当发生直流故障(例如，直流线路发生短路故障)时，第一二极管阀300截止，从而使直流故障电流(例如，直流短路电流)快速下降到零，有效防止换流器100过压过流，起到保护的作用。

图2示出根据本实用新型的另一实施例的风电场输电系统的电路示意图。

参照图2并结合图1，根据本实用新型的实施例的限流支路200还包括：第二二极管阀700。

具体地，第二二极管阀700的阳极连接限流器件210的一端，第二二极管阀700的阴极连接第一二极管阀300的阳极；限流器件210的另一端连接第一二极管阀300的阴极。

当换流器100从交流系统500接收交流电压并将交流电压转换为直流电压进行输出时，第二二极管阀700导通，从而使直流母线400通过限流器件210接收换流器100输出的直流电压。

当直流母线400输出从机侧变流器600接收的直流功率时，第二二极管阀700截止，从而阻断电流，有效减少能量损耗。

应当理解，第一二极管阀300包括至少一个二极管，第二二极管阀700包括至少一个二极管。具体地，第一二极管阀300可包括单个二极管，或者包括串联连接的多个二极管，或者包括串联和并联混合连接的多个二极管。类似地，第二二极管阀700可包括单个二极管，或者包括串联连接的多个二极管，或者包括串联和并联混合连接的多个二极管。这里，二极管的数量和型号取决于风电场输电系统容量和电压等级，本实用新型对此不作限制。

风电场输电系统10还包括：第一开关800和电阻器900。

第一开关800和电阻器900并联连接在换流器100和交流系统500之间，当第一开关800断开时，换流器100通过电阻器900从交流系统500接收交流电压；当换流器100开始将交流电压转换为直流电压进行输出时，第一开关800闭合。

这里，电阻器900用于限制充电电流，避免因充电过快而损坏换流器100。

风电场输电系统10还包括第二开关110。

第二开关110连接在并联连接的第一开关800和电阻器900与交流系统500之间，并且当风电场输电系统10启动时，第二开关110闭合。

当限流器件210的热极限功率达到预定阈值时，换流器100停止将交流电压转换为直流电压进行输出，并且第二开关110断开，以切断放电线路。

优选地，第二开关110包括交流断路器。

风电场输电系统10还包括：控制器(未示出)。

应当理解，控制器可控制风电场输电系统10中的各个器件的动作。例如，控制器控制第一开关800和第二开关110的断开和闭合，以及，控制器控制换流器100的闭锁，本实用新型对此不作限制。

风电场输电系统10还包括平波电抗器120。

平波电抗器120的一端连接限流器件210的另一端，平波电抗器120的另一端连接换流器100。

这里，平波电抗器120起到限制电流的作用，从而防止换流器100过流过压。

风电场输电系统10还包括连接在第二开关110和交流系统500之间的换流变压器130。例如，换流变压器130的一端连接第二开关110，另一端连接交流系统500。

采用本实用新型的实施例的风电场输电系统，在直流线路发生短路故障时，通过直流侧并联的两条支路对直流短路故障进行抑制，可以使直流故障电流快速下降到零，从而起到保护作用。

尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本实用新型，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本实用新型的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。