风力发电机组的直流配电系统的制作方法

本实用新型总体说来涉及风电场技术领域，更具体地讲，涉及一种风力发电机组的直流配电系统。

背景技术：

风力发电机组是将采集的风能转换为电能的机组设备。传统的风力发电机组的配电系统通常采用交流方式传输电能，即将整流器、逆变器和电网变压器均设置在风力发电机组的塔底，并通过交流电缆将电能从塔底传输至风力发电机组的机舱，从而为机舱内的用电设备提供电能。

然而，随着风力发电机组的容量不断增大，风力发电机组的叶轮直径和机舱重量也越来越大，机舱内的供电容量需求也快速增加，这会造成交流电缆直径增大、敷设困难。并且，风力发电机组的机舱内和塔底内的供电可能会出现多种电压等级，这会导致风力发电机组的配电系统结构复杂。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种具有简单结构的风力发电机组的直流配电系统，通过高压直流母线进行电力传输，从而提高传输效率且有效减少电缆的敷设。

本实用新型提供一种风力发电机组的直流配电系统，包括：高压直流母线；并网变压器，连接到电网；整流器，所述整流器的输入端连接到所述风力发电机组中的发电机且所述整流器的输出端连接到所述高压直流母线；逆变器，所述逆变器的输入端连接到所述高压直流母线且所述逆变器的输出端连接到所述并网变压器，从而将所述高压直流母线的直流电压转换为交流电压之后经由所述并网变压器输出给电网。

可选地，所述直流配电系统还包括：位于所述风力发电机组的塔底内的自用电整流器，所述自用电整流器连接在所述并网变压器与所述高压直流母线之间，其中，当风力发电机组处于不发电状态时，所述自用电整流器从所述并网变压器接收交流电压，并将接收到的交流电压转换成直流电压而输出给所述高压直流母线。

可选地，所述整流器位于所述风力发电机组的机舱内，所述逆变器位于所述风力发电机组的塔底内。

可选地，所述直流配电系统还包括：负载，所述负载从所述高压直流母线接收供电。

可选地，所述负载包括：位于所述风力发电机组的机舱内的第一负载和位于所述风力发电机组的塔底内的第二负载。

可选地，所述直流配电系统还包括：第一低压直流母线；第一直流/直流转换器，所述第一直流/直流转换器的输入端连接到所述高压直流母线且所述第一直流/直流转换器的输出端连接到所述第一低压直流母线，其中，所述第一负载包括：第一直流紧急负载，从所述第一低压直流母线接收供电，其中，所述第一直流/直流转换器和所述第一低压直流母线均位于所述风力发电机组的机舱内。

可选地，所述直流配电系统还包括：第一交流母线；第一直流/交流转换器，所述第一直流/交流转换器的输入端连接到所述高压直流母线且所述第一直流/交流转换器的输出端连接到所述第一交流母线；第一交流/直流转换器，所述第一交流/直流转换器的输入端连接到所述第一交流母线，其中，所述第一负载还包括：第一常规直流负载，从所述第一交流/直流转换器的输出端接收供电；第一交流负载，从所述第一交流母线接收供电，其中，所述第一交流母线、所述第一直流/交流转换器和所述第一交流/直流转换器均位于所述风力发电机组的机舱内。

可选地，所述第一低压直流母线从所述第一交流/直流转换器的输出端接收供电。

可选地，所述直流配电系统还包括：位于所述风力发电机组的机舱内的第一储能设备，其中，所述第一储能设备通过所述第一低压直流母线的直流电压进行充电，并且当所述风力发电机组发生故障时，所述第一储能设备向所述第一低压直流母线供电。

可选地，所述第一负载还包括：高压直流负载，其中，所述高压直流负载从所述高压直流母线接收供电。

可选地，所述直流配电系统还包括：第二低压直流母线；第二直流/直流转换器，所述第二直流/直流转换器的输入端连接到所述高压直流母线且所述第二直流/直流转换器的输出端连接到所述第二低压直流母线，其中，所述第二负载包括：第二直流紧急负载，从所述第二低压直流母线接收供电，其中，所述第二直流/直流转换器和所述第二低压直流母线均位于所述风力发电机组的塔底内。

可选地，所述直流配电系统还包括：第二交流母线；第二直流/交流转换器，所述第二直流/交流转换器的输入端连接到所述高压直流母线且所述第二直流/交流转换器的输出端连接到所述第二交流母线；第二交流/直流转换器，所述第二交流/直流转换器的输入端连接到所述第二交流母线，其中，所述第二负载还包括：第二常规直流负载，从所述第二交流/直流转换器的输出端接收供电；第二交流负载，从所述第二交流母线接收供电，其中，所述第二交流母线、所述第二直流/交流转换器和所述第二交流/直流转换器均位于所述风力发电机组的塔底内。

可选地，所述第二低压直流母线从所述第二交流/直流转换器的输出端接收供电。

可选地，所述直流配电系统还包括：位于所述风力发电机组的塔底内的第二储能设备，其中，所述第二储能设备通过所述第二低压直流母线的直流电压进行充电，并且当所述风力发电机组发生故障时，所述第二储能设备向所述第二低压直流母线供电。

本实用新型的简化的风力发电机组的直流配电系统，将整流器和逆变器分别设置于风力发电机组的机舱和塔底内，并通过高压直流母线进行电力传输，传输效率高、且有效减少电缆的敷设。当风力发电机组发生故障时，通过储能设备进行供电，从而协助故障的风力发电机组完成低电压穿越，显著提高紧急系统的容错性和可靠性。

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实施例的风力发电机组的直流配电系统的示意图；

图2示出根据本实用新型的实施例的风力发电机组的直流配电系统的详细示意图。

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和图2描述根据本实用新型的实施例的风力发电机组的直流配电系统。

图1示出根据本实用新型的实施例的风力发电机组的直流配电系统的示意图。

参照图1，根据本实用新型的实施例的风力发电机组的直流配电系统包括：高压直流母线100、并网变压器102、整流器104和逆变器108。

并网变压器102连接到电网。

优选地，并网变压器102位于风力发电机组的塔底内。

整流器104的输入端连接到风力发电机组中的发电机106且整流器104的输出端连接到高压直流母线100，从而整流器104将来自发电机106的交流电(即，交流电压)整流为直流电(即，直流电压)而提供给高压直流母线100。

优选地，整流器104位于风力发电机组的机舱内。

逆变器108的输入端连接到高压直流母线100且逆变器108的输出端连接到并网变压器102，从而将高压直流母线100的直流电压转换为交流电压之后经由并网变压器102输出给电网。

优选地，逆变器108位于风力发电机组的塔底内。

当风力发电机组产生的电能能够满足风力发电机组的正常运转时，即风力发电机组处于正常发电状态，整流器104的输入端从发电机106接收交流电压，并将该交流电压转换成直流电压输出给高压直流母线100；逆变器108的输入端从高压直流母线100接收该直流电压，并将该直流电压转换为交流电压输出给并网变压器102，并网变压器102将接收的交流电压转换为符合电网需求的电压输出给电网。

作为示例，从发电机106接收的交流电压可为690伏或720伏，高压直流母线100传输的直流电压可为1100伏，逆变器108输出的交流电压可为690伏，并网变压器102输出给电网的交流电压可为10千伏或35千伏。

此外，该直流配电系统可还包括：位于风力发电机组的塔底内的自用电整流器110。

自用电整流器110连接在并网变压器102与高压直流母线100之间。具体地，自用电整流器110的输入端连接并网变压器102，自用电整流器110的输出端连接高压直流母线100。

当风力发电机组处于不发电状态时，自用电整流器110从并网变压器102接收交流电压，并将接收到的交流电压转换成直流电压而输出给高压直流母线100，从而实现由电网进行供电，以保证风力发电机组的正常运转。

也就是说，并网变压器102从电网接收交流电压，并将该交流电压进行转换后输出给自用电整流器110，自用电整流器110将从并网变压器102接收的交流电压转换为直流电压输出给高压直流母线100。

本实用新型将整流器104设置于风力发电机组的机舱内、逆变器108设置于风力发电机组的塔底内，并通过高压直流母线100进行电力传输，传输效率高、且有效减少电缆的敷设，从而显著降低风力发电机组的成本。

此外，该直流配电系统可还包括：负载112。负载112从高压直流母线100接收供电。

优选地，负载112可包括：位于风力发电机组的机舱内的第一负载114和位于风力发电机组的塔底内的第二负载116。

图2示出根据本实用新型的实施例的风力发电机组的直流配电系统的详细示意图。

参照图2，第一负载114可包括：第一直流紧急负载122、第一常规直流负载130、第一交流负载132和高压直流负载136。

应当理解，以上第一负载114的示例仅是示例性的，本实用新型不限于此。

例如，第一直流紧急负载122可为变桨系统，第一常规直流负载130可为机舱内的PLC控制器，第一交流负载132可为偏航系统中的偏航电机，高压直流负载136可为除冰系统。

作为示例，第二负载116可包括：第二直流紧急负载142、第二常规直流负载150和第二交流负载152。

应当理解，以上第二负载116的示例仅是示例性的，本实用新型不限于此。

例如，第二常规直流负载150可为塔底内的PLC控制器，第二交流负载152可为通风机、除湿机、照明系统。

下面详细说明第一负载114从高压直流母线100接收供电的过程。

优选地，高压直流负载136从高压直流母线100接收供电，有效减少电压转换环节。

此外，该直流配电系统可还包括：第一低压直流(LVDC)母线118和第一直流/直流(DC/DC)转换器120。第一低压直流母线118和第一直流/直流转换器120均位于风力发电机组的机舱内。

第一直流/直流转换器120的输入端连接到高压直流母线100，第一直流/直流转换器120的输出端连接到第一低压直流母线118；第一直流紧急负载122从第一低压直流母线118接收供电。

也就是说，第一直流/直流转换器120从高压直流母线100接收直流电压，并对该直流电压进行转换后输出给第一低压直流母线118；第一低压直流母线118将接收的直流电压输出给第一直流紧急负载122，从而为第一直流紧急负载122提供电能。

作为示例，第一直流/直流转换器120从高压直流母线100接收1100伏直流电压，并将该1100伏直流电压转换为60伏或24伏直流电压输出给第一低压直流母线118。因此，第一直流紧急负载122可从第一低压直流母线118接收60伏或24伏直流电压。例如，当第一直流紧急负载122为变桨系统时，该变桨系统可从第一低压直流母线118接收60伏直流电压。

此外，直流配电系统可还包括：第一交流母线124、第一直流/交流(DC/AC)转换器126和第一交流/直流(AC/DC)转换器128。第一交流母线124、第一直流/交流转换器126和第一交流/直流转换器128均位于风力发电机组的机舱内。

第一直流/交流转换器126的输入端连接到高压直流母线100，第一直流/交流转换器126的输出端连接到第一交流母线124；第一交流/直流转换器128的输入端连接到第一交流母线124；第一常规直流负载130从第一交流/直流转换器128的输出端接收供电。

也就是说，第一直流/交流转换器126从高压直流母线100接收直流电压，并将该直流电压转换为交流电压而输出给第一交流母线124；第一交流/直流转换器128从第一交流母线124接收交流电压，并将接收的交流电压转换为直流电压输出给第一常规直流负载130。

第一交流负载132从第一交流母线124接收供电。

作为示例，第一交流母线124传输的交流电压可为400伏。

优选地，第一低压直流母线118可从第一交流/直流转换器128接收供电。通过第一交流/直流转换器128对第一低压直流母线118进行浮充电，可以提高紧急系统的容错性和可靠性，起到充当不间断电源的作用。

此外，直流配电系统可还包括：位于风力发电机组的机舱内的第一储能设备134。

第一储能设备134通过第一低压直流母线118的直流电压进行充电。

当风力发电机组发生故障时，第一储能设备134向第一低压直流母线118供电。该第一储能设备134可以帮助吸收部分多余能量，协助风力发电机组完成低电压穿越(LVRT)功能。

也就是说，当风力发电机组处于不发电状态且电网处于离网状态时，第一储能设备134通过第一低压直流母线118向第一直流紧急负载122供电，从而保证第一直流紧急负载122的正常运转，有效提高紧急系统的容错性和可靠性。

作为示例，第一储能设备134可包括锂电池、蓄电池、充电电池等等，本实用新型对此不作限定。

下面详细说明第二负载116从高压直流母线100接收供电的过程。

直流配电系统可还包括：第二低压直流母线138和第二直流/直流转换器140。第二直流/直流转换器140和第二低压直流母线138均位于风力发电机组的塔底内。

第二直流/直流转换器140的输入端连接到高压直流母线100，第二直流/直流转换器140的输出端连接到第二低压直流母线138；第二直流紧急负载142从第二低压直流母线138接收供电。

也就是说，第二直流/直流转换器140从高压直流母线100接收直流电压，并对该直流电压进行转换后输出给第二低压直流母线138；第二低压直流母线138将接收的直流电压输出给第二直流紧急负载142，从而为第二直流紧急负载142提供电能。

此外，直流配电系统可还包括：第二交流母线144、第二直流/交流转换器146和第二交流/直流转换器148。第二交流母线144、第二直流/交流转换器146和第二交流/直流转换器148均位于风力发电机组的塔底内。

第二直流/交流转换器146的输入端连接到高压直流母线100，第二直流/交流转换器146的输出端连接到第二交流母线144；第二交流/直流转换器148的输入端连接到第二交流母线144，第二常规直流负载150从第二交流/直流转换器148的输出端接收供电。

也就是说，第二直流/交流转换器146从高压直流母线100接收直流电压，并将该直流电压转换为交流电压输出给第二交流母线144；第二交流/直流转换器148从第二交流母线144接收交流电压，并将接收的交流电压转换为直流电压输出给第二常规直流负载150。

第二交流负载152从第二交流母线144接收供电。

作为示例，第二交流母线144传输的交流电压可为400伏。

优选地，第二低压直流母线138从第二交流/直流转换器148的输出端接收供电。通过第二交流/直流转换器148对第二低压直流母线138进行浮充电，可以提高紧急系统的容错性和可靠性，起到充当不间断电源的作用。

此外，直流配电系统可还包括：位于风力发电机组的塔底内的第二储能设备154。

第二储能设备154通过第二低压直流母线138的直流电压进行充电。

当风力发电机组发生故障时，第二储能设备154向第二低压直流母线138供电。该第二储能设备154可以帮助吸收部分多余能量，协助风力发电机组完成低电压穿越(LVRT)功能。

也就是说，当风力发电机组处于不发电状态、且电网处于离网状态时，第二储能设备154通过第二低压直流母线138向第二直流紧急负载142供电，从而保证第二直流紧急负载142的正常运转，有效提高紧急系统的容错性和可靠性。

作为示例，第二储能设备154可包括锂电池、蓄电池、充电电池等等，本实用新型对此不作限定。

此外，该直流配电系统中位于风力发电机组的机舱内的元件与位于风力发电机组的塔底内的元件具有高度的可互换性。

本实用新型的简化的风力发电机组的直流配电系统，将整流器和逆变器分别设置于风力发电机组的机舱和塔底内，并通过高压直流母线进行电力传输，传输效率高、且有效减少电缆的敷设。当风力发电机组发生故障时，通过储能设备进行供电，从而协助故障的风力发电机组完成低电压穿越，显著提高紧急系统的容错性和可靠性。

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。