风力发电汇集系统的网侧升压装置的制作方法

1.本发明涉及能源技术领域，特别涉及一种风力发电汇集系统的网侧升压装置。


背景技术：

2.目前，随着能源短缺问题的加重，人们急需开发新能源来满足人们的能源需求。风力发电具有可再生、环保等优点得到了广泛应用，尤其海上风电是风力发电的重要领域。风力发电汇集系统是汇集风力发电机组电能，并输送到风电场升压变电站或用电负荷的电力连接系统。然而，相关技术中的风力发电汇集系统的输出灵活性较低，无法满足用户的用电需求。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。
4.为此，本发明的第一个目的在于提出一种风力发电汇集系统的网侧升压装置，可将每台风电机组对应的机组变流器输出的直流电能转化为单相的第三交流电能，从而网侧升压装置的输出端可进行串并联组合成三相交流电能，有助于提高风力发电汇集系统的输出灵活性。
5.本发明第一方面实施例提出了一种风力发电汇集系统的网侧升压装置，所述风力发电汇集系统包括风电机组和机组变流器，所述风电机组和所述机组变流器具有对应关系，每个所述风电机组的输出端与对应的所述机组变流器的输入端连接，所述风电机组用于将风能转化为第一交流电能，所述机组变流器用于将所述第一交流电能转化为直流电能；
6.所述网侧升压装置包括：单相变流器和单相变压器；所述单相变流器、所述单相变压器和所述机组变流器之间具有对应关系，每个所述机组变流器的输出端与对应的所述单相变流器的输入端连接，每个所述单相变流器的输出端与对应的所述单相变压器的输入端连接；所述单相变流器用于将所述直流电能转化为第二交流电能，所述单相变压器用于将所述第二交流电能转化为第三交流电能，其中，所述第三交流电能的电压等级高于所述直流电能的电压等级。
7.本发明实施例的风力发电汇集系统的网侧升压装置，包括单相变流器和单相变压器，单相变流器可将机组变流器输出的直流电能转化为单相的第二交流电能，单相变压器可将单相变流器输出的第二交流电能转化为第三交流电能，从而网侧升压装置可将每台风电机组对应的机组变流器输出的直流电能转化为单相的第三交流电能，从而网侧升压装置的输出端可进行串并联组合成三相交流电能，有助于提高风力发电汇集系统的输出灵活性。
8.另外，根据本发明上述实施例提出的风力发电汇集系统的网侧升压装置还可以具有如下附加的技术特征：
9.在本发明的一个实施例中，所述第三交流电能的电压等级高于所述第二交流电能
的电压等级。
10.在本发明的一个实施例中，多个所述单相变压器的输出端串联连接，串联连接的所述多个所述单相变压器组成第一风机串，三个所述第一风机串星形连接或者三角形连接组成第一风机群，所述第一风机群的输出端为所述风力发电汇集系统的输出端。
11.在本发明的一个实施例中，多个所述单相变压器的输出端并联连接，并联连接的所述多个所述单相变压器组成第二风机串，多个所述第二风机串的输出端串联连接，串联连接的所述多个所述第二风机串组成第一风机簇，三个所述第一风机簇星形连接或者三角形连接组成第二风机群，所述第二风机群的输出端为所述风力发电汇集系统的输出端。
12.在本发明的一个实施例中，多个所述单相变压器的输出端串联连接，串联连接的所述多个所述单相变压器组成第三风机串，多个所述第三风机串的输出端并联连接，并联连接的所述多个所述第三风机串组成第二风机簇，三个所述第二风机簇星形连接或者三角形连接组成第三风机群，所述第三风机群的输出端为所述风力发电汇集系统的输出端。
13.在本发明的一个实施例中，所述风力发电汇集系统设置在海上承载装置上，所述风力发电汇集系统的输出端与陆上换电站的输入端连接。
14.在本发明的一个实施例中，所述单相变流器的拓扑结构为单相多电平结构。
15.在本发明的一个实施例中，所述机组变流器为三相变流器。
16.在本发明的一个实施例中，所述单相变压器为单相隔离变压器。
17.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
18.本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
19.图1为根据本发明一个实施例的风力发电汇集系统的示意图；
20.图2为根据本发明一个实施例的风力发电汇集系统的网侧升压装置的连接示意图；
21.图3为根据本发明另一个实施例的风力发电汇集系统的网侧升压装置的连接示意图；
22.图4为根据本发明另一个实施例的风力发电汇集系统的网侧升压装置的连接示意图；
23.图5为根据本发明另一个实施例的风力发电汇集系统的网侧升压装置的连接示意图。
具体实施方式
24.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
25.下面结合附图来描述本发明实施例的风力发电汇集系统的网侧升压装置。
26.图1为根据本发明一个实施例的风力发电汇集系统的示意图。
27.如图1所示，本发明实施例的风力发电汇集系统100，包括风电机组1、机组变流器2和网侧升压装置3。其中，网侧升压装置3包括单相变流器31和单相变压器32。
28.本发明的实施例中，风电机组1和机组变流器2具有对应关系，每个风电机组1的输出端与对应的机组变流器2的输入端连接，单相变流器31、单相变压器32和机组变流器2之间具有对应关系，每个机组变流器2的输出端与对应的单相变流器31的输入端连接，每个单相变流器31的输出端与对应的单相变压器32的输入端连接。
29.本发明的实施例中，风电机组1用于将风能转化为第一交流电能，机组变流器2用于将第一交流电能转化为直流电能，单相变流器31用于将直流电能转化为第二交流电能，单相变压器32用于将第二交流电能转化为第三交流电能，其中，第三交流电能的电压等级高于直流电能的电压等级。可以理解的是，网侧升压装置3可将机组变流器2输出的直流电能升压至第三交流电能。需要说明的是，直流电能的电压等级、第三交流电能的电压等级均可根据实际情况进行设置，这里不做过多限定。
30.在一种实施方式中，第三交流电能的电压等级高于第二交流电能的电压等级。可以理解的是，此时单相变压器32为升压变压器，可将单相变流器31输出的第二交流电能升压至第三交流电能。需要说明的是，第二交流电能的电压等级可根据实际情况进行设置，这里不做过多限定。
31.本发明的实施例中，单相变流器31、单相变压器32的拓扑结构均可根据实际情况进行设置，这里不做过多限定。在一种实施方式中，单相变流器31的拓扑结构为单相多电平结构。其中，单相多电平结构包括但不限于单相三电平结构、单相五电平结构、单相七电平结构等，这里不做过多限定。在一种实施方式中，单相变压器为单相隔离变压器。
32.在一种实施方式中，机组变流器2为三相变流器，此时机组变流器2可将风电机组1输出的三相的第一交流电能转化为直流电能。
33.在一种实施方式中，风电机组1、机组变流器2、单相变流器31、单相变压器32中的至少一个的输出频率小于工频。应说明的是，风电机组1、机组变流器2、单相变流器31、单相变压器32的输出频率均可根据实际情况进行设置，这里不做过多限定。例如，输出频率可为50/3hz(赫兹)。由此，风电机组1、机组变流器2、单相变流器31、单相变压器32中的至少一个的输出频率小于工频，增大了风力发电汇集系统中输电线路的输电容量和输电距离，有助于提升风力发电汇集系统的稳定性和可靠性。
34.综上，本发明实施例的风力发电汇集系统的网侧升压装置，包括单相变流器和单相变压器，单相变流器可将机组变流器输出的直流电能转化为单相的第二交流电能，单相变压器可将单相变流器输出的第二交流电能转化为第三交流电能，从而网侧升压装置可将每台风电机组对应的机组变流器输出的直流电能转化为单相的第三交流电能，从而网侧升压装置的输出端可进行串并联组合成三相交流电能，有助于提高风力发电汇集系统的输出灵活性。
35.在上述任一实施例的基础上，网侧升压装置3的输出端可进行串并联组合成三相交流电能，可包括如下三种可能的实施方式：
36.方式1、多个单相变压器32的输出端串联连接，串联连接的多个单相变压器32组成第一风机串4，三个第一风机串4星形连接或者三角形连接组成第一风机群5，第一风机群5的输出端为风力发电汇集系统100的输出端。
37.例如，如图2、3所示，多个单相变压器32的输出端串联连接，串联连接的多个单相变压器32组成第一风机串4。
38.在一种实施方式中，如图2所示，三个第一风机串4星形连接组成第一风机群5，第一风机群5的输出端为风力发电汇集系统100的输出端。
39.在一种实施方式中，如图3所示，三个第一风机串4三角形连接组成第一风机群5，第一风机群5的输出端为风力发电汇集系统100的输出端。
40.本发明的实施例中，三个第一风机串4分别为a相第一风机串4、b相第一风机串4和c相第一风机串4，则第一风机群5的输出为三相交流电能。
41.方式2、多个单相变压器32的输出端并联连接，并联连接的多个单相变压器32组成第二风机串6，多个第二风机串6的输出端串联连接，串联连接的多个第二风机串6组成第一风机簇7，三个第一风机簇7星形连接或者三角形连接组成第二风机群8，第二风机群8的输出端为风力发电汇集系统100的输出端。
42.例如，如图4所示，多个单相变压器32的输出端并联连接，并联连接的多个单相变压器32组成第二风机串6，多个第二风机串6的输出端串联连接，串联连接的多个第二风机串6组成第一风机簇7。
43.需要说明的是，三个第一风机簇7星形连接或者三角形连接组成第二风机群8，第二风机群8的输出端为风力发电汇集系统100的输出端的相关内容，可参照上述实施例中三个第一风机串4星形连接或者三角形连接组成第一风机群5，第一风机群5的输出端为风力发电汇集系统100的输出端的相关内容，这里不再赘述。
44.方式3、多个单相变压器32的输出端串联连接，串联连接的多个单相变压器32组成第三风机串9，多个第三风机串9的输出端并联连接，并联连接的多个第三风机串9组成第二风机簇10，三个第二风机簇10星形连接或者三角形连接组成第三风机群11，第三风机群11的输出端为风力发电汇集系统100的输出端。
45.例如，如图5所示，多个单相变压器32的输出端串联连接，串联连接的多个单相变压器32组成第三风机串9，多个第三风机串9的输出端并联连接，并联连接的多个第三风机串9组成第二风机簇10。
46.需要说明的是，三个第二风机簇10星形连接或者三角形连接组成第三风机群11，第三风机群11的输出端为风力发电汇集系统100的输出端的相关内容，可参照上述实施例中三个第一风机串4星形连接或者三角形连接组成第一风机群5，第一风机群5的输出端为风力发电汇集系统100的输出端的相关内容，这里不再赘述。
47.在上述任一实施例的基础上，风力发电汇集系统100设置在海上承载装置上，风力发电汇集系统100的输出端与陆上换电站200的输入端连接。应说明的是，对海上承载装置的类型不做过多限定，例如，可包括钢管、钢柱等。例如，如图2、3所示，风力发电汇集系统100的输出端(即第一风机群5的输出端)与陆上换电站200的输入端连接。
48.由此，网侧升压装置的输出端可进行串并联组合成三相交流电能，进而风力发电汇集系统可直接将海上风电送入陆上换电站，不需要设置海上升压站，可大大降低输电线路数量和海上风电成本。
49.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时
针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
50.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
51.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
52.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
53.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
54.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。