一种直流风电机组的模块化变流系统的制作方法

1.本实用新型涉及能源技术领域，特别涉及一种直流风电机组的模块化变流系统。


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，相关技术中的直流风电机组的模块化变流系统，存在容量较小的问题。


技术实现要素：

3.本实用新型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，本实用新型的第一个目的在于提出一种直流风电机组的模块化变流系统，将变压器设置在机组侧，简化了直流风电机组的模块化变流系统的电路结构，同时采用模块化的变流器结构便于提升风电机组容量，降低变流器成本，且网侧变流器的开关频率较低，降低了模块化变流系统的控制难度和运行损耗。
5.本实用新型第一方面实施例提出了一种直流风电机组的模块化变流系统，所述直流风电机组包括发电机和模块化变流系统，所述发电机用于将风能转化为第一交流电能；
6.所述模块化变流系统包括：机组变压器和网侧变流器；其中，所述网侧变流器包括多个变流子模块，所述多个变流子模块的输出端串联连接；所述发电机的输出端与所述机组变压器的输入端连接，所述机组变压器的输出侧绕组的输出端与所述变流子模块的输入端连接；所述机组变压器用于将所述第一交流电能转化为第二交流电能，所述网侧变流器用于将所述第二交流电能转化为直流电能。
7.本实用新型实施例的直流风电机组的模块化变流系统，将变压器设置在机组侧，简化了直流风电机组的模块化变流系统的电路结构，同时采用模块化的变流器结构便于提升风电机组容量，降低变流器成本，且网侧变流器的开关频率较低，降低了模块化变流系统的控制难度和运行损耗。
8.另外，根据本实用新型上述实施例提出的直流风电机组的模块化变流系统还可以具有如下附加的技术特征：
9.在本实用新型的一个实施例中，所述第一交流电能的电压等级高于所述第一交流电能的电压等级。
10.在本实用新型的一个实施例中，所述网侧变流器输出所述直流电能，多个所述直流风电机组的所述网侧变流器的输出端串联连接，串联连接的所述多个所述直流风电机组组成一个风机串，所述风机串的输出端与直流海缆连接。
11.在本实用新型的一个实施例中，风力发电汇集系统由多个所述直流风电机组和所述直流海缆组成，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。
12.在本实用新型的一个实施例中，所述机组变压器为多绕组变压器。
13.在本实用新型的一个实施例中，所述机组变压器的输入侧绕组为三相绕组，输出侧绕组包括多个子绕组，每个子绕组为三相绕组或者单相绕组。
14.在本实用新型的一个实施例中，所述机组变压器为隔离变压器。
15.在本实用新型的一个实施例中，所述网侧变流器为ac-dc变流器，所述变流子模块为ac-dc变流模块。
16.在本实用新型的一个实施例中，所述变流子模块的输出电压是直流电压，所述网侧变流器的输出电压为串联连接的多个所述变流子模块的输出电压的和值。
17.本实用新型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，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
18.本实用新型上述的和/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为根据本实用新型一个实施例的直流风电机组的示意图；
20.图2为根据本实用新型一个实施例的直流风电机组的连接示意图；
21.图3为根据本实用新型一个实施例的风力发电汇集系统的示意图。
具体实施方式
22.下面详细描述本实用新型的实施例，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，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
23.下面结合附图来描述本实用新型实施例的直流风电机组的模块化变流系统。
24.图1为根据本实用新型一个实施例的直流风电机组的示意图。
25.如图1所示，本实用新型实施例的直流风电机组10，包括发电机1和模块化变流系统2。其中，模块化变流系统2包括机组变压器21和网侧变流器22。其中，网侧变流器22包括多个变流子模块221，多个变流子模块221的输出端串联连接。
26.本实用新型的实施例中，发电机1的输出端与机组变压器21的输入端连接，机组变压器21的输出侧绕组与变流子模块221的输入端连接。
27.本实用新型的实施例中，发电机1用于将风能转化为第一交流电能，机组变压器21用于将第一交流电能转化为第二交流电能，网侧变流器22用于将第二交流电能转化为直流电能。
28.在一种实施方式中，直流电能的电压等级高于第一交流电能的电压等级，此时模块化变流系统2可将发电机1输出的第一交流电能升压至直流电能。需要说明的是，第一交流电能的电压等级、直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。
29.在一种实施方式中，第二交流电能的电压等级高于第一交流电能的电压等级，此时机组变压器21为升压变压器，可将发电机1输出的第一交流电能升压至第二交流电能。需要说明的是，第一交流电能的电压等级、第二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.本实用新型的实施例中，机组变压器21、网侧变流器22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。
31.在一种实施方式中，机组变压器21为多绕组变压器，便于多个变流子模块221的输出端实现直流串联。比如，机组变压器21的输入侧绕组为三相绕组，输出侧绕组包括多个子绕组，每个子绕组为三相绕组或者单相绕组。
32.在一种实施方式中，机组变压器21为隔离变压器，此时机组变压器21可实现发电机1与网侧变流器22之间的电气隔离，有助于提高风电发电汇集系统的稳定性和可靠性。比如，机组变压器21可包括三相隔离变压器、单相隔离变压器。
33.在一种实施方式中，网侧变流器22为ac-dc变流器，变流子模块221为ac-dc变流模块。
34.在一种实施方式中，变流子模块221的输出电压是直流电压，网侧变流器22的输出电压为串联连接的多个变流子模块221的输出电压的和值，即网侧变流器22的输出电压也是直流电压。
35.在一种实施方式中，发电机1、机组变压器21、网侧变流器22中的至少一个的输出频率小于工频。应说明的是，发电机1、机组变压器21、网侧变流器22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，发电机1、机组变压器21、网侧变流器22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。
36.综上，本实用新型实施例的直流风电机组的模块化变流系统，将变压器设置在机组侧，简化了直流风电机组的模块化变流系统的电路结构，同时采用模块化的变流器结构便于提升风电机组容量，降低变流器成本，且网侧变流器的开关频率较低，降低了模块化变流系统的控制难度和运行损耗。
37.在上述任一实施例的基础上，如图2所示，网侧变流器22输出直流电能，多个直流风电机组10的网侧变流器22的输出端串联连接，串联连接的多个直流风电机组10组成一个风机串3，风机串3的输出端与直流海缆4连接。可以理解的是，风机串3输出的直流电能为串联连接的多个直流风电机组10输出的直流电能的和值。
38.在一种实施方式中，如图2所示，风机串3的输出端与直流海缆4连接，直流海缆4还与陆上换电站200连接。由此，风机串输出的直流电能可直接通过直流海缆输送到陆上换电站。
39.由此，该方案中网侧变流器的输出端可进行串联组合成直流电能，即可通过串联方式对直流风电机组输出的直流电能进行升压，不需要设置海上升压站。
40.需要说明的是，多个直流风电机组10的连接方式还可包括图2之外的其他连接方式，这里不做过多限定。
41.在上述任一实施例的基础上，如图3所示，风力发电汇集系统100由多个直流型风电机组10和直流海缆4组成，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。由此，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。
42.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。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。
43.在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
44.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。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
45.在本实用新型中，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实用新型中的具体含义。
46.在本实用新型中，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。
47.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实用新型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。
48.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。