CN207530550U - 基于风电场的输电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种基于风电场的输电系统，包括：多个并联的直流风力发电机组，每个直流风力发电机组包括依次电连接的发电机、变流器、变压器和整流器，其中整流器包括正极输出端和负极输出端；直流母线，包括正极母线和负极母线，每个直流风力发电机组的整流器的正极输出端均连接于正极母线，每个直流风力发电机组的整流器的负极输出端均连接于负极母线。在本实用新型实施例中，风力发电机组选用直流风力发电机组，直流风力发电机组的整流器包括两个输出端，因此直流母线只需要正极母线和负极母线两个即可完成输电工作，减少了母线用量，且直流输电相对于交流输电来说，无集肤效应，无需无功补偿，传输距离远。

Description

基于风电场的输电系统

技术领域

本实用新型涉及风机设备技术领域，尤其涉及一种基于风电场的输电系统。

背景技术

传统的基于风电场的输电系统包括低压交流风机和中压35KV的汇流交流母线，其中低压交流风机包括风力机、直驱电机、低压变流器和升压变流器，低压变流器的输出电压交底较低，一般会通过一个配套的升压变压器，把690V低电压大电流的电能，转换成35KV较高电压等级的中压交流电压，由于低压变流器输出的电压较低，电流较大，需要使用大量电缆进行传输，造成整机系统的损耗较大，且交流风机的输出线路为三相线缆输电，需要三条母线与之配合，造成三相线缆输电线路造价高，且三相交流电输送过程中损耗较大，只适用于短距离传输。

因此，亟需一种新的基于风电场的输电系统。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种基于风电场的输电系统，旨在提高风力发电机组输出电压，降低风力发电机组整机系统的损耗。

本实用新型实施例一方面提供了一种基于风电场的输电系统，包括：

多个并联的直流风力发电机组，每个直流风力发电机组包括依次电连接的发电机、变流器、变压器和整流器，其中整流器包括正极输出端和负极输出端；

直流母线，包括正极母线和负极母线，每个直流风力发电机组的整流器的正极输出端均连接于正极母线，每个直流风力发电机组的整流器的负极输出端均连接于负极母线。

根据本实用新型的一个方面，直流风力发电机组为中压直流风力发电机组。

根据本实用新型的一个方面，发电机包括转子和定子，转子与直流风力发电机组的叶轮同轴连接，定子有3N个绕组，且N大于或等于3，每3个绕组形成发电机的三相输出端，发电机的三相输出端连接于变流器。

根据本实用新型的一个方面，变流器为模块化多电平中压变流器，包括三个级联功率串，级联功率串包括多个依次连接的功率单元，发电机的三相输出端连接于功率单元的输入端。

根据本实用新型的一个方面，功率单元包括依次电连接的三相整流器、母线电容及放电电阻、斩波器及卸能电阻和逆变器。

根据本实用新型的一个方面，三相整流器包括三相输入端，与发电机的一组三相输出端相连；

逆变器包括第一端和第二端，多个功率单元通过各自的逆变器的第一端和第二端依次相连形成级联功率串，且相邻的其中一个逆变器中的第二端连接于下一个逆变器的第一端，以使在级联功率串的两端形成第一输出端子和第二输出端子。

根据本实用新型的一个方面，第一输出端子相互星点连接，第二输出端子分别引出构成中压变流器的三相输出端，中压变流器的三相输出端连接于变压器。

根据本实用新型的一个方面，整流器为不控中压整流器，呈三桥六臂结构，且包括三个二极管功率串，或者整流器为可控PWM中压整流器，呈三桥六臂结构，且包括三个IGBT功率串。

根据本实用新型的一个方面，整流器为不控中压整流器，呈三桥六臂结构，且包括三个二极管功率串，每个二极管功率串由多个二极管串联而成，二极管功率串中单相半桥二极管的数量为Q，且Q个二极管的反向耐压值之和大于直流母线的电压值。

根据本实用新型的一个方面，。

根据本实用新型的一个方面，整流器为可控PWM中压整流器，呈三桥六臂结构，且包括三个IGBT功率串，IGBT功率串由多个IGBT模块串联而成，IGBT功率串中单相半桥的IGBT模块的数量为S，且S个IGBT模块的反向耐压值大于直流母线的电压值。

在本实用新型实施例中，风力发电机组选用直流风力发电机组，直流风力发电机组包括依次电连接的发电机、变流器、变压器和整流器，整流器将发电机的三相交流电整流为直流电，整流器包括两个输出端，分别是正极输出端和负极输出端，因此直流母线只需要正极母线和负极母线两个即可完成输电工作，减少了母线用量，且直流输电相对于交流输电来说，无集肤效应，无需无功补偿，传输距离远。

附图说明

通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显,其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。

图1是现有技术的一种风电场的输电系统的拓扑结构图；

图2是现有技术的低压变流器的的拓扑结构图；

图3是现有技术的第一直驱变流器的的拓扑结构图；

图4是本实用新型实施例的一种基于风电场的输电系统的拓扑结构图；

图5是本实用新型实施例的一种基于风电场的输电系统的发电机的拓扑结构图；

图6是本实用新型实施例的一种基于风电场的输电系统的功率单元的拓扑结构图；

图7是本实用新型实施例的一种基于风电场的输电系统的整流器的拓扑结构图；

图8是本实用新型实施例的一种基于风电场的输电系统的整流器的拓扑结构图。

附图标记说明：

100、低压交流风力发电机组；

110、叶轮；

120、直驱电机；

130、低压变流器；131、第一直驱变流器；131a、PWM整流器；131b、母线电容及放电电阻；131c、斩波器组件及卸能电阻；131d、三相PWM网侧逆变器。

140、升压变压器；

200、交流母线；

300、直流风力发电机组；

310、发电机；

320、变流器；321、级联功率串；322、功率单元；322a、H桥逆变器；

330、变压器；

340、整流器；

400、直流母线。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本实用新型造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本实用新型的电连接组件及电池模组的具体结构进行限定。在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或通信连接，或电连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了更好地理解本实用新型，下面结合图1至图8根据本实用新型实施例的基于风电场的输电系统进行详细描述。

图1示出了现有技术一种风电场的输电系统拓扑结构图，传统的基于风电场的输电系统由多组低压交流风力发电机组100和中压35KV汇流交流母线200构成，现有技术中低压交流风力发电机组100的输出电压较低，电流较大，需要大量的贵金属的低压电缆的使用，造成整机系统的损耗较大，且母线为汇流交流母线200，需要三根电缆，且交流电传输距离非常有限。

请一并参阅图2和图3，其中，低压交流风力发电机组100包括叶轮110、直驱电机120、低压变流器130和升压变压器140，低压变流器通过升压变压器，把690V低电压大电流的电能，转换成35KV较高电压等级的中压交流电压。升压变压器140输出为三相交流电，且输出电压会发生波动，因此升压变压器140和交流母线200之间需要设置无功补偿装置。

常规直驱低压交流风力发电机组100的低压变流器130由第一直驱变流器131直接构成，机侧第一直驱变流器131的三相通过电感，连接直驱电机120的定子的三相绕组；网侧第一直驱变流器131的三相通过电感，连接升压变压器140的低压侧；常规直驱低压交流风力发电机组200的低压变流器130也可以由多个第一直驱变流器131并联形成；并联机侧第一直驱变流器131的三相通过电感，连接直驱电机120定子的三相绕组；多个第一直驱变流器131机侧部分，也可以分别通过电感，连接直驱电机120的定子的两组三相绕组；多个第一直驱变流器131的网侧交流输出并联，连接升压变压器140的低压侧。目前随着风力发电机的技术不断发展，风力发电机组的容量越来越大，这就要求低压变流器130的容量越来越大，低压变流器130通过并联扩大容量，会带来均流及环流等技术问题，对风力发电机组系统的可靠性造成影响。其中第一直驱变流器131由三相PWM整流器131a、母线电容及放电电阻131b、斩波器组件及卸能电阻131c和三相PWM网侧逆变器131d组成。

因此亟需提供一种新的基于风电场的输电系统，解决上述问题。

请一并参阅图4和图5，图4为本实用新型实施例提供的一种基于风电场的输电系统拓扑结构图，图5为本实用新型实施例提供的一种基于风电场的输电系统的发电机的拓扑结构图，该基于风电场的输电系统包括多个直流风力发电机组300，多个直流风力发电机组300并联后连接于直流母线400，每个直流风力发电机组300包括叶轮110、连接于叶轮110的发电机310、依次电连接于发电机310的变流器320、变压器330和整流器340，整流器340包括正极输出端和负极输出端，直流母线400包括正极母线和负极母线，每个直流风力发电机组300通过整流器340的正极输出端连接于正极母线，每个直流风力发电机组300通过整流器340的负极输出端连接于负极母线。

在本实用新型实施例中，风力发电机组选用直流风力发电机组300，直流风力发电机组300包括依次电连接的发电机310、变流器320、变压器330和整流器340，整流器340将发电机310的三相交流电整流为直流电，整流器340包括两个输出端，分别是正极输出端和负极输出端，因此直流母线只需要正极母线和负极母线两个即可完成输电工作，减少了母线用量，且直流输电相对于交流输电来说，无集肤效应，无需无功补偿，传输距离远。。

在一些可选的实施例中，直流风力发电机组300为中压直流风力发电机组300，令中压直流风力发电机组300的输出电压较高，相同功率下中压直流风力发电机组300的输出电流较低压风力发电机组的输出电流较大小，能够有效减少电缆用量，节省生产成本；进一步的，变流器320为中压变流器，变压器330为中压升压变压器，进一步提高风力发电机组的输出电压。

发电机310的类型在此不做限定，例如发电机310为直驱发电机，发电机310包括转子和定子，转子与叶轮110同轴连接。进一步的，发电机310为多绕组发电机，定子有3N个绕组，且N大于或等于3，每3个绕组形成发电机310的三相输出端，发电机310的三相输出端连接于变流器320。在这些可选的实施例中，发电机310为多绕组发电机，具有多组输出电压。

请一并参阅图6，在一些可选的实施例中，变流器320为模块化多电平中压变流器，包括三个级联功率串321，级联功率串321包括多个依次连接的功率单元322，发电机310的三相输出端连接于功率单元322的输入端。在这些可选的实施例中，变流器320可以将多绕组的发电机310的多个输出电压级联为一个较高的输出电压，从而提高了风力发电机组的输出电压。

功率单元322的设置方式有多种，作为一种可选的实施方式，功率单元322包括依次连接的PWM整流器131a、母线电容及放电电阻131b、斩波器组件及卸能电阻131c和H桥逆变器322a，PWM整流器131a具有三相输入端和输出端，PWM整流器131a的三相输入端连接于发电机310的三相输出端，母线电容及放电电阻131b、斩波器组件及卸能电阻131c和H桥逆变器322a依次并联于PWM整流器131a的输出端，H桥逆变器322a具有两个输出端，分别为第一端和第二端，多个功率单元322通过H桥逆变器322a的第一端和第二端依次连接，且相邻的两个功率单元322中，上一个功率单元322的第二端连接于下一个功率单元322的第一端，因此依次连接的多个功率单元322中，位于第一个功率单元322的第一端和最后一个功率单元322的第二端，在多个依次连接的功率单元322形成的级联功率串321的两端形成第一输出端和第二输出端，三个级联功率串321的第一输出端星点连接，三个级联功率串321的第二输出端引出，形成变流器320的三相输出端，连接于变压器330。可以理解的是，功率单元322中的PWM整流器131a还可以为其他类型的整流器，在此不做限定。功率单元322中的H桥逆变器322a还可以为其他类型的逆变器，在此不做限定，只要功率单元322中的桥逆变器具有两个输出端即可。

请一并参阅图7，整流器340的具体设置方式有多种，作为一种可选的实施例，整流器340为不控中压整流器，呈三相六桥臂结构，不控中压整流器包括三个并联的二极功率串，每个二极功率串由多个二极管串联而成，其中单相半桥二极管的数量为Q，且Q个二极管的反向耐压值之和大于直流母线的电压值，保证二极管不会被击穿，从而保证整流器340的正常工作。

请一并参阅图8，作为整流器340的另一种可选的实施方式，整流器340为可控PWM中压整流器，呈三相六桥臂结构，可控PWM中压整流器包括三个并联的IGBT功率串，每一个IGBT功率串由多个IGBT模块串联而成，其中，IGBT功率串中单相半桥IGBT模块的数量为S，且S个IGBT模块的反向耐压值大于直流母线的电压值，保证整流器340的安全正常工作，且可控PWM中压整流器的输出电压可控，无需在整流器340和直流母线之间设置单独的功率补偿装置，简化了风力发电机组的结构，同时由于可控PWM中压整流器的输出电压可控，能够防止电网电压波动。

可以理解的是，风力发电机组的发电机310、变流器320、变压器330和整流器340的设置位置有多种，作为一种可选的实施例，发电机310、变流器320、变压器330和整流器340均置于风力发电机组的机舱内，令发电机310和变流器320之间的距离较近，减小发电机310和变流器320之间的传输距离，减少电缆的使用量，同时减少风力发电机组的塔筒内的电缆。发电机310、变流器320、变压器330和整流器340均设置于风力发电机组的机舱内，减少发电机310至直流母线之间的传输距离，减少线缆用量。

本实用新型可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本实用新型的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本实用新型的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本实用新型的范围之中。

Claims (10)

1.一种基于风电场的输电系统，其特征在于，包括：

多个并联的直流风力发电机组(300)，每个直流风力发电机组(300)包括依次电连接的发电机(310)、变流器(320)、变压器(330)和整流器(340)，其中所述整流器(340)包括正极输出端和负极输出端；

直流母线，包括正极母线和负极母线，每个直流风力发电机组(300)的所述整流器(340)的正极输出端均连接于所述正极母线，每个直流风力发电机组(300)的所述整流器(340)的负极输出端均连接于所述负极母线。

2.如权利要求1所述的基于风电场的输电系统，其特征在于，所述直流风力发电机组(300)为中压直流风力发电机组(300)。

3.根据权利要求2所述的基于风电场的输电系统，其特征在于，所述发电机(310)包括转子和定子，所述定子有3N个绕组，且N大于或等于3，每3个绕组形成所述发电机(310)的三相输出端，所述发电机(310)的三相输出端连接于所述变流器(320)。

4.根据权利要求3所述的基于风电场的输电系统，其特征在于，所述变流器(320)为模块化多电平中压变流器，包括三个级联功率串(321)，所述级联功率串(321)包括多个依次连接的功率单元(322)，所述发电机(310)的三相输出端连接于所述功率单元(322)的输入端。

5.根据权利要求4所述的基于风电场的输电系统，其特征在于，所述功率单元(322)包括依次电连接的三相整流器、母线电容及放电电阻(131b)、斩波器及卸能电阻(131c)和逆变器。

6.根据权利要求5所述的基于风电场的输电系统，其特征在于，

所述三相整流器包括三相输入端，与所述发电机(310)的三相输出端相连；

所述逆变器包括第一端和第二端，多个所述功率单元(322)通过各自的逆变器的所述第一端和第二端依次相连形成所述级联功率串(321)，且相邻的其中一个逆变器中的第二端连接于下一个逆变器的第一端，以使在所述级联功率串(321)的两端形成第一输出端子和第二输出端子。

7.根据权利要求6所述的基于风电场的输电系统，其特征在于，所述第一输出端子相互星点连接，所述第二输出端子分别引出构成所述中压变流器的三相输出端，所述中压变流器的三相输出端连接于所述变压器(330)。

8.根据权利要求1所述的基于风电场的输电系统，其特征在于，所述整流器(340)为不控中压整流器，呈三桥六臂结构，且包括三个二极管功率串；或者，

所述整流器(340)为可控PWM中压整流器，呈三桥六臂结构，且包括三个IGBT功率串。

9.根据权利要求8所述的基于风电场的输电系统，其特征在于，

所述整流器(340)为不控中压整流器，呈三桥六臂结构，且包括三个二极管功率串；

每个所述二极管功率串由多个二极管串联而成，所述二极管功率串中单相半桥二极管的数量为Q，且Q个二极管的反向耐压值之和大于所述直流母线的电压值。

10.根据权利要求8所述的基于风电场的输电系统，其特征在于，

所述整流器(340)为可控PWM中压整流器，呈三桥六臂结构，且包括三个IGBT功率串；

所述IGBT功率串由多个IGBT模块串联而成，所述IGBT功率串中单相半桥的所述IGBT模块的数量为S，且S个所述IGBT模块的反向耐压值大于所述直流母线的电压值。