CN211018396U - 直流取电电路、风力发电机组及海上风电场 - Google Patents

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蔡旭
吕敬
刘世军
张宇
杨志千
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Abstract

本申请实施例公开了一种直流取电电路、风力发电机组及海上风电场，涉及风力发电领域。该直流取电电路，包括：取电模块，取电模块的输入端用于与风力发电机组的直流输电端连接，取电模块的输出端与变压模块的输入端连接；变压模块，变压模块的输出端用于与风力发电机组中用电设备连接。本申请实施例的技术方案能够降低海上风力发电场的成本。

Description

直流取电电路、风力发电机组及海上风电场
技术领域
本申请属于风力发电领域，尤其涉及一种直流取电电路、风力发电机组及海上风电场。
背景技术
随着风力发电技术的发展，以及对风力资源的开发，海上风力发电技术成为了风力发电的重点研究之一。
在海上风力发电场中，风力发电机组设置于海上，电网设置于陆地。设置于陆地的电网可为设置于海上的风力发电机组提供风力发电机组运行所需的电能。为了实现陆地的电网对海上的风力发电机组的供电，需要从陆地的电网专门引入一条高压交流线路通至海上的风力发电机组，以传输电能。由于陆地的电网与海上的风力发电机组之间的距离非常遥远，高压交流线路的阻抗会带来电能的消耗，因此还需要设置补偿电路对高压交流线路中的电能进行补偿。长度非常长的高压交流线路以及增加的补偿电路都会增加风力发电场的成本。
实用新型内容
本申请实施例提供了一种直流取电电路、风力发电机组及海上风电场，能够降低海上风力发电场的成本。
第一方面，本申请实施例提供一种直流取电电路，包括：
取电模块，取电模块的输入端用于与风力发电机组的直流输电端连接，取电模块的输出端与变压模块的输入端连接；
变压模块，变压模块的输出端用于与风力发电机组中用电设备连接。
在一些可能的实施例中，取电模块包括隔离电容和分压电阻，
隔离电容的第一端用于连接风力发电机组的整流器的输出端，隔离电容的第二端连接分压电阻的第一端，分压电阻的第二端用于连接风力发电机组的整流器的输出端，分压电阻的第一端以及第二端为取电模块的输出端。
在一些可能的实施例中，变压模块包括隔离变压器。
第二方面，本申请实施例提供一种风力发电机组，包括依次连接的风力发电机、变流器、第一变压器和整流器，风力发电机设置在海上的浮动基础上；
风力发电机组还包括第一方面的技术方案中的直流取电电路，
其中，整流器的输出端为风力发电机组的直流输电端。
在一些可能的实施例中，整流器为包括二极管的整流桥电路。
在一些可能的实施例中，变流器包括交流/直流转换器和直流/交流转换器，
交流/直流转换器的一端与风力发电机连接，交流/直流转换器的另一端与直流/交流转换器的一端连接，直流/交流转换器的另一端与第一变压器连接。
第三方面，本申请实施例提供一种海上风电场，包括与电网连接的MMC，以及通过直流输电线路与MMC连接的至少一个第二方面的技术方案中的风力发电机组。
在一些可能的实施例中，MMC输出混合电能信号，混合电能信号包括直流电能信号以及叠加在直流电能信号上的交流电能信号。
在一些可能的实施例中，上述海上风电场包括N个连接的风力发电机组，MMC包括正极MMC和负极MMC，N为大于1的整数，
其中，第一个风力发电机组与正极MMC连接，第N个风力发电机组与负极MMC连接。
在一些可能的实施例中，电网与MMC之间设置有第二变压器。
本申请实施例提供一种直流取电电路、风力发电机组及海上风电场，直流取电电路中的取电模块的输入端与风力发电机组的直流输电端连接，直流取电电路中的变压模块的输出端与风力发电机组的用电设备连接。风力发电机组的直流输电端与电网侧的MMC之间原本就有输电线路。直流取电电路可直接从直流输电线路取电，不需要新引入高压交流线路，也不需要增加补偿电路，即可实现对海上的风力发电机组的供电，降低了海上风力发电场的成本。
附图说明
从下面结合附图对本申请的具体实施方式的描述中可以更好地理解本申请。其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
图1为本申请一实施例提供一种直流取电电路的结构示意图；
图2为本申请另一实施例提供的一种直流取电电路的结构示意图；
图3为本申请一实施例提供的风力发电机组的结构示意图；
图4为本申请一实施例提供的一种海上风电场的结构示意图；
图5为本申请另一实施例提供的一种海上风电场的结构示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本申请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，以便提供对本申请的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本申请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申请的示例来提供对本申请的更好的理解。本申请决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本申请的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本申请造成不必要的模糊。
本申请实施例提供一种直流取电电路、风力发电机组及海上风电场，可应用于风力发电机组位于海上，电网位于陆地的场景中。采用本申请实施例中的直流取电电路、风力发电机组及海上风电场，不需要新引入高压交流线路，也不需要增加补偿电路，即可实现对海上的风力发电机组的供电。
图1为本申请一实施例提供一种直流取电电路的结构示意图。如图1所示，该直流取电电路10可包括取电模块11和变压模块12。
其中，取电模块11的输入端用于与风力发电机组的直流输电端连接，取电模块11的输出端与变压模块12的输入端连接。变压模块12的输出端用于与风力发电机组中用电设备连接。
取电模块11的输入端即为直流取电电路的输入端。变压模块12的输出端即为直流取电电路的输出端。取电模块11可从风力发电机组的直流输电端取电，并将取得的电能传输至变压模块12。变压模块12可将传输来的电能转换为风力发电机组中的用电设备适用的电能，传输至风力发电机组中的用电设备，以提供风力发电机组中的用电设备运行所需的电能。具体地，风力发电机组的用电设备为交流负载设备，用电设备运行所需的电能为交流电。比如，在风电场驱动时，需要为风力发电机组中的控制设备等用电设备供电，可通过本申请实施例中的直流取电电路10为控制设备等用电设备供电。
在本申请实施例中，直流取电电路10中的取电模块11的输入端与风力发电机组的直流输电端连接，直流取电电路10中的变压模块12的输出端与风力发电机组的用电设备连接。风力发电机组的直流输电端与电网侧的模块化多电平换流器(Modular MultilevelConverter，MMC)之间原本就有输电线路。直流取电电路10可直接从直流输电线路取电，不需要新引入高压交流线路，也不需要增加补偿电路，即可实现对海上的风力发电机组的供电，降低了海上风力发电场的成本。
图2为本申请另一实施例提供的一种直流取电电路的结构示意图。图2中示出了图1中取电模块和变压模块的具体结构。如图2所示，取电模块11可包括隔离电容C1和分压电阻R1，变压模块12可包括隔离变压器T1。
其中，隔离电容C1的第一端用于连接风力发电机组的整流器的输出端，隔离电容C1的第二端连接分压电阻R1的第一端。分压电阻R1的第二端用于连接风力发电机组的整流器的输出端，分压电阻R1的第一端以及第二端为取电模块11的输出端。风力发电机组的整流器的输出端即为风力发电机组的直流输电端。
隔离变压器T1的一侧与分压电阻R1的两端连接，隔离变压器T1的另一侧与风力发电机组的用电设备连接。隔离变压器T1具体可为1：k的变压器，k的取值可根据直流取电电路取得的电能和风力发电机组的用电设备适用的电能确定，在此并不限定。该隔离变压器T1具体可为单相交流变压器，在此并不限定。
具体地，电网传输到风力发电机组的整流器的输出端的电能信号为混合电能信号。混合电能信号包括直流电能信号以及叠加在直流电能信号上的交流电能信号。由于直流取电电路10中的隔离电容C1具有通交流隔直流的作用，因此混合电能信号中的直流电压信号施加于隔离电容C1上，但直流电压信号无法通过隔离电容C1。混合电能信号中的交流电能信号可通过隔离电容C1，施加在分压电阻R1上。交流电能信号经过直流取电电路中的隔离变压器T1后即可为风力发电机组中的用电设备供电。
本申请实施例还提供了一种风力发电机组。图3为本申请一实施例提供的风力发电机组的结构示意图。如图3所示，该风力发电机组可包括依次连接的风力发电机M、变流器20、第一变压器T2和整流器30。该风力发电机组还包括上述实施例中的直流取电电路10。
其中，风力发电机M可设置在海上的浮动基础上。风力发电机M的类型在此并不限定，比如，风力发电机具体可为永磁同步电机(Permanent-Magnet Synchronous Motor，PMSM)等。
整流器30的输出端即为风力发电机组的直流输电端。直流取电电路10的输入端与整流器10的输出端连接。整流器30具体可实现为直流换流站的形式，在此并不限定。
在一些示例中，整流器30可具体为包括二极管的整流桥电路。包括二极管的整流桥电路体积更小且成本较低，节省了整流器的占用空间，更易于风力发电机组的设计，并降低了风力发电机组的成本。
在一些示例中，如图3所示，变流器20可包括交流/直流转换器即AC/DC和直流/交流转换器即DC/AC。其中，AC/DC的一端与风力发电机M连接，AC/DC的另一端与DC/AC的一端连接。DC/AC的另一端与第一变压器T2连接。
在一些示例中，在直流取电电路与风力发电机组的用电设备之间还可设置变压器，在此并不限定。该变压器可为单相交流变压器，但并不限定。
直流取电电路10的内容可参见上述实施例中直流取电电路的相关说明，在此不再赘述。
在本申请实施例中，风力发电机组可将风力发电机M产生的电能通过变流器20、第一变压器T2和整流器30向外输出。直流取电电路可从电网侧传输至整流器30处的电能取电，以将取得的电能用于为风力发电机组中的用电设备供电。不需要新引入高压交流线路，也不需要增加补偿电路，即可实现对海上的风力发电机组的供电，降低了风力发电场的成本。
本申请还提供了一种海上风电场。图4为本申请一实施例提供的一种海上风电场的结构示意图。如图4所示，该海上风电场包括电网40、与电网连接的MMC 50，以及通过直流输电线路与MMC 50连接的至少一个上述实施例中的风力发电机组。直流输电线路具体可为高压直流线路。
风力发电机组设置于海上，电网40以及与电网连接的MMC 50设置于陆地。风力发电机组的内容可参见上述实施例中风力发电机组的相关说明，在此不再赘述。
其中，MMC 50输出混合电能信号。混合电能信号包括直流电能信号以及叠加在直流电能信号上的交流电能信号。由于直流取电电路10中的隔离电容C1具有通交流隔直流的作用，因此混合电能信号中的直流电压信号施加于隔离电容C1上，但直流电压信号无法通过隔离电容C1。混合电能信号中的交流电能信号可通过隔离电容C1，施加在分压电阻R1上。交流电能信号经过直流取电电路中的隔离变压器T1后即可为风力发电机组中的用电设备供电。
在本申请实施例中采用无源器件即可从风力发电机组与MMC之间的直流输电线路取电，降低了整个海上风电场的成本。
在一些示例中，海上风电场可包括N个连接的风力发电机组，N为大于1的整数。对应地，MMC可包括正极MMC和负极MMC。具体地，第一个风力发电机组与正极MMC连接，第N个风力发电机组与负极MMC连接。比如，图5为本申请另一实施例提供的一种海上风电场的结构示意图。如图5所示，该海上风电场包括两个风力发电机组。MMC包括正极MMC 51和负极MMC52。
其中，第一个风力发电机组通过直流输电线路与正极MMC 51、接地端连接。第二个风力发电机组通过直流输电线路与负极MMC 52、接地端连接。
在一些示例中，如图5所示，电网与MMC之间还可设置有第二变压器T3。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于风力发电机组实施例和海上风电场实施例而言，相关之处可以参见直流取电电路实施例的说明部分。本申请并不局限于上文所描述并在图中示出的特定结构。本领域的技术人员可以在领会本申请的精神之后，作出各种改变、修改和添加。并且，为了简明起见，这里省略对已知技术的详细描述。
本领域技术人员应能理解，上述实施例均是示例性而非限制性的。在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。在权利要求书中，术语“包括”并不排除其他装置或步骤；不定冠词“一个”不排除多个；术语“第一”、“第二”用于标示名称而非用于表示任何特定的顺序。权利要求中的任何附图标记均不应被理解为对保护范围的限制。权利要求中出现的多个部分的功能可以由一个单独的硬件或软件模块来实现。某些技术特征出现在不同的从属权利要求中并不意味着不能将这些技术特征进行组合以取得有益效果。

Claims (10)

1.一种直流取电电路，其特征在于，包括：
取电模块，所述取电模块的输入端用于与风力发电机组的直流输电端连接，所述取电模块的输出端与变压模块的输入端连接；
所述变压模块，所述变压模块的输出端用于与所述风力发电机组中用电设备连接。
2.根据权利要求1所述的直流取电电路，其特征在于，所述取电模块包括隔离电容和分压电阻，
所述隔离电容的第一端用于连接所述风力发电机组的整流器的输出端，所述隔离电容的第二端连接所述分压电阻的第一端，所述分压电阻的第二端用于连接所述风力发电机组的整流器的输出端，所述分压电阻的第一端以及第二端为所述取电模块的输出端。
3.根据权利要求2所述的直流取电电路，其特征在于，所述变压模块包括隔离变压器。
4.一种风力发电机组，其特征在于，包括依次连接的风力发电机、变流器、第一变压器和整流器，所述风力发电机设置在海上的浮动基础上；
所述风力发电机组还包括如权利要求1至3中任意一项所述的直流取电电路，
其中，所述整流器的输出端为风力发电机组的直流输电端。
5.根据权利要求4所述的风力发电机组，其特征在于，所述整流器为包括二极管的整流桥电路。
6.根据权利要求5所述的风力发电机组，其特征在于，所述变流器包括交流/直流转换器和直流/交流转换器，
所述交流/直流转换器的一端与所述风力发电机连接，所述交流/直流转换器的另一端与所述直流/交流转换器的一端连接，所述直流/交流转换器的另一端与第一变压器连接。
7.一种海上风电场，其特征在于，包括与电网连接的MMC，以及通过直流输电线路与所述MMC连接的至少一个如权利要求4至6中任意一项所述的风力发电机组。
8.根据权利要求7所述的海上风电场，其特征在于，所述MMC输出混合电能信号，所述混合电能信号包括直流电能信号以及叠加在所述直流电能信号上的交流电能信号。
9.根据权利要求7所述的海上风电场，其特征在于，包括N个连接的所述风力发电机组，所述MMC包括正极MMC和负极MMC，N为大于1的整数，
其中，第一个所述风力发电机组与所述正极MMC连接，第N个所述风力发电机组与所述负极MMC连接。
10.根据权利要求7所述的海上风电场，其特征在于，所述电网与所述MMC之间设置有第二变压器。
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