CN211830233U - 风力发电机组直流输电系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种风力发电机组直流输电系统，涉及风力发电领域。风力发电机组直流输电系统，包括风力发电机组阵列、直流输电线路、受电端换流站、换流变压器及交流电网；风力发电机组阵列与直流输电线路连接，直流输电线路与受电端换流站连接，受电端换流站与换流变压器连接，换流变压器与交流电网连接；其中，风力发电机组阵列包括N组风力发电机组，每组风力发电机组包括M台串联的风力发电机组，风力发电机组包括多绕组变压器，N为整数且N≥1，M为整数且M≥2；在N＞1的情况下，N组风力发电机组并联连接于直流输电线路。利用本申请的技术方案能够简化风力发电机组直流输电系统的结构。

Description

风力发电机组直流输电系统

技术领域

本申请属于风力发电领域，尤其涉及一种风力发电机组直流输电系统。

背景技术

柔性直流输电作为新一代的直流输电技术，由于其可独立控制换流器的无功功率，良好的故障穿越性能，换相失败风险小，占地面积小等优势，适用于多种环境，可应用于大量场景，如海上风电场等。

图1为风力发电领域中的一种海上直流输电系统的示意图。如图1所示，该海上直流输电系统包括风力发电机组矩阵11、交流汇集线路12、海上升压站13、海上送电端换流站14、直流输电线路15、海上受电端换流站16、换流变压器17及交流电网18。海上直流输电系统结构复杂，建设难度大。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种风力发电机组直流输电系统，能够简化风力发电机组直流输电系统的结构。

本申请实施例提供一种风力发电机组直流输电系统，包括风力发电机组阵列、直流输电线路、受电端换流站、换流变压器及交流电网；

风力发电机组阵列与直流输电线路连接，直流输电线路与受电端换流站连接，受电端换流站与换流变压器连接，换流变压器与交流电网连接；

其中，风力发电机组阵列包括N组风力发电机组，每组风力发电机组包括M台串联的风力发电机组，风力发电机组包括多绕组变压器，N为整数且N≥1，M为整数且M≥2；在N＞1的情况下，N组风力发电机组并联连接于直流输电线路。

在一些可能的实施例中，直流输电线路包括正极直流输电线路和负极直流输电线路；

在每组风力发电机组中，第i台风力发电机组的母线正极端口与第i-1 台风力发电机组的母线负极端口连接，i为整数且1＜i≤M；

第一台风力发电机组的母线正极端口与正极直流输电线路连接，第M 台风力发电机组的母线负极端口与负极直流输电线路连接。

在一些可能的实施例中，直流输电线路的输电电压小于或等于每组风力发电机组中M台风力发电机组的输电电压之和。

在一些可能的实施例中，多绕组变压器包括一个原边绕组和L个副边绕组，风力发电机组还包括传动发电结构、电抗、电流源变流器、储能电感及开关模块，每个副边绕组对应有电抗和电流源变流器，L为整数且L ≥2；

传动发电结构的输出端与多绕组变压器的原边绕组连接，多绕组变压器的每个副边绕组与对应的电抗的一端连接，电抗的另一端与对应的电流源变流器的输入端连接，第一个副边绕组对应的电流源变流器的第一输出端与储能电感的一端连接，开关模块与电流源变流器连接。

在一些可能的实施例中，每个副边绕组对应一个开关模块，第一个副边绕组对应的开关模块的第一输出端为风力发电机组的母线正极端口，第 L个副边绕组对应的开关模块的第二输出端为风力发电机组的母线负极端口，第j个副边绕组对应的开关模块的第一输入端口与第j个副边绕组对应的电流源变流器的第一输出端连接，第j个副边绕组对应的开关模块的第二输入端口与第j个副边绕组对应的电流源变流器的第二输出端连接，第j个副边绕组对应的开关模块的第一输出端与第j-1个副边绕组对应的开关模块的第二输出端连接，第一个副边绕组对应的开关模块的第一输入端与储能电感的另一端连接，第一个副边绕组对应的开关模块的第二输入端与第一个副边绕组对应的电流源变流器的第二输出端连接；

或者，

L个副边绕组对应一个开关模块，开关模块的第一输出端为风力发电机组的母线正极端口，开关模块的第二输出端为风力发电机组的母线负极端口，开关模块的第一输入端与储能电感的另一端连接，开关模块的第二输入端与第L个副边绕组对应的电流源变流器的第二输出端连接，第j个副边绕组对应的电流源变流器的第一输出端与第j-1个副边绕组对应的电流源变流器的第二输出端连接；

其中，j为整数且1＜j≤L。

在一些可能的实施例中，电流源变流器包括三相桥臂，每一相桥臂包括上桥臂和下桥臂，上桥臂与下桥臂具有功率单元。

在一些可能的实施例中，功率单元包括反向二极管和IGBT器件， IGBT器件的第一端与反向二极管的阳极连接，上桥臂的反向二极管的阴极为电流源变流器的第一输出端，上桥臂的IGBT器件的第二端为电流源变流器的输入端，下桥臂的反向二极管的阴极为电流源变流器的输入端，下桥臂的IGBT器件的第二端为电流源变流器的第二输出端；

或者，

功率单元包括逆阻型IGBT器件，上桥臂的逆阻型IGBT器件的第一端为电流源变流器的第一输出端，上桥臂的逆阻型IGBT器件的第二端为电流源变流器的输入端，下桥臂的逆阻型IGBT器件的第一端为电流源变流器的输入端，下桥臂的逆阻型IGBT器件的第二端为电流源变流器的第二输出端；

或者，

功率单元包括晶闸管器件，上桥臂的晶闸管器件的第一端为电流源变流器的第一输出端，上桥臂的晶闸管器件的第二端为电流源变流器的输入端，下桥臂的晶闸管器件的第一端为电流源变流器的输入端，下桥臂的晶闸管器件的第二端为电流源变流器的第二输出端。

在一些可能的实施例中，开关模块包括第一开关、第二开关和旁路单元，第一开关的第一端为开关模块的第一输入端，第一开关的第二端与旁路单元的第一端连接，第一开关的第二端为开关模块的第一输出端，第二开关的第一端为开关模块的第二输入端，第二开关的第二端与旁路单元的第二端连接，第二开关的第二端为开关模块的第二输出端。

或者，

开关模块包括四端口开关器件，四端口开关器件的第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端分别为开关模块的第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，四端口开关器件的第一输入端和四端口开关器件的第一输出端之间能够导通或关断，四端口开关器件的第二输入端和四端口开关器件的第二输出端之间能够导通或关断，四端口开关器件的第一输出端和四端口开关器件的第二输出端之间能够导通或关断。

在一些可能的实施例中，在开关模块包括第一开关、第二开关和旁路单元的情况下，第一开关的通断状态与第二开关的通断状态相同，第一开关的通断状态与旁路单元的通断状态相反；

在一些可能的实施例中，在开关模块包括四端口开关器件的情况下，四端口开关器件的第一输入端和四端口开关器件的第一输出端之间的通断状态，与四端口开关器件的第一输入端和四端口开关器件的第一输出端之间的通断状态相同；四端口开关器件的第一输入端和四端口开关器件的第一输出端之间的通断状态，与四端口开关器件的第一输出端和四端口开关器件的第二输出端之间的通断状态相反。

本申请实施例提供一种风力发电机组直流输电系统，风力发电机组矩阵包括N组风力发电机组，每组风力发电机组包括M台串联的风力发电机组。通过M台风力发电机组串联，能够在没有升压站的情况下，将风力发电机组阵列21的电压提升。本申请实施例中的风力发电机组直流输电系统无需设置升压站和送电端换流站，即可满足风力发电机组直流输电系统的输电要求，简化了风力发电机组直流输电系统的结构。

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为风力发电领域中的一种海上直流输电系统的示意图；

图2为本申请一实施例提供的风力发电机组直流输电系统的结构示意图；

图3为本申请实施例一示例中的风力发电机组的结构示意图；

图4为本申请实施例另一示例中的风力发电机组的结构示意图；

图5为本申请实施例一示例中的电流源变流器的结构示意图；

图6为本申请实施例另一示例中的电流源变流器的结构示意图；

图7为本申请实施例又一示例中的电流源变流器的结构示意图；

图8为本申请实施例一示例中的开关模块的示意图；

图9为本申请实施例另一示例中的开关模块的示意图。

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风力发电机组直流输电系统，可应用于海上风力发电领域，例如实现海上柔性直流输电。本申请实施例提供的风力发电机组直流输电系统不需要升压站和送电端换流站，即可实现风力发电机组与交流电网之间的电能输送，简化了风力发电机组直流输电系统的结构，减小了海上风力发电场的建设难度。

图2为本申请一实施例提供的风力发电机组直流输电系统的结构示意图。如图2所示，该风力发电机组直流输电系统可包括风力发电机组阵列 21、直流输电线路22、受电端换流站23、换流变压器24及交流电网25。

风力发电机组阵列21与直流输电线路22连接。直流输电线路22与受电端换流站23连接。受电端换流站23与换流变压器24连接。换流变压器 24与交流电网25连接。

风力发电机组阵列21包括N组风力发电机组。如图2所示，每组风力发电机组标记为211。具体地，本申请实施例中的风力发电机组为直流风力发电机组。风力发电机组中的变压器为多绕组变压器。每组风力发电机组包括M台串联的风力发电机组。其中，N为整数且N≥1，M为整数且M≥2。每组风力发电机组中的M台风力发电机组串联，从而提高风力发电机组阵列21一侧的电压，不需要设置专门的升压站，即可使风力发电机组阵列21一侧的电压提升达到直流输电线路22的要求。在一些示例中，直流输电线路22的输电电压小于或等于每组风力发电机组中M台风力发电机组的输电电压之和。即Udc×M≥UDC，其中，Udc为每台风力发电机组的输电电压，表征每台风力发电机组的直流输电电压等级。UDC 为直流输电线路22的输电电压，表征直流输电线路22的电压等级。直流输电线路22的输电电压小于或等于每组风力发电机组中M台风力发电机组的输电电压之和，可保证在风力发电机组矩阵中某一台风力发电机组或某几台风力发电机组无法正常工作的情况下，风力发电机组直流输电系统仍能够正常运行，正常进行电能的传输，提高风力发电机组直流输电系统的稳定性。

在N＝1的情况下，这一组风力发电机组与直流输电线路22连接。在 N＞1的情况下，N组风力发电机组并联连接于直流输电线路22。N组风力发电机组并联，可增加风力发电机组阵列21传输至直流输电线路22的电流，从而提高风力发电机组阵列21的功率，提高了风力发电机组直流输电系统的容量等级。

值得一提的是，M和N的具体的取值可根据风力发电机组直流输电系统对容量等级的要求以及风力发电机组能够产生的电压、电流等设定，在此并不限定。

在本申请实施例中，风力发电机组矩阵包括N组风力发电机组，每组风力发电机组包括M台串联的风力发电机组。通过M台风力发电机组串联，能够在没有升压站的情况下，将风力发电机组阵列21的电压提升。本申请实施例中的风力发电机组直流输电系统无需设置升压站和送电端换流站，即可满足风力发电机组直流输电系统的输电要求，简化了风力发电机组直流输电系统的结构。简化后的风力发电机组直流输电系统也降低了建设成本、维护成本等。

在风力发电机组直流输电系统应用于海上风力发电领域的情况下，本申请实施例中的风力发电机组直流输电系统也大大降低了海上建设的难度。

每台风力发电机组设置有母线正极端口和母线负极端口。上述实施例中的直流输电线路22可包括正极直流输电线路221和负极直流输电线路 222。在一些示例中，直流输电线路22具体可为直流母线，正极直流输电线路221具体可为正极直流母线，负极直流输电线路222具体可为负极直流母线。如图2所示，在每组风力发电机组中，第一台风力发电机组的母线正极端口与正极直流输电线路221连接，第M台风力发电机组的母线负极端口与负极直流输电线路222连接。在每组风力发电机组中，第i台风力发电机组的母线正极端口与第i-1台风力发电机组的母线负极端口连接。其中，i为整数且1＜i≤M。

图3为本申请实施例一示例中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传动发电结构、多绕组变压器34、电抗 35、电流源变流器36、储能电感L1及开关模块37。

多绕组变压器34包括一个原边绕组341和L个副边绕组342，其中， L为正数且L≥2。副边绕组的数目L可根据多绕组变压器的设计制造要求以及风力发电机组直流输电系统的绝缘耐压水平等设定，在此并不限定。如图3所示，原边绕组341采用星型连接，副边绕组342采用三角型连接。每个副边绕组342对应有电抗35和电流源变流器36。

传动发电结构的输出端与多绕组变压器34的原边绕组341连接。多绕组变压器34的每个副边绕组342与对应的电抗35的一端连接。电抗35 的另一端与对应的电流源变流器36的输入端连接。第一个副边绕组342 对应的电流源变流器36的第一输出端与储能电感L1的一端连接。开关模块37与电流源变流器36连接。

多绕组变压器34的原边绕组341与风力发电机组中的低压侧连接，副边绕组342与风力发电机组中的高压侧连接。风力发电机组中的多个电流源变流器36直接级联连接或通过开关模块37间接级联连接，通过级联连接，可进一步提高电压等级，进一步提升单台风力发电机组的输出功率，在保证风力发电机组矩阵21的输出功率满足风力发电机组直流输电系统的基础上，减小串联的风力发电机组的数量，进一步简化风力发电机组直流输电系统的结构。

在一些示例中，如图3所示，L个副边绕组342对应一个开关模块 37。开关模块37的第一输出端为风力发电机组的母线正极端口，开关模块37的第二输出端为风力发电机组的母线负极端口。开关模块37的第一输入端与储能电感L1的另一端连接。开关模块37的第二输入端与第L个副边绕组342对应的电流源变流器36的第二输出端连接。第j个副边绕组342对应的电流源变流器36的第一输出端与第j-1个副边绕组342对应的电流源变流器36的第二输出端连接。其中，j为整数且1＜j≤L。

在另一些示例中，图4为本申请实施例另一示例中的风力发电机组的结构示意图。图4与图3的不同之处在于，风力发电机组中的每个副边绕组342对应一个开关模块37。

如图4所示，第一个副边绕组342对应的开关模块37的第一输出端为风力发电机组的母线正极端口。第L个副边绕组342对应的开关模块37 的第二输出端为风力发电机组的母线负极端口。第j个副边绕组342对应的开关模块37的第一输入端口与第j个副边绕组342对应的电流源变流器 36的第一输出端连接，第j个副边绕组342对应的开关模块37的第二输入端口与第j个副边绕组342对应的电流源变流器36的第二输出端连接。第j个副边绕组342对应的开关模块37的第一输出端与第j-1个副边绕组342 对应的开关模块37的第二输出端连接。第一个副边绕组342对应的开关模块37的第一输入端与储能电感L1的另一端连接，第一个副边绕组342 对应的开关模块37的第二输入端与第一个副边绕组342对应的电流源变流器36的第二输出端连接。其中，j为整数且1＜j≤L。

如图3和图4所示，传动发电结构可包括叶片31、齿轮箱32和发电机33等。其中，齿轮箱32和发电机33组成了半直驱传动的关键部件。叶片31转动带动齿轮箱32，从而带动发电机33，将风能转化为电能。

如图3和图4所示，电流源变流器36包括三相桥臂，每一相桥臂包括上桥臂和下桥臂。其中，上桥臂与下桥臂具有功率单元。

在一些示例中，图5为本申请实施例一示例中的电流源变流器的结构示意图。图5所示的电流源变流器36a为图3和图4所示的电流源变流器 36的一种具体实施方式。如图5所示，功率单元可包括反向二极管和绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)器件。为了便于标示，三相桥臂上包括反向二极管D1至D6和IGBT器件T1至T6。

IGBT器件的第一端与反向二极管的阳极连接。上桥臂的反向二极管的阴极为电流源变流器36a的第一输出端，上桥臂的IGBT器件的第二端为电流源变流器36a的输入端。下桥臂的反向二极管的阴极为电流源变流器36a的输入端，下桥臂的IGBT器件的第二端为电流源变流器36a的第二输出端。其中，在同一相桥臂中，上桥臂的IGBT器件的第二端与下桥臂的反向二极管的阴极连接。三相桥臂的上桥臂中的反向二极管的阴极相互连接，三相桥臂的下桥臂中的IGBT器件的第二端相互连接。每一相桥臂具有电流源变流器36a的一个输入端。如图5所示，A1为第一相桥臂上的电流源变流器36a的A相输入端，B1为第二相桥臂上的电流源变流器 36a的B相输入端，C1为第三相桥臂上的电流源变流器36a的C相输入端。

具体地，IGBT器件的第一端为IGBT器件的发射极，IGBT器件的第二端为IGBT器件的集电极。

在另一些示例中，图6为本申请实施例另一示例中的电流源变流器的结构示意图。图6所示的电流源变流器36b为图3和图4所示的电流源变流器36的另一种具体实施方式。如图6所示，功率单元包括逆阻型IGBT 器件。为了便于标示，三相桥臂上包括逆阻型IGBT器件T7至T12。

上桥臂的逆阻型IGBT器件的第一端为电流源变流器36b的第一输出端，上桥臂的逆阻型IGBT器件的第二端为电流源变流器36b的输入端。下桥臂的逆阻型IGBT器件的第一端为电流源变流器36b的输入端，下桥臂的逆阻型IGBT器件的第二端为电流源变流器36b的第二输出端。在同一相桥臂中，上桥臂的逆阻型IGBT器件的第二端与下桥臂的逆阻型IGBT器件的第一端连接。三相桥臂的上桥臂中的逆阻型IGBT器件的第一端相互连接，三相桥臂的下桥臂中的逆阻型IGBT器件的第二端相互连接。每一相桥臂具有电流源变流器36b的一个输入端。如图6所示，A1为第一相桥臂上的电流源变流器36b的A相输入端，B1为第二相桥臂上的电流源变流器36b的B相输入端，C1为第三相桥臂上的电流源变流器36b的C 相输入端。

具体地，逆阻型IGBT器件相当于在IGBT器件的发射极处集成了一个等效二极管。为了便于说明，图6中的逆阻型IGBT器件中示出了该等效二极管，但需要注意的是，该等效二极管是在制作逆阻型IGBT器件过程中等效产生的，并不是串联了一个二极管。逆阻型IGBT器件的第一端为逆阻型IGBT器件的发射极，逆阻型IGBT器件的第二端为逆阻型IGBT器件的集电极。

在又一些示例中，图7为本申请实施例又一示例中的电流源变流器的结构示意图。图7所示的电流源变流器36c为图3和图4所示的电流源变流器36的又一种具体实施方式。如图7所示，功率单元包括晶闸管器件。为了便于标示，三相桥臂上包括晶闸管器件T13至T18。

上桥臂的晶闸管器件的第一端为电流源变流器36c的第一输出端，上桥臂的晶闸管器件的第二端为电流源变流器36c的输入端。下桥臂的晶闸管器件的第一端为电流源变流器36c的输入端，下桥臂的晶闸管器件的第二端为电流源变流器36c的第二输出端。其中，在同一相桥臂中，上桥臂的晶闸管器件的第二端与下桥臂的晶闸管的第一端连接。三相桥臂的上桥臂中的晶闸管器件的第一端相互连接，三相桥臂的下桥臂中的晶闸管器件的第二端相互连接。每一相桥臂具有电流源变流器36c的一个输入端。如图7所示，A1为第一相桥臂上的电流源变流器36c的A相输入端，B1为第二相桥臂上的电流源变流器36c的B相输入端，C1为第三相桥臂上的电流源变流器36c的C相输入端。

具体地，晶闸管器件的第一端为晶闸管器件的阴极，晶闸管器件的第二端为晶闸管器件的阳极。

在L个副边绕组342对应一个开关模块37的情况下，开关模块37可用于控制该开关模块37所在的风力发电机组是否投入使用。具体地，开关模块37可包括第一输入端X1、第二输入端X2、第一输出端Y1和第二输出端Y2。通过控制第一输入端X1和第一输出端Y1之间的通断状态、第二输入端X2与第二输出端Y2之间的通断状态，以及第一输出端Y1与第二输出端Y2之间的通断状态，以控制该开关模块37所在的风力发电机组是否投入使用。

在发生故障的风力发电机组中，开关模块37的第一输入端X1与开关模块37的第一输出端Y1之间关断，开关模块37的第二输入端X2与开关模块37的第二输出端Y2之间关断，开关模块37的第一输出端Y1与开关模块37的第二输出端Y2之间导通，以将该发生故障的风力发电机组切出风力发电机组直流输电系统，并不会影响风力发电机组直流输电系统的正常运行。开关模块37的第一输出端Y1与开关模块37的第二输出端Y2之间导通之后，开关模块37的第一输入端X1与开关模块37的第一输出端 Y1之间、开关模块37的第二输入端X2与开关模块37的第二输出端Y2 之间均为零电压状态和零电流状态，使得开关模块37的第一输入端X1与开关模块37的第一输出端Y1之间的关断，以及开关模块37的第二输入端X2与开关模块37的第二输出端Y2之间的关断更加安全。还可进一步对开关模块37的第一输入端X1与开关模块37的第一输出端Y1之间，以及开关模块37的第二输入端X2与开关模块37的第二输出端Y2之间进行接地，能够安全地对该发生故障的风力发电机组进行检修维护。

在能够正常运行的风力发电机组中，开关模块37的第一输入端X1与开关模块37的第一输出端Y1之间导通，开关模块37的第二输入端X2与开关模块37的第二输出端Y2之间导通，开关模块37的第一输出端Y1与开关模块37的第二输出端Y2之间关断，以将该能够正常运行的风力发电机组投入风力发电机组直流输电系统，使该风力发电机组正常运行。例如，在发生故障的风力发电机组的故障已经修复的情况下，可控制故障修复的风力发电机组中开关模块37的第一输入端X1与开关模块37的第一输出端Y1之间导通，开关模块37的第二输入端X2与开关模块37的第二输出端Y2之间导通，开关模块37的第一输出端Y1与开关模块37的第二输出端Y2之间关断，以将故障修复的风力发电机组投入风力发电机组直流输电系统继续使用。

在每个副边绕组342对应一个开关模块37的情况下，开关模块37可用于控制与该开关模块37对应的副边绕组342和电流源变流器36是否投入使用。具体地，每个开关模块37可包括第一输入端X1、第二输入端 X2、第一输出端Y1和第二输出端Y2。通过控制每个开关模块中第一输入端X1和第一输出端Y1之间的通断状态、第二输入端X2与第二输出端 Y2之间的通断状态，以及第一输出端Y1与第二输出端Y2之间的通断状态，以控制与该开关模块37对应的副边绕组342和电流源变流器36是否投入使用。

在与发生故障的副边绕组342和/或发生故障的电流源变流器36对应的开关模块中，该开关模块37的第一输入端X1与该开关模块37的第一输出端Y1之间关断，该开关模块37的第二输入端X2与该开关模块37的第二输出端Y2之间关断，该开关模块37的第一输出端Y1与该开关模块 37的第二输出端Y2之间导通，以将该发生故障的副边绕组342和/或发生故障的电流源变流器36切出风力发电机组直流输电系统，该风力发电机组中其他正常的副边绕组342和正常的电流源变流器36仍然投入使用，该风力发电机组仍然可以运行。

在能够正常运行的副边绕组342和正常运行的电流源变流器36对应的开关模块中，该开关模块37的第一输入端X1与该开关模块37的第一输出端Y1之间导通，该开关模块37的第二输入端X2与该开关模块37的第二输出端Y2之间导通，该开关模块37的第一输出端Y1与该开关模块 37的第二输出端Y2之间关断，以将能够正常运行的副边绕组342和正常运行的电流源变流器36投入风力发电机组直流输电系统，使能够正常运行的副边绕组342和正常运行的电流源变流器36正常运行。例如，在发生故障的副边绕组和/或发生故障的电流源变流器的故障已经修复的情况下，可控制与故障修复的副边绕组342和电流源变流器36对应的开关模块37的第一输入端X1与该开关模块37的第一输出端Y1之间导通，该开关模块37的第二输入端X2与该开关模块37的第二输出端Y2之间导通，该开关模块37的第一输出端Y1与该开关模块37的第二输出端Y2之间关断，以将故障修复的副边绕组342和电流源变流器36投入风力发电机组直流输电系统继续使用。

在一些示例中，图8为本申请实施例一示例中的开关模块的示意图。图8所示的开关模块37a为图3和图4所示的开关模块37的一种具体实施方式。如图8所示，开关模块37a包括第一开关371、第二开关372和旁路单元373。

第一开关371的第一端为开关模块37a的第一输入端X1，第一开关371的第二端与旁路单元373的第一端连接，第一开关371的第二端为开关模块37a的第一输出端Y1。第二开关372的第一端为开关模块37a的第二输入端X2，第二开关372的第二端与旁路单元373的第二端连接，第二开关372的第二端为开关模块37a的第二输出端Y2。

第一开关371和第二开关372可由隔离刀实现，旁路单元373具体也可由开关器件实现，但在此并不限定第一开关371、第二开关372和旁路单元373的具体结构。

对应地，第一开关371的通断状态与第二开关372的通断状态相同，第一开关371的通断状态与旁路单元373的通断状态相反。例如，第一开关371导通，第二开关372导通，则旁路单元373关断。或者，第一开关 371关断，第二开关372关断，则旁路单元373导通。

在L个副边绕组342对应一个开关模块37a的情况下，在发生故障的风力发电机组中，第一开关371关断，第二开关372关断，旁路单元373 导通，以将发生故障的风力发电机组切出风力发电机组直流输电系统。

在L个副边绕组342对应一个开关模块37a的情况下，在能够正常运行的风力发电机组中，第一开关371导通，第二开关372导通，旁路单元 373关断，以将能够正常运行的风力发电机组投入风力发电机组直流输电系统。

在每个副边绕组342对应一个开关模块37a的情况下，在与发生故障的副边绕组342和/或发生故障的电流源变流器36对应的开关模块37a 中，第一开关371关断，第二开关372关断，旁路单元373导通，以将发生故障的副边绕组342和/或发生故障的电流源变流器36切出风力发电机组直流输电系统。

在每个副边绕组342对应一个开关模块37a的情况下，在与能够正常运行的副边绕组342和能够正常运行的电流源变流器36对应的开关模块 37a中，第一开关371导通，第二开关372导通，旁路单元373关断，以将能够正常运行的副边绕组342和能够正常运行的电流源变流器36投入风力发电机组直流输电系统。

在另一些示例中，开关模块37可包括四端口开关器件。该四端口开关器件的第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端分别为开关模块37的第一输入端X1、第二输入端X2、第一输出端Y1和第二输出端 Y2。四端口开关器件的第一输入端和四端口开关器件的第一输出端之间能够导通或关断，四端口开关器件的第二输入端和四端口开关器件的第二输出端之间能够导通或关断，四端口开关器件的第一输出端和四端口开关器件的第二输出端之间能够导通或关断。

对应地，四端口开关器件的第一输入端和四端口开关器件的第一输出端之间的通断状态，与四端口开关器件的第二输入端和四端口开关器件的第二输出端之间的通断状态相同。四端口开关器件的第一输入端和四端口开关器件的第一输出端之间的通断状态，与四端口开关器件的第一输出端和四端口开关器件的第二输出端之间的通断状态相反。例如，四端口开关器件的第一输入端和四端口开关器件的第一输出端之间导通，四端口开关器件的第二输入端和四端口开关器件的第二输出端之间导通，则四端口开关器件的第一输出端和四端口开关器件的第二输出端之间关断。或者，四端口开关器件的第一输入端和四端口开关器件的第一输出端之间关断，四端口开关器件的第二输入端和四端口开关器件的第二输出端之间关断，则四端口开关器件的第一输出端和四端口开关器件的第二输出端之间导通。

在L个副边绕组342对应一个开关模块37的情况下，在发生故障的风力发电机组中，四端口开关器件的第一输入端与四端口开关器件的第一输出端之间关断，四端口开关器件的第二输入端与四端口开关器件的第二输出端之间关断，四端口开关器件的第一输出端与四端口开关器件的第二输出端之间导通，以将发生故障的风力发电机组切出风力发电机组直流输电系统。

在每个副边绕组342对应一个开关模块37的情况下，在与发生故障的副边绕组342和/或发生故障的电流源变流器36对应的开关模块37中，四端口开关器件的第一输入端与四端口开关器件的第一输出端之间关断，四端口开关器件的第二输入端与四端口开关器件的第二输出端之间关断，四端口开关器件的第一输出端与四端口开关器件的第二输出端之间导通，以将发生故障的副边绕组342和/或发生故障的电流源变流器36切出风力发电机组直流输电系统。

在L个副边绕组342对应一个开关模块37的情况下，在能够正常运行的风力发电机组中，四端口开关器件的第一输入端与四端口开关器件的第一输出端之间导通，四端口开关器件的第二输入端与四端口开关器件的第二输出端之间导通，四端口开关器件的第一输出端与四端口开关器件的第二输出端之间关断，以将能够正常运行的风力发电机组投入风力发电机组直流输电系统。

在每个副边绕组342对应一个开关模块37的情况下，在与能够正常运行的副边绕组342和能够正常运行的电流源变流器36对应的开关模块 37中，四端口开关器件的第一输入端与四端口开关器件的第一输出端之间导通，四端口开关器件的第二输入端与四端口开关器件的第二输出端之间导通，四端口开关器件的第一输出端与四端口开关器件的第二输出端之间关断，以将能够正常运行的副边绕组342和能够正常运行的电流源变流器36投入风力发电机组直流输电系统。

下面以四端口开关器件包括三个开关口为例进行说明。图9为本申请实施例另一示例中的开关模块的示意图。图9所示的开关模块37b为图3 和图4所示的开关模块37的另一种具体实施方式。如图9所示，开关模块 37包括第一开关口374、第二开关口375和第三开关口376。

四端口开关器件的第一开关口374位于四端口开关器件的第一输入端和第一输出端之间。四端口开关器件的第二开关口375位于四端口开关器件的第二输入端和第二输出端之间。四端口开关器件的第三开关口376位于四端口开关器件的第一输出端和第二输出端之间。

第一开关口374与第二开关口375的通断状态相同，第三开关口376 与第一开关口374的通断状态相反。例如，第一开关口374导通，第二开关口375导通，则第三开关口376关断。或者，第一开关口374关断，第二开关口375关断，第三开关口376导通。

在发生故障的风力发电机组中，或，在与发生故障的副边绕组342和/ 或发生故障的电流源变流器36对应的开关模块37b中，第一开关口374关断，第二开关口375关断，第三开关口376导通，以将发生故障的风力发电机组切出风力发电机组直流输电系统，或，以将发生故障的副边绕组 342和/或发生故障的电流源变流器36切出风力发电机组直流输电系统。

在能够正常运行的风力发电机组中，或，在与能够正常运行的副边绕组342和能够正常运行的电流源变流器36对应的开关模块37b中，第一开关口374导通，第二开关口375导通，第三开关口376关断，以将能够正常运行的风力发电机组投入风力发电机组直流输电系统，或，以将能够正常运行的副边绕组342和能够正常运行的电流源变流器36投入风力发电机组直流输电系统。

本申请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，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，本申请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申请的范围之中。

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；量词“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)

1.一种风力发电机组直流输电系统，其特征在于，包括风力发电机组阵列、直流输电线路、受电端换流站、换流变压器及交流电网；

所述风力发电机组阵列与所述直流输电线路连接，所述直流输电线路与所述受电端换流站连接，所述受电端换流站与所述换流变压器连接，所述换流变压器与所述交流电网连接；

其中，所述风力发电机组阵列包括N组风力发电机组，每组风力发电机组包括M台串联的风力发电机组，所述风力发电机组包括多绕组变压器，N为整数且N≥1，M为整数且M≥2；在N＞1的情况下，N组风力发电机组并联连接于所述直流输电线路。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组直流输电系统，其特征在于，所述直流输电线路包括正极直流输电线路和负极直流输电线路；

在每组风力发电机组中，第i台风力发电机组的母线正极端口与第i-1台风力发电机组的母线负极端口连接，i为整数且1＜i≤M；

第一台风力发电机组的母线正极端口与所述正极直流输电线路连接，第M台风力发电机组的母线负极端口与所述负极直流输电线路连接。

3.根据权利要求1所述的风力发电机组直流输电系统，其特征在于，所述直流输电线路的输电电压小于或等于每组风力发电机组中M台风力发电机组的输电电压之和。

4.根据权利要求1所述的风力发电机组直流输电系统，其特征在于，所述多绕组变压器包括一个原边绕组和L个副边绕组，所述风力发电机组还包括传动发电结构、电抗、电流源变流器、储能电感及开关模块，每个副边绕组对应有所述电抗和所述电流源变流器，L为整数且L≥2；

所述传动发电结构的输出端与所述多绕组变压器的原边绕组连接，所述多绕组变压器的每个副边绕组与对应的所述电抗的一端连接，所述电抗的另一端与对应的所述电流源变流器的输入端连接，第一个副边绕组对应的所述电流源变流器的第一输出端与所述储能电感的一端连接，所述开关模块与所述电流源变流器连接。

5.根据权利要求4所述的风力发电机组直流输电系统，其特征在于，

每个副边绕组对应一个所述开关模块，第一个副边绕组对应的所述开关模块的第一输出端为所述风力发电机组的母线正极端口，第L个副边绕组对应的所述开关模块的第二输出端为所述风力发电机组的母线负极端口，第j个副边绕组对应的所述开关模块的第一输入端口与第j个副边绕组对应的所述电流源变流器的第一输出端连接，第j个副边绕组对应的所述开关模块的第二输入端口与第j个副边绕组对应的所述电流源变流器的第二输出端连接，第j个副边绕组对应的所述开关模块的第一输出端与第j-1个副边绕组对应的所述开关模块的第二输出端连接，第一个副边绕组对应的所述开关模块的第一输入端与所述储能电感的另一端连接，第一个副边绕组对应的所述开关模块的第二输入端与第一个副边绕组对应的所述电流源变流器的第二输出端连接；

或者，

L个副边绕组对应一个所述开关模块，所述开关模块的第一输出端为所述风力发电机组的母线正极端口，所述开关模块的第二输出端为所述风力发电机组的母线负极端口，所述开关模块的第一输入端与所述储能电感的另一端连接，所述开关模块的第二输入端与第L个副边绕组对应的所述电流源变流器的第二输出端连接，第j个副边绕组对应的所述电流源变流器的第一输出端与第j-1个副边绕组对应的所述电流源变流器的第二输出端连接；

其中，j为整数且1＜j≤L。

6.根据权利要求4所述的风力发电机组直流输电系统，其特征在于，所述电流源变流器包括三相桥臂，每一相桥臂包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂与所述下桥臂具有功率单元。

7.根据权利要求6所述的风力发电机组直流输电系统，其特征在于，

所述功率单元包括反向二极管和IGBT器件，所述IGBT器件的第一端与所述反向二极管的阳极连接，所述上桥臂的所述反向二极管的阴极为所述电流源变流器的第一输出端，所述上桥臂的所述IGBT器件的第二端为所述电流源变流器的输入端，所述下桥臂的所述反向二极管的阴极为所述电流源变流器的输入端，所述下桥臂的所述IGBT器件的第二端为所述电流源变流器的第二输出端；

或者，

所述功率单元包括逆阻型IGBT器件，所述上桥臂的所述逆阻型IGBT器件的第一端为所述电流源变流器的第一输出端，所述上桥臂的所述逆阻型IGBT器件的第二端为所述电流源变流器的输入端，所述下桥臂的所述逆阻型IGBT器件的第一端为所述电流源变流器的输入端，所述下桥臂的所述逆阻型IGBT器件的第二端为所述电流源变流器的第二输出端；

或者，

所述功率单元包括晶闸管器件，所述上桥臂的所述晶闸管器件的第一端为所述电流源变流器的第一输出端，所述上桥臂的所述晶闸管器件的第二端为所述电流源变流器的输入端，所述下桥臂的所述晶闸管器件的第一端为所述电流源变流器的输入端，所述下桥臂的所述晶闸管器件的第二端为所述电流源变流器的第二输出端。

8.根据权利要求4所述的风力发电机组直流输电系统，其特征在于，

所述开关模块包括第一开关、第二开关和旁路单元，所述第一开关的第一端为所述开关模块的第一输入端，所述第一开关的第二端与所述旁路单元的第一端连接，所述第一开关的第二端为所述开关模块的第一输出端，所述第二开关的第一端为所述开关模块的第二输入端，所述第二开关的第二端与所述旁路单元的第二端连接，所述第二开关的第二端为所述开关模块的第二输出端；

或者，

所述开关模块包括四端口开关器件，所述四端口开关器件的第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端分别为所述开关模块的第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述四端口开关器件的第一输入端和所述四端口开关器件的第一输出端之间能够导通或关断，所述四端口开关器件的第二输入端和所述四端口开关器件的第二输出端之间能够导通或关断，所述四端口开关器件的第一输出端和所述四端口开关器件的第二输出端之间能够导通或关断。

9.根据权利要求8所述的风力发电机组直流输电系统，其特征在于，

在所述开关模块包括所述第一开关、所述第二开关和所述旁路单元的情况下，所述第一开关的通断状态与所述第二开关的通断状态相同，所述第一开关的通断状态与所述旁路单元的通断状态相反。

10.根据权利要求8所述的风力发电机组直流输电系统，其特征在于，

在所述开关模块包括所述四端口开关器件的情况下，所述四端口开关器件的第一输入端和所述四端口开关器件的第一输出端之间的通断状态，与所述四端口开关器件的第一输入端和所述四端口开关器件的第一输出端之间的通断状态相同；所述四端口开关器件的第一输入端和所述四端口开关器件的第一输出端之间的通断状态，与所述四端口开关器件的第一输出端和所述四端口开关器件的第二输出端之间的通断状态相反。

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