CN214479644U - 直流输电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种直流输电系统，包括：至少一个直流风机串联阵列，每个直流风机串联阵列包括多个串联的直流风机；柔性直流输电线路，包括正直流输电线路和负直流输电线路，其中，每个直流风机串联阵列的第一台套直流风机的正母线端口与正直流输电线路电气连接，每个直流风机串联阵列的最后一台套直流风机的负母线端口与负直流输电线路电气连接；换流站，正直流输电线路和负直流输电线路连接到换流站；换流变压器，连接在换流站与交流电网之间。通过配置至少一个直流风机串联阵列，可直接输出高电压等级的直流电，也就不必建造海上升压站，可降低直流输电系统的建造成本和施工难度，满足海上风电的经济性要求。

Description

直流输电系统

技术领域

本实用新型涉及风力发电技术领域，具体涉及一种直流输电系统。

背景技术

现有基于交流风机的海上柔性直流输电系统如图1所示，主要包括海上交流风机阵列1’、交流汇集线路2’、海上升压站3’、海上柔性直流输电线路4’、海上受端换流站5’、换流变压器6’、交流电网7’组成。其中，海上交流风机阵列1’由多个交流风机11’组成，海上升压站3’包括海上升压变压器31’和海上送端换流站32’，海上柔性直流输电线路4’包括正直流输电线路41’、负直流输电线路42’两部分。

柔性直流输电作为新一代直流输电技术，具有常规直流无法比拟的技术优势。柔直输电通过直流方式并网，无需风电场与所连接的交流电网7’保持同步；采用以IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)为代表的全控型器件，能够独立的控制换流器的无功功率，为风电场提供动态无功支撑；柔性直流输电具有良好的故障穿越性能，能够最大限度地隔离风电场和并网交流电网7’故障时的相互影响，没有换相失败的风险，减小了交流风机11’因低压脱网的概率。柔性直流输电占地面积小，适合海上风电场的应用，能够在风电场发生严重故障时，为风电场母线充电实现故障后的快速恢复。综合以上优点，柔性直流输电技术已成为海上风电并网的最佳选择。

然而受限于海上交流风机阵列1’的并联方式，必须通过海上集中的升压站，才能实现高压直流输电。如前所述，海上升压站3’包括海上升压变压器31’、海上送端换流站32’两部分。海上升压站3’建造成本高，施工难度大，经济性差，已经不适合海上风电的经济性要求。

实用新型内容

因此，本实用新型的目的在于提供一种直流输电系统，以解决如何满足海上风电的经济性要求的问题。

根据本实用新型的一方面，提供一种直流输电系统，所述直流输电系统包括：至少一个直流风机串联阵列，每个直流风机串联阵列包括多个串联的直流风机；柔性直流输电线路，包括正直流输电线路和负直流输电线路，其中，每个直流风机串联阵列的第一台套直流风机的正母线端口与所述正直流输电线路电气连接，每个直流风机串联阵列的最后一台套直流风机的负母线端口与所述负直流输电线路电气连接；换流站，所述正直流输电线路和所述负直流输电线路连接到所述换流站；换流变压器，连接在所述换流站与交流电网之间。

可选地，所述直流风机包括顺序连接的叶轮、发电机、机侧整流器、机侧逆变器、升压变压器、网侧整流器、直流母线电容、直流变换器和旁路开关。

可选地，所述直流风机包括顺序连接的叶轮、齿轮箱、发电机、升压变压器、网侧整流器、直流母线电容、直流变换器和旁路开关。

可选地，所述直流变换器为单相全桥单元，并且包括多个开关器件。

可选地，所述直流变换器包括第一桥臂上桥臂开关管、第一桥臂下桥臂开关管、第二桥臂上桥臂开关管、第二桥臂下桥臂开关管，其中，所述第一桥臂上桥臂开关管的阳极，与所述第二桥臂上桥臂开关管的阴极，以及所述直流母线电容的正极相连接，其中，所述第一桥臂下桥臂开关管的阳极，与所述第二桥臂下桥臂开关管的阴极，以及所述直流母线电容的负极相连接，其中，所述第一桥臂上桥臂开关管的阴极，与所述第一桥臂下桥臂开关管的阴极相连接，并且作为所述直流变换器的第一电气接口，其中，所述第二桥臂上桥臂开关管的阳极，与所述第二桥臂下桥臂开关管的阳极相连接，并且作为所述直流变换器的第二电气接口。

可选地，所述直流变换器包括第一桥臂上桥臂二极管、第一桥臂下桥臂开关管、第二桥臂上桥臂开关管、第二桥臂下桥臂二极管，其中，所述第一桥臂上桥臂二极管的阳极，与所述第二桥臂上桥臂开关管的阴极，以及所述直流母线电容的正极相连接，其中，所述第一桥臂下桥臂开关管的阳极，与所述第二桥臂下桥臂二极管的阴极，以及所述直流母线电容的负极相连接，其中，所述第一桥臂上桥臂二极管的阴极，与所述第一桥臂下桥臂开关管的阴极相连接，并且作为所述直流变换器的第一电气接口，其中，所述第二桥臂上桥臂开关管的阳极，与所述第二桥臂下桥臂二极管的阳极相连接，并且作为所述直流变换器的第二电气接口。

可选地，所述开关管为非对称型集成门极换流晶闸管或门极可关断晶闸管。

可选地，串联的直流风机的数量与每台套直流风机的直流输电电压等级的乘积大于或等于所述柔性直流输电线路的母线电压等级。

可选地，当所述至少一个直流风机串联阵列的数量为多个时，多个所述直流风机串联阵列并联连接。

可选地，所述旁路开关包括：连接在第一直流通路上的第一开关触点、连接在第二直流通路上的第二开关触点、连接在旁路通路上的第三开关触点，其中，所述第一开关触点与所述第二开关触点的通断状态相同，所述第一开关触点与所述第三开关触点的通断状态相反，其中，所述第一直流通路连接到所述第一电气接口和所述旁路通路，所述第二直流通路连接到所述第二电气接口和所述旁路通路，所述旁路通路还连接到与所述直流风机串联连接的其他直流风机、所述正直流输电线路和/或所述负直流输电线路。

根据本实用新型的实施例的直流输电系统，通过配置至少一个直流风机串联阵列，可直接输出直流电，能够利用每个直流风机串联阵列中第一台套直流风机的正母线端口和最后一台套直流风机的负母线端口直接连接柔性直流输电线路，并能通过直流风机串联的方式，提高直流输电的电压等级，从而取代相关技术中的海上交流风机阵列、交流汇集线路和海上升压站，也就不必建造海上升压站，可降低直流输电系统的建造成本和施工难度，满足海上风电的经济性要求。

将在接下来的描述中部分阐述本实用新型总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本实用新型总体构思的实施而得知。

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，本实用新型的上述以及其他目的和特点将会变得更加清楚，在附图中：

图1是相关技术的海上柔性直流输电系统的结构示意图；

图2是根据本实用新型的一个实施例的直流输电系统的结构示意图；

图3是根据本实用新型的一个实施例的直流风机的结构示意图；

图4是根据本实用新型的一个实施例的直流风机串联阵列的结构示意图；

图5是根据本实用新型的另一个实施例的直流风机的结构示意图；

图6是根据本实用新型的另一个实施例的直流风机串联阵列的结构示意图；

图7是根据本实用新型的一个实施例的直流母线电容和直流变换器的结构示意图；

图8是根据本实用新型的一个实施例的直流母线电容和直流变换器的功率流充电回路示意图；

图9是根据本实用新型的一个实施例的直流母线电容和直流变换器的功率流上桥臂短路切出示意图；

图10是根据本实用新型的一个实施例的直流母线电容和直流变换器的功率流放电回路示意图；

图11是根据本实用新型的一个实施例的直流母线电容和直流变换器的功率流下桥臂短路切出示意图；

图12是根据本实用新型的另一个实施例的直流风机的结构示意图；

图13是根据本实用新型的另一个实施例的直流风机串联阵列的结构示意图；

图14是根据本实用新型的另一个实施例的直流风机的结构示意图；

图15是根据本实用新型的另一个实施例的直流风机串联阵列的结构示意图；

图16是根据本实用新型的另一个实施例的直流母线电容和直流变换器的结构示意图；

图17是根据本实用新型的另一个实施例的直流母线电容和直流变换器的功率流充电回路示意图；

图18是根据本实用新型的另一个实施例的直流母线电容和直流变换器的功率流上桥臂短路切出示意图；

图19是根据本实用新型的另一个实施例的直流母线电容和直流变换器的功率流放电回路示意图；

图20是根据本实用新型的另一个实施例的直流母线电容和直流变换器的功率流下桥臂短路切出示意图。

附图标号说明：

1’：海上交流风机阵列；11’：交流风机；2’：交流汇集线路；3’：海上升压站；31’：海上升压变压器；32’：海上送端换流站；4’：海上柔性直流输电线路；41’：正直流输电线路；42’：负直流输电线路；5’：海上受端换流站；6’：换流变压器；7’：交流电网；

1：直流风机串联阵列；10：直流风机；111：叶轮；112：发电机；113：机侧整流器；114：机侧逆变器；115：升压变压器；116：齿轮箱；12：网侧整流器；13：直流母线电容；14：直流变换器；141：第一桥臂上桥臂开关管；142：第一桥臂下桥臂开关管；143：第二桥臂上桥臂开关管；144：第二桥臂下桥臂开关管；145：第一桥臂上桥臂二极管；146：第二桥臂下桥臂二极管；147：第一电气接口；148：第二电气接口；15：旁路开关；151：第一开关触点；152：第二开关触点；153：第三开关触点；16：第一直流通路；17：第二直流通路；18：旁路通路；20：正母线端口；30：负母线端口；4：柔性直流输电线路；41：正直流输电线路；42：负直流输电线路；5：换流站；6：换流变压器；7：交流电网。

具体实施方式

提供下面的具体实施方式以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本申请的公开之后，在此描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改和等同物将是清楚的。例如，在此描述的操作的顺序仅是示例，并且不限于在此阐述的那些顺序，而是除了必须以特定的顺序发生的操作之外，可如在理解本申请的公开之后将是清楚的那样被改变。此外，为了更加清楚和简明，本领域已知的特征的描述可被省略。

在此描述的特征可以以不同的形式来实现，而不应被解释为限于在此描述的示例。相反，已提供在此描述的示例，以仅示出实现在此描述的方法、设备和/或系统的许多可行方式中的一些可行方式，所述许多可行方式在理解本申请的公开之后将是清楚的。

如在此使用的，术语“和/或”包括相关联的所列项中的任何一个以及任何两个或更多个的任何组合。

尽管在此可使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语来描述各种构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分不应被这些术语所限制。相反，这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分进行区分。因此，在不脱离示例的教导的情况下，在此描述的示例中所称的第一构件、第一组件、第一区域、第一层或第一部分也可被称为第二构件、第二组件、第二区域、第二层或第二部分。

在说明书中，当元件(诸如，层、区域或基底)被描述为“在”另一元件上、“连接到”或“结合到”另一元件时，该元件可直接“在”另一元件上、直接“连接到”或“结合到”另一元件，或者可存在介于其间的一个或多个其他元件。相反，当元件被描述为“直接在”另一元件上、“直接连接到”或“直接结合到”另一元件时，可不存在介于其间的其他元件。

在此使用的术语仅用于描述各种示例，并不将用于限制公开。除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式也意在包括复数形式。术语“包含”、“包括”和“具有”说明存在叙述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。

除非另有定义，否则在此使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与由本实用新型所属领域的普通技术人员在理解本实用新型之后通常理解的含义相同的含义。除非在此明确地如此定义，否则术语(诸如，在通用词典中定义的术语)应被解释为具有与它们在相关领域的上下文和本实用新型中的含义一致的含义，并且不应被理想化或过于形式化地解释。

此外，在示例的描述中，当认为公知的相关结构或功能的详细描述将引起对本实用新型的模糊解释时，将省略这样的详细描述。

图2是根据本实用新型的一个实施例的直流输电系统的结构示意图。

参照图2，本实用新型实施例提供的直流输电系统包括至少一个直流风机串联阵列1、柔性直流输电线路4、换流站5和换流变压器6。每个直流风机串联阵列1包括多个串联的直流风机10，每个直流风机10都具有正母线端口20和负母线端口30，某一台套直流风机10的正母线端口20与上一级联直流风机10的负母线端口30电气连接，某一台套直流风机10的负母线端口30与下一级联直流风机10的正母线端口20电气连接，即形成直流风机串联阵列1，剩下第一台套直流风机的正母线端口20和最后一台套直流风机的负母线端口30则连接到柔性直流输电线路4。具体地，柔性直流输电线路4包括正直流输电线路41和负直流输电线路42，每个直流风机串联阵列1的第一台套直流风机的正母线端口20与正直流输电线路41电气连接，每个直流风机串联阵列1的最后一台套直流风机的负母线端口30与负直流输电线路42电气连接。正直流输电线路41和负直流输电线路42(即，正直流输电线路41和负直流输电线路42的另一端)连接到换流站5。换流变压器6连接在换流站5与并网的交流电网7之间。

通过配置至少一个直流风机串联阵列1，可直接输出直流电，也就能够利用每个直流风机串联阵列1中第一台套直流风机10的正母线端口20和最后一台套直流风机10的负母线端口30直接连接柔性直流输电线路4，不必再配置如图1所示的海上送端换流站32’。

此外，串联的连接方式本身就具有一定的升压能力，直流风机串联阵列1两端的电压等于其中串联的全部直流风机10的电压之和。通过直流风机10串联的方式，提高了直流输电的电压等级，也就不必配置如图1所示的海上升压变压器31’。

因此，本实用新型实施例配置的至少一个直流风机串联阵列1能够取代如图1所示的相关技术中的海上交流风机阵列1’、交流汇集线路2’和海上升压站3’，也就不必建造海上升压站3’，可降低直流输电系统的建造成本和施工难度，满足海上风电的经济性要求。

图3是根据本实用新型的一个实施例的直流风机10的结构示意图。

图4是根据本实用新型的一个实施例的直流风机串联阵列1的结构示意图。

参照图3和图4，在一些实施例中，具体地，每个直流风机串联阵列1包括多个串联的直流风机10，直流风机10包括顺序连接的叶轮111、发电机112、机侧整流器113、机侧逆变器114、升压变压器115、网侧整流器12、直流母线电容13、直流变换器14和旁路开关15。此时，直流风机10的发电机112连接到叶轮111，直接受叶轮111驱动，直流风机10形成直驱直流风机。由于发电机112转速较低，产生的是低频电。通过配置机侧整流器113和机侧逆变器114，可将发电机112输出电能的频率升高至工频，满足后续并网需求。升压变压器115则可作为低压向高压的隔离，起到保护作用。通过配置网侧整流器12、直流母线电容13和直流变换器14，能够在单个直流风机10内部起到整流作用，将交流电转变为合适的直流电，保证直流风机10能够直接输出合适的直流电，也就不必配置如图1所示的海上送端换流站32’。网侧整流器12具体为三相PWM整流器，由三相半桥电力电子器件组成。旁路开关15则用于切换直流风机10的并网和脱网状态。

图5是根据本实用新型的另一个实施例的直流风机10的结构示意图。

图6是根据本实用新型的另一个实施例的直流风机串联阵列1的结构示意图。

参照图5和图6，在另一些实施例中，具体地，每个直流风机串联阵列1包括多个串联的直流风机10，直流风机10包括顺序连接的叶轮111、齿轮箱116、发电机112、升压变压器115、网侧整流器12、直流母线电容13、直流变换器14和旁路开关15。

此时，直流风机10的发电机112经齿轮箱116连接到叶轮111，齿轮箱116可通过啮合的齿轮组合来改变其输出端与输入端的转速关系，此时发电机112间接受叶轮111驱动，直流风机10形成半直驱直流风机。由于叶轮111的转速较低，通过合理配置齿轮箱116，可将发电机112提升至目标水平，从而令输出电能的频率达到工频，也就无需再配置机侧整流器113和机侧逆变器114，有助于简化电气拓扑结构。升压变压器115、网侧整流器12、直流母线电容13、直流变换器14和旁路开关15的作用则与前述实施例相同，在此不再赘述。

可选地，直流变换器14为单相全桥单元，并且包括多个开关器件。

图7是根据本实用新型的一个实施例的直流母线电容13和直流变换器14的结构示意图。

参照图7，在一些实施例中，具体地，直流变换器14包括第一桥臂上桥臂开关管141、第一桥臂下桥臂开关管142、第二桥臂上桥臂开关管143、第二桥臂下桥臂开关管144。第一桥臂上桥臂开关管141的阳极，与第二桥臂上桥臂开关管143的阴极，以及直流母线电容13的正极相连接；第一桥臂下桥臂开关管142的阳极，与第二桥臂下桥臂开关管144的阴极，以及直流母线电容13的负极相连接；第一桥臂上桥臂开关管141的阴极，与第一桥臂下桥臂开关管142的阴极相连接，并且作为直流变换器14的第一电气接口147；第二桥臂上桥臂开关管143的阳极，与第二桥臂下桥臂开关管144的阳极相连接，并且作为直流变换器14的第二电气接口148。

图8是根据本实用新型的一个实施例的直流母线电容13和直流变换器14的功率流充电回路示意图。

参照图8，此时，第一桥臂下桥臂开关管142、第二桥臂上桥臂开关管143同时触发，第一桥臂上桥臂开关管141、第二桥臂下桥臂开关管144同时关闭，功率流从第二电气接口148，通过第二桥臂上桥臂开关管143、直流母线电容13、第一桥臂下桥臂开关管142，到达第一电气接口147，给直流母线电容13充电。

图9是根据本实用新型的一个实施例的直流母线电容13和直流变换器14的功率流上桥臂短路切出示意图。

参照图9，此时，第一桥臂上桥臂开关管141、第二桥臂上桥臂开关管143同时触发，第一桥臂下桥臂开关管142、第二桥臂下桥臂开关管144同时关断，功率流从第二电气接口148，通过第二桥臂上桥臂开关管143、第一桥臂上桥臂开关管141，到达第一电气接口147，给直流变换器14形成短路切出。

图10是根据本实用新型的一个实施例的直流母线电容13和直流变换器14的功率流放电回路示意图。

参照图10，此时，第一桥臂上桥臂开关管141、第二桥臂下桥臂开关管144同时开通，第一桥臂下桥臂开关管142、第二桥臂上桥臂开关管143同时关断，功率流从第二电气接口148，通过第二桥臂下桥臂开关管144、直流母线电容13、第一桥臂上桥臂开关管141，到达第一电气接口147，给直流母线电容13放电。

图11是根据本实用新型的一个实施例的直流母线电容13和直流变换器14的功率流下桥臂短路切出示意图。

参照图11，此时，第一桥臂下桥臂开关管142、第二桥臂下桥臂开关管144同时开通，第一桥臂上桥臂开关管141、第二桥臂上桥臂开关管143同时关断，功率流从第二电气接口148，通过第二桥臂下桥臂开关管144、第一桥臂下桥臂开关管142，到达第一电气接口147，给直流变换器14形成短路切出。

图12是根据本实用新型的另一个实施例的直流风机10的结构示意图。

图13是根据本实用新型的另一个实施例的直流风机串联阵列1的结构示意图。

图14是根据本实用新型的另一个实施例的直流风机10的结构示意图。

图15是根据本实用新型的另一个实施例的直流风机串联阵列1的结构示意图。

参照图12和图13，直流风机10的结构与前述图3和图4类似，为直驱直流风机；参照图14和图15，直流风机10与前述图5和图6类似，为半直驱直流风机，在此不再赘述。图12至图15中的直流变换器14的结构则与前述图3至图6的结构有所不同。

图16是根据本实用新型的另一个实施例的直流母线电容13和直流变换器14的结构示意图。

参照图16，在另一些实施例中，具体地，直流变换器14包括第一桥臂上桥臂二极管145、第一桥臂下桥臂开关管142、第二桥臂上桥臂开关管143、第二桥臂下桥臂二极管146。第一桥臂上桥臂二极管145的阳极，与第二桥臂上桥臂开关管143的阴极，以及直流母线电容13的正极相连接；第一桥臂下桥臂开关管142的阳极，与第二桥臂下桥臂二极管146的阴极，以及直流母线电容13的负极相连接；第一桥臂上桥臂二极管145的阴极，与第一桥臂下桥臂开关管142的阴极相连接，并且作为直流变换器14的第一电气接口147；第二桥臂上桥臂开关管143的阳极，与第二桥臂下桥臂二极管146的阳极相连接，并且作为直流变换器14的第二电气接口148。

图17是根据本实用新型的另一个实施例的直流母线电容13和直流变换器14的功率流充电回路示意图。

参照图17，此时，第一桥臂下桥臂开关管142、第二桥臂上桥臂开关管143同时触发，功率流从第二电气接口，通过第二桥臂上桥臂开关管143，母线电容C1，第一桥臂下桥臂开关管142，到达第一电气接口，给直流母线电容充电。

图18是根据本实用新型的另一个实施例的直流母线电容13和直流变换器14的功率流上桥臂短路切出示意图。

参照图18，此时，第一桥臂下桥臂开关管142关断、第二桥臂上桥臂开关管143触发，功率流从第二电气接口，通过第二桥臂上桥臂开关管143，第一桥臂上桥臂二极管D1，到达第一电气接口，给直流变换器形成短路切出。

图19是根据本实用新型的另一个实施例的直流母线电容13和直流变换器14的功率流放电回路示意图。

参照图19，此时，第一桥臂下桥臂开关管142、第二桥臂上桥臂开关管143同时闭锁，功率流从第二电气接口，通过第二桥臂下桥臂二极管D2，母线电容C1，二极管D1，到达第一电气接口，给直流母线电容放电。

图20是根据本实用新型的另一个实施例的直流母线电容13和直流变换器14的功率流下桥臂短路切出示意图。

参照图20，此时，第一桥臂下桥臂开关管142开通、第二桥臂上桥臂开关管143关断，功率流从第二电气接口，通过第二桥臂下桥臂二极管D2，第一桥臂下桥臂开关管142，到达第一电气接口，给直流变换器形成短路切出。

可选地，开关管为GTO(Gate Turn-Off Thyristor，门极可关断晶闸管)，具有耐高压、电流大、耐浪涌能力强、价格便宜的有点，并具有自关断能力，无须辅助关断电路，使用方便。开关管或为非对称型IGCT(Integrated Gate-Commutated Thyristor，集成门极换流晶闸管)，可以省去GTO的缓冲电路，并大幅提升开关速度。

可选地，在一个直流风机串联阵列1中，串联的直流风机10的数量M与每台套直流风机10的直流输电电压等级Udc的乘积Udc*M大于或等于柔性直流输电线路4的母线电压等级UDC。通过此关系可限定每台套直流风机10的直流输电电压等级Udc的下限，当部分直流风机10脱网后，可由剩余的直流风机10分摊柔性直流输电线路4的电压，起到提供冗余的作用，能够降低剩余的直流风机10损坏的风险。

可选地，当至少一个直流风机串联阵列1的数量为多个时，多个直流风机串联阵列1并联连接。通过采用并联的连接方式，可提升并网的直流风机10数量，提高了直流输电的容量等级。

可选地，如图3、图5、图12和图14所示，旁路开关15包括：连接在第一直流通路16上的第一开关触点151、连接在第二直流通路17上的第二开关触点152、连接在旁路通路18上的第三开关触点153。第一开关触点151与第二开关触点152的通断状态相同，第一开关触点151与第三开关触点153的通断状态相反。第一直流通路16连接到第一电气接口147和旁路通路18，第二直流通路17连接到第二电气接口148和旁路通路18，旁路通路18还连接到与直流风机10串联连接的其他直流风机10、正直流输电线路41和/或负直流输电线路42。以第一直流通路16与旁路通路18的连接点为正母线端口20、第二直流通路17与旁路通路18的连接点为负母线端口30为例，对于直流风机串联阵列1中的第一台套直流风机10而言，旁路通路18经正母线端口20连接到正直流输电线路41，经负母线端口30连接到下一级联的直流风机10；对于直流风机串联阵列1中的最后一台套直流风机10而言，旁路通路18经正母线端口20连接到上一级联的直流风机10，经负母线端口30连接到负直流输电线路42。当某一直流风机10的第一开关触点151与第二开关触点152闭合、第三开关触点153断开时，第一直流通路16和第二直流通路17导通，旁路通路18断开，该直流风机10并网。当某一直流风机10的第一开关触点151与第二开关触点152断开、第三开关触点153闭合时，第一直流通路16和第二直流通路17断开，旁路通路18导通，该直流风机10脱网，其上一级联的直流风机10或正直流输电线路41经其旁路通路18连接到下一级联的直流风机10或负直流输电线路42，保证直流风机串联阵列1正常输电。

根据本实用新型的实施例的直流输电系统，通过配置至少一个直流风机串联阵列1，可直接输出直流电，能够利用每个直流风机串联阵列1中第一台套直流风机10的正母线端口20和最后一台套直流风机10的负母线端口30直接连接柔性直流输电线路4，并能通过直流风机10串联的方式，提高直流输电的电压等级，从而取代如图1所示的相关技术中的海上交流风机阵列1’、交流汇集线路2’和海上升压站3’，也就不必建造海上升压站3’，可降低直流输电系统的建造成本和施工难度，满足海上风电的经济性要求。

虽然上面已经详细描述了本实用新型的实施例，但本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，可对本实用新型的实施例做出各种修改和变形。应当理解，在本领域技术人员看来，这些修改和变形仍将落入权利要求所限定的本实用新型的实施例的精神和范围内。

Claims (10)

1.一种直流输电系统，其特征在于，所述直流输电系统包括：

至少一个直流风机串联阵列(1)，每个直流风机串联阵列(1)包括多个串联的直流风机(10)；

柔性直流输电线路(4)，包括正直流输电线路(41)和负直流输电线路(42)，其中，每个直流风机串联阵列(1)的第一台套直流风机的正母线端口(20)与所述正直流输电线路(41)电气连接，每个直流风机串联阵列(1)的最后一台套直流风机的负母线端口(30)与所述负直流输电线路(42)电气连接；

换流站(5)，所述正直流输电线路(41)和所述负直流输电线路(42)连接到所述换流站(5)；

换流变压器(6)，连接在所述换流站(5)与交流电网(7)之间。

2.如权利要求1所述的直流输电系统，其特征在于，

所述直流风机(10)包括顺序连接的叶轮(111)、发电机(112)、机侧整流器(113)、机侧逆变器(114)、升压变压器(115)、网侧整流器(12)、直流母线电容(13)、直流变换器(14)和旁路开关(15)。

3.如权利要求1所述的直流输电系统，其特征在于，

所述直流风机(10)包括顺序连接的叶轮(111)、齿轮箱(116)、发电机(112)、升压变压器(115)、网侧整流器(12)、直流母线电容(13)、直流变换器(14)和旁路开关(15)。

4.如权利要求2或3所述的直流输电系统，其特征在于，

所述直流变换器(14)为单相全桥单元，并且包括多个开关器件。

5.如权利要求4所述的直流输电系统，其特征在于，

所述直流变换器(14)包括第一桥臂上桥臂开关管(141)、第一桥臂下桥臂开关管(142)、第二桥臂上桥臂开关管(143)、第二桥臂下桥臂开关管(144)，

其中，所述第一桥臂上桥臂开关管(141)的阳极，与所述第二桥臂上桥臂开关管(143)的阴极，以及所述直流母线电容(13)的正极相连接，

其中，所述第一桥臂下桥臂开关管(142)的阳极，与所述第二桥臂下桥臂开关管(144)的阴极，以及所述直流母线电容(13)的负极相连接，

其中，所述第一桥臂上桥臂开关管(141)的阴极，与所述第一桥臂下桥臂开关管(142)的阴极相连接，并且作为所述直流变换器(14)的第一电气接口(147)，

其中，所述第二桥臂上桥臂开关管(143)的阳极，与所述第二桥臂下桥臂开关管(144)的阳极相连接，并且作为所述直流变换器(14)的第二电气接口(148)。

6.如权利要求4所述的直流输电系统，其特征在于，

所述直流变换器(14)包括第一桥臂上桥臂二极管(145)、第一桥臂下桥臂开关管(142)、第二桥臂上桥臂开关管(143)、第二桥臂下桥臂二极管(146)，

其中，所述第一桥臂上桥臂二极管(145)的阳极，与所述第二桥臂上桥臂开关管(143)的阴极，以及所述直流母线电容(13)的正极相连接，

其中，所述第一桥臂下桥臂开关管(142)的阳极，与所述第二桥臂下桥臂二极管(146)的阴极，以及所述直流母线电容(13)的负极相连接，

其中，所述第一桥臂上桥臂二极管(145)的阴极，与所述第一桥臂下桥臂开关管(142)的阴极相连接，并且作为所述直流变换器(14)的第一电气接口(147)，

其中，所述第二桥臂上桥臂开关管(143)的阳极，与所述第二桥臂下桥臂二极管(146)的阳极相连接，并且作为所述直流变换器(14)的第二电气接口(148)。

7.如权利要求5或6所述的直流输电系统，其特征在于，

所述开关管为非对称型集成门极换流晶闸管或门极可关断晶闸管。

8.如权利要求1所述的直流输电系统，其特征在于，

串联的直流风机(10)的数量与每台套直流风机(10)的直流输电电压等级的乘积大于或等于所述柔性直流输电线路(4)的母线电压等级。

9.如权利要求1所述的直流输电系统，其特征在于，当所述至少一个直流风机串联阵列(1)的数量为多个时，多个所述直流风机串联阵列(1)并联连接。

10.如权利要求5或6所述的直流输电系统，其特征在于，所述旁路开关(15)包括：连接在第一直流通路(16)上的第一开关触点(151)、连接在第二直流通路(17)上的第二开关触点(152)、连接在旁路通路(18)上的第三开关触点(153)，

其中，所述第一开关触点(151)与所述第二开关触点(152)的通断状态相同，所述第一开关触点(151)与所述第三开关触点(153)的通断状态相反，

其中，所述第一直流通路(16)连接到所述第一电气接口(147)和所述旁路通路(18)，所述第二直流通路(17)连接到所述第二电气接口(148)和所述旁路通路(18)，所述旁路通路(18)还连接到与所述直流风机(10)串联连接的其他直流风机(10)、所述正直流输电线路(41)和/或所述负直流输电线路(42)。

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