CN217769504U - 直流海上输电系统 - Google Patents

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CN217769504U CN202221838289.0U CN202221838289U CN217769504U CN 217769504 U CN217769504 U CN 217769504U CN 202221838289 U CN202221838289 U CN 202221838289U CN 217769504 U CN217769504 U CN 217769504U
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李战龙
冯其塔
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    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Abstract

提供一种直流海上输电系统，所述直流海上输电系统包括直流风电场、海上升压站以及输电线路，所述海上升压站包括斩波型DC/DC变换器，所述直流风电场的直流输出端连接到所述斩波型DC/DC变换器的输入端口，所述斩波型DC/DC变换器的输出端口连接到所述输电线路，所述输电线路用于传输从所述斩波型DC/DC变换器输出的电能。根据本实用新型的直流海上输电系统解决了因交流海缆导致的无功充电电流和过电压的问题，能够提高电能利用率，避免过电压对器件造成损害。

Description

直流海上输电系统
技术领域
本实用新型涉及风力发电技术领域，具体涉及一种直流海上输电系统。
背景技术
远海海域具备风能资源丰富、风速稳定以及风电可利用小时数高等优点，使得如今大型风电场正由陆上转向海上、由近海转向远海发展。
目前，对于诸如远海大容量风电输电系统的海上输电系统而言，一般采用柔性直流输电技术，其系统拓扑如图1所示。从图1中可以看出，海上风力发电机组11输出交流电能后经过第一变压器12实现一级升压。机侧变压器12输出的电能通过并联实现电能的汇集，然后经过升压站13实现二级升压，再经过海上MMC(模块化多电平变流器(ModularMultilevel Converter))换流站14将交流电能转换为直流电能后经高压直流输电线路15将电能传输到陆上。通过陆上MMC换流站16将高压直流电能转换为交流电能，最后经过第二变压器17将电压等级调节到合适的电压等级后并入电网。
然而，在上述系统中，海上风电场采用交流风力发电机组进行交流电能的汇集，存在因交流海缆导致的无功充电电流和过电压问题。
实用新型内容
鉴于现有的海上输电系统采用交流风力发电机组进行交流电能的汇集，存在因交流海缆导致的无功充电电流和过电压问题，本实用新型提供一种直流海上输电系统。
本实用新型的一方面提供一种直流海上输电系统，所述直流海上输电系统包括直流风电场、海上升压站以及输电线路，所述海上升压站包括斩波型DC/DC变换器，所述直流风电场的直流输出端连接到所述斩波型DC/DC变换器的输入端口，所述斩波型DC/DC变换器的输出端口连接到所述输电线路，所述输电线路用于传输从所述斩波型DC/DC变换器输出的电能。
可选地，所述斩波型DC/DC变换器包括多个输电单元，每个输电单元包括桥臂以及开关串联结构，所述开关串联结构包括第一换流开关单元和第二换流开关单元，每个输电单元的开关串联结构连接在所述输入端口的正极与所述输出端口的正极之间，每个输电单元的桥臂的一端连接到该输电单元的第一换流开关单元和第二换流开关单元之间，每个输电单元的桥臂的另一端连接到所述输入端口的负极和所述输出端口的负极之间。
可选地，所述多个输电单元的开关串联结构并联连接在所述输入端口的正极与所述输出端口的正极之间。
可选地，所述桥臂包括串联连接的电感器和多个功率模块，所述多个功率模块中的每个功率模块包括全桥子模块、半桥子模块、三开关子模块、五开关子模块中的一种或多种。
可选地，所述第一换流开关单元和/或所述第二换流开关单元包括串联连接的多个开关模块。
可选地，每个开关模块包括第一开关和第二开关，其中，所述第一开关为晶闸管，所述第二开关为二极管。
可选地，所述直流风电场包括多个直流风力发电机组，所述多个直流风力发电机组串联连接，其中，所述多个直流风力发电机组中串联连接的第一个直流风力发电机组的直流母线正端口连接到所述斩波型DC/DC变换器的输入端口的正极输入端，所述多个直流风力发电机组中串联连接的最后一个直流风力发电机组的直流母线负端口连接到所述斩波型DC/DC变换器的输入端口的负极输入端。
可选地，所述直流风力发电机组包括发电机、机侧变压器和机侧MMC变流器，所述机侧变压器的输入端口连接到所述发电机，以对来自所述发电机的交流电进行升压，所述机侧MMC变流器的输入端口连接到所述机侧变压器的输出端口，以将由所述机侧变压器升压后的交流电转换为直流电，所述机侧MMC变流器的输出端口连接到所述直流风力发电机组的直流母线。
可选地，所述直流海上输电系统包括多个直流风电场，所述海上升压站包括多个斩波型DC/DC变换器，所述多个直流风电场与所述多个斩波型DC/DC变换器一一对应连接，所述多个斩波型DC/DC变换器的输出端口并联连接后汇集到所述输电线路。
可选地，所述多个直流风电场中的任意两个或多个的输出电压相同或不同，所述多个斩波型DC/DC变换器的输出电压相同。
根据本实用新型的直流海上输电系统采用直流风电场输出直流电能，然后通过斩波型DC/DC变换器将直流电能通过输电线路从海上传输到陆上，如此，实现了直流海上输电，可以解决由传统交流电缆进行电能汇集导致的无功充电电流和过电压问题，提高电能利用率，避免过电压对器件造成损害。
附图说明
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，应当理解的是，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。在附图中：
图1是根据现有技术的海上输电系统的系统拓扑结构图。
图2是根据本实用新型的示例性实施例的直流海上输电系统的一示例的示意图。
图3是根据本实用新型的示例性实施例的直流海上输电系统中的直流发电机组的示意图。
图4是根据本实用新型的示例性实施例的直流海上输电系统中的斩波型DC/DC变换器的一示例的示意图。
图5A、图5B、图5C和图5D是根据本实用新型的示例性实施例的斩波型DC/DC变换器中的功率模块的示意图。
图6是根据本实用新型的示例性实施例的直流海上输电系统的另一示例的示意图。
图7是根据本实用新型的示例性实施例的直流海上输电系统中的斩波型DC/DC变换器的并联拓扑结构的示意图。
附图标号说明：
11-海上风力发电机组；12-第一变压器；13-升压站；14-海上MMC换流站；15-高压直流输电线路；16-陆上MMC换流站；17-第二变压器；100-直流风电场；110-齿轮箱；120-发电机；130-机侧变压器；140-机侧MMC变流器；141-上桥臂单元；1411-变流器功率模块；1412-电抗器；142-下桥臂单元；200-海上升压站；210-斩波型DC/DC变换器；211-桥臂；2111-功率模块；2112-电感器；212-第一换流开关单元；213-第二换流开关单元；300-输电线路；310-正极输电线路；320-负极输电线路；101-直流风力发电机组；400-陆上换流站；410-网侧MMC变流器；500-变压站；510-交流变压器。
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，在理解本实用新型的公开之后，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，可如在理解本实用新型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实用新型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。
为了使得本领域技术人员能够使用本实用新型的内容，下文中可能结合特定的应用场景、特定的系统、器件和元件的参数以及特定的连接方式，给出以下示例性实施例。然而，对于本领域技术人员来说，这些实施例仅是示例，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用场景。
此外，为了清楚地示出部件之间的关系或内部构造等，在附图中，省略了例如风力发电机组的其他部分以及与所描述的示例性实施例无关的部件和结构等。
如前面所述，在现有的海上输电系统中，海上风电场采用交流风力发电机组进行交流电能的汇集，存在因交流海缆导致的无功充电电流和过电压问题。
此外，由于风力发电机组输出的电能经过多次升压变换环节，导致电能传输效率低、损耗大。
此外，为了满足大容量的要求，传统的风力发电机组需要通过变流器的并联进行扩容，使得风力发电机组的复杂度和体积不断攀升，降低了风力发电机组的功率密度。
鉴于上述问题，本实用新型的示例性实施例提供一种直流海上输电系统，以至少解决或缓解上述问题之一。
图2是根据本实用新型的示例性实施例的直流海上输电系统的一示例的示意图。
如图2所示，直流海上输电系统可以包括直流风电场100、海上升压站200以及输电线路300。
直流风电场100可以包括一个或多个直流风力发电机组101，多个直流风力发电机组101可以串联连接。
具体来说，如图2所示，多个直流风力发电机组101中串联连接的第一个直流风力发电机组的直流母线正端口(即，输出端正极)可以电气连接到斩波型DC/DC变换器210的输入端口的正极输入端，多个直流风力发电机组101中串联连接的最后一个直流风力发电机组的直流母线负端口(即，输出端负极)可以电气连接到斩波型DC/DC变换器210的输入端口的负极输入端。
多个直流风力发电机组101中的其余直流风力发电机组的输出端正极与上一个直流风力发电机组的输出端负极电气连接，其余直流风力发电机组的输出端负极与下一个直流风力发电机组的输出端正极电气连接。这里，每个直流发电机组的示例结构将在下文中结合图3详细描述。
海上升压站200可以包括斩波型DC/DC变换器210，直流风电场100的直流输出端可以连接到斩波型DC/DC变换器210的输入端口，斩波型DC/DC变换器210的输出端口可以连接到输电线路300，输电线路300用于传输从斩波型DC/DC变换器210输出的电能，输电线路300可以将从斩波型DC/DC变换器210输出的电能传输到陆上。
具体来说，如图2所示，斩波型DC/DC变换器210的输出端口的正极输出端可以与输电线路300的正极输电线路310的输入端正极电气连接，斩波型DC/DC变换器210的输出端口的负极输出端与输电线路300的负极输电线路320的输入端负极电气连接。作为示例，输电线路300可以为高压直流输电线路。这里，斩波型DC/DC变换器210的示例结构将在下文中参照图4描述。
如此，根据本实用新型的示例性实施例的直流海上输电系统采用直流风电场输出直流电能，并且通过斩波型DC/DC变换器将直流电能通过输电线路从海上传输到陆上，直流风电场中的风力发电机组可以输出直流电能，并且进行电能的直流汇集，从而可以解决由传统交流电缆进行电能汇集导致的无功充电电流和过电压问题，提高电能利用率，避免过电压对器件造成损害。
此外，在根据本实用新型的示例性实施例的直流海上输电系统中，采用直流风力发电机组串联升压的连接方式，可以减少升压环节，在提高电能传输效率的同时降低输电系统的成本。
此外，如图2所示，直流海上输电系统还可以包括陆上换流站400和变压站500。
陆上换流站400内可以配置有网侧MMC变流器410。变压站500内可以配置有交流变压器510。
输电线路300的输出端正极与陆上换流站400内的网侧MMC变流器410的输入端正极电气连接；输电线路300的输出端负极与网侧MMC变流器410的输入端负极电气连接。
网侧MMC变流器410的输出端可以与变压站500内的交流变压器510的输入端电气连接，交流变压器510的输出端可以与电网电气连接。
这里，网侧MMC变流器410可以将来自斩波型DC/DC变换器210的直流电转换为交流电，交流变压器510可以对由网侧MMC变流器410转换的交流电进行升压或降压，并提供给电网。
图3示出了根据本实用新型的示例性实施例的直流海上输电系统中的直流发电机组。
如图3所示，直流风力发电机组101可以包括风机叶片、齿轮箱110、发电机120、机侧变压器130和机侧MMC变流器140。
风机叶片可以将风能转换为机械能，经过齿轮箱110变速后，由发电机120将机械能转换为交流电能。齿轮箱110可以连接到风机叶片和发电机120，以将来自风机叶片的机械能传输到发电机120。
发电机120可以将接收到的机械能转换为交流电。机侧变压器130的输入端口可以连接到发电机120的输出端口，以对来自发电机120的交流电进行升压。
机侧MMC变流器140的输入端口可以连接到机侧变压器130的输出端口，以将由机侧变压器130升压后的交流电转换为直流电。
机侧MMC变流器140的输出端口可以连接到直流风力发电机组101的直流母线，以将转换后的直流电通过直流母线传输到直流风力发电机组101的直流输出端。
作为示例，如图3所示，机侧MMC变流器140可以包括6个桥臂单元，每两个桥臂单元串连一起构成一相，两个桥臂单元之间连接到交流侧输出端口，每个桥臂单元可以通过n个变流器功率模块(例如，图1所示的SM1、SM2至SMn)和一个电抗器串联组成，其中，n为大于或等于1的整数。
具体来说，机侧MMC变流器140可以包括上桥臂单元141和下桥臂单元142。
上桥臂单元141的第一端可以连接到下桥臂单元142的第一端，上桥臂单元141的第一端和下桥臂单元142的第一端可以连接到机侧变压器130的输出端口。上桥臂单元141的第二端和下桥臂单元142的第二端可以分别连接到直流母线的正极和负极。
如图3所示，上桥臂单元141和下桥臂单元142可以分别包括三相，每相的上下两个桥臂单元合在一起构成一个相单元。每相包括串联连接的电抗器1412和多个变流器功率模块1411，这里，每相所包括的电抗器1412和变流器功率模块1411的数量可以根据实际需要而设置，本实用新型对此不作特别限定。
此外，上桥臂单元141和下桥臂单元142中的每个相的功率可以被独立调节。如此，可以根据电压等级的不同选择需要级联的变流器功率模块数量，使得机侧MMC变流器高度模块化，并且可以包含冗余的变流器功率模块，在工作中的变流器功率模块失效时，可以开启冗余的模块，以确保机侧MMC变流器的正常工作，这使得机侧MMC变流器的运行容错能力更强、可靠性更高。
每个桥臂单元的每个相的多个变流器功率模块1411可以包括全桥模块和/或半桥模块。作为示例，为了实现能量的双向流动，机侧MMC变流器的上桥臂单元141和下桥臂单元142可以采用半桥模块与全桥模块的混合型拓扑构成，半桥模块与全桥模块的数量可以根据实际需求决定。
此外，需要说明的是，根据本公开示例性实施例的机侧MMC变流器140的结构仅是示例，同一桥臂的三个相所包括的变流器功率模块的数量和类型(例如，全桥型或半桥型)可以相同，也可以不同。
在根据本实用新型的示例性实施例的直流海上输电系统中，采用包括机侧MMC变流器的直流风力发电机组，可以减少风力发电机组内部的电能变换环节，提高电能的转换与传输效率。
此外，如图3所示，直流风力发电机组101还可以包括第一隔离开关K1、第二隔离开关K2和旁路开关S1。
第一隔离开关K1和第二隔离开关K2可以分别设置在直流风力发电机组的直流母线的正极母线和负极母线上，旁路开关S1可以设置在正极母线和负极母线之间。
第一隔离开关K1和第二隔离开关K2可以与旁路开关S1的通断逻辑相反。具体来说，在直流风力发电机组正常运行时，第一隔离开关K1和第二隔离开关K2闭合，旁路开关S1断开；在直流风力发电机组发生故障时，第一隔离开关K1和第二隔离开关K2断开，旁路开关S1闭合。
图4是根据本实用新型的示例性实施例的直流海上输电系统中的斩波型DC/DC变换器210的一示例的示意图。
如图4所示，斩波型DC/DC变换器210包括多个输电单元，每个输电单元可以包括桥臂211以及开关串联结构，其中，开关串联结构可以包括第一换流开关单元212和第二换流开关单元213。
作为示例，输电单元(也可以称为“相电路”)的数量例如可以大于或等于2。此外，每个输电单元的结构可以是相同的。
每个输电单元的开关串联结构可以连接在斩波型DC/DC变换器210的输入端口(如图4所示的UL端口)的正极与输出端口(如图4所示的UH端口)的正极之间。
作为示例，多个输电单元的开关串联结构可以并联连接在斩波型DC/DC变换器210的输入端口的正极与输出端口的正极之间。
每个输电单元的桥臂211的一端可以连接到该输电单元的第一换流开关单元212和第二换流开关单元213之间，每个输电单元的桥臂211的另一端连接到斩波型DC/DC变换器210的输入端口的负极和输出端口的负极之间。
第一换流开关单元212和第二换流开关单元213可以均为双向功率开关。
作为示例，第一换流开关单元212和/或第二换流开关单元213包括串联连接的多个开关模块，每个开关模块能够双向接通和断开。
例如，每个开关模块可以包括第一开关和第二开关，其中，第一开关可以为晶闸管，第二开关可以为与晶闸管反向并联的二极管。然而，开关模块的具体结构不限于此，例如，第一开关和第二开关可以分别为二极管、晶闸管、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、多个串联的二极管中的任一者，只要每个开关模块能够允许双向接通和断开即可。
桥臂211可以包括串联连接的电感器2112和多个功率模块2111(例如，图4所示的SM1、SM2至SMN)。
在直流海上输电系统处于启动状态时，能量由高压侧向低压侧传输，当高压侧的第二换流开关单元213导通时，桥臂211从高压侧吸收能量，桥臂211的电压与高压侧端口电压相同，均为UH；当低压侧的第一换流开关单元212导通时，桥臂211向低压侧释放能量，桥臂211的电压与低压侧端口电压相同，均为UL。
在直流海上输电系统处于正常运行状态时，能量由低压侧向高压侧传输，当低压侧的第一换流开关单元212时，桥臂211从低压侧吸收能量，桥臂211的电压与低压侧端口电压相同，均为UL；当高压侧的第二换流开关单元213导通时，桥臂211向高压侧释放能量，桥臂211的电压与高压侧端口电压相同，均为UH。
根据上面描述的示例性实施例的斩波型DC/DC变换器的两种工作状态可知，桥臂211的电压在低压侧电压UL到高压侧电压UH之间变动，因此，桥臂211的多个功率模块2111中的每个功率模块可以包括半桥子模块、全桥子模块、三开关子模块、五开关子模块中的一种或多种。
图5A、图5B、图5C和图5D示出了根据本实用新型的示例性实施例的斩波型DC/DC变换器的功率模块的示意图。
图5A示出了半桥子模块的拓扑结构。如图5A所示，功率模块2111为半桥子模块，其通过一个电容器C1、两个IGBT以及分别与两个IGBT反并联的两个二极管构成。这里，假设功率模块2111的电容器C1上的电压为Uc。则功率模块2111的最大输出电压为Uc。
具体来说，IGBT S11的一端作为功率模块2111的第一电气接口，并且连接到IGBTS12的一端，IGBT S11的另一端连接到电容器C1的一端。IGBT S12的另一端作为功率模块2111的第二电气接口，并且连接到电容器C1的另一端。二极管D11反向并联到IGBT S11的两端，二极管D12反向并联到IGBT S12的两端。
图5B示出了全桥子模块的拓扑结构。如图5B所示，功率模块2111为全桥子模块，其通过一个电容器C2、四个IGBT以及分别与四个IGBT反并联的四个二极管构成。这里，假设功率模块2111的电容器C2上的电压为Uc。则功率模块2111的最大输出电压为Uc。
具体来说，IGBT S21的一端作为功率模块2111的第一电气接口，并且连接到IGBTS22的一端，IGBT S21的另一端连接到电容器C2的一端和IGBT S23的一端。IGBT S22的另一端连接到电容器C2的另一端和IGBT S24的一端。IGBT S23的另一端作为功率模块2111的第二电气接口，并且连接到IGBT S24的另一端。
二极管D21反向并联到IGBT S21的两端，二极管D22反向并联到IGBT S22的两端，二极管D23反向并联到IGBT S23的两端，二极管D24反向并联到IGBT S24的两端。
图5C示出了三开关子模块的拓扑结构。如图5C所示，功率模块2111为三开关子模块，其通过两个电容、三个IGBT以及分别与三个IGBT反并联的三个二极管构成。这里，假设功率模块2111的每个电容上的电压为Uc。则功率模块2111的最大输出电压为2Uc。
具体来说，IGBT S31的一端作为功率模块2111的第一电气接口，并且连接到电容器C31的一端，IGBT S31的另一端连接到电容器C32的一端和IGBT S32的一端。IGBT S32的另一端连接到电容器C31的另一端和IGBT S33的一端。IGBT S33的另一端作为功率模块2111的第二电气接口，并且连接到电容器C32的另一端。
二极管D31反向并联到IGBT S31的两端，二极管D32反向并联到IGBT S32的两端，二极管D33反向并联到IGBT S33的两端。
图5D示出了五开关子模块的拓扑结构。如图5D所示，功率模块2111为五开关子模块，其通过四个电容、五个IGBT以及分别与五个IGBT反并联的五个二极管构成。这里，假设功率模块2111的每个电容上的电压为Uc。则功率模块2111的最大输出电压为3Uc。
具体来说，IGBT S41的一端作为功率模块2111的第一电气接口，并且连接到电容器C41的一端，IGBT S41的另一端连接到电容器C42的一端和IGBT S42的一端。IGBT S42的另一端连接到电容器C41的另一端、IGBT S43的一端以及电容器C43的一端。IGBT S43的另一端连接到电容器C42的另一端、电容器C44的一端和IGBT S44的一端。IGBT S44的另一端连接到电容器C43的另一端和IGBT S45的一端。IGBT S45的另一端作为功率模块2111的第二电气接口，并且连接到电容器C44的另一端。
二极管D41反向并联到IGBT S41的两端，二极管D42反向并联到IGBT S42的两端，二极管D43反向并联到IGBT S43的两端，二极管D44反向并联到IGBT S44的两端。
尽管上面参照图5A至图5D描述了功率模块的若干示例，但是其不限于此，也可以采用其他类型或结构的子模块作为功率模块，例如可以为双子模块、二极管钳位双子模块等。
在根据本实用新型的示例性实施例的直流海上输电系统中，基于MMC的直流风力发电机组输出直流电能，并且以串联的连接方式实现风电场输出电压等级的提高，风电场输出的电压经海上直流升压站实现进一步升压，将电压等级提高的适合高压直流传输的等级。与传统的柔性直流输电系统相比，该输电系统不存在因交流电缆的导致的无功充电电流和过电压问题，还可以减少升压环节，在提高电能传输效率的同时降低了损耗，此外，还有效降低了海上直流升压站内直流升压变换器的变比要求，在降低直流升压变换器的设计与实现难度的同时降低了系统成本。
图6是根据本实用新型的示例性实施例的直流海上输电系统的另一示例的示意图。
如图6所示，直流海上输电系统可以包括多个直流风电场100，海上升压站200可以包括多个斩波型DC/DC变换器210，多个直流风电场100与多个斩波型DC/DC变换器210可以一一对应连接，或者说，直流风电场100的数量与斩波型DC/DC变换器210的数量相同。
每个直流风电场100对应海上升压站200内的一个斩波型DC/DC变换器210，例如，第i个直流风电场100(其中，1≤i≤k且i为整数，k为直流风电场100的数量)对应海上升压站200内的第i个斩波型DC/DC变换器210，并且第i个直流风电场100的输出端正极与第i个斩波型DC/DC变换器210的输入端正极电气连接，第i个直流风电场100的输出端负极与第i个斩波型DC/DC变换器210的输入端负极电气连接。
在该示例中，每个直流风电场100可以包括串联连接的多个直流风力发电机组101，这里，多个直流风力发电机组101的连接方式以及每个直流风力发电机组101的结构可以与上文中参照图2和图3描述的相同，故在此不再赘述。
如图6所示，多个斩波型DC/DC变换器210的输出端口可以并联连接后汇集到输电线路300。
多个斩波型DC/DC变换器210的输出端正极可以相互电气连接，以形成海上升压站200的输出端正极，多个斩波型DC/DC变换器210的输出端负极可以相互电气连接，以形成海上升压站200的输出端负极。
具体来说，多个斩波型DC/DC变换器210的输出端正极汇集后与输电线路300的正极输电线路310电气连接，多个斩波型DC/DC变换器210的输出端负极汇集后与输电线路300的负极输电线路320电气连接。
此外，与图2所示的结构类似，直流海上输电系统还可以包括陆上换流站400和变压站500。
陆上换流站400内可以配置有网侧MMC变流器410。变压站500内可以配置有交流变压器510。
输电线路300的正极输电线路310与陆上换流站400内的网侧MMC变流器410的输入端正极电气连接；输电线路300的负极输电线路320与网侧MMC变流器410的输入端负极电气连接。
网侧MMC变流器410的输出端可以与变压站500内的交流变压器510的输入端电气连接，交流变压器510的输出端可以与电网电气连接。
图7是根据本实用新型的示例性实施例的直流海上输电系统中的斩波型DC/DC变换器的并联拓扑结构的示意图。
如图7所示，每个斩波型DC/DC变换器210可以包括m(m≥2且m为整数)个结构相同的输电单元(也可以称为“相电路”)构成。每个输电单元可以包括桥臂211以及开关串联结构，其中，开关串联结构可以包括第一换流开关单元212和第二换流开关单元213。
每个桥臂211包括串联连接的N个功率模块和一个电感器，每个换流开关单元包括多个晶闸管及与每个晶闸管反并联的二极管。
这里，每个斩波型DC/DC变换器210的结构、变型方式及有益效果可以与上文中参照图2、图3和图4描述的相同，故在此不再赘述。
在根据本实用新型的示例性实施例的包括其中机组串联连接的多个风电场的多串型直流输电系统中，多个直流风电场中的任意两个或多个的输出电压相同或不同，例如，每个直流风电场100内的直流风力发电机组101的数量可以不同。
多个斩波型DC/DC变换器210的输出电压可以相同。具体来说，海上升压站200内不同的斩波型DC/DC变换器210可以将其对应的直流风电场100的输出电压变换为同一等级的高压直流电压，进而进行高压直流传输。
如此，该海上直流输电系统可以解决由交流电缆的导致的无功充电电流和过电压问题，风电场的数量与直流风力发电机组的数量均可以灵活配置，使得系统的容量大，升压环节少，电能传输效率高，直流变换器升压变比小等优势。
虽然上面已经详细描述了本实用新型的示例性实施例，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的修改和变形。但是应当理解，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示例性实施例的精神和范围内。

Claims (10)

1.一种直流海上输电系统，其特征在于，所述直流海上输电系统包括直流风电场、海上升压站以及输电线路，所述海上升压站包括斩波型DC/DC变换器，
所述直流风电场的直流输出端连接到所述斩波型DC/DC变换器的输入端口，所述斩波型DC/DC变换器的输出端口连接到所述输电线路，所述输电线路用于传输从所述斩波型DC/DC变换器输出的电能。
2.根据权利要求1所述的直流海上输电系统，其特征在于，所述斩波型DC/DC变换器包括多个输电单元，每个输电单元包括桥臂以及开关串联结构，所述开关串联结构包括第一换流开关单元和第二换流开关单元，
每个输电单元的开关串联结构连接在所述输入端口的正极与所述输出端口的正极之间，每个输电单元的桥臂的一端连接到该输电单元的第一换流开关单元和第二换流开关单元之间，每个输电单元的桥臂的另一端连接到所述输入端口的负极和所述输出端口的负极之间。
3.根据权利要求2所述的直流海上输电系统，其特征在于，所述多个输电单元的开关串联结构并联连接在所述输入端口的正极与所述输出端口的正极之间。
4.根据权利要求2所述的直流海上输电系统，其特征在于，所述桥臂包括串联连接的电感器和多个功率模块，所述多个功率模块中的每个功率模块包括全桥子模块、半桥子模块、三开关子模块、五开关子模块中的一种或多种。
5.根据权利要求2所述的直流海上输电系统，其特征在于，所述第一换流开关单元和/或所述第二换流开关单元包括串联连接的多个开关模块。
6.根据权利要求5所述的直流海上输电系统，其特征在于，每个开关模块包括第一开关和第二开关，其中，所述第一开关为晶闸管，所述第二开关为二极管。
7.根据权利要求1所述的直流海上输电系统，其特征在于，所述直流风电场包括多个直流风力发电机组，所述多个直流风力发电机组串联连接，
其中，所述多个直流风力发电机组中串联连接的第一个直流风力发电机组的直流母线正端口连接到所述斩波型DC/DC变换器的输入端口的正极输入端，所述多个直流风力发电机组中串联连接的最后一个直流风力发电机组的直流母线负端口连接到所述斩波型DC/DC变换器的输入端口的负极输入端。
8.根据权利要求7所述的直流海上输电系统，其特征在于，所述直流风力发电机组包括发电机、机侧变压器和机侧MMC变流器，
所述机侧变压器的输入端口连接到所述发电机的输出端口，以对来自所述发电机的交流电进行升压，
所述机侧MMC变流器的输入端口连接到所述机侧变压器的输出端口，以将由所述机侧变压器升压后的交流电转换为直流电，
所述机侧MMC变流器的输出端口连接到所述直流风力发电机组的直流母线。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的直流海上输电系统，其特征在于，所述直流海上输电系统包括多个直流风电场，所述海上升压站包括多个斩波型DC/DC变换器，所述多个直流风电场与所述多个斩波型DC/DC变换器一一对应连接，
所述多个斩波型DC/DC变换器的输出端口并联连接后汇集到所述输电线路。
10.根据权利要求9所述的直流海上输电系统，其特征在于，所述多个直流风电场中的任意两个或多个的输出电压相同或不同，
所述多个斩波型DC/DC变换器的输出电压相同。
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