柔性直流输电系统的制作方法

1.本实用新型涉及风力发电领域，具体涉及一种柔性直流输电系统。


背景技术：

2.近年来，为了实现碳中和目标，利用可再生能源的风力发电实现大规模并网。随着发电、输电和用电等各类电气设备的广泛应用，电网适应性检测成为电气设备检测的重要内容。电网适应性检测通常包括对电网电压、频率的偏差及闪变、电网电压不平衡等内容的检测，并且电网适应性检测还包括对电网谐波适应性的检测。由于电网的偏差及畸变等因素具有很大的偶然性和不可控性，因此一般需要配置专用的三相电网扰动发生装置来进行电网适应性检测。另外，随着风机容量越来越大，需要更大容量的兆瓦级电网模拟器来对兆瓦级风机进行电网适应性检测。然而，目前针对兆瓦级风机的电网适应性测试需要专门开发电网模拟器，存在开发周期长且成本高的缺点。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本实用新型提出一种柔性直流输电系统。
4.根据本实用新型，提供一种柔性直流输电系统，其特征在于，所述柔性直流输电系统包括：柔性直流换流器；机侧变压器，包括一次绕组、二次绕组和辅助绕组，所述一次绕组连接到风力发电机，所述二次绕组连接到所述柔性直流换流器；谐波发生器，连接到所述辅助绕组，以将产生的谐波信号输入到所述柔性直流换流器。
5.可选地，所述柔性直流换流器可以是模块化多电平换流器。
6.可选地，所述谐波发生器可以是高频谐波发生器或低频谐波发生器。
7.可选地，所述高频谐波发生器可包括整流侧电感、逆变侧电感以及两电平高频功率变换器，其中，所述两电平高频功率变换器通过所述整流侧电感连接到电源，并且通过所述逆变侧电感连接到所述辅助绕组。
8.可选地，所述柔性直流输电系统还可包括：网侧变压器，包括一次绕组和二次绕组，所述网侧变压器的一次绕组连接到所述柔性直流换流器的网侧电感，所述网侧变压器的二次绕组连接到电网。
9.可选地，所述柔性直流输电系统还可包括机侧开关和网侧开关，所述机侧开关设置在所述机侧变压器与风力发电机之间，所述网侧开关设置在所述网侧变压器与电网之间。
10.可选地，所述柔性直流换流器的机侧上桥臂、机侧下桥臂、网侧上桥臂和网侧下桥臂可封装在第一集装箱中，所述机侧变压器、所述谐波发生器、所述网侧变压器、所述机侧开关、所述网侧开关以及所述柔性直流换流器的机侧上桥臂电感、机侧下桥臂电感、网侧上桥臂电感和网侧下桥臂电感可封装在第二集装箱中。
11.可选地，所述第一集装箱可包括连接到所述网侧上桥臂的网侧上桥臂接口、连接到所述网侧下桥臂的网侧下桥臂接口、连接到所述机侧上桥臂的机侧上桥臂接口和连接到
所述机侧下桥臂的机侧下桥臂接口，所述第二集装箱可包括连接到所述网侧上桥臂电感的网侧上桥臂电感接口、连接到所述网侧下桥臂电感的网侧下桥臂电感接口、连接到所述机侧上桥臂电感的机侧上桥臂电感接口和连接到所述机侧下桥臂电感的机侧下桥臂电感接口，所述网侧上桥臂接口与所述网侧上桥臂电感接口可彼此连接，所述网侧下桥臂接口与所述网侧下桥臂电感接口可彼此连接，所述机侧上桥臂接口与所述机侧上桥臂电感接口可彼此连接，所述机侧下桥臂接口与所述机侧下桥臂电感接口可彼此连接。
12.可选地，所述第二集装箱可包括机侧接口和网侧接口，所述机侧接口可连接到所述机侧开关，所述网侧接口可连接到所述网侧开关。
13.可选地，所述柔性直流输电系统可包括多个第一集装箱和第二集装箱的组合，所述多个组合之间可通过所述机侧接口和所述网侧接口彼此并联连接。
14.可选地，所述第一集装箱可以是水冷集装箱，所述第二集装箱可以是风冷集装箱。
15.与现有技术相比，根据本实用新型的柔性直流输电系统在可移动的柔性直流输电系统中集成了电网谐波适应性测试功能，从而在缩短开发周期和降低成本的同时能够满足电网谐波适应性测试的需求。
附图说明
16.通过下面结合附图描述实施例，本实用新型的上述和/或其他目的和优点将变得更加清楚，其中：
17.图1是示出根据本实用新型的实施例的柔性直流输电系统的示意图；
18.图2是示出根据本实用新型的实施例的高频谐波发生器的示图；
19.图3是示出根据本实用新型的实施例的柔性直流输电系统的分层结构的示意图；
20.图4是示出根据本实用新型的实施例的变压器集装箱与功率集装箱的示意图；
21.图5是示出根据本实用新型的实施例的柔性直流输电系统的并联扩容结构的示意图；
22.图6是根据本实用新型的实施例的功率集装箱的前视图；
23.图7是根据本实用新型的实施例的功率集装箱的后视图；
24.图8是根据本实用新型的实施例的变压器集装箱的示意图；
25.图9是示出根据本实用新型的实施例的变压器集装箱的正面内部布局的示意图；
26.图10是示出根据本实用新型的实施例的变压器集装箱的背面内部布局的示意图。
具体实施方式
27.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
28.图1是示出根据本实用新型的实施例的柔性直流输电系统的示意图。
29.如图1所示，根据本实用新型的实施例的柔性直流输电系统100可包括：柔性直流换流器101；机侧变压器102，包括一次绕组、二次绕组和辅助绕组，一次绕组可连接到风力发电机，二次绕组连接到柔性直流换流器101；谐波发生器103，可连接到机侧变压器102中包括的辅助绕组，以将产生的谐波信号输入到柔性直流换流器101。柔性直流输电系统100还可包括：网侧变压器104，包括一次绕组和二次绕组，网侧变压器104的一次绕组可连接到
柔性直流换流器101的网侧电感，网侧变压器104的二次绕组可连接到电网。并且，柔性直流输电系统100还可包括机侧开关105和网侧开关106，机侧开关105可设置在机侧变压器102与风力发电机之间，网侧开关106可设置在网侧变压器104与电网之间。
30.图1所示的柔性直流换流器101可以是模块化多电平换流器，模块化多电平换流器与传统的多电平变换器拓扑相比较，展现出诸多优异的性能，例如其电压等级与功率等级可以达到
±
400kv/500mw以上、转换效率高于99％、模块化结构、扩展容易、可靠性高以及输出电压波形质量好等。并且，图1所示的谐波发生器103可以是高频谐波发生器或低频谐波发生器。根据频率可将电压分为基波部分和谐波部分，谐波的频率为基波的频率的整数倍，根据具体需要可将谐波部分分为若干组(例如，2-7次的低次谐波、8-25次的高次谐波等)。
31.在根据本实用新型的实施例的柔性直流输电系统100中，通过辅助绕组将谐波发生器103连接到机侧变压器102，以将谐波发生器103产生的谐波信号输入到柔性直流换流器101，从而可实现对电网谐波的模拟进而对风力发电机组的抗干扰能力进行测试。
32.图2是示出根据本实用新型的实施例的高频谐波发生器的示图。
33.如图2所示，高频谐波发生器200可包括整流侧电感201、两电平高频功率变换器202以及逆变侧电感203。两电平高频功率变换器202可通过整流侧电感201连接到电源205，并且可通过逆变侧电感203连接到机侧变压器的辅助绕组204。
34.具体地，整流侧电感201的三相可分别与电源205的三相系统一一对应连接，逆变侧电感203的三相可分别与机侧变压器的辅助绕组204的三相系统一一对应连接。高频谐波发生器200可将产生的高频电压通过机侧变压器的辅助绕组204注入到柔性直流换流器的内部，以进行谐波注入，从而实现电网适应性测试的谐波性能测试功能。
35.图3是示出根据本实用新型的实施例的柔性直流输电系统的分层结构的示意图。
36.如图3所示，根据本实用新型的实施例的柔性直流输电系统的分层结构可包括功率集装箱301和变压器集装箱302。
37.功率集装箱(或可称作第一集装箱)301可包括网侧三相上桥臂(或可称作网侧上桥臂)、网侧三相下桥臂(或可称作网侧下桥臂)、机侧三相上桥臂(或可称作机侧上桥臂)、机侧三相下桥臂(或可称作机侧下桥臂)。在示例中，功率集装箱301的网侧三相上桥臂可包括网侧a相上桥臂功率串、网侧b相上桥臂功率串、网侧c相上桥臂功率串。网侧上桥臂三相功率串的交流侧可分别与功率集装箱301的网侧上桥臂三相接口305连接。另外，功率集装箱301的网侧三相下桥臂可包括网侧a相下桥臂功率串、网侧b相下桥臂功率串、网侧c相下桥臂功率串。网侧下桥臂三相功率串的交流侧可分别与功率集装箱301的网侧下桥臂三相接口307连接。
38.在该示例中，功率集装箱301的机侧三相上桥臂可包括机侧a相上桥臂功率串、机侧b相上桥臂功率串和机侧c相上桥臂功率串。机侧上桥臂三相功率串的交流侧可分别与功率集装箱301的机侧上桥臂三相接口308连接。另外，功率集装箱301的机侧三相下桥臂可包括机侧a相下桥臂功率串、机侧b相下桥臂功率串和机侧c相下桥臂功率串。机侧下桥臂三相功率串的交流侧可分别与功率集装箱301的机侧下桥臂三相接口310连接。
39.如图3所示，变压器集装箱(或可称作第二集装箱)302可包括网侧桥臂电感(包括网侧上桥臂电感和网侧下桥臂电感)、网侧变压器、网侧开关、机侧桥臂电感(包括机侧上桥臂电感和机侧下桥臂电感)、机侧变压器、机侧开关以及谐波发生器。
40.具体地，网侧桥臂电感可包括网侧a相上臂电感、网侧b相上臂电感、网侧c相上臂电感、网侧a相下臂电感、网侧b相下臂电感和网侧c相下臂电感。网侧a相上臂电感的第一接口、网侧b相上臂电感的第一接口以及网侧c相上臂电感的第一接口可分别与变压器集装箱302的网侧上桥臂三相接口304连接。并且，网侧a相下臂电感的第二接口、网侧b相下臂电感的第二接口以及网侧c相下臂电感的第二接口可分别与变压器集装箱302的网侧下桥臂三相接口306连接。另外，网侧a相上臂电感的第二接口与网侧a相下臂电感的第一接口相互连接，并且连接到网侧变压器的a相；网侧b相上臂电感的第二接口与网侧b相下臂电感的第一接口相互连接，并且连接到网侧变压器的b相；网侧c相上臂电感的第二接口与网侧c相下臂电感的第一接口相互连接，并且连接到网侧变压器的c相。
41.此外，如图3所示，机侧桥臂电感可包括机侧a相上臂电感、机侧b相上臂电感、机侧c相上臂电感、机侧a相下臂电感、机侧b相下臂电感以及机侧c相下臂电感。其中，机侧a相上臂电感的第一接口、机侧b相上臂电感的第一接口和机侧c相上臂电感的第一接口可分别与变压器集装箱302的机侧上桥臂三相接口309连接。机侧a相下臂电感的第二接口、机侧b相下臂电感的第二接口和机侧c相下臂电感的第二接口可分别与变压器集装箱302的机侧下桥臂三相接口311连接。并且，机侧a相上臂电感的第二接口与机侧a相下臂电感的第一接口相互连接，并且连接到机侧变压器的a相；机侧b相上臂电感的第二接口与机侧b相下臂电感的第一接口相互连接，并且连接到机侧变压器的b相；机侧c相上臂电感的第二接口与机侧c相下臂电感的第一接口相互连接，并且连接到机侧变压器的c相。
42.另外，如图3所示，变压器集装箱302还可包括变压器集装箱网侧三相接口(或可称作网侧接口)303和变压器集装箱机侧三相接口(或可称作机侧接口)312。其中，变压器集装箱网侧三相接口303可分别与网侧变压器的三相对应连接；变压器集装箱机侧三相接口312可分别与机侧变压器的三相对应连接。
43.图4是示出根据本实用新型的实施例的变压器集装箱与功率集装箱的示意图。
44.如图4所示，功率集装箱(或可称作第一集装箱)402的网侧上桥臂三相接口(或可称作网侧上桥臂接口)410与变压器集装箱(或可称作第二集装箱)401的网侧上桥臂三相接口(或可称作网侧上桥臂电感接口)403可例如通过高压电缆而互相连接；功率集装箱402的网侧下桥臂三相接口(或可称作网侧下桥臂接口)411与变压器集装箱401的网侧下桥臂三相接口(或可称作网侧下桥臂电感接口)404可例如通过高压电缆而互相连接；功率集装箱402的机侧上桥臂三相接口(或可称作机侧上桥臂接口)408与变压器集装箱401的机侧上桥臂三相接口(或可称作机侧上桥臂电感接口)407可例如通过高压电缆互相连接；功率集装箱402的机侧下桥臂三相接口(或可称作机侧下桥臂接口)409与变压器集装箱401的机侧下桥臂三相接口(或可称作机侧下桥臂电感接口)405可例如通过高压电缆互相连接。另外，变压器集装箱401可包括变压器集装箱网侧三相接口(或可称作网侧接口)和变压器集装箱机侧三相接口(或可称作机侧接口)406。
45.图5是示出根据本实用新型的实施例的柔性直流输电系统的并联扩容结构的示意图。
46.如图5所示，在根据本实用新型的实施例的柔性直流输电系统的并联扩容结构中，柔性直流输电系统100-1和100-2分别串联连接在电网与风力发电机组之间，并且柔性直流输电系统100-1和100-2彼此并联连接。并且如图所示，网侧直接通过网侧开关进行并联扩
容，机侧直接通过机侧开关进行并联扩容，扩容的数量n≥2，从而可满足更大功率等级的测试需求。
47.图6是根据本实用新型的实施例的功率集装箱的前视图600，并且图7是根据本实用新型的实施例的功率集装箱的后视图700。
48.如图6所示，在功率集装箱中封装有机侧上桥臂功率串601、机侧下桥臂功率串602、网侧下桥臂功率串603以及网侧上桥臂功率串604。具体地，如图7所示，机侧上桥臂功率串601可包括机侧上桥臂a相功率串715、机侧上桥臂b相功率串716和机侧上桥臂c相功率串717；机侧下桥臂功率串602可包括机侧下桥臂a相功率串712、机侧下桥臂b相功率串713和机侧下桥臂c相功率串714；网侧下桥臂功率串603可包括网侧下桥臂a相功率串711、网侧下桥臂b相功率串710和网侧下桥臂c相功率串709；网侧上桥臂功率串604可包括网侧上桥臂a相功率串706、网侧上桥臂b相功率串707和网侧上桥臂c相功率串708。
49.如图所示，功率集装箱可以是水冷集装箱，其中可包括水冷主机703、水冷控制柜702、水冷换热器701、散热进水水管705和散热出水水管704。
50.并且，应理解的是，图6和图7所示的布局仅为示例，本公开不限于此，例如，机侧上桥臂功率串601、机侧下桥臂功率串602、网侧下桥臂功率串603以及网侧上桥臂功率串604的位置关系可发生变化。
51.图8是根据本实用新型的实施例的变压器集装箱的示意图800。
52.如图8所示，变压器集装箱可以是风冷集装箱，在变压器集装箱的正面安装有百叶窗801作为进风散热风道。
53.图9是示出根据本实用新型的实施例的变压器集装箱的正面内部布局的示意图，并且图10是示出根据本实用新型的实施例的变压器集装箱的背面内部布局的示意图。
54.如图9所示，从变压器集装箱的正面观察变压器集装箱的内部结构可见，在根据本实用新型的实施例的变压器集装箱内封装有网侧变压器901、机侧变压器902以及高频谐波发生器903。如图10所示，从变压器集装箱的背面观察变压器集装箱的内部结构可见，在根据本实用新型的实施例的变压器集装箱内封装有网侧上桥臂a相电感1001、网侧下桥臂a相电感1002、网侧上桥臂b相电感1003、网侧下桥臂b相电感1004、网侧上桥臂c相电感1005、网侧下桥臂c相电感1006、机侧上桥臂a相电感1007、机侧下桥臂a相电感1008、机侧上桥臂b相电感1009、机侧下桥臂b相电感1010、机侧上桥臂c相电感1011和机侧下桥臂c相电感1012。并且在变压器集装箱内部还可封装有如图1所示的机侧开关和网侧开关。
55.并且，应理解的是，图9和图10所示的布局仅为示例，本公开不限于此，例如，网侧变压器901、机侧变压器902以及高频谐波发生器903之间的位置关系可发生变化。另外，根据本实用新型的实施例的柔性直流输电系统可包括多个功率集装箱和变压器集装箱的组合，多个功率集装箱和变压器集装箱的之间可通过变压器集装箱机侧三相接口和变压器集装箱网侧三相接口而彼此并联连接。
56.与现有技术相比，根据本实用新型的柔性直流输电系统在可移动的柔性直流输电系统中集成了电网谐波适应性测试功能，从而在缩短开发周期和降低成本的同时能够满足电网谐波适应性测试的需求。
57.上述实施例中的实施方案可以进一步组合或者替换，并且实施例仅仅是对本实用新型的优选实施例进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定，在不脱离本实用
新型设计思想的前提下，本领域技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变化和改进，均属于本实用新型的保护范围。