风力发电机组直流输电系统的制作方法

本技术属于风力发电，尤其涉及一种风力发电机组直流输电系统。

背景技术：

1、随着科技的发展，风力发电已成为可再生能源发电技术中最成熟、最具大规模开发潜力的发电方式之一。风力发电的传输方式可以包括交流传输和直流传输。相较于交流传输，直流传输无需无功补偿，因此，直流传输非常适用于远距离传输的风力发电机组输电系统。

2、然而，经本技术的发明人研究发现，目前的风力发电机组直流输电系统存在的缺点均比较突出，例如一些风力发电机组直流输电系统的电压绝缘要求较高，实现难度较大，而另一些风力发电机组直流输电系统中需要较多数量的直流升压变换器，输电成本较高。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种风力发电机组直流输电系统，能够克服风力发电机组直流输电系统中单一电路拓扑的缺点，在降低电压绝缘要求的同时，降低风力发电机组直流输电系统的输电成本。

2、本技术实施例提供了一种风力发电机组直流输电系统，风力发电机组直流输电系统包括多组风力发电机组和电能传输子系统；多组风力发电机组与电能传输子系统电连接，电能传输子系统用于与电网电连接，电能传输子系统用于将多组风力发电机组输出的直流电转换为交流电；每组风力发电机组包括多个风力发电机组，至少一组风力发电机组中的多个风力发电机组以串联型拓扑电连接，至少一组风力发电机组中的多个风力发电机组以并联型拓扑电连接。

3、根据本技术第一方面的实施方式，每组风力发电机组包括m个风力发电机组，m为大于1的整数；多个风力发电机组以串联型拓扑电连接，具体包括：第1个风力发电机组的正极输出端与电能传输子系统的第一输入端电连接，第i+1个风力发电机组的正极输出端与第i个风力发电机组的负极输出端电连接，第m个风力发电机组的负极输出端与电能传输子系统的第二输入端电连接。

4、如此一来，通过上述本技术实施例的提供具体的串联型拓扑电路结构(这里也可称作“直接串联型拓扑”)，可以实现多个风力发电机组以串联型拓扑电连接，进而降低风力发电机组直流输电系统中的直流升压变换器的数量，降低输电成本。

5、根据本技术第一方面前述任一实施方式，每组风力发电机组包括并联的n个风力发电机组阵列，每个风力发电机组阵列包括p个风力发电机组，n和p均为大于1的整数；多个风力发电机组以串联型拓扑电连接，具体可以包括：每个风力发电机组阵列中的第1个风力发电机组的正极输出端与电能传输子系统的第一输入端电连接，每个风力发电机组阵列中的第i+1个风力发电机组的正极输出端与第i个风力发电机组的负极输出端电连接，每个风力发电机组阵列中的第p个风力发电机组的负极输出端与电能传输子系统的第二输入端电连接。

6、如此一来，通过上述本技术实施例的提供具体的串联型拓扑电路结构(这里也可称作“串并联型拓扑”)，可以实现多个风力发电机组以串联型拓扑电连接，进而降低风力发电机组直流输电系统中的直流升压变换器的数量，降低输电成本。

7、根据本技术第一方面前述任一实施方式，每组风力发电机组包括串联的n个风力发电机组阵列，每个风力发电机组阵列包括p个风力发电机组，n和p均为大于1的整数；多个风力发电机组以串联型拓扑电连接，具体包括：每个风力发电机组阵列中的p个风力发电机组并联，第1个风力发电机组阵列的正极输出端与电能传输子系统的第一输入端电连接，第i+1个风力发电机组阵列的正极输出端与第i个风力发电机组阵列的负极输出端电连接，第n个风力发电机组阵列的负极输出端与电能传输子系统的第二输入端电连接。

8、如此一来，通过上述本技术实施例的提供具体的串联型拓扑电路结构(这里也可称作“并串联型拓扑”)，可以实现多个风力发电机组以串联型拓扑电连接，进而降低风力发电机组直流输电系统中的直流升压变换器的数量，降低输电成本。

9、根据本技术第一方面前述任一实施方式，每组风力发电机组包括n个风力发电机组阵列，每个风力发电机组阵列包括p个风力发电机组，n和p均为大于1的整数；多个风力发电机组以串联型拓扑电连接，具体包括：每个风力发电机组阵列中的第1个风力发电机组的正极输出端与电能传输子系统的第一输入端电连接，每个风力发电机组阵列中的第i+1个风力发电机组的正极输出端与第i个风力发电机组的负极输出端电连接，每个风力发电机组阵列中的第p个风力发电机组的负极输出端与电能传输子系统的第二输入端电连接；任意相邻的两个风力发电机组阵列中，第一个风力发电机组阵列中的第j个风力发电机组的负极输出端通过断路器与第二个风力发电机组阵列中的第j个风力发电机组的负极输出端电连接，1≤j≤p-1且j为整数。

10、如此一来，通过上述本技术实施例的提供具体的串联型拓扑电路结构(这里也可称作“矩阵型拓扑”)，可以实现多个风力发电机组以串联型拓扑电连接，进而降低风力发电机组直流输电系统中的直流升压变换器的数量，降低输电成本。

11、根据本技术第一方面前述任一实施方式，多个风力发电机组以并联型型拓扑电连接，具体包括：多个风力发电机组的正极输出端均与第一正极直流母线电连接，多个风力发电机组的负极输出端均与第一负极直流母线电连接；第一正极直流母线与第一直流升压变换器的正极输入端电连接，第一负极直流母线与第一直流升压变换器的负极输入端电连接；第一直流升压变换器的正极输入端与电能传输子系统的第一输入端电连接，第一直流升压变换器的负极输入端与电能传输子系统的第二输入端电连接。

12、如此一来，通过上述本技术实施例的提供具体的并联型拓扑电路结构(这里也可称作“集中升压型拓扑或者两级升压型拓扑”)，可以实现多个风力发电机组以并联型拓扑电连接，进而降低风力发电机组直流输电系统中的电压绝缘要求。

13、根据本技术第一方面前述任一实施方式，多个风力发电机组以并联型拓扑电连接，具体包括：多个风力发电机组的正极输出端均与第一正极直流母线电连接，多个风力发电机组的负极输出端均与第一负极直流母线电连接；第一正极直流母线与电能传输子系统的第一输入端电连接，第一负极直流母线与电能传输子系统的第二输入端电连接。

14、如此一来，通过上述本技术实施例的提供具体的并联型拓扑电路结构(这里也可称作“机端升压型拓扑”)，可以实现多个风力发电机组以并联型拓扑电连接，进而降低风力发电机组直流输电系统中的电压绝缘要求。

15、根据本技术第一方面前述任一实施方式，电能传输子系统包括：第二直流升压变换器，第二直流升压变换器的输入端与多组风力发电机组电连接；直流输电线路，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，正极直流输电线路与第二直流升压变换器的正极输出端电连接，负极直流输电线路与第二直流升压变换器的负极输出端电连接；换流器，换流器的正极输入端与正极直流输电线路电连接，换流器的负极输入端与负极直流输电线路电连接；交流变压器，交流变压器的输入端与换流器电连接，交流变压器的输出端与电网电连接；多组风力发电机组中至少两组风力发电机组的输出电压不同；第二直流升压变换器用于将多组风力发电机组的输出电压调整为同一电压输出。

16、如此一来，无需保持不同拓扑结构的多组风力发电机组输出电压和功率相同，不同拓扑结构的多组风力发电机组的输出电压既可以相同，也可以不同，第二直流升压变换器可以将多组风力发电机组的输出电压调整为相同的电压等级，为风力发电机组直流输电系统同时采用输出电压不同的串联型拓扑和并联型拓扑提供了可能，增加了风力发电机组直流输电系统的灵活性。

17、根据本技术第一方面前述任一实施方式，第二直流升压变换器包括多个正极输入端、负极输入端、正极输出端、负极输出端、多个第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂，其中：第二直流升压变换器的每个正极输入端与对应的一组风力发电机组的正极输出端电连接，第二直流升压变换器的负极输入端与多组风力发电机组的负极输出端电连接；第二桥臂的第一端与第三桥臂的第一端电连接，第二桥臂的第二端与第二直流升压变换器的正极输出端电连接，第三桥臂的第二端与第二直流升压变换器的负极输出端电连接；多个第一桥臂的第一端与第二直流升压变换器多个正极输入端一一对应电连接，多个第一桥臂的第二端分别与第二桥臂的第一端及第三桥臂的第一端电连接。

18、如此一来，通过调节各组风力发电机组(即正极输入端)对应的第一桥臂的电压，如对于输出电压较高的任意一组风力发电机组，可以减小该组风力发电机组对应的第一桥臂的电压；对于输出电压较低的任意一组风力发电机组，可以增大该组风力发电机组对应的第一桥臂的电压，从而将多组风力发电机组的不同输出电压调整为相同的电压等级，为风力发电机组直流输电系统同时采用输出电压不同的串联型拓扑和并联型拓扑提供了可能，增加了风力发电机组直流输电系统的灵活性。

19、根据本技术第一方面前述任一实施方式，每个第一桥臂包括q个并联的第一子桥臂，第二桥臂包括q个并联的第二子桥臂，第三桥臂包括q个并联的第三子桥臂，每个第一子桥臂、每个第二子桥臂和每个第三子桥臂均包括电抗器和串联的多个子模块，子模块包括全桥子模块或者半桥子模块，q为正整数；第二桥臂中的q个第二子桥臂与第三桥臂中的q个第三子桥臂一一对应电连接，第二桥臂中的q个第二子桥臂均与第二直流升压变换器的正极输出端电连接，第三桥臂中的q个第三子桥臂均与第二直流升压变换器的负极输出端电连接；每个第一桥臂中的q个第一子桥臂均与对应的一组风力发电机组的正极输出端电连接，每个第一桥臂中的q个第一子桥臂与第二桥臂中的q个第二子桥臂一一对应电连接，每个第一桥臂中的q个第一子桥臂与第三桥臂中的q个第三子桥臂一一对应电连接。

20、如此一来，通过调节各组风力发电机组对应的第一桥臂中的子模块的数量，进而调节各组风力发电机组对应的第一桥臂的电压，如对于输出电压较高的任意一组风力发电机组，可以减小该组风力发电机组对应的第一桥臂中的子模块的数量，进而减小该组风力发电机组对应的第一桥臂的电压；对于输出电压较低的任意一组风力发电机组，可以增大该组风力发电机组对应的第一桥臂中的子模块的数量，进而增大该组风力发电机组对应的第一桥臂的电压，从而将多组风力发电机组的不同输出电压调整为相同的电压等级，为风力发电机组直流输电系统同时采用输出电压不同的串联型拓扑和并联型拓扑提供了可能，增加了风力发电机组直流输电系统的灵活性。

21、根据本技术第一方面前述任一实施方式，第二直流升压变换器包括多个正极输入端、负极输入端、正极输出端、负极输出端和多个相电路，其中：第二直流升压变换器的每个正极输入端与对应的一个风力发电机组的正极输出端电连接，第二直流升压变换器的负极输入端与多组风力发电机组的负极输出端电连接；多个相电路与多个正极输入端一一对应，每个相电路包括桥臂、第一功率开关和第二功率开关，桥臂的第一端通过第一功率开关与对应的一个正极输入端电连接，桥臂的第一端通过第二功率开关与第二直流升压变换器的正极输出端电连接，桥臂的第二端与第二直流升压变换器的负极输入端和第二直流升压变换器的负极输出端电连接。

22、如此一来，通过调节各组风力发电机组(即正极输入端)对应的桥臂的电压，可以将多组风力发电机组的不同输出电压调整为相同的电压等级，为风力发电机组直流输电系统同时采用输出电压不同的串联型拓扑和并联型拓扑提供了可能，增加了风力发电机组直流输电系统的灵活性。

23、根据本技术第一方面前述任一实施方式，第一功率开关包括第一晶闸管和第一二极管，第一晶闸管的阳极与第一二极管的阴极电连接，第一晶闸管的阴极与第一二极管的阳极电连接，桥臂的第一端与第一二极管的阴极电连接，第二直流升压变换器的正极输入端与第一二极管的阳极电连接；第二功率开关包括第二晶闸管和第二二极管，第二晶闸管的阳极与第二二极管的阴极电连接，第二晶闸管的阴极与第二二极管的阳极电连接，桥臂的第一端与第二二极管的阳极电连接，第二直流升压变换器的正极输出端与第二二极管的阴极电连接。

24、如此一来，由于第一功率开关和第二功率开关均包括反向连接的晶闸管和第二极，即第一功率开关和第二功率开关均为双向功率开关，所以在风力发电机组启动时，通过控制晶闸管导通，可以将电网的电能经由第二直流升压变换器输入到风力发电机组，为风力发电机组提供一启动电压；在风力发电机组输电过程中，通过第一二极管和第二二极管可以保证风力发电机组的电能向电网传输，阻断电网的电能返回至第二直流升压变换器和风力发电机组。

25、本技术实施例的风力发电机组直流输电系统，风力发电机组直流输电系统包括多组风力发电机组和电能传输子系统，多组风力发电机组输出的电能通过电能传输子系统传输至电网。每组风力发电机组包括多个风力发电机组，至少一组风力发电机组中的多个风力发电机组以串联型拓扑电连接，至少一组风力发电机组中的多个风力发电机组以并联型拓扑电连接。即，风力发电机组直流输电系统中既有以串联型拓扑连接的风力发电机组，又有以并联型拓扑连接的风力发电机组，结合了不同拓扑的优势，如串联型拓扑具有无需设置直流升压变换器的优点，并联型拓扑具有电压绝缘要求低的优点，增加了风力发电机组直流输电系统的灵活性，克服了单一拓扑缺点，能够在降低电压绝缘要求的同时，降低风力发电机组直流输电系统的输电成本。