DC/DC变换器及直流风电场输电系统的制作方法

dc/dc变换器及直流风电场输电系统
技术领域
1.本实用新型涉及风力发电技术领域，具体涉及一种dc/dc变换器及直流风电场输电系统。


背景技术：

2.随着风力发电技术的不断发展，风力发电机组的容量和规模也不断扩大，这对风电场的电能输送提出了更高的要求。
3.以诸如远海风电场的风电场为例，在现有的输电系统中，一方面，在电能的传输过程中，会存在交流环节，从而可能引起无功充电电流和过电压的问题；另一方面，当输电电压等级提高时，直流风力发电机组需要承受与输电等级相同的对地电压，对直流风力发电机组绝缘能力要求较高，在远海风电场这样的大容量风电系统中，受到直流风力发电机组绝缘能力的限制，现有的输电系统可能难以适用。


技术实现要素：

4.鉴于现有的风电场的输电系统存在引起无功充电电流和过电压的交流环节并且对直流风力发电机组绝缘能力要求较高的问题，本实用新型提供一种dc/dc变换器及直流风电场输电系统。
5.本实用新型的一方面提供一种dc/dc变换器，用于直流风电场输电系统，所述dc/dc变换器的机侧端口连接到所述直流风电场输电系统的直流风机阵列的直流母线，所述dc/dc变换器的网侧端口连接到所述直流风电场输电系统的输电线路，其中，所述dc/dc变换器包括至少一个输电模块，每个输电模块包括桥臂单元以及开关串联结构；所述开关串联结构包括串联连接在所述dc/dc变换器的机侧端口和网侧端口之间的第一换流开关单元和第二换流开关单元，所述桥臂单元和所述第一换流开关单元串联连接在所述机侧端口的正极与负极之间，所述桥臂单元和所述第二换流开关单元串联连接在所述网侧端口的正极与负极之间。
6.可选地，每个输电模块的开关串联结构连接在所述机侧端口的正极与所述网侧端口的正极之间，每个输电模块的桥臂单元的一端连接到对应的第一换流开关单元和对应的第二换流开关单元之间，每个输电模块的桥臂单元的另一端连接到所述机侧端口的负极和所述网侧端口的负极之间。
7.可选地，所述至少一个输电模块为多个输电模块，所述多个输电模块的开关串联结构并联连接。
8.可选地，所述dc/dc变换器包括多个机侧端口，所述多个机侧端口与所述直流风电场中的多个直流风机序列一一对应，每个机侧端口的正极和负极分别与相应的直流风机序列的母线正端口和母线负端口连接，所述多个输电模块与所述多个机侧端口一一对应，其中，每个输电模块的开关串联结构连接在对应的机侧端口的正极和所述网侧端口的正极之间。
9.可选地，所述桥臂单元包括上桥臂单元和下桥臂单元，所述第一换流开关单元包括第一上开关单元和第一下开关单元，所述第二换流开关单元包括第二上开关单元和第二下开关单元，所述开关串联结构包括第一开关串联结构及第二开关串联结构，所述第一开关串联结构包括串联连接在所述机侧端口的正极和所述网侧端口的正极之间的所述第一上开关单元和所述第二上开关单元，所述上桥臂单元的一端连接到所述第一上开关单元和所述第二上开关单元之间，所述上桥臂单元的另一端连接到所述下桥臂单元的一端，所述第二开关串联结构包括串联连接在所述机侧端口的负极和所述网侧端口的负极之间的所述第一下开关单元和所述第二下开关单元，所述下桥臂单元的另一端连接到所述第一下开关单元和所述第二下开关单元之间。
10.可选地，所述至少一个输电模块为多个输电模块，所述多个输电模块的第一开关串联结构并联连接，所述多个输电模块的第二开关串联结构并联连接。
11.可选地，所述dc/dc变换器包括多个机侧端口，所述多个机侧端口与所述直流风电场中的多个直流风机序列一一对应，每个机侧端口的正极和负极分别与相应的直流风机序列的母线正端口和母线负端口连接，所述多个输电模块与所述多个机侧端口一一对应，其中，每个输电模块的第一开关串联结构连接在对应的机侧端口的正极和所述网侧端口的正极之间，每个输电模块的第二开关串联结构连接在对应的机侧端口的负极和所述网侧端口的负极之间。
12.可选地，所述上桥臂单元的所述另一端和所述下桥臂单元的所述一端接地。
13.可选地，所述至少一个输电模块为多个输电模块，所述多个输电模块之间的电流相位不同。
14.可选地，所述桥臂单元包括串联连接的电感器和多个功率模块，所述多个功率模块包括全桥子模块、半桥子模块、双子模块中的至少一种，其中，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，每个开关模块能够双向导通和断开，每个开关模块包括第一开关和第二开关，其中，所述第一开关和所述第二开关分别为二极管、晶闸管、绝缘栅双极型晶体管、多个串联的二极管中的任一者。
15.本实用新型的另一方面提供一种直流风电场输电系统，所述直流风电场输电系统包括根据本实用新型所述的dc/dc变换器以及一个或多个直流风机阵列。
16.可选地，所述直流风电场输电系统还包括第一换流器、第二换流器、第一交流变压器和第二交流变压器，所述第一换流器和所述第二换流器用于对通过所述直流风电场输电系统的输电线路传输的直流电压进行逆变得到交流电压，所述第一交流变压器和所述第二交流变压器分别用于对所述第一换流器和所述第二换流器输出的交流电压进行升压，其中，所述第一换流器的一端连接到所述直流风电场输电系统的正极输电线路，所述第一换流器的另一端连接到所述第一交流变压器，所述第二换流器的一端连接到所述直流风电场输电系统的负极输电线路，所述第二换流器的另一端连接到所述第二交流变压器，其中，所述第一换流器和所述第二换流器均接地。
17.可选地，所述dc/dc变换器包括多个机侧端口，所述直流风电场输电系统包括多个直流风机阵列，所述多个直流风机阵列与所述多个机侧端口一一对应，其中，所述多个直流风机阵列中的至少一个直流风机阵列的直流风力发电机组串联连接，所述至少一个直流风机阵列中的每个的第一个直流风力发电机组的母线正端口连接到所述dc/dc变换器的相应
的机侧端口的正极输入端，所述至少一个直流风机阵列中的每个的最后一个直流风力发电机组的母线负端口连接到所述dc/dc变换器的相应的机侧端口的负极输入端，其中，所述多个直流风机阵列中的任意两者或多者的输出电压相同或不同。
18.根据本实用新型的dc/dc变换器及直流风电场输电系统，通过设置桥臂单元、第一换流开关单元和第二换流开关单元的拓扑结构，可以避免变换器内的交流环节，从而避免无功充电电流和过电压问题，与此同时，还可以降低直流风力发电机组输出的电压等级，从而降低了对直流风力发电机组的绝缘要求。
附图说明
19.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：
20.图1是根据本实用新型的示例性实施例的dc/dc变换器的第一示例的示意图。
21.图2a是根据本实用新型的示例性实施例的dc/dc变换器的换流开关单元的第一示例的示意图。
22.图2b是根据本实用新型的示例性实施例的dc/dc变换器的换流开关单元的第二示例的示意图。
23.图2c是根据本实用新型的示例性实施例的dc/dc变换器的换流开关单元的第三示例的示意图。
24.图2d是根据本实用新型的示例性实施例的dc/dc变换器的换流开关单元的第四示例的示意图。
25.图2e是根据本实用新型的示例性实施例的dc/dc变换器的换流开关单元的第五示例的示意图。
26.图2f是根据本实用新型的示例性实施例的dc/dc变换器的换流开关单元的第六示例的示意图。
27.图3a是根据本实用新型的示例性实施例的dc/dc变换器的桥臂单元中的功率模块的第一示例的示意图。
28.图3b是根据本实用新型的示例性实施例的dc/dc变换器的桥臂单元中的功率模块的第二示例的示意图。
29.图3c是根据本实用新型的示例性实施例的dc/dc变换器的桥臂单元中的功率模块的第三示例的示意图。
30.图3d是根据本实用新型的示例性实施例的dc/dc变换器的桥臂单元中的功率模块的第四示例的示意图。
31.图4是根据本实用新型的示例性实施例的dc/dc变换器的第二示例的示意图。
32.图5是根据本实用新型的示例性实施例的dc/dc变换器的第三示例的示意图。
33.图6是根据本实用新型的示例性实施例的dc/dc变换器的第四示例的示意图。
34.图7是根据本实用新型的示例性实施例的直流风电场输电系统的第一示例的示意图。
35.图8是根据本实用新型的示例性实施例的直流风力发电机组的结构的示意图。
36.图9是根据本实用新型的示例性实施例的直流风电场输电系统的第二示例的示意图。
37.图10是根据本实用新型的示例性实施例的直流风电场输电系统的第三示例的示意图。
38.图11是根据本实用新型的示例性实施例的直流风电场输电系统的第四示例的示意图。
39.附图标号说明：
40.100-桥臂单元；101-上桥臂单元；102-下桥臂单元；110-电感器；120-功率模块；200-第一换流开关单元；201-第一上开关单元；202-第一下开关单元；210-第一开关；220-第二开关；300-第二换流开关单元；301-第二上开关单元；302-第二下开关单元；400-充电电路；401-上充电电路；402-下充电电路；
41.11-dc/dc变换器；111-第一dc/dc变换器；112-第二dc/dc变换器；113-第三dc/dc变换器；114-第四dc/dc变换器；
42.10-海上直流升压站；20-直流风机阵列；21-直流风力发电机组；2101-风机叶片；2102-齿轮箱；2103-风力发电机；2104-隔离变压器；2105-整流器；2106-耗能电路；2107-支撑电容；2108-风机dc/dc变换器；2109-隔离开关；2110-旁路开关；
43.30-输电线路；31-正极输电线路；32-负极输电线路；40-换流站；41-换流器；411-第一换流器；412-第二换流器；50-交流变压器；51-第一交流变压器；52-第二交流变压器；60-交流电网。
具体实施方式
44.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。
45.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。
46.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。
47.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。
48.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。
49.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。
50.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。
51.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。
52.需要说明的是，尽管下面以远海风力发电场景为例进行了描述，但是应理解的是，根据本实用新型的示例性实施例的dc/dc变换器和风力发电机组不限于远海风力发电场景，也可以适应于诸如陆地风力发电的应用场景。
53.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。一般来说，诸如远海风电系统的风电场的汇集与传输方式主要包括三种：“交流汇集-交流传输”方式、“交流汇集-直流传输”方式以及“直流汇集-直流传输”方式。
54.具体来说，在“交流汇集-交流传输”的输电方式中，在电能汇集与传输过程中均采用交流电能，会面临由交流电能导致的无功充电电流和过电压问题，限制了其传输距离，因此不适用于远海风电输电系统。
[0055]“交流汇集-直流传输”的输电方式通常指基于电压源换流器的柔性直流输电技术，在该输电技术运用于远海大规模输电系统时，风电场内部因交流电能汇集所引起的无功充电电流和过电压问题不容忽视，同时，该输电方式中海上换流平个和升压站施工难度大、造价高。
[0056]“直流汇集-直流传输”的输电方式根据直流风力发电机组的连接方式可以分为串联型和并联型输电方式，其中，串联型包括直接串联型以及由其拓展出的并串联型、串并联型以及矩阵型，并联型包括两级升压型、集中升压型以及机端升压型。
[0057]
具体来说，直接串联型输电方式通过直流风力发电机组的串联实现电能的汇集和升压，具有结构简单、无需建设海上换流平个和升压站、投资成本低的优点。串并联型和并串联型输电方式通过串联的方式提高电压等级，通过并联的方式提高功率等级，具有无需海上换流平个和升压站以及额定输出功率高的优点。矩阵型输电方式是在串并联输电方式的基础上，在相邻分支间加装开关设备，从而形成从横交错的矩阵式网架结构，具有无需建设海上换流平个和升压站以及可靠性高的优点。并联型的三种输电方式通过直流风力发电机组的并联连接实现电能的汇集，然后，通过dc/dc变换器进行一级或二级升压变换，实现电能等级的提高。
[0058]
这里，针对“直流汇集-直流传输”的输电方式，在直接串联型输电方式中，直流风
力发电机组随着输电电压等级的提高，需要承受与输电等级相同的对地电压，受目前直流风力发电机组绝缘能力的限制，该输电方式难以适用于远海大容量的风电系统。
[0059]
此外，串并联型和并串联型输电方式需要保持不同风电机组串联阵列间电压的一致性或风电机组并联阵列电流的一致性，系统控制难度较大。
[0060]
此外，矩阵型输电方式的结构复杂、接线和控制难度大、投资成本高。
[0061]
此外，并联型输电方式需要大容量、高增益的dc/dc变换器，升压环节较多、电能汇集与升压过程中损耗较大。
[0062]
鉴于意识到上述问题，本实用新型的示例性实施例提供一种dc/dc变换器及直流风电场输电系统，以至少解决或缓解上述问题之一。
[0063]
根据本实用新型的第一方面，提供一种用于直流风电场输电系统的dc/dc变换器，下面将参考附图描述本实用新型的示例性实施例的dc/dc变换器示例结构。
[0064]
根据本实用新型的示例性实施例的dc/dc变换器的机侧端口(也可被称为“低压侧端口”)可以连接到直流风电场输电系统的直流风机阵列(也可被称为“直流风电场”)的直流母线，dc/dc变换器的网侧端口(也可被称为“高压侧端口”)可以连接到直流风电场输电系统的输电线路，以将直流风电场的输出电能输送至电网侧。
[0065]
图1示出了根据本实用新型的示例性实施例的dc/dc变换器的第一示例。如图1所示，dc/dc变换器可以包括至少一个输电模块，每个输电模块可以包括桥臂单元100和开关串联结构。
[0066]
开关串联结构可以包括串联连接在dc/dc变换器的机侧端口和网侧端口之间的第一换流开关单元200和第二换流开关单元300。桥臂单元100和第一换流开关单元200可以串联连接在机侧端口的正极与负极之间，桥臂单元100和第二换流开关单元300可以串联连接在网侧端口的正极与负极之间。
[0067]
以图1所示的示例为例，每个输电模块的开关串联结构连接在机侧端口(图1的u
l
侧)的正极与网侧端口(图1的uh侧)的正极之间，每个输电模块的桥臂单元100的一端连接到对应的第一换流开关单元200和对应的第二换流开关单元300之间，每个输电模块的桥臂单元100的另一端连接到机侧端口的负极和网侧端口的负极之间。
[0068]
基于上述dc/dc变换器的结构，当dc/dc变换器处于启动状态时，电能由高压侧向低压侧传输，当高压侧的第二换流开关单元导通时，桥臂单元从高压侧端口吸收能量，桥臂单元的电压与高压侧端口电压相同，实现充电；当低压侧的第一换流开关单元导通时，桥臂单元向低压侧端口释放能量，桥臂单元的电压与低压侧端口电压相同，实现放电。
[0069]
当dc/dc变换器处于正常工作状态时，电能由低压侧向高压侧传输，当低压侧的第一换流开关单元导通时，桥臂单元从低压侧端口吸收能量，桥臂单元的电压与低压侧端口电压相同，实现充电；当高压侧的第二换流开关单元导通时，桥臂单元向高压侧端口释放能量，桥臂单元的电压与高压侧端口电压相同，实现放电。
[0070]
如此，通过合理设置桥臂单元、第一换流开关单元和第二换流开关单元的拓扑结构，可以避免变换器内的交流环节，从而避免无功充电电流和过电压问题，与此同时，还可以降低直流风力发电机组输出的电压等级，从而降低了对直流风力发电机组的绝缘要求。
[0071]
此外，根据该示例的dc/dc变换器为非隔离型dc/dc变换器，与传统的隔离型dc/dc变换器相比，无需中高频变压器，减少了电能变换环节，降低了升压站的体积和施工难度。
[0072]
第一换流开关单元200和/或第二换流开关单元300可以包括单个开关模块，或者如图1所示，第一换流开关单元200和/或第二换流开关单元300也可以包括串联连接的多个开关模块。这里，开关模块可以为双向的功率器件单元。
[0073]
具体来说，第一换流开关单元200和/或第二换流开关单元300可以包括串联连接的多个开关模块，每个开关模块能够双向导通和断开，每个开关模块包括第一开关210和第二开关220，其中，第一开关210和第二开关220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。下面将参照图2a至图2f详细描述第一换流开关单元200和第二换流开关单元300的具体结构的若干示例。
[0074]
图2a示出了根据本实用新型的示例性实施例的dc/dc变换器的换流开关单元的第一示例。
[0075]
如图2a所示，第一开关210可以为二极管，第二开关220可以为晶闸管。具体来说，第一换流开关单元200和/或第二换流开关单元300可以由多个二极管以及分别与其反并联的多个晶闸管组成的多个开关模块串联形成。
[0076]
在该示例的换流开关单元中，当能量由低压侧向高压侧传输时，可以通过串联的二极管传输能量；当能量由高压侧向低压侧充电时，可以通过串联的晶闸管传输能量。
[0077]
图2b示出了根据本实用新型的示例性实施例的dc/dc变换器的换流开关单元的第二示例。
[0078]
如图2b所示，第一开关210和第二开关220均可以为晶闸管。具体来说，第一换流开关单元200和/或第二换流开关单元300可以由多对相互反并联的晶闸管组成的多个开关单模块串联形成。
[0079]
在该示例的换流开关单元中，当能量流动时，可以通过同向串联的晶闸管传输能量。
[0080]
图2c示出了根据本实用新型的示例性实施例的dc/dc变换器的换流开关单元的第三示例。
[0081]
如图2c所示，第一开关210可以为二极管，第二开关220可以为igbt。具体来说，第一换流开关单元200和/或第二换流开关单元300可以由多个二极管以及分别与其反并联的igbt组成的多个开关模块串联构成。
[0082]
在该示例的换流开关单元中，当能量由低压侧向高压侧传输时，可以通过串联的二极管传输能量；当能量由高压侧向低压侧充电时，可以通过串联的igbt传输能量。
[0083]
图2d示出了根据本实用新型的示例性实施例的dc/dc变换器的换流开关单元的第四示例。
[0084]
如图2d所示，第一开关210可以为晶闸管，第二开关220可以为igbt。具体来说，第一换流开关单元200和/或第二换流开关单元300可以由多个晶闸管及分别与其反并联的igbt组成的多个开关模块串联构成。
[0085]
在该示例的换流开关单元中，当能量由低压侧向高压侧传输时，可以通过串联的晶闸管传输能量；当能量由高压侧向低压侧充电时，可以通过串联的igbt传输能量。
[0086]
图2e示出了根据本实用新型的示例性实施例的dc/dc变换器的换流开关单元的第五示例。
[0087]
如图2e所示，第一开关210可以为晶闸管，第二开关220可以为二极管。具体来说，
第一换流开关单元200和/或第二换流开关单元300可以通过n个由晶闸管和四个二极管形成的开关模块串联构成。
[0088]
这里，在每个开关模块中，四个二极管两两串联后并联连接，四个二极管中的两个同向设置，而四个二极管中的另两个也同向设置，但是与四个二极管中的前述的两个反向设置。此外，同向设置的两个二极管设置在不同的串联支路中。晶闸管的两端分别连接到两个支路中的两个二极管之间。
[0089]
在该示例的换流开关单元中，当能量由低压侧向高压侧传输时，可以通过每个组中的两个同向设置的二极管(例如，图2e中所示的di1和di4)和晶闸管(例如，图2e中所示的ti)传输能量；当能量由高压侧向低压侧充电时，可以通过每个组中的另外两个同向设置的二极管(例如，图2e中所示的di2和di3)和晶闸管(例如，图2e中所示的ti)传输能量，其中，i＝1,2
…
,n。
[0090]
图2f示出了根据本实用新型的示例性实施例的dc/dc变换器的换流开关单元的第六示例。
[0091]
如图2f所示，第一开关210可以为igbt，第二开关220可以为二极管。具体来说，第一换流开关单元200和/或第二换流开关单元300可以通过n个由igbt和四个二极管形成的开关模块串联构成。
[0092]
这里，在每个开关模块中，四个二极管两两串联后并联连接，四个二极管中的两个同向设置，而四个二极管中的另两个也同向设置，但是与四个二极管中的前述的两个反向设置。此外，同向设置的两个二极管设置在不同的串联支路中。igbt的两端分别连接到两个支路中的两个二极管之间。
[0093]
在该示例的换流开关单元中，当能量由低压侧向高压侧传输时，可以通过每个组中的两个同向设置的二极管(例如，图2f中所示的di1和di4)和igbt(例如，图2f中所示的ii)传输能量；当能量由高压侧向低压侧充电时，可以通过每个组中的另外两个同向设置的二极管(例如，图2f中所示的di2和di3)和igbt(例如，图2f中所示的ii)传输能量，其中，i＝1,2
…
,n。
[0094]
上面给出了六种换流开关单元的示例，其可以应用于第一开关单元和第二开关单元中的至少一者，其均能满足能量双向传输的需求，并且满足在启动时高压侧向低压侧充电功率低而在正常运行时低压侧向高压侧传输功率高的特点。
[0095]
需要说明的是，上述六种方案仅是示例，此处不对其他方案作出穷举，本领域技术人员可以根据本实用新型的构思获知其他类似方案。
[0096]
返回到图1，每个桥臂单元100可以包括串联连接的电感器110和多个功率模块120。这里，每个桥臂单元所包括的电感器110和功率模块120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。
[0097]
作为示例，每个桥臂单元100中的多个功率模块120可以包括全桥子模块、半桥子模块、双子模块中的至少一种。下面将参照图3a至图3d详细描述功率模块的具体结构的若干示例。
[0098]
图3a示出了根据本实用新型的示例性实施例的dc/dc变换器的桥臂单元中的功率模块的第一示例。
[0099]
如图3a所示，功率模块120为半桥子模块，其通过一个电容c1、两个igbt以及分别
与两个igbt反并联的两个二极管结构构成。
[0100]
具体来说，igbt s11的一端作为功率模块120的第一电气接口，并且连接到igbt s12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120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。
[0101]
图3b示出了根据本实用新型的示例性实施例的dc/dc变换器的桥臂单元中的功率模块的第二示例。
[0102]
如图3b所示，功率模块120为全桥子模块，其通过一个电容c2、四个igbt以及分别与四个igbt反并联的四个二极管结构构成。
[0103]
具体来说，igbt s21的一端作为功率模块120的第一电气接口，并且连接到igbt s22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120的第二电气接口，并且连接到igbt s24的另一端。
[0104]
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。
[0105]
图3c示出了根据本实用新型的示例性实施例的dc/dc变换器的桥臂单元中的功率模块的第三示例。
[0106]
如图3c所示，功率模块120为改进的双子模块，其通过两个电容c3、四个igbt以及分别与四个igbt反并联的四个二极管结构构成。
[0107]
具体来说，igbt s31的一端作为功率模块120的第一电气接口，并且连接到igbt s32的一端，igbt s31的另一端连接到电容器c31的一端。igbt s32的另一端连接到电容器c31的另一端、igbt s33的一端以及电容器c32的一端。
[0108]
igbt s33的另一端作为功率模块120的第二电气接口，并且连接到igbt s34的一端。igbt s34的另一端连接到电容器c32的另一端。
[0109]
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，二极管d34反向并联到igbt s34的两端。
[0110]
图3d示出了根据本实用新型的示例性实施例的dc/dc变换器的桥臂单元中的功率模块的第四示例。
[0111]
如图3d所示，功率模块120为二极管钳位双子模块，其通过两个电容c4、两个单独的二极管以及五个igbt及分别与五个igbt反并联的五个二极管结构构成。
[0112]
具体来说，igbt s41的一端作为功率模块120的第一电气接口，并且连接到igbt s42的一端，igbt s41的另一端连接到电容器c41的一端和二极管d46的一端。igbt s42的另一端连接到电容器c41的另一端、igbt s43的一端以及二极管d47的一端。
[0113]
igbt s43的另一端连接到igbt s44的一端、电容器c42的一端和二极管d46的另一端。igbt s44的另一端作为功率模块120的第二电气接口，并且连接到igbt s45的一端，igbt s45的另一端连接到二极管d47的另一端。
[0114]
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，二极管d45反向并联到igbt s45的两端。
[0115]
上面给出了四种功率模块的示例，其可以根据成本、损耗、可靠性需求的不同而选择适合的方案。
[0116]
需要说明的是，上述四种方案仅是示例，此处不对其他方案作出穷举，本领域技术人员可以根据本实用新型的构思获知其他类似方案。
[0117]
还需要说明的是，每个桥臂单元100中的多个功率模块120可以全部为相同类型的模块，然而，多个功率模块120也可以包括不同类型的模块，如此，例如，通过全桥子模块解决可能出现的直流短路故障问题，通过半桥子模块解决全桥子模块存在的器件多、结构复杂且成本高的问题，因此可以将全桥子模块与半桥子模块组合使用。这里，同一桥臂中采用的不同类型的模块各自的数量可以根据需要进行设置。
[0118]
此外，需要说明的是，根据本实用新型示例性实施例的dc/dc变换器的结构仅是示例，在同一dc/dc变换器中，不同桥臂单元100所包括的功率模块120的数量和类型可以相同，也可以不同。不同桥臂单元100所包括的功率模块120的数量和类型也可以相同或不同。
[0119]
上面描述的dc/dc变换器可以包括一个或多个输电模块，多个输电模块的开关串联结构可以并联连接。
[0120]
作为示例，图1中示出了包括三个输电模块的示例。如此，当dc/dc变换器处于启动或正常工作状态时，dc/dc变换器的三个输电模块的工作状态相差三分之一个周期，同一个输电模块中低压侧的第一换流开关单元200与高压侧的第二换流开关单元300的开关逻辑相反。
[0121]
这里，多个输电模块之间的电流相位可以不同。具体来说，多个输电模块可以形成为多个结构相同的相电路，每个相电路由位于支路的一个桥臂单元以及位于串联路径上的两个换流开关单元形成。
[0122]
需要说明的是，尽管图1中示出了dc/dc变换器包括三个输电模块，但是其不限于此，其可以包括少于三个或多于三个的输电模块。
[0123]
当dc/dc变换器处于启动或正常工作状态时，三个相电路的工作状态相差三分之一个周期，其中，同一个相电路中低压侧的第一换流开关单元与高压侧的第二换流开关单元的开关逻辑相反。具体来说，在同一相电路内，低压侧开关单元导通三分之一周期，高压侧开关单元导通三分之一周期，另外三分之一周期高压侧与低压侧均不导通。
[0124]
此外，如图1所示，dc/dc变换器还可以包括充电电路400，充电电路400包括第一直流开关q1、第二直流开关q2和限流电阻rlim。
[0125]
具体来说，第一直流开关q1的一端、第二直流开关q2的一端连接到限流电阻rlim的一端，第一直流开关q1的另一端连接到第二换流开关单元300，第二直流开关q2的另一端连接到限流电阻rlim的另一端。
[0126]
如此，当低压侧的第一换流开关单元200导通时，桥臂单元100向低压侧端口释放能量，桥臂单元100的电压与低压侧端口电压相同，实现放电；此时，充电电路400中的第一直流开关q1处于闭合状态，第二直流开关q2处于断开状态。
[0127]
当高压侧的第二换流开关单元300导通时，桥臂单元100向高压侧端口释放能量，桥臂单元100的电压与高压侧端口电压相同，实现放电；此时，充电电路400中的第一直流开关q1和第二直流开关q2均处于闭合，保证功率全部传输到高压端口。
[0128]
上面参照图1至图3d描述了单极性单端口的dc/dc变换器，根据本实用新型的示例
性实施例的dc/dc变换器不限于此，其也可以具有多个端口，下面将参照图4对根据本实用新型的示例性实施例的dc/dc变换器的第二示例进行详细描述。
[0129]
如图4所示，dc/dc变换器可以形成为单极性多端口的结构，具体来说，dc/dc变换器可以包括多个机侧端口，其端口电压分别可以为u
l1
、u
l2
和u
l3
。
[0130]
多个机侧端口可以与直流风电场中的多个直流风机序列一一对应，每个机侧端口的正极和负极可以分别与相应的直流风机序列的母线正端口和母线负端口连接。
[0131]
多个输电模块可以与多个机侧端口一一对应，其中，每个输电模块的开关串联结构可以连接在对应的机侧端口的正极和网侧端口的正极之间。
[0132]
如图4所示，以输电模块为相电路为例，每个相电路的低压侧各自形成一个输入端口，每个相电路的高压侧并联后通过充电电路400形成一个高压输出端口。
[0133]
尽管图4中示出了dc/dc变换器包括三个输电模块，但是其不限于此，其可以包括少于三个或多于三个的输电模块。相应地，多个机侧端口也可以少于三个或多于三个，因此，dc/dc变换器所能连接到的直流风机序列也可以少于三个或多于三个。
[0134]
在该示例中，桥臂单元100、第一换流开关单元200、第二换流开关单元300及充电电路400的具体结构、变型方式、实现的功能及有益效果与上面示例中描述的类似，故不再赘述。
[0135]
对于该示例，由于dc/dc变换器可以提供多个机侧端口，并且可以为每个机侧端口提供单独的开关串联结构，因此，连接到多个机侧端口的直流风机序列输出的电压可以是相同的，也可以是不同的，也就是说，根据该示例的dc/dc变换器不对多个直流风机序列的输出电压进行限制，可以连接不同电压等级的直流风机序列，无需保持不同直流风机序列输出电压的一致性，特别是，可以适用于不同串联型直流风机序列中风力发电机组数量差异较大的场合。
[0136]
此外，根据该示例的dc/dc变换器为非隔离型dc/dc变换器，与传统隔离型dc/dc变换器相比，无需中高频变压器，减少了电能变换环节，降低了升压站的体积和施工难度。
[0137]
根据本实用新型的第二示例的dc/dc变换器的其他有益效果与上面第一示例的dc/dc变换器的有益效果相同，故不再赘述。
[0138]
上面参照图1至图4描述了单极性的dc/dc变换器，然而，根据本实用新型的示例性实施例的dc/dc变换器也可以形成为双极性的dc/dc变换器，下面将参照图5描述根据本实用新型的示例性实施例的dc/dc变换器的第三示例。
[0139]
如图5所示，桥臂单元100可以包括上桥臂单元101和下桥臂单元102，第一换流开关单元200包括第一上开关单元201和第一下开关单元202，第二换流开关单元300包括第二上开关单元301和第二下开关单元302，开关串联结构可以包括第一开关串联结构及第二开关串联结构。
[0140]
第一开关串联结构可以包括串联连接在机侧端口的正极和网侧端口的正极之间的第一上开关单元201和第二上开关单元301，上桥臂单元101的一端连接到第一上开关单元201和第二上开关单元301之间，上桥臂单元101的另一端连接到下桥臂单元102的一端。
[0141]
第二开关串联结构可以包括串联连接在机侧端口的负极和网侧端口的负极之间的第一下开关单元202和第二下开关单元302，下桥臂单元102的另一端连接到第一下开关单元202和第二下开关单元302之间。
[0142]
多个输电模块的第一开关串联结构可以并联连接，并且多个输电模块的第二开关串联结构可以并联连接。例如，如图5所示，多个输电模块的第一开关串联结构可以并联连接在机侧端口的正极与网侧端口的正极之间，多个输电模块的第二开关串联结构可以并联连接在机侧端口的负极与网侧端口的负极之间。
[0143]
此外，在图5中，上桥臂单元101的另一端和下桥臂单元102的一端可以接地，然而，其不限于此，上桥臂单元101的另一端和下桥臂单元102的一端也可以不接地。
[0144]
此外，如图5所示，充电电路400可以包括上充电电路401和下充电电路402，上充电电路401可以包括第一直流开关q1、第二直流开关q2和第一限流电阻rlim1，下充电电路402可以包括第三直流开关q3、第四直流开关q4和第二限流电阻rlim2，这里，上充电电路401和下充电电路402的具体结构可以与上面参照图1所述的充电电路400相似。
[0145]
图5的双极性单端口dc/dc变换器可以看作是通过两个上面参照图1描述的单极性单端口dc/dc变换器组成的，其中，两个单极性单端口dc/dc变换器的公共连接线接地，每个单极性单端口dc/dc变换器包括三个并联的结构相同的输电模块和一个充电电路，每个输电模块的低压侧各自形成一个输入端口，每个输电模块的高压侧并联后通过充电电路形成一个高压输出端口。
[0146]
在该示例中，上桥臂单元101、下桥臂单元102、第一上开关单元201、第一下开关单元202、第二上开关单元301、第二下开关单元302、上充电电路401及下充电电路402的具体结构、变型方式、实现的功能及有益效果与上面图1至图4的示例中描述的类似，故不再赘述。
[0147]
根据本实用新型的第三示例的dc/dc变换器的其他有益效果与上面第一示例、第二示例的dc/dc变换器的有益效果相同，故不再赘述。
[0148]
上面参照图5描述了双极性单端口的dc/dc变换器，然而，根据本实用新型的示例性实施例的双极性dc/dc变换器也可以形成为多端口结构，下面将参照图6描述根据本实用新型的示例性实施例的dc/dc变换器的第四示例。
[0149]
如图6所示，dc/dc变换器可以包括多个机侧端口，其端口电压分别可以为2u
l1
、2u
l2
和2u
l3
。
[0150]
多个机侧端口可以与直流风电场中的多个直流风机序列一一对应，每个机侧端口的正极和负极可以分别与相应的直流风机序列的母线正端口和母线负端口连接。
[0151]
多个输电模块可以与多个机侧端口一一对应，其中，每个输电模块的第一开关串联结构可以连接在对应的机侧端口的正极和网侧端口的正极之间，每个输电模块的第二开关串联结构可以连接在对应的机侧端口的负极和网侧端口的负极之间。
[0152]
如图6所示，双极性多端口dc/dc变换器可以看作是通过两个上面参照图5描述的单极性多端口dc/dc变换器组成的，其中，两个单极性多端口dc/dc变换器的公共连接线接地，其中，每个单极性多端口dc/dc变换器包括三个结构相同的输电模块和一个充电电路，其中，每个输电模块的低压侧各自形成一个输入端口的一极，每个输电模块的高压侧并联后形成一个高压输出端口的一极。
[0153]
在该示例中，上桥臂单元101、下桥臂单元102、第一上开关单元201、第一下开关单元202、第二上开关单元301、第二下开关单元302、上充电电路401及下充电电路402的具体结构、变型方式、实现的功能及有益效果与上面图1至图5的示例中描述的类似，故不再赘
述。
[0154]
此外，根据本实用新型的第四示例的dc/dc变换器的其他有益效果与上面第一示例、第二示例、第三示例的dc/dc变换器的有益效果相同，故不再赘述。
[0155]
上面参照图1至图6描述了根据本实用新型的第一示例、第二示例、第三示例和第四示例的dc/dc变换器，具体来说，根据本实用新型的示例性实施例可以提供单极性单端口的dc/dc变换器、双极性单端口的dc/dc变换器、单极性多端口的dc/dc变换器以及双极性多端口的dc/dc变换器，以允许根据实际需要进行选择。
[0156]
在上述dc/dc变换器中，通过合理布置桥臂和换流开关，可以实现非隔离型的dc/dc变换器。具体来说，dc/dc变换器可以包括一个或多个结构相同的输电模块和充电电路，其中，每个输电模块可以包括一个桥臂支路和两组换流开关，而每个桥臂单元可以包括串联连接的n个结构相同的功率模块和一个电感器，每组换流开关包括串联连接的双向功率器件单元，其中，充电电路包括直流开关和限流电阻。
[0157]
如此，当dc/dc变换器处于启动状态时，电能由高压侧向低压侧传输，当高压侧的第二换流开关单元300导通时，桥臂单元100从高压侧端口吸收能量，桥臂单元100的电压与高压侧端口电压相同，实现充电；当低压侧的第一换流开关单元200导通时，桥臂单元100向低压侧端口释放能量，桥臂单元100的电压与低压侧端口电压相同，实现放电。
[0158]
当dc/dc变换器处于正常工作状态时，电能由低压侧向高压侧传输，当低压侧的第一换流开关单元200导通时，桥臂单元100从低压端口吸收能量，桥臂电压与低压侧端口电压相同，实现充电；当高压侧的第二换流开关单元300导通时，桥臂单元100向高压侧端口释放能量，桥臂单元100的电压与高压侧端口电压相同，实现放电。
[0159]
基于dc/dc变换器的上述结构和输电过程，可以经dc/dc变换器将直流风机阵列的输出电压升压至更高等级的输电电压，实现全直流输电，无交流环节，不存在无功充电电流和过电压问题。
[0160]
此外，基于dc/dc变换器的上述结构和输电过程，还允许降低直流风机阵列的电压等级，从而降低了对直流风力发电机组的绝缘要求，特别是，在直流风机阵列为直流风力发电机组串联阵列的情况下，这是特别有利的。
[0161]
根据本实用新型的第二方面，提供一种直流风电场输电系统，该直流风电场输电系统可以包括上文中描述的dc/dc变换器。具体来说，直流风电场输电系统可以包括根据本实用新型的第一示例、第二示例、第三示例或第四示例的dc/dc变换器以及一个或多个直流风机阵列。
[0162]
采用根据本实用新型的第一示例、第二示例、第三示例或第四示例的dc/dc变换器的直流风电场输电系统可以对从直流风机阵列输出的直流电进行升压，并通过输电线路向电网输送。
[0163]
图7示出了根据本实用新型的示例性实施例的直流风电场输电系统的第一示例。
[0164]
如图7所示，直流风电场输电系统可以包括根据本实用新型的第一示例的dc/dc变换器11、直流风机阵列20以及输电线路30。
[0165]
在该示例中，dc/dc变换器11为单极性单端口dc/dc变换器。具体来说，dc/dc变换器11的机侧端口的正极和负极可以分别连接到直流风机阵列20的直流母线的母线正端口和母线负端口，dc/dc变换器11的网侧端口的正极和负极可以分别连接到输电线路30的正
极输电线路31和负极输电线路32。
[0166]
在直流风电场输电系统应用于海上风力发电的场景时，dc/dc变换器11可以实施在直流风电场输电系统的海上直流升压站10内。
[0167]
直流风机阵列20可以包括一个或多个直流风力发电机组21。作为示例，如图7所示，直流风机阵列20可以是直流风力发电机组串联阵列，多个直流风力发电机组21可以串联连接在母线正端口和母线负端口之间。
[0168]
具体来说，直流风机阵列中的直流风力发电机组21可以串联连接，直流风机阵列中的第一个直流风力发电机组的母线正端口可以与dc/dc变换器11的机侧端口的正极电气连接，直流风机阵列中的最后一个直流风力发电机组的母线负端口可以与dc/dc变换器11的机侧端口的负极电气连接，其余直流风力发电机组的母线正端口与上一个直流风机组的母线负端口电气连接，母线负端口与下一个直流风机组的母线正端口电气连接。
[0169]
此外，输电线路30可以是高压直流输电线路。作为示例，如图7所示，dc/dc变换器11的网侧端口的正极可以与输电线路30的直流正极(dc+)输电线路(即，图7中的正极输电线路31)电气连接，dc/dc变换器11的网侧端口的负极可以与输电线路30的直流负极(dc-)输电线路(即，图7中的负极输电线路32)电气连接。
[0170]
此外，如图7所示，直流风电场输电系统还可以包括换流器41和交流变压器50。
[0171]
换流器41用于对通过输电线路传输的直流电压进行逆变得到交流电压，作为示例，换流器41可以设置在岸上模块化多电平换流器(modular multilevel converter，mmc)换流站40内。正极输电线路31可以与换流器41的输入端正极电气连接；负极输电线路32可以与换流器41的输入端负极电气连接。
[0172]
交流变压器50用于对换流器41输出的交流电压进行升压。如图7所示，换流器41的输出端可以与交流变压器50的输入端电气连接，交流变压器50的输出端可以与交流电网60电气连接。
[0173]
根据该示例的直流风电场输电系统可以应用于远海风力发电场景，作为远海风电全直流输电系统，然而其不限于此，其也可以应用于其他应用场景。
[0174]
基于上述单极性直流风电场输电系统，以远海风力发电应用场景为例，串联型直流风机阵列内的直流风力发电机组可以输出中压直流电能，通过串联的形式实现电能的汇集并且将电压等级提高到高压等级。海上直流升压站内的dc/dc变换器可以将串联型直流风机阵列输出的高压直流电能转换为更高等级的输电电压，并通过高压直流输电线路进行传输。岸上换流站内的换流器可以将海上传输的直流电能转换为交流电能，然后可以通过交流变压器将交流电能变换为合适的电压等级，然后接入交流电网。
[0175]
图8示出了根据本实用新型的示例性实施例的直流风力发电机组的示例结构。图8所示的直流风力发电机组可以是根据本实用新型的任意一个示例性实施例中的直流风力发电机组21。
[0176]
如图8所示，直流风力发电机组21可以包括风机叶片2101、齿轮箱2102、风力发电机2103、隔离变压器2104、整流器2105、耗能电路2106、支撑电容2107、风机dc/dc变换器2108、隔离开关2109以及旁路开关2110。
[0177]
具体来说，隔离变压器2104可以用于实现高低压电气隔离，以降低风力发电机2103的绝缘要求。整流器2105可以是三相pwm整流器，其可以由三相半桥电力电子器件构
成。耗能电路2106可以包括耗能电阻rc和开关管kr。风机dc/dc变换器2108可以为单相全桥结构，如图8所示，其可以包括四个igbt以及分别与四个igbt反向并联的四个二极管。
[0178]
这里，当直流风力发电机组处于正常工作状态时，风机叶片2101将风能转换为机械能，经齿轮箱2102变速后，再由风力发电机2103将机械能转换为交流电能。然后，在经过隔离变压器2104后，由整流器2105将交流电能转换为直流电能，再经风机dc/dc变换器2108将直流电能变换为合适的电压等级的直流电能，此时，隔离开关2109中的开关元件k1、k2闭合，旁路开关2110中的开关元件s1断开，耗能电路2106中的开关管kr断开。
[0179]
当直流风力发电机组发生故障时，整流器2105和风机dc/dc变换器2108中的igbt全部闭锁，隔离开关2109中的开关元件k1、k2断开，旁路开关2110中的开关元件s1闭合，耗能电路2106中的开关管kr闭合，直流风力发电机组中的电能通过耗能电路进行释放。
[0180]
需要说明的是，尽管这里示出了直流风力发电机组可以为半直驱直流风力发电机组，即，直流风力发电机组可以包括齿轮箱2102，但是本实用新型不限于此，直流风力发电机组也可以为直驱直流风力发电机组或其他类型的直流风力发电机组，例如，直流风力发电机组可以不包括齿轮箱。
[0181]
图9是根据本实用新型的示例性实施例的直流风电场输电系统的第二示例的示意图。
[0182]
如图9所示，直流风电场输电系统可以包括根据本实用新型的第二示例的dc/dc变换器11、多个直流风机阵列20以及输电线路30。
[0183]
在该示例中，dc/dc变换器11为单极性多端口dc/dc变换器。具体来说，dc/dc变换器11可以包括多个机侧端口，直流风电场输电系统可以包括与多个机侧端口一一对应的多个直流风机阵列20。
[0184]
此外，在该示例中，多个直流风机阵列中的任意两者或多者的输出电压可以相同或不同。如此，可以允许不同电压等级的直流风机阵列通过同一dc/dc变换器11进行升压，无需保持不同直流风机阵列之间的一致性。
[0185]
如图9所示，在直流风电场输电系统应用于海上风力发电的场景时，dc/dc变换器11可以实施在直流风电场输电系统的海上直流升压站10内。
[0186]
这里，多个直流风机阵列20中的至少一个直流风机阵列的直流风力发电机组串联连接，至少一个直流风机阵列20中的每个直流风机阵列的第一个直流风力发电机组的母线正端口连接到dc/dc变换器的相应的机侧端口的正极输入端，至少一个直流风机阵列中的每个直流风机阵列的最后一个直流风力发电机组的母线负端口连接到dc/dc变换器的相应的机侧端口的负极输入端。
[0187]
具体来说，上述至少一个串联型直流风机阵列中的每个直流风机阵列20可以包括串联连接的一个或多个直流风力发电机组，不同串联型直流风机阵列中的直流风力发电机组的数量可以不同。每个串联型直流风机阵列对应单极性多端口dc/dc变换器的一个输入端口(即，机侧端口)，每个串联型直流风机阵列的第一个直流风力发电机组的母线正端口与单极性多端口dc/dc变换器的对应输入端口的正极电气连接，最后一个直流风力发电机组的母线负端口与单极性多端口dc/dc变换器的对应输入端口的负极电气连接。其余直流风力发电机组的母线正端口与上一个直流风机组的母线负端口电气连接，母线负端口与下一个直流风机组的母线正端口电气连接。
[0188]
此外，与图7所示的示例类似，图9所示的直流风电场输电系统也可以包括输电线路30、换流器41和交流变压器50。输电线路30、换流器41以和交流变压器50的设置方式、变型方式、实现的功能及有益效果与上面示例中描述的类似，故不再赘述。
[0189]
根据该示例的直流风电场输电系统可以应用于远海风力发电场景，作为单极性多串型远海风电全直流输电系统，然而其不限于此，其也可以应用于其他应用场景。
[0190]
基于上述单极性多串型直流风电场输电系统，以远海风力发电应用场景为例，每个串联型直流风机阵列内的直流风力发电机组可以输出中压直流电能，通过串联的形式实现电能的汇集并将电压等级提高到相同或不同的高压等级。海上直流升压站内的单极性多端口dc/dc变换器可以将每个串联型直流风机阵列输出的高压直流电能转换为同一更高等级的输电电压，并且可以通过高压直流输电线路进行传输。岸上换流站可以将海上传输的直流电能转换为交流电能，并且可以通过交流变压器将交流电能变换为合适的电压等级，然后接入交流电网。
[0191]
图10是根据本实用新型的示例性实施例的直流风电场输电系统的第三示例的示意图。
[0192]
如图10所示，直流风电场输电系统可以包括根据本实用新型的第三示例的dc/dc变换器、直流风机阵列20以及输电线路30。
[0193]
在该示例中，dc/dc变换器为如上面参照图5所述的双极性单端口dc/dc变换器。具体来说，dc/dc变换器可以看作是通过两个上面参照图1描述的单极性单端口dc/dc变换器(如图5所示的第一dc/dc变换器111和第二dc/dc变换器112)组成的，其中，两个单极性单端口dc/dc变换器的公共连接线接地。
[0194]
如图10所示，在直流风电场输电系统应用于海上风力发电的场景时，第一dc/dc变换器111和第二dc/dc变换器112可以实施在直流风电场输电系统的海上直流升压站10内。
[0195]
直流风机阵列20可以包括一个或多个直流风力发电机组21。作为示例，如图10所示，直流风机阵列20可以是直流风力发电机组串联阵列，多个直流风力发电机组21可以串联连接在母线正端口和母线负端口之间。
[0196]
具体来说，直流风机阵列中的直流风力发电机组21可以串联连接，直流风机阵列中的第一个直流风力发电机组的母线正端口可以与双极性单端口dc/dc变换器的机侧端口的正极电气连接，直流风机阵列中的最后一个直流风力发电机组的母线负端口可以与双极性单端口dc/dc变换器的机侧端口的负极电气连接，其余直流风力发电机组的母线正端口与上一个直流风机组的母线负端口电气连接，母线负端口与下一个直流风机组的母线正端口电气连接。
[0197]
此外，图10所示的直流风机阵列的串联连接线路可以采用中性点直接接地方式。
[0198]
具体来说，位于直流风机阵列20中间位置的两个直流风力发电机组之间的连接线接地。这里，在直流风机阵列20包括2n个直流风力发电机组(其中，n为正整数)的情况下，“中间位置的两个直流风力发电机组”指的是第n个直流风力发电机组和第n+1个直流风力发电机组；在直流风机阵列20包括2n-1个直流风力发电机组(其中，n为正整数)的情况下，“中间位置的两个直流风力发电机组”可以指的是第n-1个直流风力发电机组和第n个直流风力发电机组，或者可以指的是第n个直流风力发电机组和第n+1个直流风力发电机组，只要串联风机的额定电压加在一起后，正负极的电压大小相同且极性相反即可。然而，图10所
示的直流风机阵列的串联连接线路不限于此，其中性点也可以不接地。
[0199]
此外，图10的直流风电场输电系统的换流器可以包括第一换流器411和第二换流器412，交流变压器可以包括第一交流变压器51和第二交流变压器52。
[0200]
第一换流器411和第二换流器412可以用于对通过输电线路30传输的直流电压进行逆变得到交流电压，第一交流变压器51和第二交流变压器52可以分别用于对第一换流器411和第二换流器412输出的交流电压进行升压。
[0201]
具体来说，第一换流器411的一端连接到直流风电场输电系统的正极输电线路31，第一换流器411的另一端连接到第一交流变压器，第二换流器412的一端连接到直流风电场输电系统的负极输电线路32，第二换流器412的另一端连接到第二交流变压器。这里，第一换流器411和第二换流器412均可以接地，具体地，第一换流器411和第二换流器412的公共连接线可以接地。
[0202]
与上文中描述的单极性直流风电场输电系统相比，根据该示例的双极性直流风电场输电系统的功率传输等级更高，同时其可靠性也更高，当双极性系统的一极发生故障时，可以保证系统中的另一健全极正常工作。
[0203]
此外，图10所示的直流风电场输电系统的其他部分的设置方式、变型方式、实现的功能及有益效果与上面图7和图9所示的示例类似，故不再赘述。
[0204]
图11是根据本实用新型的示例性实施例的直流风电场输电系统的第四示例的示意图。
[0205]
如图11所示，直流风电场输电系统可以包括根据本实用新型的第四示例的dc/dc变换器、多个直流风机阵列20以及输电线路30。
[0206]
在该示例中，dc/dc变换器为如上面参照图6所述的双极性多端口dc/dc变换器。具体来说，dc/dc变换器可以看作是通过两个上面参照图4描述的单极性多端口dc/dc变换器(如图11所示的第三dc/dc变换器113和第四dc/dc变换器114)组成的，其中，两个单极性多端口dc/dc变换器的公共连接线接地。
[0207]
如图11所示，在直流风电场输电系统应用于海上风力发电的场景时，第三dc/dc变换器113和第四dc/dc变换器114可以实施在直流风电场输电系统的海上直流升压站10内。
[0208]
多个直流风机阵列20中的至少一个直流风机阵列的直流风力发电机组串联连接，至少一个直流风机阵列20中的每个直流风机阵列的第一个直流风力发电机组的母线正端口连接到dc/dc变换器的相应的机侧端口的正极输入端，至少一个直流风机阵列中的每个直流风机阵列的最后一个直流风力发电机组的母线负端口连接到dc/dc变换器的相应的机侧端口的负极输入端。
[0209]
具体来说，上述至少一个串联型直流风机阵列中的每个直流风机阵列20可以包括串联连接的一个或多个直流风力发电机组，不同串联型直流风机阵列中的直流风力发电机组的数量可以不同。每个串联型直流风机阵列对应双极性多端口dc/dc变换器的一个输入端口(即，机侧端口)，每个串联型直流风机阵列的第一个直流风力发电机组的母线正端口与双极性多端口dc/dc变换器的对应输入端口的正极电气连接，最后一个直流风力发电机组的母线负端口与双极性多端口dc/dc变换器的对应输入端口的负极电气连接。其余直流风力发电机组的母线正端口与上一个直流风机组的母线负端口电气连接，母线负端口与下一个直流风机组的母线正端口电气连接。
[0210]
此外，图11所示的多个直流风机阵列20中的串联型直流风机阵列的串联连接线路也可以采用中性点直接接地方式，其具体接地方式与上面参照图10描述的类似，在此不再赘述。
[0211]
此外，图11的直流风电场输电系统也可以包括第一换流器411、第二换流器412、第一交流变压器51和第二交流变压器52，其具体设置方式、变型方式、实现的功能及有益效果与上面图10所示的示例类似，故不再赘述。
[0212]
此外，图11所示的直流风电场输电系统的其他部分的设置方式、变型方式、实现的功能及有益效果与上面图7、图9和图10所示的示例类似，故不再赘述。
[0213]
上面参照图7至图11描述了根据本实用新型的第一示例、第二示例、第三示例和第四示例的直流风电场输电系统，具体来说，根据本实用新型的示例性实施例可以提供单极性直流风电场全直流输电系统方案、双极性直流风电场全直流输电系统方案、单极性多端口直流风电场全直流输电系统方案以及双极性多端口直流风电场全直流输电系统方案，以允许根据实际需要进行选择。
[0214]
需要说明的是，尽管在上面各个示例中以示例的方式描述了直流风机阵列包括串联连接的多个直流风力发电机组，但是本实用新型的实施例不限于此，直流风机阵列中的直流风力发电机组也可以以其他方式连接，例如并联连接、串并联连接、并串联连接等，只要其可通过母线正端口和母线负端口连接到dc/dc变换器即可。
[0215]
此外，还需要说明的是，尽管上面参照具体附图描述了dc/dc变换器和直流风电场输电系统的各示例，但是应理解的是，本实用新型的实施方式不限于示例中给出的组合，不同类型的dc/dc变换器可以与不同示例的直流风电场输电系统相结合，在此不作出穷举。
[0216]
上述直流风电场输电系统可以适合作为远海风电的全直流输电方案。具体来说，直流风电场输电系统可以用于对一个或多个直流风机阵列进行升压，直流风机阵列中的第一个直流风力发电机组的母线正端口与dc/dc变换器的输入端口的正极电气连接，最后一个直流风力发电机组的母线负端口与dc/dc变换器的输入端口的负极电气连接，其余直流风力发电机组的母线正端口与上一个直流风机组的母线负端口电气连接，母线负端口与下一个直流风机组的母线正端口电气连接。此外，在双极性直流风电场输电系统中，串联型直流风机阵列的中间两个直流风力发电机组的公共连接线路可以接地。
[0217]
基于这样的直流风电场输电系统，可以允许直流风机阵列内的直流风力发电机组输出中压直流电能，例如可以通过串联的形式实现电能的汇集并且将电压等级提高到高压等级。然后，dc/dc变换器可以将直流风机阵列输出的高压直流电能转换为更高电压等级的输电电压，并且通过高压直流输电线路进行传输。换流器可以将传输的直流电能转换为交流电能，并且通过交流变压器将交流电能变换为合适的电压等级，然后接入交流电网。
[0218]
根据本实用新型的dc/dc变换器及直流风电场输电系统可以经dc/dc变换器将直流风力发电机组阵列的输出电压升压至更高等级的输电电压，实现全直流输电，无交流环节，不存在无功充电电流和过电压问题。
[0219]
此外，根据本实用新型的dc/dc变换器及直流风电场输电系统还允许降低直流风力发电机组阵列的电压等级，从而降低了对直流风力发电机组的绝缘要求，特别是，在直流风力发电机组阵列为直流风力发电机组串联阵列的情况下，这是特别有利的。
[0220]
此外，根据本实用新型的dc/dc变换器及直流风电场输电系统可以提供单极性或
双极性的dc/dc变换器及包括其的直流风电场输电系统，并且针对每种极性，还可以提供单端口或多端口的dc/dc变换器及包括其的直流风电场输电系统，允许根据实际需要选择适合的dc/dc变换器和直流风电场输电系统。
[0221]
此外，根据本实用新型的dc/dc变换器及直流风电场输电系统可以提供非隔离型dc/dc变换器，与传统的隔离性换流器相比，无需中高频变压器，减少了电能变换环节，降低了升压站的体积和施工难度。
[0222]
此外，根据本实用新型的dc/dc变换器及直流风电场输电系统可以提供多端口dc/dc变换器，从而可以连接不同电压等级的直流风电场，无需保持不同风电场输出电压的一致性，特别是，可以适用于不同串联型直流风电场中风电机组数量差异较大的场合。
[0223]
本实用新型所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在上面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本实用新型的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本实用新型的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本实用新型的各方面。
[0224]
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。