直流取电装置、系统及风力发电机组的启动控制系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种直流取电装置、系统及风力发电机组的启动控制系统。该直流取电装置包括：电容器、电压提取模块、变压器和整流模块；其中，电容器的第一端与直流输电线路的正极连接，电容器的第二端与电压提取模块的第一端连接，电压提取模块的第二端与直流输电线路的负极连接，电压提取模块用于从直流输电线路中提取预定幅值的交流电压；变压器的一次侧并联于电压提取模块的两端，变压器的二次侧连接于整流模块的交流侧，整流模块用于将所提取的交流电压变换为直流电压。采用本发明专利技术实施例的技术方案，能够避免直接对高压直流电压进行变压处理，从而达到简化直流取电装置结构和降低成本的目的。

【技术实现步骤摘要】
直流取电装置、系统及风力发电机组的启动控制系统
本专利技术涉及风力发电
，尤其涉及一种直流取电装置、系统及风力发电机组的启动控制系统。
技术介绍
柔性直流输电系统因电压稳定性高被广泛应用。参看图1，海上直流风电场中直流风力发电机组产生的能量汇集至高压直流电缆后，经远端岸上的换流站并入电网。由于没有交流电网供电，直流风力发电机组在机组自身用电设备丢失电源的情况下，需要从高压直流电缆取电来完成启动。参看图2，现有技术中的直流取电装置在高压侧一般通过模块化多电平结构(由多个子模块SMi级联形成)承受直流高电压，在高压侧和低压侧之间通过交流变压器进行耦合，在低压侧通过二极管整流桥将中间环节的交流电整流，最终输出低压直流电。该种直流取电装置虽然能够满足从高压直流电缆上取电的需求，但是其高压侧的模块数量较多，导致结构复杂且成本高，不适用于小功率取电的应用场景。因此，亟需一种新的直流取电装置、系统及风力发电机组的启动控制系统。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种直流取电装置、系统及风力发电机组的启动控制系统，能够避免直接对高压直流电压进行变压处理，而是通过从直流输电线路提取交流电压的方式获得电能，从而能够达到简化直流取电装置结构和降低成本的目的。第一方面，本专利技术实施例提供一种直流取电装置，该直流取电装置包括：电容器、电压提取模块、变压器和整流模块；其中，电容器的第一端与直流输电线路的正极连接，电容器的第二端与电压提取模块的第一端连接，电压提取模块的第二端与直流输电线路的负极连接，电压提取模块用于从直流输电线路中提取预定幅值的交流电压；变压器的一次侧并联于电压提取模块的两端，变压器的二次侧连接于整流模块的交流侧，整流模块用于将所提取的交流电压变换为直流电压。在第一方面的一种可能的实施方式中，电压提取模块包括电阻器。在第一方面的一种可能的实施方式中，整流模块包括整流电路和控制器；整流电路包括多个功率开关；变压器的二次侧连接于整流电路的交流侧；控制器连接于各功率开关的控制端，控制器用于控制各功率开关的通断状态，使整流电路将所提取的交流电压变换为直流电压。在第一方面的一种可能的实施方式中，控制器包括：电压闭环控制单元，用于根据整流电路直流侧的电压测量值和对应直流侧的电压给定值，得到变压器一次侧的电流参考值的幅值；电流闭环控制单元，用于根据变压器一次侧的电流测量值和电流参考值的幅值，得到调制波；控制信号生成单元，用于根据调制波与三角载波生成对应各功率开关的通断控制信号。在第一方面的一种可能的实施方式中，电流闭环控制单元包括：锁相器，用于提取变压器一次侧的电压测量值的相位角；计算器，用于根据变压器一次侧的电流参考值的幅值和相位角，计算得到变压器一次侧的电流参考值；电流闭环控制器，用于根据变压器一次侧的电流测量值和电流参考值，得到调制波。在第一方面的一种可能的实施方式中，电容器的阻抗值等于直流输电线路的感抗值。在第一方面的一种可能的实施方式中，电压提取模块的阻值Rpt满足：Rpt≥10×Req，Req为直流取电装置在额定功率运行时变压器及整流模块的等效阻值。第二方面，本专利技术实施例提供一种直流取电系统，该直流取电系统包括：换流站，用于将预定幅值的交流电压注入直流输电线路；如上所述的直流取电装置，直流取电装置连接换流站。第三方面，本专利技术实施例提供一种直流风力发电机组的启动控制系统，该直流风力发电机组的启动控制系统包括：换流站，用于将预定幅值的交流电压注入直流输电线路；如上所述的直流取电装置，用于从直流输电线路中提取交流电压并将所提取的交流电压变换为直流电压；逆变器，连接于直流取电装置中整流模块的直流侧，逆变器用于在直流风力发电机组启动时将直流电压变换为交流电压，以向直流风力发电机组的内部用电设备供电。在第三方面的一种可能的实施方式中，逆变器还连接于直流风力发电机组的直流母线，逆变器还用于在直流风力发电机组启动完成后将直流母线电压变换为交流电压，以向直流风力发电机组的内部用电设备供电。本专利技术实施例中的直流取电装置具有如上所述的结构。由电容器来承受直流输电线路上的直流电压分量，由电压提取模块从直流输电线路中提取交流电压，该交流电压经变压器及其二次侧的整流模块处理后能够得到直流电压形式的电能。与现有技术中的对高压直流电压进行变压处理的取电方式相比，本专利技术实施例中的直流取电装置是对交流电压进行变压处理，由于交流电压的幅值一般较低，因此，不需要模块化多电平结构来承受直流高电压，能够避免直接对高压直流电压进行变压处理，从而达到简化结构和降低成本的目的。附图说明从下面结合附图对本专利技术的具体实施方式的描述中可以更好地理解本专利技术其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。图1为海上直流风场-岸上柔直换流站送出系统的拓扑示意图；图2为基于模块化多电平结构的直流取电装置的结构示意图；图3为本专利技术一实施例提供的直流取电装置的结构示意图；图4为本专利技术另一实施例提供的直流取电装置的结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的控制器的结构框图；图6为本专利技术实施例提供的控制器的控制框图；图7为与图6对应的直流取电电路和输电线路的等效原理图；图8为本专利技术实施例提供的直流风力发电机组的启动控制系统的电路结构示意图；图9为本专利技术实施例提供的直流取电装置的波形示意图。具体实施方式下面将详细描述本专利技术的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本专利技术的全面理解。图3为本专利技术一实施例提供的直流取电装置的结构示意图。如图3所示，直流取电装置300可以跨接在高压直流输电线路的两级DC+和DC-(或单级对地DC+和GND)的电缆/架空线上。具体地，该直流取电装置300包括：电容器301、电压提取模块302、变压器303和整流模块304。其中，电容器301的第一端与直流输电线路的正极连接，电容器301的第二端与电压提取模块302的第一端连接，电压提取模块302的第二端与直流输电线路的负极连接，电压提取模块302用于从直流输电线路中提取预定幅值的交流电压。变压器303的一次侧并联于电压提取模块302的两端，变压器303的二次侧连接于整流模块304的交流侧，整流模块304用于将所提取的交流电压变换为直流电压。图3中还示出了直流母线电路的两个端口，分别为直流端1和直流端2。具体实施时，直流端1的换流站可以对整条直流输电线路的电压进行控制，在直流电压参考值之上叠加一个小幅值的交流分量，并通过闭环控制将对应幅值的交流电压注入到直流输电线路中。这里，电容器301的作用主要是承受高压直流线路上的直流电压分量，而被注入的交流分量能够通过电容器301，在电压提取模块302上获得一定的分压。变压器303的一次侧并联于电压提取模块302的两端，变压器303的二次侧连接于整流模块304的交流侧，整流模块304能够将所提取的交流电压变换为直本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流取电装置，其特征在于，包括：电容器、电压提取模块、变压器和整流模块；其中，/n所述电容器的第一端与直流输电线路的正极连接，所述电容器的第二端与所述电压提取模块的第一端连接，所述电压提取模块的第二端与所述直流输电线路的负极连接，所述电压提取模块用于从所述直流输电线路中提取预定幅值的交流电压；/n所述变压器的一次侧并联于所述电压提取模块的两端，所述变压器的二次侧连接于所述整流模块的交流侧，所述整流模块用于将所提取的交流电压变换为直流电压。/n

【技术特征摘要】
1.一种直流取电装置，其特征在于，包括：电容器、电压提取模块、变压器和整流模块；其中，
所述电容器的第一端与直流输电线路的正极连接，所述电容器的第二端与所述电压提取模块的第一端连接，所述电压提取模块的第二端与所述直流输电线路的负极连接，所述电压提取模块用于从所述直流输电线路中提取预定幅值的交流电压；
所述变压器的一次侧并联于所述电压提取模块的两端，所述变压器的二次侧连接于所述整流模块的交流侧，所述整流模块用于将所提取的交流电压变换为直流电压。


2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电压提取模块包括电阻器。


3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述整流模块包括整流电路和控制器；所述整流电路包括多个功率开关；
所述变压器的二次侧连接于所述整流电路的交流侧；
所述控制器连接于各所述功率开关的控制端，所述控制器用于控制各所述功率开关的通断状态，使所述整流电路将所提取的交流电压变换为直流电压。


4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述控制器包括：
电压闭环控制单元，用于根据所述整流电路直流侧的电压测量值和对应直流侧的电压给定值，得到所述变压器一次侧的电流参考值的幅值；
电流闭环控制单元，用于根据所述变压器一次侧的电流测量值和电流参考值的幅值，得到调制波；
控制信号生成单元，用于根据所述调制波与三角载波生成对应各所述功率开关的通断控制信号。


5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述电流闭环控制单元包括：
锁相器，用于提取所述变压器一次侧的电压测量值...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾斯卡尔，蔡旭，吕敬，刘世军，张宇，杨志千，
申请(专利权)人：新疆金风科技股份有限公司，上海交通大学，
类型：发明
国别省市：新疆;65