一种基于混合子模块串联升压的海上风电直流汇集系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于混合子模块串联升压的海上风电直流汇集系统，涉及直流输电技术领域。该系统可以实现多个海上风电场的汇集，将风机变流器输出的低压直流转换成高压直流进行远距离直流输送，并且基于混合子模块的设计可实现直流故障的穿越。其内部采用多个子模块级联，无需额外的交流或者直流升压环节，可以有效降低海上平台的建设成本。其子模块按照功能分为两类：其中一类子模块只包含纯电容不含外接端口；另一类子模块电容的输出端口连接风机变流器直流侧。该海上风电直流汇集系统通过大量纯电容子模块的串联，可以大幅提升直流电压，同时降低含外接风机变流器端口的子模块对地直流电位，有效解决传统方案中风机串联引起的绝缘问题。起的绝缘问题。起的绝缘问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于混合子模块串联升压的海上风电直流汇集系统


[0001]本专利技术涉及直流输电
，具体涉及一种基于混合子模块串联升压的海上风电直流汇集系统。

技术介绍

[0002]实现海上风电全直流汇集的关键设备之一是直流变压器。直流变压器可以实现低压到高压的转换，将风电机组的低压直流输出转换为高压直流进行远距离输送。 模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter, MMC)在直流输电领域已经得到了广泛的研究和应用。基于MMC的DC
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DC变换根据是否含有变压器隔离，可以分为两类：一种是隔离型MMC DC
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DC变换器；一种是非隔离型MMC DC
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DC变换器。隔离型MMC DC
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DC变换器含两个MMC，通过中高频变压器连接，DC
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DC变换需要双级实现即包括DC
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AC和AC
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DC变换，其中中间的AC
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AC变换由变压器实现。非隔离型MMC DC
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DC变换器的运行原理是通过交流电流在内部流动来平衡上下桥臂之间的功率平衡，从而实现直接DC
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DC变换，其内部交流频率也可以选择中高频以提高功率密度。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是：目前非隔离型MMC直流变压器虽然可以实现高效率的直流电压转换，但是在海上风电直流电压高边比的应用中，其内部环流过大，严重影响系统的成本和效率。而串联型的风电汇集系统对地直流电位过高，绝缘设计是个难题。
[0004]本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种基于混合子模块串联升压的海上风电直流汇集系统。该系统基于混合子模块的设计，其内部采用多个子模块级联，其子模块按照功能分为两类：其中一类子模块只包含纯电容不含外接端口；另一类子模块电容的输出端口连接风机变流器直流侧。该海上风电直流汇集系统通过大量纯电容子模块的串联，可以大幅提升直流电压，同时降低含连接风机变流器端口的子模块对地直流电位。
[0005]一种基于混合子模块串联升压的海上风电直流汇集系统，该系统内部采用混合子模块级联的设计，混合子模块包含半桥子模块和全桥子模块。
[0006]进一步的，其构成可以为单相，两相和三相。每相含有一个电感和多个级联子模块。每相两端分别相连形成直流输出的正负级。
[0007]进一步的，其子模块按照功能分为两类：其中一类子模块只包含纯电容不含外接端口；另一类子模块电容的端口连接风机变流器直流侧输出。
[0008]进一步的，根据直流升压比的要求，纯电容子模块个数和含连接风机变流器端口子模块个数可以搭配不同的数目。
[0009]进一步的，在单个风机机组故障情况下，连接该端口的子模块被旁路，冗余子模块投入使用。
[0010]进一步的，在直流短路故障情况下，全桥子模块可以改变直流电压分量来实现无闭锁故障穿越。
[0011]本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本专利技术通过采用基于混合子模块串联升压的海上风电直流汇集系统，无需额外的交流或者直流升压环节即可实现高边比的低压直流到高压直流的转换，可以有效降低海上平台的建设成本，同时降低含连接风机变流器端口的子模块对地直流电位，有效解决传统方案中风机串联引起的绝缘问题，且可实现直流故障的穿越。
附图说明
[0012]图1是本专利技术提出的基于混合子模块串联升压的海上风电直流汇集系统示意图；图2是半桥子模块和全桥子模块电路图；图3是风机交直流变换后的直流输出端口；图4是直流汇集系统运行等效电路；图5是单级性海上风电经直流汇集系统升压后直流输电系统示意图；图6是双级性海上风电经直流汇集系统升压后直流输电系统示意图。
具体实施方式
[0013]下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：本专利技术提出的一种基于混合子模块串联升压的海上风电直流汇集系统示意图如图1所示，其拓扑由三相组成，每一相含有一个电感和混合级联的全桥子模块和半桥子模块。其中全桥子模块的电容不与外部连接，半桥子模块的电容与外部风机的直流输出电压相连。
[0014]半桥子模块和全桥子模块的电路图如图2所示。海上多个并联的风机经过交直流变换后的直流输出端口如图3所示，该直流端口与图1中的半桥子模块电容端口相连。每一个电容端口都连接一个如图3所示的风机直流输出。
[0015]海上风电直流汇集系统正常运行时的等效电路如图4所示，子模块和端口分别含有交流和直流分量。其中输出的母线直流电压为直流电压分量之和，交流分量互相抵消。直流母线只含直流电流，基频的交流电流只在直流汇集系统内部流通，用于平衡子模块的内部电容电压。
[0016]单级性的海上风电经直流汇集系统升压后直流输电系统如图5所示，多个海上风机经整流后与直流汇集系统的多个子模块端口连接，通过直流汇集系统升压后以高压直流进行远距离输送，岸上的换流器将直流转换成交流送到负载侧。
[0017]双级性的海上风电经直流汇集系统升压后直流输电系统如图6所示，两个直流汇集系统串联：其中一个直流汇集系统的正极接直流输电系统的正极，负极接地；另一个直流汇集系统的正极接地，负极接直流输电系统的负极。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于混合子模块串联升压的海上风电直流汇集系统，其特征在于：其构成为单相或两相或三相，其中，每相含有一个电感和多个级联子模块，且每相两端相连分别形成直流输出的正负级。2.根据权利要求1所述的一种基于混合子模块串联升压的海上风电直流汇集系统，其特征在于：其内部采用多个子模块级联，子模块按照功能分为两类：其中一类子模块只包含纯电容不含外接端口；另一类子模块电容的输出端口连接风机变流器直流侧。3.根据权利要求2所述的一种基于混合子模块串联升压的海上风电直流汇集系统，其特征在于：子模块种类选择半桥子模块或者全桥子模块。4.根据权利要求2所述的一种基于混合子模块串联升压的海上风电直流汇集...

【专利技术属性】
技术研发人员：章飞，张远实，周吉，郝珊珊，
申请(专利权)人：东南大学溧阳研究院，
类型：发明
国别省市：