[發明專利]一種用于串聯直流海上風電場的風力發電系統

在審

• 申請號: 201710016537.0
• 申請日: 2017-01-10
• 公開（公告）號: CN106712084A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 郭高朋;宋強;劉文華
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02M7/219;H02M3/155
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)11201
• 代理人: 羅文群

1.一種用于串聯直流海上風電場的風力發電系統，其特征在于，風力發電系統包括原動機、齒輪箱、發電機、變壓器，半橋模塊化多電平換流器、正極電容Cp、負極電容Cn、三電平直直變換器、正極隔離開關S1、負極隔離開關S2和旁路開關S3；所述的原動機經過齒輪箱驅動發電機的轉子旋轉，發電機的定子輸出交流電壓，發電機的電氣輸出端與變壓器的原邊連接，變壓器的副邊與所述的半橋模塊化多電平換流器的交流端連接，半橋模塊化多電平換流器的直流正極端DC+、正極電容Cp的正極端以及三電平直直變換器的第一直流正極端DC1+相互連接，半橋模塊化多電平換流器的直流負極端DC-、負極電容Cn的負極端以及三電平直直變換器的第一直流負極端DC1-相互連接；所述的正極電容Cp的負極端、負極電容Cn的正極端以及三電平直直變換器的中性線端N1相互連接；所述的三電平直直變換器的第二直流正極端DC2+與所述的正極隔離開關S1的一端相連，正極隔離開關S1的另一端與旁路開關S3的一端相連，作為風機的直流正極端，三電平直直變換器的第二直流負極端DC2-與所述的負極隔離開關S2的一端相連，負極隔離開關S2的另一端與旁路開關S3的另一端相連，作為風機的直流負極端。

2.如權利要求1所述的用于串聯直流海上風電場的風力發電系統，其特征在于其中所述的半橋模塊化多電平換流器，由第一換流臂、第二換流臂、第三換流臂、第四換流臂、第五換流臂、第六換流臂、第一電感L₁、第二電感L₂、第三電感L₃、第四電感L₄、第五電感L₅和第六電感L₆構成，所述的第一換流臂、第三換流臂和第五換流臂的正極端相互連接到一起，作為半橋模塊化多電平換流器的直流正極端，第二換流臂、第四換流臂和第六換流臂的負極端相互連接到一起，作為半橋模塊化多電平換流器的直流負極端；第一換流臂的負極端與第一電感L₁的上端相連；第三換流臂的負極端與第三電感L₃的上端相連，第五換流臂的負極端與第五電感L₅的上端相連，第二換流臂的正極端與第二電感L₂的下端相連，第四換流臂的正極端與第四電感L₄的下端相連，第六換流臂的正極端與第六電感L₆的下端相連，第一電感L₁的下端與第二電感L₂的上端相連，作為半橋模塊化多電平換流器的交流側A端，第三電感L₃的下端與第四電感L₄的上端相連，作為半橋模塊化多電平換流器的交流側B端；第五電感L₅的下端與第六電感L₆的上端相連，作為半橋模塊化多電平換流器的交流側C端。

3.如權利要求2所述的用于串聯直流海上風電場的風力發電系統，其特征在于其中所述的第一換流臂、第二換流臂、第三換流臂、第四換流臂、第五換流臂和第六換流臂的結構相同，分別包含多個功率模塊，多個功率模塊串聯后形成換流臂的一個正極端和一個負極端。

4.如權利要求3所述的用于串聯直流海上風電場的風力發電系統，其特征在于其中所述的功率模塊，為半橋型功率模塊，包含第一直流電容C1、第三半導體開關T3、第四半導體開關T4、第三續流二極管D3和第四續流二極管D4；所述的第三半導體開關T3的集電極、第三續流二極管D3的負極以及第一直流電容C1的正極相互連接，第三半導體開關T3的發射極、第三續流二極管D3的正極、第四半導體開關T4的集電極以及第四續流二極管D4的負極相互連接，作為半橋型功率模塊的正極端，第四半導體開關T4的發射極、第四續流二極管D4的正極以及第一直流電容C1的負極相互連接，作為半橋型功率模塊的負極端。

5.如權利要求1所述的用于串聯直流海上風電場的風力發電系統，其特征在于其中所述的三電平直直變換器，由第一半導體開關T1、第二半導體開關T2、第一二極管D1、第二二極管D2、正極電感L7和負極電感L8構成；所述的第一半導體開關T1的集電極與三電平直直變換器的第一直流正極端DC1+相連，第二半導體開關T2的發射極與三電平直直變換器的第一直流負極端DC1-相連；所述的第一半導體開關T1的發射極、第一二極管D1的負極以及正極電感L7的一端相互連接，所述的正極電感L7的另一端作為三電平直直變換器的第二直流正極端DC2+；第二半導體開關T2的集電極、第二二極管的正極以及負極電感L8的一端相互連接，負極電感L8的另一端作為三電平直直變換器的第二直流負極端DC2-；所述的第一二極管D1的正極與第二二極管D2的負極相連，作為三電平直直變換器的中性線端N1。