中壓dc收集系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種發(fā)電系統(tǒng)(10)，包括至少一個具有至少兩組定子繞組的發(fā)電機(jī)，包括與每組發(fā)電機(jī)繞組相關(guān)聯(lián)的基于功率單元的模塊化轉(zhuǎn)換器的有源整流器(12)。每組繞組連接至相關(guān)聯(lián)的有源整流器(32)的AC電壓側(cè)，其中每個有源整流器(32)具有正DC電壓輸出(50A)和負(fù)DC電壓輸出(52B)。有源整流器的DC電壓輸出互相串聯(lián)連接。中壓DC(MVDC)收集網(wǎng)絡(luò)包括正極線纜(62)和負(fù)極線纜(64)，其中每個正極線纜(62)連接至第一個有源整流器(32)的正DC電壓輸出(50B)并且每個所述負(fù)極線纜(64)連接至最后一個有源整流器的負(fù)DC電源輸出。變電站(68)接收MVDC收集網(wǎng)絡(luò)的負(fù)極和正極線纜，以用于對至少一個發(fā)電機(jī)所生成的電力進(jìn)行進(jìn)一步變壓和輸送。
【專利說明】中壓DC收集系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 總體上，本發(fā)明涉及針對大規(guī)模離岸風(fēng)力發(fā)電廠的風(fēng)電收集和相關(guān)聯(lián)電網(wǎng)的集成 方案。特別地，本發(fā)明涉及一種風(fēng)電轉(zhuǎn)換收集系統(tǒng)架構(gòu)，其促成了高范圍的中壓DC收集系 統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。特別地，本發(fā)明涉及一種多相風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)和基于功率單元的模塊化轉(zhuǎn)換器 以使得處于20kV至50kV或更高的范圍內(nèi)的中壓直流電系統(tǒng)能夠用于離岸風(fēng)力發(fā)電廠。
【背景技術(shù)】
[0002] 典型的大規(guī)模離岸風(fēng)電發(fā)電廠（有時被稱作風(fēng)電場）架構(gòu)由風(fēng)力渦輪機(jī)、中壓收 集系統(tǒng)、離岸變電站、高壓輸電系統(tǒng)以及用于與主電網(wǎng)進(jìn)行對接的岸上變電站組成。目前， 無論風(fēng)電場所采用的風(fēng)力渦輪技術(shù)的類型如何，都使用通常為33kV的中壓AC收集系統(tǒng)。輸 電系統(tǒng)的選擇主要由從離岸風(fēng)力發(fā)電廠到岸上電網(wǎng)連接點(diǎn)的距離所確定。對于近岸風(fēng)力發(fā) 電廠，使用高壓AC(HVAC)輸電系統(tǒng)。對于距海岸具有長距離的離岸風(fēng)力發(fā)電廠，已經(jīng)證明 基于電壓源轉(zhuǎn)換器的高壓DC (VSC-HVDC)系統(tǒng)與常規(guī)HVAC解決方案相比在技術(shù)上具有優(yōu)勢 并且是合算的。
[0003] 考慮到從風(fēng)力渦輪機(jī)到電網(wǎng)收集點(diǎn)的系統(tǒng)機(jī)會，通過在風(fēng)力發(fā)電廠內(nèi)采用中壓 DC(MVDC)收集系統(tǒng)而提高整體系統(tǒng)效率是可能的。離岸風(fēng)力發(fā)電廠采用MVDC收集系統(tǒng)的 先決條件是在發(fā)電機(jī)層面使用中壓轉(zhuǎn)換設(shè)備，因此允許取消了風(fēng)力渦輪機(jī)的升壓變壓器。 雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)已經(jīng)成為了廣泛使用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)并且在市場中占有主導(dǎo)地位。然 而，這樣的技術(shù)與諸如具有全功率背靠背轉(zhuǎn)換器的永磁同步發(fā)電機(jī)的其它新興的發(fā)電技術(shù) 相比已經(jīng)不具備優(yōu)勢，原因在于新興的技術(shù)提供了更好的可靠性和性能。
[0004] 隨著離岸風(fēng)能基礎(chǔ)設(shè)施的持續(xù)增長，離岸風(fēng)力發(fā)電廠中的電氣系統(tǒng)及其與主電網(wǎng) 的連接在整體系統(tǒng)效率和性能方面面臨著技術(shù)挑戰(zhàn)。未來的大型離岸風(fēng)力發(fā)電廠的內(nèi)部風(fēng) 電收集系統(tǒng)可以由以下電氣特征所表示：400麗及更高的總?cè)萘浚?-KMW范圍內(nèi)的提高的 單個風(fēng)力渦輪機(jī)的功率；渦輪機(jī)之間更長的距離，1000-1500m ;兩個渦輪機(jī)之間的最大距 離，10-30km ;以及每個饋電器的五到八個渦輪機(jī)或30-40MW的功率水平。這樣，對于中壓收 集網(wǎng)絡(luò)而言具有若干技術(shù)挑戰(zhàn)。典型的33kV的MVAC收集系統(tǒng)所存在的一個問題是由于風(fēng) 力渦輪機(jī)變壓器和AC線纜較高的功率損失所導(dǎo)致的低效率。將收集系統(tǒng)的電壓從33kV增 大到72kV會明顯提高收集系統(tǒng)的效率。然而，該解決方案會由于風(fēng)力渦輪機(jī)塔臺內(nèi)部諸如 風(fēng)力渦輪機(jī)變壓器和開關(guān)柜的電氣設(shè)備的尺寸增大而受到限制。對于風(fēng)力渦輪機(jī)和離岸平 臺中的高功率密度和較低復(fù)雜度的需求也有增加。
[0005] MVDC收集系統(tǒng)給出了一種用于克服以上所提到的問題的具有前途的解決方案。針 對大型離岸風(fēng)電場的MVDC解決方案的主要挑戰(zhàn)在于需要高達(dá)40-50kV或更高的大范圍中 壓電氣系統(tǒng)，而在風(fēng)力渦輪處并沒有DC/DC功率轉(zhuǎn)換。一些解決方案提供了具有級聯(lián)AC/DC 轉(zhuǎn)換器的多相風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的配置以獲得更高的輸出電壓。已知基于功率單元的模塊化 轉(zhuǎn)換器對于發(fā)電機(jī)繞組絕緣的壓力減小的轉(zhuǎn)換器饋電發(fā)電機(jī)而言是有利的。因此，需要一 種風(fēng)力發(fā)電和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其具有多相風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)和基于功率單元的模塊化轉(zhuǎn)換器，以 針對離岸風(fēng)力發(fā)電廠實(shí)現(xiàn)20kV至50kV或更高的范圍內(nèi)有效且可靠的MVDC電氣系統(tǒng)。此 夕卜，需要一種具有大范圍MVDC收集系統(tǒng)和高壓輸電系統(tǒng)的風(fēng)電場。特別地，對于HVAC連接 的離岸風(fēng)電場而言，進(jìn)一步需要一種具有DC斷路器或AC斷路器以及共同位于離岸或岸上 變電站的DC/AC轉(zhuǎn)換器的協(xié)同控制的收集系統(tǒng)方案。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 鑒于以上內(nèi)容，本發(fā)明的第一方面提供了一種中壓DC收集系統(tǒng)。
[0007] 本發(fā)明的另一個方面是提供一種發(fā)電系統(tǒng)，其包括至少一個具有至少兩組定子繞 組的發(fā)電機(jī)，包括與每組發(fā)電機(jī)繞組相關(guān)聯(lián)的基于功率單元的模塊化轉(zhuǎn)換器的有源整流 器，其中每組繞組連接至相關(guān)聯(lián)的有源整流器的AC電壓側(cè)并且每個有源整流器具有正DC 電壓輸出和負(fù)DC電壓輸出，其中有源整流器的DC電壓輸出互相串聯(lián)連接；中壓DC (MVDC) 收集網(wǎng)絡(luò)，其包括正極線纜和負(fù)極線纜，其中每個所述正極線纜連接至第一個有源整流器 的正DC電壓輸出并且每個所述負(fù)極線纜連接至最后一個有源整流器的負(fù)DC電源輸出，以 及變電站，其接收MVDC收集網(wǎng)絡(luò)的負(fù)極和正極線纜以便對至少一個發(fā)電機(jī)所生成的電力 進(jìn)行進(jìn)一步變壓和輸電。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008] 本發(fā)明的這些以及其它特征和優(yōu)勢將關(guān)于以下描述、所附權(quán)利要求和附圖而被更 好地理解，其中：
[0009] 圖1是依據(jù)本發(fā)明概念而形成的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的示意圖；
[0010] 圖1A是依據(jù)本發(fā)明概念而形成的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)所采用的整流器的示意圖；
[0011] 圖2是依據(jù)本發(fā)明概念而形成的發(fā)電系統(tǒng)的可替換實(shí)施例；
[0012] 圖3是依據(jù)本發(fā)明概念而形成的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的另一個實(shí)施例；
[0013] 圖4是具有到岸上變電站的連接的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的又一個實(shí)施例；和
[0014] 圖5是示出了利用協(xié)同DC/AC轉(zhuǎn)換器控制器的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)到岸上變電站的連接 的可替換實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 現(xiàn)在參考附圖，并且特別是圖1，能夠看到根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電和收集系統(tǒng)總體上由 附圖標(biāo)記10所表示。通常，系統(tǒng)10向電網(wǎng)提供電力以便配送至電氣設(shè)施的消費(fèi)者。雖然 這里所描述的系統(tǒng)10被預(yù)期與離岸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)一起使用，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會意 識到，其也能夠被用于岸上風(fēng)電設(shè)施，或者用于其中個體發(fā)電機(jī)被用來匯集電力以便輸送 至電網(wǎng)的其它發(fā)電系統(tǒng)。例如，這里所公開的系統(tǒng)能夠被整合到潮汐能源、太陽能設(shè)施等之 中。
[0016] 系統(tǒng)10結(jié)合有總體上由附圖標(biāo)記12所指示的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)。預(yù)見到任意數(shù)量 的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)能夠與系統(tǒng)10 -同使用。每個風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)12包括風(fēng)力渦輪機(jī)14 和多相發(fā)電機(jī)16。特別地，發(fā)電機(jī)16被配置為利用三相雙定子繞組的六相發(fā)電機(jī)。在一 些實(shí)施例中，可能有多于兩個的定子繞組并且后續(xù)連接相應(yīng)地進(jìn)行調(diào)節(jié)。在任意情況下，兩 個3相繞組的中性點(diǎn)并不連接。此外，每組定子繞組包括三個繞組元件，它們被配置為使得 任意相鄰的繞組元件之間的電壓電位最小化。因此，一個三相繞組提供輸出20,而另一個 三相繞組則提供輸出22。這些輸出20和22中的每一個被提供至總體上由附圖標(biāo)記30所 指示的整流器對。特別地，每一個輸出連接至整流器對30的對應(yīng)的整流器。每個整流器對 30包括有源整流器32A和有源整流器32B，其中每個整流器從相應(yīng)繞組（20、22)取得交流 電流輸入（20、22)并且生成直流電流輸出。
[0017] 每個整流器32利用基于功率單元的模塊化轉(zhuǎn)換器拓?fù)?，后者提供幾乎正弦的線 路-線路電壓。因此，基于額定機(jī)器電壓的繞組絕緣是充分的并且dv/dt濾波器需求得以 被最小化。這意味著六相發(fā)電機(jī)被提供以13. 8kV的額定電壓并且來自兩個級聯(lián)整流器的 DC輸出電壓能夠達(dá)到高于40kV。
[0018] 如在圖1中最佳看到的整流器32接收三相信號中的每個相位，它們在圖中被指示 為Vu、V v和Vw，其中每個相位由相對應(yīng)的配電電路34所接收，它是基于功率單元的模塊化轉(zhuǎn) 換器的一個支柱（包括上臂和下臂）。每個分配電路34提供連接至相對應(yīng)的單極功率單元 串聯(lián)的正和負(fù)輸出，它們總體上由附圖標(biāo)記36和40所指示，提供有與每個相位相關(guān)聯(lián)的相 應(yīng)下標(biāo)。
[0019] 每個單極功率單元38包括具有能夠關(guān)斷的兩個半導(dǎo)體開關(guān)41和42的雙極子系 統(tǒng)、兩個二極管43、44以及單極能量存儲電容器45。如本領(lǐng)域中所理解的，能夠關(guān)斷的兩個 半導(dǎo)體開關(guān)41和42串聯(lián)電連接，其中該串聯(lián)電路與能量存儲電容器45電連接并且與之并 聯(lián)。每個半導(dǎo)體開關(guān)41和42與兩個二極管43和44之一電連接并與之并聯(lián)而使得該二極 管與相對應(yīng)的半導(dǎo)體開關(guān)41和42背靠背連接并與之并聯(lián)。單極能量存儲電容器45由電 容器或者包括多個這樣的電容器的電容器組所組成，其具有冗余電容。半導(dǎo)體開關(guān)41的射 極與二極管43的陽極之間的連接點(diǎn)形成針對整流器32的子系統(tǒng)的第一連接端子。兩個半 導(dǎo)體開關(guān)41和42與兩個二極管43和44之間的連接點(diǎn)形成了整流器32的第二連接端子。 這樣，單極單元36的串聯(lián)的集合性輸出得以形成從而從整流器32提供正DC輸出50,同時 單極單元40的負(fù)串聯(lián)的集合性輸出提供了針對整流器32的負(fù)DC輸出52。
[0020] 有源整流器32A提供正DC輸出50A和負(fù)DC輸出52A。以對應(yīng)的方式，有源整流器 32B提供正DC輸出50B和負(fù)DC輸出52B。有源整流器的DC輸出進(jìn)行級聯(lián)從而形成具有較 高電壓水平的MVDC系統(tǒng)。這是通過將整流器32A的正輸出50A連接至正極線纜62而完成 的。有源整流器32B的負(fù)輸出52B被連接至負(fù)極線纜64。整流器32A的負(fù)輸出52A和整流 器32B的正輸出50B連接在一起并且在節(jié)點(diǎn)60接地。在具有多于兩個的定子繞組的實(shí)施 例中，相關(guān)聯(lián)的有源整流器的DC電壓輸出串聯(lián)連接。這樣，第一個有源整流器的正輸出連 接至正極線纜而最后一個串聯(lián)連接的整流器的負(fù)輸出連接至負(fù)極線纜。
[0021] 從風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)所生成的電力由包括多個電力收集饋電器的水下線纜系統(tǒng)所 收集，每個饋電器61包括正極線纜62和負(fù)極線纜64。該配置允許所收集的來自每個風(fēng)力 渦輪發(fā)電機(jī)12的電力得以被匯集并且發(fā)送至離岸變電站68。
[0022] 變電站68包括正匯流排70和負(fù)匯流排72。這樣，正極線纜62連接至正匯流排 70而負(fù)匯流排72則連接至負(fù)極線纜64。匯流排70、72繼而連接至適當(dāng)數(shù)量的DC/AC轉(zhuǎn)換 器或逆變器78。對于每個逆變器78而言，正DC輸入80被連接至正匯流排70而負(fù)DC輸 入81則被連接至負(fù)匯流排72,其中逆變器78輸出連接至中壓AC(MVAC)匯流排84的交流 電流輸出82。適當(dāng)數(shù)量的升壓變壓器86被連接至MVAC匯流排而使得所收集的電力能夠進(jìn) 一步通過HVAC輸電系統(tǒng)而運(yùn)送至主電網(wǎng)。在一個實(shí)施例中，去除MVAC匯流排84也是可行 的，這樣每個升壓變壓器86可以連接至逆變器78的AC輸出。
[0023] 概言之，所收集的電力被匯集在公共MVDC母線并且通過并聯(lián)DC/AC轉(zhuǎn)換器和主變 壓器而被饋送到高壓AC輸電系統(tǒng)中。對于該轉(zhuǎn)換過程而言，使用如整合在逆變器78中的 基于功率單元的模塊化轉(zhuǎn)換器。由于這種拓?fù)涞碾娋W(wǎng)友好性能特性，諧波濾波器需求得以 被最小化。逆變器78的AC輸出功率隨后通過以上所提到的升壓變壓器而被增壓至高壓AC 輸電系統(tǒng)。利用共同位于離岸變電站的主DC/AC轉(zhuǎn)換器，可能實(shí)施先進(jìn)的控制策略以提升 風(fēng)力發(fā)電廠的動態(tài)性能，諸如DC/AC轉(zhuǎn)換器的平衡操作、無功功率管理、故障穿越改進(jìn)、對 主電網(wǎng)的頻率和電壓支持。
[0024] 該實(shí)施例的主要優(yōu)勢在于為大型離岸風(fēng)力發(fā)電廠提供了能夠利用中壓功率轉(zhuǎn)換 器技術(shù)實(shí)現(xiàn)的大范圍MVDC收集系統(tǒng)的實(shí)用解決方案。利用共同位于離岸變電站的主DC/AC 轉(zhuǎn)換器，可能實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的風(fēng)力發(fā)電廠可控性和性能。
[0025] 現(xiàn)在參考圖2,能夠看到發(fā)電和收集系統(tǒng)10的可替換實(shí)施例采用了 MVDC收集和 HVAC輸電，其可以包括DC斷路器88,正極和負(fù)極電力收集線纜通過所述DC斷路器88連接 至相應(yīng)匯流排70和72。DC斷路器還可以被置于風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)整流器（未示出）的每 個DC輸出處。此外，DC斷路器90可以被策略性地與匯流排70和72 -致地放置。利用斷 路器90允許在需要的情況下能夠分開母線操作以及故障隔離?？梢栽贛VDC匯流排和每個 DC/AC轉(zhuǎn)換器之間設(shè)置另外的DC斷路器。AC斷路器92可以被提供在離岸變電站68和岸 上變電站之間。
[0026] 在圖3所示的又一個實(shí)施例中，發(fā)電和收集系統(tǒng)10可以以不同方式進(jìn)行配置。特 別地，每一對正極和負(fù)極電力收集線纜通過相應(yīng)的DC/AC轉(zhuǎn)換器78和AC電路斷路器94而 連接至MVAC匯流排84。DC/AC轉(zhuǎn)換器78的輸出連接至AC斷路器94。AC斷路器96可以 被策略地設(shè)置在MVAC匯流排84上。利用斷路器96允許在需要的情況下分開母線操作以 及故障隔離。AC斷路器94也可以被放置在風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)整流器的每個AC輸入處。此 夕卜，AC斷路器98可以被置于MVAC匯流排84和每個升壓變壓器86之間。
[0027] 現(xiàn)在參考圖4,總體上由附圖標(biāo)記100所指示并且結(jié)合有圖1所給出的概念的發(fā)電 和收集系統(tǒng)也可以被用于直接連接至主電網(wǎng)，由此不需要離岸變電站。特別地，系統(tǒng)1〇〇被 配置為使得來自任意數(shù)量的發(fā)電機(jī)12的正極和負(fù)極電力收集線纜62和64被直接饋送到 適當(dāng)DC/AC轉(zhuǎn)換器78中。在該實(shí)施例中，DC/AC轉(zhuǎn)換器78由岸上變電站102進(jìn)行維護(hù)，所 述岸上變電站102是主電網(wǎng)的一部分。DC/AC轉(zhuǎn)換器78的輸出連接至AC斷路器110。AC 斷路器114可以策略地設(shè)置在MVAC匯流排84上。利用斷路器114允許在需要的情況下分 開母線操作和故障隔離。此外，AC斷路器115可以被置于MVAC匯流排84和每個升壓變壓 器86之間。
[0028] 在圖5所示的另一個實(shí)施例中，發(fā)電和收集系統(tǒng)100采用如之前所討論的風(fēng)力渦 輪發(fā)電機(jī)12。在該實(shí)施例中，岸上變電站122接收發(fā)電機(jī)12所生成的電力，其中如之前所 討論的，每個發(fā)電機(jī)群組對DC/AC轉(zhuǎn)換器124進(jìn)行饋送。DC/AC轉(zhuǎn)換器124向主電網(wǎng)輸送 有功和無功功率（P，Q)。此外，每個轉(zhuǎn)換器生成被饋送至協(xié)同DC/AC控制器140中的操作 狀態(tài)130。控制器140生成被返回至每個DC/AC轉(zhuǎn)換器的控制設(shè)定。控制器140收集來自 DC/AC轉(zhuǎn)換器的有功和無功功率P，Q的數(shù)據(jù)獲取以及其它參數(shù)，來自MVAC母線或者可替換 地HVAC母線的電壓量級，諸如電容器組和電抗器的無源分流設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)。該控制器還 可以與系統(tǒng)操作員進(jìn)行通信?；趶南到y(tǒng)操作員或設(shè)施控制器所接收的命令以及本地測量 結(jié)果，控制器140利用嵌入式的控制邏輯和/或算法生成開關(guān)接通/關(guān)斷命令以及DC/AC 轉(zhuǎn)換器的控制參數(shù)，并且將這些控制信號發(fā)送至分流設(shè)備和DC/AC轉(zhuǎn)換器。這允許如之前 所公開和描述地對DC/AC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行控制。還可以在MVAC匯流排132和變壓器86之間提 供AC斷路器115。斷路器115還可以被用來將轉(zhuǎn)換器124互相隔離。AC斷路器115還可 以被部署在MVAC母線和每個DC/AC轉(zhuǎn)換器之間。
[0029] 在正常系統(tǒng)操作條件下，協(xié)同控制器140能夠基于不同轉(zhuǎn)換器的負(fù)載狀況對來自 不同DC/AC轉(zhuǎn)換器的所需求的無功功率輸出進(jìn)行最優(yōu)分配。這些并聯(lián)轉(zhuǎn)換器由于從不同電 力收集饋送器所收集的不同風(fēng)電力而并未平等地進(jìn)行加載。如果檢測到異常MVAC母線電 壓，則所有DC/AC轉(zhuǎn)換器都能夠自動響應(yīng)以根據(jù)相應(yīng)的U-Q特性和容量限制快速增加或減 小其相應(yīng)的無功功率輸出。
[0030] 本領(lǐng)域技術(shù)人員將會意識到，協(xié)同控制器140能夠分別在如圖2和3所示的離岸 平臺變電站上實(shí)施。原則上，用于圖5所示的系統(tǒng)的協(xié)同控制器的控制功能可以與圖4所 示的系統(tǒng)非常相似并且整合于其中。在需要的情況下，能夠針對隨圖3所示的離岸變電站 所采用的控制器實(shí)施更多功能。該協(xié)同控制器不僅對無功功率補(bǔ)償進(jìn)行管理，而且控制并 聯(lián)DC/AC轉(zhuǎn)換器和公共MVDC母線處所連接的能量存儲之間的電力共享。
[0031] 基于上文，本發(fā)明的優(yōu)勢是輕易顯現(xiàn)的。本發(fā)明的主要優(yōu)勢是基于多相風(fēng)力渦輪 發(fā)電機(jī)和基于功率單兀的模塊化轉(zhuǎn)換器而提供了一種MVDC電力系統(tǒng)的實(shí)用、較不復(fù)雜的 設(shè)計(jì)。大范圍的MVDC系統(tǒng)對于在離岸風(fēng)電場中實(shí)現(xiàn)MVDC應(yīng)用的全部好處而言是必要的。 所提出的MVDC系統(tǒng)能夠以合理的成本利用靈活的中壓風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)和轉(zhuǎn)換器技術(shù)來實(shí) 施。對于結(jié)合HVAC輸電的MVDC收集系統(tǒng)而言，MVDC系統(tǒng)的主要保護(hù)方案能夠通過中壓DC 斷路器或者中壓AC斷路器來實(shí)施。利用共同位于岸上或離岸變電站的DC/AC轉(zhuǎn)換器，通過 DC/AC轉(zhuǎn)換器的協(xié)同控制而基于其操作條件來實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的風(fēng)力發(fā)電廠的可控制性和性能是 切合實(shí)際的。
[0032] 因此能夠看出，本發(fā)明的目標(biāo)已經(jīng)通過用于以上所給出的用途的結(jié)構(gòu)及其方法而 被滿足。雖然依據(jù)專利法規(guī)僅給出并詳細(xì)描述了最優(yōu)模式和優(yōu)選實(shí)施例，但是所要理解的 是，本發(fā)明并不局限于此或者因此受到限制。因此，對本發(fā)明的實(shí)際范圍和寬度的理解應(yīng)當(dāng) 參考以下權(quán)利要求。
【權(quán)利要求】
1. 一種發(fā)電系統(tǒng)，包括： 至少一個發(fā)電機(jī)，所述至少一個發(fā)電機(jī)具有至少兩組定子繞組； 有源整流器，所述有源整流器包括與所述定子繞組的每組相關(guān)聯(lián)的基于功率單元的模 塊化轉(zhuǎn)換器，其中每組所述繞組連接至相關(guān)聯(lián)的所述有源整流器的AC電壓側(cè)并且每個所 述有源整流器具有正DC電壓輸出和負(fù)DC電壓輸出，其中有源整流器的所述DC電壓輸出互 相串聯(lián)連接； 中壓DC (MVDC)收集網(wǎng)絡(luò)，所述中壓DC收集網(wǎng)絡(luò)包括正極線纜和負(fù)極線纜，其中每個所 述正極線纜連接至第一個有源整流器的所述正DC電壓輸出并且每個所述負(fù)極線纜連接至 最后一個有源整流器的所述負(fù)DC電壓輸出；和 變電站，所述變電站接收所述MVDC收集網(wǎng)絡(luò)的所述負(fù)極線纜和所述正極線纜，以用于 對所述至少一個發(fā)電機(jī)所生成的電力進(jìn)行進(jìn)一步變壓和輸送。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中每個有源整流器包括具有每個所述功率單元 內(nèi)的分布式能量存儲的基于功率單元的模塊化轉(zhuǎn)換器拓?fù)洹?br>
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中所述定子繞組的每組包括三個被布置為使得 任意相鄰繞組元件之間的電壓電位最小化的繞組元件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中所述MVDC收集網(wǎng)絡(luò)包括多個饋電器，每個所 述饋電器連接至至少一個所述發(fā)電機(jī)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述變電站包括： MVDC母線系統(tǒng)，所述MVDC母線系統(tǒng)包括： 連接至所述MVDC收集網(wǎng)絡(luò)的所述正極線纜的正匯流排； 連接至所述MVDC收集網(wǎng)絡(luò)的所述負(fù)極線纜的負(fù)匯流排；和 連接至所述MVDC母線系統(tǒng)的至少一個DC/AC轉(zhuǎn)換器，所述至少一個DC/AC轉(zhuǎn)換器將所 述至少一個發(fā)電機(jī)所生成的直流電流轉(zhuǎn)換為交流電流。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述變電站進(jìn)一步包括： 至少一個升壓變壓器，所述至少一個升壓變壓器連接至所述至少一個DC/AC轉(zhuǎn)換器的 AC電壓側(cè)以用于對所述至少一個發(fā)電機(jī)所生成的所述電力進(jìn)行進(jìn)一步輸送。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述變電站進(jìn)一步包括： 保護(hù)裝置，所述保護(hù)裝置部署在所述正匯流排和所述負(fù)匯流排與所述MVDC收集網(wǎng)絡(luò) 的所述正極和負(fù)極線纜之間，以及所述正匯流排和所述負(fù)匯流排與所述至少一個DC/AC轉(zhuǎn) 換器之間，以及所述MVDC母線分段之間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述變電站包括： MVAC匯流排系統(tǒng)；和 連接至所述MVDC收集網(wǎng)絡(luò)的所述正極和負(fù)極線纜的至少一個DC/AC轉(zhuǎn)換器，并且所述 至少一個DC/AC轉(zhuǎn)換器將所述至少一個發(fā)電機(jī)所生成的直流電流轉(zhuǎn)換為交流電流。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述變電站進(jìn)一步包括： 至少一個升壓變壓器，所述至少一個升壓變壓器連接至所述MVAC匯流排系統(tǒng)以用于 對所述至少一個發(fā)電機(jī)所生成的所述電力進(jìn)行進(jìn)一步輸送。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述變電站進(jìn)一步包括： 保護(hù)裝置，所述保護(hù)裝置部署在所述MVAC匯流排系統(tǒng)與所述至少一個DC/AC轉(zhuǎn)換器之 間、所述MVAC匯流排系統(tǒng)與所述升壓變壓器之間、以及沿所述MVAC匯流排系統(tǒng)進(jìn)行部署。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述變電站進(jìn)一步包括： DC/AC轉(zhuǎn)換器控制器； 所述DC/AC轉(zhuǎn)換器生成由所述DC/AC轉(zhuǎn)換器控制器所接收的操作狀態(tài)信號，所述DC/AC 轉(zhuǎn)換器控制器生成由每個所述DC/AC轉(zhuǎn)換器所接收的控制設(shè)定信號。
12. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述變電站進(jìn)一步包括： DC/AC轉(zhuǎn)換器控制器； 所述DC/AC轉(zhuǎn)換器生成由所述DC/AC轉(zhuǎn)換器控制器所接收的操作狀態(tài)信號，所述DC/AC 轉(zhuǎn)換器控制器生成由每個所述DC/AC轉(zhuǎn)換器所接收的控制設(shè)定信號。
【文檔編號】H02J3/38GK104145396SQ201380007844
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月2日
【發(fā)明者】潘久平, 金弘來, 李駿, 徐璟, J·薩斯特里, W·阿爾沙德 申請人:Abb研究有限公司