技术领域
[0001] 本
发明属于电
力系统技术领域，特别涉及一种多端海上直流风电场系统。
背景技术
[0002]
风能作为一种无污染和可再生的新
能源，有着巨大的发展潜力。海上风电场因其风速稳定、不占用土地资源、基本不存在环境影响等优势，逐渐成为风电发展的新趋势。海上风电作为全球风电的最新技术而倍受关注，是未来最有可能降低
风力发电成本的新技术。随着海上风电场装机容量及输电距离的增加，
高压直流输电技术在海上风电并网中的应用将越来越广泛。
[0003] 交流汇集结合柔性直流输电，其优点在于兼具了交流输电和柔性直流输电的稳定、控制灵活等的优点，已经具备了技术上的可行性和可实现性。但也具有明显的
缺陷。其需要建设庞大的海上换流平台，需要放置大容量的
变压器、换流器及其附属设备，造价较高，建设难度较大。
串联直流输送方案可以省略庞大的海上换流平台，减少成本和建设难度，但是其控制保护策略比较复杂，风机变压器需承受高压直流的绝缘
电压等级，一定增大了制造难度，目前还没有实际工程，相关技术
瓶颈有待突破。
[0004] 而直流汇集结合直流输电，其优点在于能够在海上风电场内部即为直流，能够充分发挥直流
电缆的优势，同时可以采用全高功率
密度的电力
电子变换器，无需笨重的工频变压器，能够实现更高的功率密度。因此，风电场
能量汇集和输送都采用直流的全直流海上风电场代表了海上风电长远发展的趋势。
发明内容
[0005] 针对
现有技术尚无理想的多端海上直流风电场系统的设计方案这一问题，本发明提供一种多端海上直流风电场系统。
[0006] 本发明提供的多端海上直流风电场系统包括三层结构：
基础发电层、第一升压层和第二升压层，
[0007] 其中，
[0008] 所述基础发电层由风力发电单元及与所述风力发电单元连接的交直流变换器构成，所述风力发电单元为一个或多个；
[0009] 所述第一升压层由直流变压器构成，所述直流变压器为一台或多台；
[0010] 所述第二升压层由海上换流站构成，所述海上换流站为一所或多所；
[0011] 所述交直流变换器连接至所述第一升压层中对应的直流变压器；
[0012] 所述第一升压层中直流变压器连接至所述第二升压层中对应的海上换流站。
[0013] 进一步，所述风力发电单元由一台或多台串联或并联的风力发
电机组构成。
[0014] 进一步，所述交直流变换器通过直流电缆连接对应的所述直流变压器。
[0015] 进一步，所述多台直流变压器中的部分或全部直流变压器构成一个或多个输入并联输出串联的直流变压器组合。
[0016] 进一步，所述直流变压器组合中，由第一台直流变压器至最后一台直流变压器依次通过直流电缆串联连接，且第一台及最后一台直流变压器均通过直流电缆经过一个直流
断路器连接至所述海上换流站。
[0017] 进一步，所述直流变压器组合为一个时，所述直流变压器组合通过直流电缆经过一个直流断路器连接至所述海上换流站；
[0018] 所述直流变压器组合为多个时，所述多个直流变压器组合分别通过各自所连接的各直流电缆经过直流断路器后汇集至一根直流电缆后再通过一个直流断路器连接至所述海上换流站。
[0019] 进一步，所述直流变压器为一台时，所述直流变压器通过直流电缆经过一个直流断路器连接至所述海上换流站。
[0020] 进一步，所述直流变压器为多台但未全部构成所述直流变压器组合时，未构成所述直流变压器组合的直流变压器为一台时，所述直流变压器直流电缆经过一个直流断路器连接至所述海上换流站；
[0021] 所述直流变压器为多台但未全部构成所述直流变压器组合时，未构成所述直流变压器组合的直流变压器为多台时，各所述直流变压器通过各自连接的直流电缆经过一个直流断路器分别连接至所述海上换流站。
[0022] 进一步，每所所述海上换流站由一台或多台串联或并联的高压直流变压器构成。
[0023] 进一步，所述海上换流站为一所时，所述海上换流站通过直流电缆经过两个直流断路器连接至陆上换流站；
[0024] 所述海上换流站为多所时，第一所海上换流站至最后一所海上换流站依次串联连接，且其中相邻的两所海上换流站间通过直流电缆经过两个直流断路器连接；所述第一所及最后一所海上换流站均通过直流电缆经过两个直流断路器连接至陆上换流站；各海上换流站与所述陆上换流站连接形成环状直流
电网。
[0025] 进一步，所述海上换流站为多所时，
[0026] 所述直流变压器或/和由所述直流变压器构成的直流变压器组合为多个时，所述直流变压器或/和所述直流变压器组合分别连接至相同或不同的所述海上换流站。
[0027] 本发明的多端海上直流风电场为大规模风电场建设提供了解决方案，利用直流进行海上风电汇集使得风场内的电缆损耗减少，避免对
电能进行多次的整流、逆变和升压，从而减少系统投资且在得到更低损耗、更大传输容量、更省材料的优势的同时，也解决了原有的风场内部无功电压问题，省去了笨重的工频变压器及多余的变电环节，降低海上平台的
载荷。本发明的其它特征和优点将在随后的
说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、
权利要求书以及
附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0028] 为了更清楚地说明本发明
实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029] 图1示出了根据本发明实施例的两级升压结构的多端海上直流风电场系统图。
具体实施方式
[0030] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0031] 本
申请中多个是指多于一个的情况，同理，多台和多所分别指多于一台和多于一所的情况。
[0032] 本发明提供了一种两级升压结构的多端海上直流风电场系统，如图1所示。图1中，1是风力发电单元，2是交直流变换器，3是中压直流变压器，4是高压直流变压器，5是
模块化多电平换流器。
[0033] 由图1可知，本发明的多端海上直流风电场系统，包括三层结构，第一层结构由风力发电单元1与对应的交直流变换器2构成的基础发电层，第二层结构由中压直流变压器3或输入并联输出串联的中压直流变压器组合IPOS构成的第一升压层，第三层为由高压直流变压器构成的海上换流站层，即第二升压层。所述第二升压层通过高压直流电缆HVDC连接由模块化多电平换流器5构成的陆上换流站，所述陆上换流站通过陆上变压器连接至交流电网。
[0034] 其中，
[0035] 每个风力发电单元1由一台或多台串联或并联的风力
发电机组构成，且每个风力发电单元1连接至对应的交直流变换器2，所述交直流变换器2通过直流电缆连接对应的中压直流变压器3。风力发电单元1可为一个或多个，从而与所述风力发电单元1对应连接的中压直流变压器3为一台或多台。中压直流变压器3为多台时，所述多台中压直流变压器3中的部分或全部中压直流变压器3构成一个或多个输入并联输出串联的中压直流变压器组合IPOS。所述中压直流变压器组合IPOS中，由第一台中压直流变压器3至最后一台中压直流变压器3依次通过直流电缆串联连接，且首尾两台中压直流变压器3均通过中压直流电缆MVDC经过一个直流断路器DCCB连接至海上换流站。
[0036] 通过中压直流电缆MVDC连接至同一海上换流站的中压直流变压器组合IPOS或/和中压直流变压器3可为多个或一个，其中，所述中压直流变压器组合IPOS为一个时，所述中压直流变压器组合IPOS直接通过中压直流电缆MVDC电缆经过直流断路器DCCB连接至所述海上换流站；中压直流变压器组合IPOS为多个时，各中压直流变压器组合IPOS所连接的各中压直流电缆MVDC均经过直流断路器DCCB后汇集至一根中压直流电缆MVDC后通过一个直流断路器DCCB连接至所述海上换流站。
[0037] 当风力发电单元1为一个时，对应的中压直流变压器3为一台，则所述中压直流变压器3直接通过中压直流电缆MVDC经过一个直流断路器DCCB连接至海上换流站。所述中压直流变压器3为多台但未全部构成所述中压直流变压器组合IPOS时，未构成所述中压直流变压器组合IPOS的中压直流变压器3为一台时，所述中压直流变压器3连接的直流电缆经过一个直流断路器连接至所述海上换流站；所述中压直流变压器3为多台但未全部构成所述中压直流变压器组合IPOS时，未构成所述中压直流变压器组合IPOS的中压直流变压器3为多台时，所述各中压直流变压器3通过各自连接的直流电缆经过一个直流断路器分别连接至所述海上换流站。
[0038] 所述海上换流站由一台或多台串联或并联的高压直流变压器构成。所述海上换流站可为一所，也可为多所。所述中压直流变压器3或/和所述中压直流变压器组合IPOS为多个时，所述中压直流变压器3或/和所述中压直流变压器组合IPOS分别连接至相同或不同的所述海上换流站，由图1示例可知，不同的所述中压直流变压器组合IPOS分别连接至海上换流站1和海上换流站2。
[0039] 所述海上换流站为多所时，第一所海上换流站至最后一所海上换流站依次串联连接，且其中相邻的两所海上换流站间通过直流电缆经过两个直流断路器DCCB连接，首尾两所海上换流站均通过高压直流电缆HVDC经过两个直流断路器DCCB连接至陆上换流站，各海上换流站与陆上换流站形成环状直流电网。海上换流站为一所时，所述海上换流站通过高压直流电缆HVDC经过两个直流断路器DCCB连接至陆上换流站。所述海上换流站由一台或多台串联或并联的高压直流变压器4构成。
[0040] 综上，本发明的两级升压结构的多端海上直流风电场系统包括三层结构：
[0041] 第一层为基础发电层，所述基础发电层通过海上
风力发电机组发生交流电并转换成直流电能，然后将所述直流电能发送至第二层；
[0042] 第二层为第一升压层，所述第一升压层由中压直流变压器3或输入并联输出串联的中压直流变压器组合IPOS构成，所述第一升压层对基础发电层发送来的直流电能进行第一次升压，然后将升压后的直流电能发送至第三层；
[0043] 第三层为第二升压层，所述第二升压层由一所或多所海上换流站构成，所述第二升压层对第一升压层发送来的直流电能进行升压，即第二次升压，然后将经过第二次升压后的直流电能发送至岸上换流器，再经过陆上变压器向交流电网供电。
[0044] 其中，所述各直流断路器DCCB用于实现对所述多端海上直流风电场系统提供故障隔离和故障保护；本发明中的直流变压器需满足如下技术需求：高压大容量、高电压增益、高可靠性、故障隔离与冗余运行等，其中，中压直流变压器3优选双主动全桥(DAB)型直流变压器，高压直流变压器4优选隔离模块化多电平换流器(MMC)型直流变压器。所述中压直流变压器组合IPOS优选以DAB型直流变压器为基本单元进行输入输出串并联的多重模块化结构。
[0045] 本发明的多端海上直流风电场系统中，风电场内部采用直流电缆，此外，由于风机侧直接接入直流变换器，不仅使得风场内的电缆损耗减少，而且在得到更低损耗、更大传输容量、更省材料的优势的同时，也解决了原有的风场内部无功电压问题。本发明的多端海上直流风电场不需要笨重的工频交流变压器且省去多余的变电环节，使用重量更轻、功率密度更高的DC/DC变换器进行升压，因此，在设备的体积和重量、系统损耗、建设成本等方面均优于现有的海上交流风电场，降低海上平台的载荷。
[0046] 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
