[发明专利]一种用于串联直流海上风电场的风力发电系统

权利要求书

1.一种用于串联直流海上风电场的风力发电系统，其特征在于，风力发电系统包括原动机、齿轮箱、发电机、变压器，半桥模块化多电平换流器、正极电容Cp、负极电容Cn、三电平直直变换器、正极隔离开关S1、负极隔离开关S2和旁路开关S3；所述的原动机经过齿轮箱驱动发电机的转子旋转，发电机的定子输出交流电压，发电机的电气输出端与变压器的原边连接，变压器的副边与所述的半桥模块化多电平换流器的交流端连接，半桥模块化多电平换流器的直流正极端DC+、正极电容Cp的正极端以及三电平直直变换器的第一直流正极端DC1+相互连接，半桥模块化多电平换流器的直流负极端DC-、负极电容Cn的负极端以及三电平直直变换器的第一直流负极端DC1-相互连接；所述的正极电容Cp的负极端、负极电容Cn的正极端以及三电平直直变换器的中性线端N1相互连接；所述的三电平直直变换器的第二直流正极端DC2+与所述的正极隔离开关S1的一端相连，正极隔离开关S1的另一端与旁路开关S3的一端相连，作为风机的直流正极端，三电平直直变换器的第二直流负极端DC2-与所述的负极隔离开关S2的一端相连，负极隔离开关S2的另一端与旁路开关S3的另一端相连，作为风机的直流负极端。

2.如权利要求1所述的用于串联直流海上风电场的风力发电系统，其特征在于其中所述的半桥模块化多电平换流器，由第一换流臂、第二换流臂、第三换流臂、第四换流臂、第五换流臂、第六换流臂、第一电感L₁、第二电感L₂、第三电感L₃、第四电感L₄、第五电感L₅和第六电感L₆构成，所述的第一换流臂、第三换流臂和第五换流臂的正极端相互连接到一起，作为半桥模块化多电平换流器的直流正极端，第二换流臂、第四换流臂和第六换流臂的负极端相互连接到一起，作为半桥模块化多电平换流器的直流负极端；第一换流臂的负极端与第一电感L₁的上端相连；第三换流臂的负极端与第三电感L₃的上端相连，第五换流臂的负极端与第五电感L₅的上端相连，第二换流臂的正极端与第二电感L₂的下端相连，第四换流臂的正极端与第四电感L₄的下端相连，第六换流臂的正极端与第六电感L₆的下端相连，第一电感L₁的下端与第二电感L₂的上端相连，作为半桥模块化多电平换流器的交流侧A端，第三电感L₃的下端与第四电感L₄的上端相连，作为半桥模块化多电平换流器的交流侧B端；第五电感L₅的下端与第六电感L₆的上端相连，作为半桥模块化多电平换流器的交流侧C端。

3.如权利要求2所述的用于串联直流海上风电场的风力发电系统，其特征在于其中所述的第一换流臂、第二换流臂、第三换流臂、第四换流臂、第五换流臂和第六换流臂的结构相同，分别包含多个功率模块，多个功率模块串联后形成换流臂的一个正极端和一个负极端。

4.如权利要求3所述的用于串联直流海上风电场的风力发电系统，其特征在于其中所述的功率模块，为半桥型功率模块，包含第一直流电容C1、第三半导体开关T3、第四半导体开关T4、第三续流二极管D3和第四续流二极管D4；所述的第三半导体开关T3的集电极、第三续流二极管D3的负极以及第一直流电容C1的正极相互连接，第三半导体开关T3的发射极、第三续流二极管D3的正极、第四半导体开关T4的集电极以及第四续流二极管D4的负极相互连接，作为半桥型功率模块的正极端，第四半导体开关T4的发射极、第四续流二极管D4的正极以及第一直流电容C1的负极相互连接，作为半桥型功率模块的负极端。

5.如权利要求1所述的用于串联直流海上风电场的风力发电系统，其特征在于其中所述的三电平直直变换器，由第一半导体开关T1、第二半导体开关T2、第一二极管D1、第二二极管D2、正极电感L7和负极电感L8构成；所述的第一半导体开关T1的集电极与三电平直直变换器的第一直流正极端DC1+相连，第二半导体开关T2的发射极与三电平直直变换器的第一直流负极端DC1-相连；所述的第一半导体开关T1的发射极、第一二极管D1的负极以及正极电感L7的一端相互连接，所述的正极电感L7的另一端作为三电平直直变换器的第二直流正极端DC2+；第二半导体开关T2的集电极、第二二极管的正极以及负极电感L8的一端相互连接，负极电感L8的另一端作为三电平直直变换器的第二直流负极端DC2-；所述的第一二极管D1的正极与第二二极管D2的负极相连，作为三电平直直变换器的中性线端N1。