專利名稱：電能并網(wǎng)系統(tǒng)以及電能傳輸系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電能并網(wǎng)系統(tǒng)以及電能傳輸系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
隨著能源的短缺，人們開始把目光轉(zhuǎn)向可再生能源發(fā)電以獲取更多可用的能源。 在這種情況下，由于風(fēng)力發(fā)電具有裝機(jī)成本低、清潔、環(huán)保、維護(hù)量小等優(yōu)點，因此風(fēng)力發(fā)電 得到了越來越多的關(guān)注。其中，由于海上風(fēng)場具有巨大的風(fēng)力資源，因此在海上利用風(fēng)力來 發(fā)電得到越來越多的發(fā)展。圖1示出了一種常規(guī)的在海上利用風(fēng)力發(fā)電的電能并網(wǎng)系統(tǒng)的示意圖。如圖1所 示，該電能并網(wǎng)系統(tǒng)10包括離岸的電能傳輸系統(tǒng)100和岸上的電能接收系統(tǒng)150。電能傳輸系統(tǒng)100包括N個風(fēng)力發(fā)電機(jī)組102、N個交流-直流轉(zhuǎn)換器(AC/DC) 104、 N個電容108、N個直流-交流轉(zhuǎn)換器(DC/AC) 110、本地電網(wǎng)112、交流變壓器114和可控硅 整流器118，其中N為正整數(shù)。N個風(fēng)力發(fā)電機(jī)組102各自利用風(fēng)力來發(fā)電，從而產(chǎn)生N個 交流電。N個交流-直流轉(zhuǎn)換器104把所產(chǎn)生的N個交流電轉(zhuǎn)換成N個直流電。N個電容 108對所轉(zhuǎn)換得到的N個直流電進(jìn)行濾波，以進(jìn)一步去除該N個直流電中的交流成分。N個 直流-交流轉(zhuǎn)換器110把該濾波后的N個直流電轉(zhuǎn)換成N個交流電并輸入到本地電網(wǎng)112。 交流變壓器114把本地電網(wǎng)112中的交流電變換成適于整流的交流電?？煽毓枵髌?18 對交流變壓器114變換得到的交流電進(jìn)行整流，得到高壓直流電(HVDC)并輸入到電能接收 系統(tǒng)150中的高壓直流鏈路(HVDC Link)進(jìn)行傳輸。電能接收系統(tǒng)150包括高壓直流鏈路152和可控硅逆變器156。其中，高壓直流鏈 路152傳輸從電能傳輸系統(tǒng)100輸入的高壓直流電?？煽毓枘孀兤?56把來自高壓直流鏈 路152的高壓直流電轉(zhuǎn)換成交流電并輸入到岸上的電網(wǎng)。從圖1可以看到，在電能并網(wǎng)系統(tǒng)10中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組102所產(chǎn)生的交流電并入 到岸上的電網(wǎng)，中間需要進(jìn)行多達(dá)5次能量變換，需要采用大量能量變換設(shè)備，從而導(dǎo)致電 能并網(wǎng)系統(tǒng)10體積龐大；而且，5次能量變換將會損失很多能量，從而導(dǎo)致電能并網(wǎng)系統(tǒng)10 效率較低。為了克服圖1所示的電能并網(wǎng)系統(tǒng)所存在的缺陷，人們提出了另一種常規(guī)的在海 上利用風(fēng)力發(fā)電的電能并網(wǎng)系統(tǒng)。圖2示出了該另一種常規(guī)的在海上利用風(fēng)力發(fā)電的電能 并網(wǎng)系統(tǒng)的示意圖。如圖2所示，該另一種常規(guī)的電能并網(wǎng)系統(tǒng)20包括離岸的電能傳輸系 統(tǒng)200和岸上的電能接收系統(tǒng)250。電能傳輸系統(tǒng)200包括N個風(fēng)力發(fā)電機(jī)組202、N個整流器(AC/DC) 206和N個電 容210。其中，N個風(fēng)力發(fā)電機(jī)組202各自在海上利用風(fēng)力來發(fā)電，從而產(chǎn)生N個交流電。N 個整流器206把所產(chǎn)生的N個交流電轉(zhuǎn)換成N個直流電。N個電容210對所轉(zhuǎn)換得到的N 個直流電進(jìn)行濾波，以進(jìn)一步去除該N個直流電中的交流成分，其中該濾波后的N個直流電 串聯(lián)形成高壓直流電并輸入到電能接收系統(tǒng)250中的高壓直流鏈路進(jìn)行傳輸。電能接收系統(tǒng)250包括高壓直流傳輸鏈路252、并網(wǎng)逆變器256和逆變變壓器2600其中，高壓直流傳輸鏈路252傳輸從電能傳輸系統(tǒng)200輸入的高壓直流電。并網(wǎng)逆變 器256把來自高壓直流傳輸鏈路252的高壓直流電轉(zhuǎn)換成交流電。逆變變壓器260把并網(wǎng) 逆變器256轉(zhuǎn)換得到的交流電變換成滿足岸上的電網(wǎng)的要求的交流電并輸入到岸上的電 網(wǎng)。從圖2可以看出，在電能并網(wǎng)系統(tǒng)20中，各個風(fēng)力發(fā)電機(jī)組202所產(chǎn)生的交流電 并入到岸上的電網(wǎng)，中間只需要進(jìn)行3次能量變換，因此，相對于圖1的電能并網(wǎng)系統(tǒng)10，電 能并網(wǎng)系統(tǒng)20具有更小的體積和更高的效率。然而，電能并網(wǎng)系統(tǒng)20也存在缺陷。具體地，在電能并網(wǎng)系統(tǒng)20中，是通過將N 個風(fēng)力發(fā)電機(jī)組202所產(chǎn)生的N個交流電轉(zhuǎn)換成N個直流電然后串聯(lián)為高壓直流電這樣的 方式來進(jìn)行傳輸?shù)?，所以?dǎo)致N個風(fēng)力發(fā)電機(jī)組202中的各個風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對地所需的電 壓承受能力和絕緣等級都不同，其中，位于最高端的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可能需要幾十到幾百千 伏的對地絕緣電壓，這造成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和交流-直流轉(zhuǎn)換器的設(shè)計多樣化；此外，這種方 式還需要另外增加一套由岸上向海上供電的交流傳輸線，以便在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組檢修或不能 正常發(fā)電的時候向風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的其他設(shè)備供電。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明的實施例提供一種電能并網(wǎng)系統(tǒng)，該電能并 網(wǎng)系統(tǒng)不需要發(fā)電機(jī)組的設(shè)計多樣化并且具有較小的體積和較高的效率。本發(fā)明的實施例還提供一種不需要發(fā)電機(jī)組的設(shè)計多樣化的電能傳輸系統(tǒng)和方法。按照本發(fā)明的一種電能并網(wǎng)系統(tǒng)，包括N個發(fā)電機(jī)組，用于產(chǎn)生N個交流電，N為 大于1的整數(shù)；N個整流器，用于把所述N個交流電轉(zhuǎn)換為N個直流電；升壓器，用于將所述 N個直流電并聯(lián)所形成的具有第一電壓的直流電升壓為適于高壓直流傳輸?shù)木哂械诙妷?的直流電；高壓直流傳輸鏈路，用于傳輸具有所述第二電壓的直流電；并網(wǎng)逆變器，用于將 來自所述高壓直流傳輸鏈路的具有所述第二電壓的直流電轉(zhuǎn)換為第二交流電；以及，逆變 變壓器，用于將所述第二交流電變換為符合所述電網(wǎng)要求的交流電并輸出給所述電網(wǎng)。按照本發(fā)明的一種電能傳輸系統(tǒng)，包括N個發(fā)電機(jī)組，用于產(chǎn)生N個交流電，N為 大于1的整數(shù)；N個整流器，用于把所述N個交流電轉(zhuǎn)換為N個直流電；以及，升壓器，用于 將所述N個直流電并聯(lián)所形成的具有第一電壓的直流電升壓為適于高壓直流傳輸?shù)木哂?第二電壓的直流電，并輸出具有所述第二電壓的直流電給高壓直流傳輸鏈路進(jìn)行傳輸。按照本發(fā)明的一種電能傳輸方法，包括將N個發(fā)電機(jī)組所產(chǎn)生的N個交流電轉(zhuǎn) 換為N個直流電，N為大于1的整數(shù)；將所述N個直流電并聯(lián)形成具有第一電壓的直流電； 將具有所述第一電壓的所述直流電升壓為適于高壓直流傳輸?shù)木哂械诙妷旱闹绷麟姡灰?及，輸出具有所述第二電壓的所述直流電給高壓直流傳輸鏈路進(jìn)行傳輸。


本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)點通過以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述將變得更加顯而易 見。其中圖1示出了一種常規(guī)的在海上利用風(fēng)力發(fā)電的電能并網(wǎng)系統(tǒng)的示意圖2示出了另一種常規(guī)的在海上利用風(fēng)力發(fā)電的電能并網(wǎng)系統(tǒng)的示意圖；圖3是示出按照本發(fā)明一個實施例的電能并網(wǎng)系統(tǒng)的示意圖；圖4是示出按照本發(fā)明一個實施例的升壓器的示意圖；圖5是示出按照本發(fā)明一個實施例的升壓單元的示意圖；圖6示出了按照本發(fā)明一個實施例的可控開關(guān)器件的一個工作例子；以及圖7示出了按照本發(fā)明另一實施例的升壓器的示意圖。
具體實施例方式下面，將結(jié)合附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的各個實施例。圖3是示出按照本發(fā)明一個實施例的電能并網(wǎng)系統(tǒng)的示意圖。如圖3所示，電能 并網(wǎng)系統(tǒng)30包括離岸的電能傳輸系統(tǒng)300和岸上的電能接收系統(tǒng)350。其中，電能傳輸系統(tǒng)300包括N個風(fēng)力發(fā)電機(jī)組302、N個整流器(AC/DC) 306、N個 電容310和升壓器314，其中，N為大于1的整數(shù)。N個風(fēng)力發(fā)電機(jī)組302用于利用海上的風(fēng)力產(chǎn)生N個交流電。其中，N個風(fēng)力發(fā)電 機(jī)組302中的每一個風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生一個交流電，所產(chǎn)生的交流電可以是單相交流電或 多相交流電。N個整流器306用于將N個風(fēng)力發(fā)電機(jī)組302所產(chǎn)生的N個交流電轉(zhuǎn)換為N個直 流電。其中，N個整流器306中的每一個整流器將N個風(fēng)力發(fā)電機(jī)組302的其中一個風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組所產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，從而N個整流器306轉(zhuǎn)換得到N個直流電。N個電容310用于對N個整流器306轉(zhuǎn)換得到的N個直流電進(jìn)行濾波，以進(jìn)一步去 除該N個直流電中的交流成分。其中，N個電容310中的每一個電容對N個整流器306轉(zhuǎn) 換得到的N個直流電的其中一個直流電進(jìn)行濾波。 該濾波后的N個直流電并聯(lián)，從而形成一個具有第一電壓的直流電ZLl。其中，該 第一電壓是一個低電壓。升壓器314用于將該濾波后的N個直流電并聯(lián)所形成的具有第一電壓的直流電 ZLl升壓為適于高壓直流傳輸?shù)木哂械诙妷旱闹绷麟奪L2 (高壓直流電)，并將該具有第 二電壓的直流電ZL2輸出給電能接收系統(tǒng)350的高壓直流輸出鏈路進(jìn)行傳輸。其中，該第 二電壓大于該第一電壓。電能接收系統(tǒng)350包括高壓直流傳輸鏈路352、并網(wǎng)逆變器356和逆變變壓器 360。其中，高壓直流傳輸鏈路352傳輸從電能傳輸系統(tǒng)300輸入的該具有第二電壓的 直流電ZL2。并網(wǎng)逆變器356把來自高壓直流傳輸鏈路352的該具有第二電壓的直流電ZL2轉(zhuǎn) 換成交流電。并網(wǎng)逆變器356例如可以采用常規(guī)的HVDC電壓源型逆變器，如采用ABB公司 的HVDC light或者Siemens公司的HVDC plus中的逆變器。逆變變壓器360把并網(wǎng)逆變器356轉(zhuǎn)換得到的交流電變換成滿足岸上的電網(wǎng)390 的要求的交流電并輸入到該岸上的電網(wǎng)390。從上面的描述可以看出，在電能并網(wǎng)系統(tǒng)30中，首先將N個風(fēng)力發(fā)電機(jī)組302所 產(chǎn)生的N個交流電轉(zhuǎn)換成N個直流電，然后將該N個直流電并聯(lián)為一個低電壓的直流電，接
7著將該低電壓的直流電升壓為高壓直流電進(jìn)行傳輸，所以N個風(fēng)力發(fā)電機(jī)組302中的各個 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對地所需的電壓承受能力和絕緣等級都相同，從而N個風(fēng)力發(fā)電機(jī)組302中 的各個風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不需要設(shè)計多樣化。此外，電能并網(wǎng)系統(tǒng)30只需要4次能量轉(zhuǎn)換，因 此，相對于圖1所示的常規(guī)的電能并網(wǎng)系統(tǒng)10，電能并網(wǎng)系統(tǒng)30具有較小的體積和較高的效率。圖4是示出按照本發(fā)明一個實施例的升壓器的示意圖。如圖4所示，升壓器314包 括M個級聯(lián)的升壓級410和由M+1個濾波電容440串聯(lián)形成的高壓直流回路，M為正整數(shù)。M個級聯(lián)的升壓級410中的每一個升壓級用于將所收到的直流電的電壓升壓預(yù)定 倍數(shù)，其中，M個級聯(lián)的升壓級410中的第一個升壓級所收到的直流電是具有第一電壓的直 流電ZL1，以及M個級聯(lián)的升壓級410中的每一個升壓級包括一個升壓單元412。M+1個濾波電容440中的第一個濾波電容的兩端分別連接到具有第一電壓的直流 電ZLl的正極(Vin+)和負(fù)極(Vin-)，M+1個濾波電容440的第二個至第M+1個濾波電容中 的每一個濾波電容的兩端分別連接到M個級聯(lián)的升壓級440中的其中一個升壓級的輸入端 的正極和輸出端的正極，以及高壓直流回路輸出的直流電是具有第二電壓的直流電ZL2。圖5是示出按照本發(fā)明一個實施例的升壓單元的示意圖。如圖5所示，升壓單元 412包括第一電容Cl、第二電容C2、第一-第五可控開關(guān)器件T1-T5、電感Ll和控制模塊 KZ。第一電容Cl的兩端分別連接到第一電容Cl所屬的升壓單元412的輸入端的正極 和負(fù)極。第一可控開關(guān)器件Tl的陽極和陰極分別連接到升壓單元412的輸入端的正極和 第二可控開關(guān)器件T2的陽極。第二可控開關(guān)器件T2的陽極和陰極分別連接到第一可控開關(guān)器件Tl的陰極和升 壓單元412的輸入端的負(fù)極。第三可控開關(guān)器件T3的陽極和陰極分別連接到升壓單元412的輸入端的正極和 第四可控開關(guān)器件T4的陽極。第四可控開關(guān)器件T4的陽極和陰極分別連接到第三可控開關(guān)器件T3的陰極和升 壓單元412的輸出端的正極。第五可控開關(guān)器件T5的陽極和陰極分別連接到第一可控開關(guān)器件Tl的陰極和升 壓單元412的輸出端的負(fù)極。第二電容C2的兩端分別連接到第三可控開關(guān)器件T3的陰極和電感Ll的一端，電 感Ll的另一端連接到第五可控開關(guān)器件T5的陽極，即電感Ll連接在第二電容C2和第五 可控開關(guān)器件T5的陽極之間?？刂颇KKZ連接到第一-第五可控開關(guān)器件T1-T5的控制極，用于控制第一-第 五可控開關(guān)器件T1-T5，以使得在每一個工作周期Ts的第一時間間隔si內(nèi)，第二、第三可 控開關(guān)器件T2和T3導(dǎo)通而其他可控開關(guān)器件斷開，在每一個時間周期Ts的第二時間間隔 s2內(nèi)，第一、第四可控開關(guān)器件Tl和T4導(dǎo)通而其他可控開關(guān)器件斷開，以及在每一個時間 周期Ts的第三時間間隔s3內(nèi)，第四、第五可控開關(guān)器件T4和T5導(dǎo)通而其他可控開關(guān)器件 斷開，其中，第一時間間隔si、第二時間間隔s2和第三時間間隔s3各自的長度可以相同或 不同。圖6示出了按照本發(fā)明一個實施例的可控開關(guān)器件的一個工作例子，其中，在圖6所示的例子中，陰影塊部分表示可控開關(guān)器件導(dǎo)通，以及每個工作周期Ts中的第一時間間隔 Si、第二時間間隔s2和第三時間間隔s3各自的長度是相同的。在控制模塊KZ的控制下，當(dāng)?shù)诙煽亻_關(guān)器件T2與第三可控開關(guān)器件T3導(dǎo)通而 其他可控開關(guān)器件斷開時，第一電容Cl和第二電容C2進(jìn)行電能交換；當(dāng)?shù)谝豢煽亻_關(guān)器件 Tl與第四可控開關(guān)器件T4導(dǎo)通而其他可控開關(guān)器件斷開時，第二電容C2和連接到升壓單 元412所屬的升壓級的輸入端的正極和輸出端的正極的濾波電容440進(jìn)行電能交換，從而 實現(xiàn)電壓升壓；以及，當(dāng)?shù)谒目煽亻_關(guān)器件T4與第五可控開關(guān)器件T5導(dǎo)通而其他可控開關(guān) 器件斷開時，第二電容C2和下一升壓級中的升壓單元進(jìn)行電能交換。從上面的描述可以看出，由于升壓單元采用標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的設(shè)計方式，因此在 構(gòu)成電能并網(wǎng)系統(tǒng)時，可以采用在線熱冗余的控制方式來提高系統(tǒng)的可靠性以及降低維護(hù) 工作量。其它變形本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，雖然在上面的實施例中，每一個升壓級僅包括一個升 壓單元，然而，本發(fā)明并不局限于此。在本發(fā)明的其他一些實施例中，靠近低壓側(cè)的各個升 壓級可以包括多個并聯(lián)的升壓單元，使得在具有第一電壓的直流電具有大電流時，靠近低 壓側(cè)的各個升壓級能提供足夠的電流能力，其中，同一升壓級中的各個升壓單元可以采用 移相控制方法來降低本升壓級的直流紋波。圖7示出了按照本發(fā)明另一實施例的升壓器的 示意圖，如圖7所示，越靠近低壓側(cè)的升壓級具有越多的升壓單元，越遠(yuǎn)離低壓側(cè)的升壓級 具有越少的升壓單元。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，雖然在上面的實施例中，第一-第五開關(guān)器件T1-T5都 是可以實現(xiàn)電流雙向流動的開關(guān)器件，從而既可以實現(xiàn)由低壓側(cè)向高壓側(cè)傳送電能，也可 以實現(xiàn)由高壓側(cè)向低壓側(cè)傳送電能，然而，本發(fā)明并不局限于此。在本發(fā)明的其他一些實施 例中，當(dāng)僅需實現(xiàn)由低壓側(cè)向高壓側(cè)傳送電能時，第二和第四開關(guān)器件T2和T4也可以采用 只能實現(xiàn)電流單向流動的二極管，其連接方式與反并聯(lián)二極管的連接方式相同。在第二和第四開關(guān)器件T2和T4是二極管的情況下，控制模塊KZ連接到第一、第 三和第五可控開關(guān)器件T1、T3和T5的控制極，用于控制第一、第三和第五可控開關(guān)器件Tl、 Τ3和Τ5，以使得在每一個工作周期Ts的第一時間間隔si內(nèi)，第三可控開關(guān)器件Τ3導(dǎo)通而 其他可控開關(guān)器件斷開，在每一個時間周期Ts的第二時間間隔s2內(nèi)，第一可控開關(guān)器件Tl 導(dǎo)通而其他可控開關(guān)器件斷開，以及在每一個時間周期Ts的第三時間間隔s3內(nèi)，第五可控 開關(guān)器件T5導(dǎo)通而其他可控開關(guān)器件斷開。在第二和第四開關(guān)器件T2和T4是二極管的情況下，在每一個工作周期Ts的第一 時間間隔si內(nèi)，第二開關(guān)器件T2與第三可控開關(guān)器件T3導(dǎo)通而其他可控開關(guān)器件斷開， 第一電容Cl和第二電容C2進(jìn)行電能交換。在每一個時間周期Ts的第二時間間隔s2內(nèi)， 第一可控開關(guān)器件Tl與第四開關(guān)器件T4導(dǎo)通而其他可控開關(guān)器件斷開，第二電容C2和連 接到升壓單元412所屬的升壓級的輸入端的正極和輸出端的正極的濾波電容440進(jìn)行電能 交換，從而實現(xiàn)電壓升壓。在每一個時間周期Ts的第三時間間隔s3內(nèi)，第四開關(guān)器件T4 與第五可控開關(guān)器件T5導(dǎo)通而其他可控開關(guān)器件斷開，第二電容C2和下一升壓級中的升 壓單元進(jìn)行電能交換。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，雖然在上面的各個實施例中，電能傳輸系統(tǒng)300包括N個電容310，然而，本發(fā)明并不局限于此。在本發(fā)明的其他一些實施例中，例如當(dāng)電能傳輸系 統(tǒng)300的N個整流器306所轉(zhuǎn)換得到的N個直流電沒有包含交流成分或所包含的交流成分 較少時，電能傳輸系統(tǒng)300也可以不包括N個電容310。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，雖然在上面的各個實施例中，升壓單元412包括電感 Ll以限制第二 C2的充電電流，然而，本發(fā)明并不局限于此。在本發(fā)明的其他一些實施例中， 例如當(dāng)?shù)诙?C2的充電電流不大時，可以省掉電感Li。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，雖然在上面的各個實施例中，在升壓單元412中，電感 Ll放置在第二電容C2和第五可控開關(guān)器件T5之間，然而，本發(fā)明并不局限于此。在本發(fā)明 的其他一些實施例中，電感Ll可以不放置在第二電容C2和第五可控開關(guān)器件T5之間。在電感Ll不放置在第二電容C2和第五可控開關(guān)器件T5之間的情況下，電感Ll 分成第一電感和第二電感，其中，該第一電感連接在第一電容Cl和升壓單元412的輸入端 的正極之間以及該第二電感連接在第一可控開關(guān)器件Tl的陽極和升壓單元412的輸入端 的正極之間，或者，該第一電感連接在第一電容Cl和升壓單元412的輸入端的負(fù)極之間以 及該第二電感連接在第二開關(guān)器件T2的陰極和升壓單元412的輸入端的負(fù)極之間。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，雖然上面的各個實施例所披露的可控開關(guān)器件可以是 門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)、電力晶體管(GTR)、功率場效率晶體管(VM0SFET)、絕緣柵雙極晶 體管(IGBT)、集成門極換流晶閘管(IGCT)和對稱門極換流晶閘管(SGCT)等。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，雖然在上面的各個實施例中，以風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作為發(fā) 電機(jī)組的例子來進(jìn)行描述，然而，本發(fā)明并不局限于此。在本發(fā)明的其他一些實施例中，發(fā) 電機(jī)組也可以是水力發(fā)電機(jī)組、太陽能發(fā)電機(jī)組等。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，控制模塊KZ可以利用軟件或者諸如電路這樣的硬件 來實現(xiàn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，上面所公開的本發(fā)明的各個實施例，可以在沒有偏離 發(fā)明實質(zhì)的情況下作出各種改變、變化和修改，并且這些改變、變化和修改都應(yīng)當(dāng)落入本發(fā) 明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)由權(quán)利要求書來定義。
權(quán)利要求
1.一種電能傳輸系統(tǒng)，包括N個發(fā)電機(jī)組，用于產(chǎn)生N個交流電，N為大于1的整數(shù)；N個整流器，用于把所述N個交流電轉(zhuǎn)換為N個直流電；以及升壓器，用于將所述N個直流電并聯(lián)所形成的具有第一電壓的直流電升壓為適于高壓 直流傳輸?shù)木哂械诙妷旱闹绷麟?，并輸出具有所述第二電壓的直流電給高壓直流傳輸鏈 路進(jìn)行傳輸。
2.如權(quán)利要求1所述的電能傳輸系統(tǒng)，其中，所述升壓器進(jìn)一步包括M個級聯(lián)的升壓級和由M+1個濾波電容串聯(lián)形成的高壓直流回 路，M為正整數(shù)，其中，所述M個級聯(lián)的升壓級中的每一個升壓級用于將所收到的直流電的電壓升壓預(yù)定倍 數(shù)，其中，所述M個級聯(lián)的升壓級中的第一個升壓級所收到的直流電是具有所述第一電壓 的直流電，所述M+1個濾波電容中的第一個濾波電容的兩端分別連接到具有所述第一電壓的直 流電的正極和負(fù)極，所述M+1個濾波電容的第二個至第M+1個濾波電容中的每一個濾波電 容的兩端分別連接到所述M個級聯(lián)的升壓級中的其中一個升壓級的輸入端的正極和輸出 端的正極，以及所述高壓直流回路輸出的直流電是具有所述第二電壓的直流電。
3.如權(quán)利要求2所述的電能傳輸系統(tǒng)，其中，所述M個級聯(lián)的升壓級中的每一個升壓級包括至少一個升壓單元，其中，所述至少一 個升壓單元相互并聯(lián)。
4.如權(quán)利要求3所述的電能傳輸系統(tǒng)，其中，所述至少一個升壓單元中的每一個升壓 單元包括第一電容、第二電容、第一可控開關(guān)器件、第二開關(guān)器件、第三可控開關(guān)器件、第四 開關(guān)器件、第五可控開關(guān)器件和控制模塊，其中，所述第一電容的兩端分別連接到其所屬的升壓單元的輸入端的正極和負(fù)極，所述第一可控開關(guān)器件的陽極和陰極分別連接到其所屬的升壓單元的輸入端的正極 和所述第二開關(guān)器件的陽極，所述第二開關(guān)器件的陰極連接到其所屬的升壓單元的輸入端 的負(fù)極，所述第三可控開關(guān)器件的陽極和陰極分別連接到其所屬的升壓單元的輸入端的正極 和所述第四開關(guān)器件的陽極，所述第四開關(guān)器件的陰極連接到其所屬的升壓單元的輸出端 的正極，所述第五可控開關(guān)器件的陽極和陰極分別連接到所述第一可控開關(guān)器件的陰極和其 所屬的升壓單元的輸出端的負(fù)極，所述第二電容的兩端分別連接到所述第三可控開關(guān)器件的陰極和所述第五可控開關(guān) 器件的陽極，以及所述控制模塊連接到所述第一、第三和第五可控開關(guān)器件的控制極，用于控制所述所 述第一、第三和第五可控開關(guān)器件，以使得在每一個工作周期的第一時間間隔內(nèi)，所述第三 可控開關(guān)器件導(dǎo)通而所述第一和第五可控開關(guān)器件斷開，在每一個工作周期的第二時間間 隔內(nèi)，所述第一可控開關(guān)器件導(dǎo)通而所述第三和第五可控開關(guān)器件斷開，以及在每一個工 作周期的第三時間間隔內(nèi)，所述第五可控開關(guān)器件導(dǎo)通而所述第一和第三可控開關(guān)器件斷 開。
5.如權(quán)利要求4所述的電能傳輸系統(tǒng)，其中，所述第二開關(guān)器件和所述第四開關(guān)器件是可控開關(guān)器件，所述控制模塊還連接到所述第二和第四開關(guān)器件的控制極，用于控制所述第一-第五 可控開關(guān)器件，以使得在每一個工作周期的所述第一時間間隔內(nèi)，所述第三和第二可控開 關(guān)器件導(dǎo)通而所述第一、第四和第五可控開關(guān)器件斷開，在每一個工作周期的所述第二時 間間隔內(nèi)，所述第一和第四可控開關(guān)器件導(dǎo)通而所述第二、第三和第五可控開關(guān)器件斷開， 以及在每一個工作周期的所述第三時間間隔內(nèi)，所述第四和第五可控開關(guān)器件導(dǎo)通而所述 第一、第二和第三可控開關(guān)器件斷開。
6.如權(quán)利要求4所述的電能傳輸系統(tǒng)，其中，所述至少一個升壓單元中的每一個升壓單元還包括電感，其中，所述電感連接在所述 第二電容和所述第五可控開關(guān)器件的陽極之間。
7.如權(quán)利要求4所述的電能傳輸系統(tǒng)，其中，所述至少一個升壓單元中的每一個升壓單元還包括第一電感和第二電感，其中，所述第一電感連接在所述第一電容和其所屬的升壓單元的輸入端的正極之間以 及所述第二電感連接在所述第一可控開關(guān)器件的陽極和其所屬的升壓單元的輸入端的正 極之間，或者，所述第一電感連接在所述第一電容和其所屬的升壓單元的輸入端的負(fù)極之 間以及所述第二電感連接在所述第二開關(guān)器件的陰極和其所屬的升壓單元的輸入端的負(fù) 極之間。
8.如權(quán)利要求1所述的電能傳輸系統(tǒng)，其中，所述N個發(fā)電機(jī)組是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。
9.一種電能傳輸方法，包括將N個發(fā)電機(jī)組所產(chǎn)生的N個交流電轉(zhuǎn)換為N個直流電，N為大于1的整數(shù)；將所述N個直流電并聯(lián)形成具有第一電壓的直流電；將具有所述第一電壓的所述直流電升壓為適于高壓直流傳輸?shù)木哂械诙妷旱闹绷?電；以及輸出具有所述第二電壓的所述直流電給高壓直流傳輸鏈路進(jìn)行傳輸。
10.如權(quán)利要求9所述的電能傳輸方法，其中，所述升壓步驟進(jìn)一步包括通過多次升壓來將具有所述第一電壓的直流電升壓為具有所述第二電壓的直流電，其 中，所述多次升壓級中的每一次升壓將電壓升壓預(yù)定倍數(shù)。
11.一種電能并網(wǎng)系統(tǒng)，包括N個發(fā)電機(jī)組，用于產(chǎn)生N個交流電，N為大于1的整數(shù)；N個整流器，用于把所述N個交流電轉(zhuǎn)換為N個直流電；升壓器，用于將所述N個直流電并聯(lián)所形成的具有第一電壓的直流電升壓為適于高壓 直流傳輸?shù)木哂械诙妷旱闹绷麟姡桓邏褐绷鱾鬏旀溌?，用于傳輸具有所述第二電壓的直流電；并網(wǎng)逆變器，用于將來自所述高壓直流傳輸鏈路的具有所述第二電壓的直流電轉(zhuǎn)換為 第二交流電；以及逆變變壓器，用于將所述第二交流電變換為符合所述電網(wǎng)要求的交流電并輸出給所述 電網(wǎng)。
12.如權(quán)利要求11所述的電能并網(wǎng)系統(tǒng)，其中，所述升壓器進(jìn)一步包括M個級聯(lián)的升壓級和由M+1個濾波電容串聯(lián)形成的高壓直流回 路，M為正整數(shù)，其中，所述M個級聯(lián)的升壓級中的每一個升壓級用于將所收到的直流電的電壓升壓預(yù)定倍 數(shù)，其中，所述M個級聯(lián)的升壓級中的第一個升壓級所收到的直流電是具有所述第一電壓 的直流電，所述M+1個濾波電容中的第一個濾波電容的兩端分別連接到具有所述第一電壓的直 流電的正極和負(fù)極，所述M+1個濾波電容的第二個至第M+1個濾波電容中的每一個濾波電 容的兩端分別連接到所述M個級聯(lián)的升壓級中的其中一個升壓級的輸入端的正極和輸出 端的正極，以及所述高壓直流回路輸出的直流電是具有所述第二電壓的直流電。
13.如權(quán)利要求12所述的電能并網(wǎng)系統(tǒng)，其中，所述M個級聯(lián)的升壓級中的每一個升壓級包括至少一個升壓單元，其中，所述至少一 個升壓單元相互并聯(lián)。
14.如權(quán)利要求13所述的電能并網(wǎng)系統(tǒng)，其中，所述至少一個升壓單元中的每一個升 壓單元包括第一電容、第二電容、第一可控開關(guān)器件、第二開關(guān)器件、第三可控開關(guān)器件、第 四開關(guān)器件、第五可控開關(guān)器件和控制模塊，其中，所述第一電容的兩端分別連接到所述第一電容所述所屬的升壓單元的輸入端的 正極和負(fù)極，所述第一可控開關(guān)器件的陽極和陰極分別連接到所述輸入端的正極和所述第二開關(guān) 器件的陽極，所述第二開關(guān)器件的陰極連接到所述輸入端的負(fù)極，所述第三可控開關(guān)器件的陽極和陰極分別連接到所述輸入端的正極和所述第四開關(guān) 器件的陽極，所述第四開關(guān)器件的陰極連接到所述第四開關(guān)器件所屬的輸出端的正極，所述第五可控開關(guān)器件的陽極和陰極分別連接到所述第一可控開關(guān)器件的陰極和所 述輸出端的負(fù)極，所述第二電容的兩端分別連接到所述第三可控開關(guān)器件的陰極和所述第五可控開關(guān) 器件的陽極，以及所述控制模塊連接到所述第一、第三和第五可控開關(guān)器件的控制極，用于控制所述所 述第一、第三和第五可控開關(guān)器件，以使得在每一個工作周期的第一時間間隔內(nèi)，所述第三 可控開關(guān)器件導(dǎo)通而所述第一和第五可控開關(guān)器件斷開，在每一個工作周期的第二時間間 隔內(nèi)，所述第一可控開關(guān)器件導(dǎo)通而所述第三和第五可控開關(guān)器件斷開，以及在每一個工 作周期的第三時間間隔內(nèi)，所述第五可控開關(guān)器件導(dǎo)通而所述第一和第三可控開關(guān)器件斷 開。
15.如權(quán)利要求14所述的電能并網(wǎng)系統(tǒng)，其中，所述第二開關(guān)器件和所述第四開關(guān)器件是可控開關(guān)器件，所述控制模塊還連接到所述第二和第四開關(guān)器件的控制極，用于控制所述第一-第五 可控開關(guān)器件，以使得在每一個工作周期的所述第一時間間隔內(nèi)，所述第三和第二可控開 關(guān)器件導(dǎo)通而所述第一、第四和第五可控開關(guān)器件斷開，在每一個工作周期的所述第二時 間間隔內(nèi)，所述第一和第四可控開關(guān)器件導(dǎo)通而所述第二、第三和第五可控開關(guān)器件斷開， 以及在每一個工作周期的所述第三時間間隔內(nèi)，所述第四和第五可控開關(guān)器件導(dǎo)通而所述 第一、第二和第三可控開關(guān)器件斷開。
全文摘要
本發(fā)明涉及電能并網(wǎng)系統(tǒng)以及電能傳輸系統(tǒng)和方法，其中，該電能傳輸系統(tǒng)，包括N個發(fā)電機(jī)組，用于產(chǎn)生N個交流電，N為大于1的整數(shù)；N個整流器，用于把所述N個交流電轉(zhuǎn)換為N個直流電；以及，升壓器，用于將所述N個直流電并聯(lián)所形成的具有第一電壓的直流電升壓為適于高壓直流傳輸?shù)木哂械诙妷旱闹绷麟姡⑤敵鼍哂兴龅诙妷旱闹绷麟娊o高壓直流傳輸鏈路進(jìn)行傳輸。利用該電能并網(wǎng)系統(tǒng)以及電能傳輸系統(tǒng)和方法，不需要發(fā)電機(jī)組的設(shè)計多樣化。
文檔編號H02M3/10GK102142688SQ20101011536
公開日2011年8月3日 申請日期2010年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月29日
發(fā)明者克晶, 吳學(xué)智, 姚吉隆 申請人:西門子公司