风力发电机组输电系统的制作方法

1.本技术属于风力发电领域，尤其涉及一种风力发电机组输电系统。


背景技术：

2.风力发电机组产生的电能可通过输电系统传输至交流电网。输电系统中可包括多个组成部分，以实现升压、换流等功能。图1为现阶段的一种输电系统的结构示意图。如图1所示，输电系统可包括风力发电机组11、交流汇集线路12、升压变压器13、送端换流站14、直流输电线路15、受端换流站16、换流变压器17和交流电网18。即在输电系统中至少需要设置两个换流站，在多端输电的场景下，输电系统需要设置更多个换流站，提高了输电系统结构的复杂度。


技术实现要素：

3.本技术实施例提供一种风力发电机组输电系统，能够简化输电系统的结构。
4.本技术实施例提供一种风力发电机组输电系统，包括依次电连接的交流风力发电机组矩阵、交流输电线路、换流站、换流变压器和交流电网；交流输电线路用于传输低频交流电或分频交流电，低频交流电和分频交流电为频率低于工频的交流电。
5.在一些可能的实施例中，交流输电线路包括第一交流输电线路和第二交流输电线路；交流风力发电机组矩阵的第一端与第一交流输电线路连接，交流风力发电机组矩阵的第二端与第二交流输电线路连接；换流站包括模块化多电平换流器。
6.在一些可能的实施例中，交流风力发电机组矩阵包括n1组交流风力发电机组，每组交流风力发电机组矩阵包括m1台交流风力发电机组，n1和m1为正整数；在n1＞1的情况下，n1组交流风力发电机组并联连接；在m1＞1的情况下，每组内m1台交流风力发电机组串联连接。
7.在一些可能的实施例中，交流输电线路包括第一相交流输电线路、第二相交流输电线路和第三相交流输电线路；交流风力发电机组矩阵的第一相端口与第一相交流输电线路连接，交流风力发电机组矩阵的第二相端口与第二相交流输电线路连接，交流风力发电机组矩阵的第三相端口与第三相交流输电线路连接；换流站包括模块化多电平矩阵变换器。
8.在一些可能的实施例中，交流风力发电机组矩阵包括三组交流风力发电机组，每组交流风力发电机组矩阵包括m2台交流风力发电机组，m2为正整数；每组交流风力发电机组中，第一台交流风力发电机组的第一输出端口分别与各自对应的一相交流输电线路连接，各组交流风力发电机组中的最后一台交流风力发电机组的第二输出端口相连接；在m2＞1的情况下，每组交流风力发电机组中m2台交流风力发电机组串联连接。
9.在一些可能的实施例中，交流风力发电机组矩阵包括m3台交流风力发电机组，m3为正整数；每台交流风力发电机组包括三相精简矩阵变换器，每台交流风力发电机组中的第一相精简矩阵变换器的输入端口、第二相精简矩阵变换器的输入端口和第三相精简矩阵变
换器的输入端口相连接；在m3＞1的情况下，各台交流风力发电机组中的各第一相精简矩阵变换器串联连接，各台交流风力发电机组中的各第二相精简矩阵变换器串联连接，各台交流风力发电机组中的第三相精简矩阵变换器串联连接；在第一台交流风力发电机组内，第一相精简矩阵变换器的第一输出端口与第一相交流输电线路连接，第二相精简矩阵变换器的第一输出端口与第二相交流输电线路连接，第三相精简矩阵变换器的第一输出端口与第三相交流输电线路连接；在最后一台交流风力发电机组内，第一相精简矩阵变换器的第二输出端口、第二相精简矩阵变换器的第二输出端口和第三相精简矩阵变换器的第二输出端口相连接。
10.在一些可能的实施例中，每台交流风力发电机组包括叶片、齿轮箱、发电机、单绕组变压器、精简矩阵变换器、第一开关单元、第二开关单元和旁路开关单元，第一开关单元位于精简矩阵变换器的第一输出端口与交流风力发电机组的第一输出端口之间，第二开关单元位于精简矩阵变换器的第二输出端口与交流风力发电机组的第二输出端口之间，旁路开关单元位于交流风力发电机组的第一输出端口与交流风力发电机组的第二输出端口之间。
11.在一些可能的实施例中，第一开关单元与第二开关单元的通断状态相同，第一开关单元与旁路开关单元的通断状态相反。
12.在一些可能的实施例中，每台交流风力发电机组还包括叶片、齿轮箱、发电机和单绕组变压器，每台交流风力发电机组内，单绕组变压器分别与第一相精简矩阵变换器的输入端口、第二相精简矩阵变换器的输入端口、第三相精简矩阵变换器的输入端口连接。
13.在一些可能的实施例中，模块化多电平矩阵变换器包括三个桥臂功率单元，每个桥臂功率单元包括三相桥臂功率子单元；每个桥臂功率单元内，第一相桥臂功率子单元的第一端口通过电感器件与模块化多电平矩阵变换器的第一相输出端口连接，第二相桥臂功率子单元的第一端口通过电感器件与模块化多电平矩阵变换器的第二相输出端口连接，第三相桥臂功率子单元的第一端口通过电感器件与模块化多电平矩阵变换器的第三相输出端口连接，第一相桥臂功率子单元的第二端口、第二相桥臂功率子单元的第二端口和第三相桥臂功率子单元的第二端口相连接且与对应的一相交流输电线路连接。
14.本技术实施例提供一种风力发电机组输电系统，该风力发电机组输电系统包括依次电连接的交流风力发电机组矩阵、交流输电线路、换流站、换流变压器和交流电网。其中交流输电线路中传输的是低频交流电或分频交流电。低频交流电的频率和分频交流电的频率较低，能够提高输电质量，使得风力发电机组输电系统中设置一个换流站即可满足输电要求，从而简化了输电系统的结构。
附图说明
15.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，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。
16.图1为现阶段的一种输电系统的结构示意图；
17.图2为本技术提供的风力发电机组输电系统的一实施例的结构示意图；
18.图3为本技术实施例中的风力发电机组输电系统的一示例的结构示意图；
19.图4为本技术实施例中功率单元的一示例的结构示意图；
20.图5为本技术实施例中交流风力发电机组的一示例的结构示意图；
21.图6为本技术实施例中精简矩阵变换器的一示例的结构示意图；
22.图7为本技术实施例中的风力发电机组输电系统的另一示例的结构示意图；
23.图8为本技术实施例提供的模块化多电平矩阵变换器的一示例的结构示意图；
24.图9为本技术实施例中功率模块的一示例的结构示意图；
25.图10为本技术实施例中的风力发电机组输电系统的又一示例的结构示意图；
26.图11为本技术实施例中交流风力发电机组的另一示例的结构示意图。
具体实施方式
27.下面将详细描述本技术的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本技术进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本技术，而不是限定本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本技术的示例来提供对本技术更好的理解。
28.风力发电机组产生的电能可通过输电系统传输至交流电网。但由于风力资源分布，风力发电机组会设置在于交流电网所在地相距较远的地点。如图1所示，风力发电机组11产生的电能可经过交流汇集线路12、升压变压器13、送端换流站14、直流输电线路15、受端换流站16和换流变压器17传输至交流电网18。输电系统至少需要设置两个换流站，以实现电能的输送。在多端输电的场景下，如设置于不同区域的风力发电机组向交流电网输电，需要设置更多个换流站。换流站数量的增多，导致输电系统结构愈发复杂，也提高了输电系统建造和维护所需的成本。尤其是在风力发电机组与交流电网相距较远的情况下，如在海上风力发电的场景中，风力发电机组11、交流汇集线路12、升压变压器13、送端换流站14、直流输电线路15和受端换流站16设于海上，换流变压器17和交流电网18设于陆地，输电系统结构更加复杂，输电系统建造和维护所需的成本也会更高。
29.本技术提供一种风力发电机组输电系统，能够减少所需的换流站的数量，从而简化输电系统的结构，降低输电系统建造和维护所需的成本。
30.图2为本技术提供的风力发电机组输电系统的一实施例的结构示意图。如图2所示，该风力发电机组输电系统可包括依次电连接的交流风力发电机组矩阵21、交流输电线路22、换流站23、换流变压器24和交流电网25。
31.具体地，交流风力发电机组矩阵21与交流输电线路22连接，交流输电线路22与换流站23连接，换流站23与换流变压器24连接，换流变压器24和交流电网25连接。交流风力发电机组矩阵21可包括至少一台交流风力发电机组221。在交流风力发电机组矩阵21包括两台以上的交流风力发电机组221的情况下，两台以上的交流风力发电机组221的具体连接在此并不限定。交流风力发电机组221产生交流电。交流风力发电机组221产生的交流电通过交流输电线路22传输至换流站23。换流站23可进行交流-交流转换，具体地，可转换交流电的频率和电压。换流变压器24可进行交流电的电压转换，将电压转换后的交流电传输至交流电网25。
32.交流输电线路22用于传输低频交流电或分频交流电，即交流输电线路22中传输的
是低频交流电或分频交流电。低频交流电和分频交流电为频率低于工频的交流电，即低频交流电的频率低于工频，分频交流电的频率低于工频。低频交流电和分频交流电的频率可根据工作场景和工作需求设定，在此并不限定。例如，低频交流电的频率和工频交流电的频率可为1/3工频。通过降低交流输电线路22中的输电频率，可降低输电线路的电抗，从而在满足远距离输电的要求的基础上能够提高输电质量。
33.在本技术实施例中，风力发电机组输电系统包括依次电连接的交流风力发电机组矩阵21、交流输电线路22、换流站23、换流变压器24和交流电网25。其中交流输电线路22中传输的是低频交流电或分频交流电。低频交流电的频率和分频交流电的频率较低，能够提高输电质量，使得风力发电机组输电系统中设置一个换流站23即可满足输电要求，从而简化了输电系统的结构，也降低了风力发电机组输电系统建造和维护所需的成本。
34.本技术实施例中的交流输电线路22的成本低于直流输电线路的成本，交流输电技术相对于直流输电技术更加成熟，更易实现，能够进一步降低风力发电机组输电系统建造和维护所需的成本。而且，在直流输电的情况下，直流输电线路没有过零点，分断难度大，需要增设直流断路器，而在本技术实施例中，由于采用交流输电线路22，并不需要设置直流断路器，能够进一步降低风力发电机组输电系统建造和维护所需的成本。
35.下面将以单相输电和三相输电两个场景分别对风力发电机组输电系统进行说明。
36.图3为本技术实施例中的风力发电机组输电系统的一示例的结构示意图。图3所示的风力发电机组输电系统为风力发电机组单相输电系统。如图3所示，该风力发电机组中的交流输电线路22包括第一交流输电线路221和第二交流输电线路222。
37.交流风力发电机组矩阵21的第一端与第一交流输电线路221连接。交流风力发电机组矩阵21的第二端与第二交流输电线路222连接。具体地，第一交流输电线路221的一端与交流风力发电机组矩阵21的第一端连接，第一交流输电线路221的另一端与换流站23连接。第二交流输电线路222的一端与与交流风力发电机组矩阵21的第二端，第二交流输电线路222的另一端与换流站23连接。
38.在一些示例中，交流风力发电机组矩阵21包括n1组交流风力发电机组221，每组交流风力发电机组矩阵21包括m1台交流风力发电机组221，n1和m1为正整数，具体数值可根据工作场景和工作需求设定，在此并不限定。
39.在n1＝1且m1＝1的情况下，即交流风力发电机组矩阵21包括1台交流风力发电机组221，交流风力发电机组矩阵21的第一端包括该交流风力发电机组221的母线第一端口，交流风力发电机组矩阵21的第二端包括该交流风力发电机组221的母线第二端口。
40.在n1＞1的情况下，n1组交流风力发电机组221并联连接。在m1＞1的情况下，每组内m1台交流风力发电机组221串联连接。如图3所示，每一组交流风力发电机组221中的第一台交流风力发电机组221的第一输出端口与第一交流输电线路221连接，即交流风力发电机组矩阵21的第一端可包括每组交流风力发电机组221中第一台交流风力发电机组221的第一输出端口，且每组交流风力发电机组221中第一台交流风力发电机组221的第一输出端口相连接。在每组交流风力发电机组221中，前一台交流风力发电机组221的第二输出端口与后一台交流风力发电机组221的第一输出端口连接。每一组交流风力发电机组221中的最后一台交流风力发电机组221的第二输出端口与第二交流输电线路222连接，即交流风力发电机组矩阵21的第二端可包括每组交流风力发电机组221中最后一台交流风力发电机组221的
第二输出端口，且每组交流风力发电机组221中最后一台交流风力发电机组221的第二输出端口相连接。
41.风力发电机组输电系统的母线电压等级即交流输电线路22的电压等级u
ac
与单台交流风力发电机组221的输电电压等级u
ac
之间的关系为：u
ac
×
m1≥u
ac
。
42.通过n1组交流风力发电机组221并联连接，可提高风力发电机组输电系统的容量等级；通过每组内m1台交流风力发电机组221串联连接，可提高风力发电机组输电系统的电压等级，从而满足对风力发电机组输电系统的需求。
43.在一些示例中，换流站23可包括模块化多电平换流器(modular multilevel converter，mmc)。模块化多电平换流器可包括第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂，每一桥臂中的上桥臂包括电感l1和功率单元231，每一桥臂中的下桥臂包括电感l2和功率单元231。在上桥臂包括两个以上的功率单元231的情况下，两个以上的功率单元231串联连接。在下桥臂包括两个以上的功率单元231的情况下，两个以上的功率单元231串联连接。模块化多电平换流器中每一桥臂中上桥臂和下桥臂之间的一点与换流变压器24连接。
44.图4为本技术实施例中功率单元的一示例的结构示意图。功率单元231可包括绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)器件t1、igbt器件t2、igbt器件t3、igbt器件t4和电容c1，具体连接如图4所示，在此不再赘述。
45.上述实施例中的交流风力发电机组221具体可为半直驱交流风力发电机组221。图5为本技术实施例中交流风力发电机组的一示例的结构示意图。如图5所示，交流风力发电机组221可包括叶片2111、齿轮箱2112、发电机2113、单绕组变压器2114、精简矩阵变换器2115(reduced matrix converter，rmc)、第一开关单元2116、第二开关单元2117和旁路开关单元2118。
46.叶片2111可通过传动结构与齿轮箱2112连接。齿轮箱2112与发电机2113组成半直驱传动链关键部件，并通过单绕组变压器2114与精简矩阵变换器2115连接。单绕组变压器2114的原边与风力发电机组中的低压侧连接，通过单绕组变压器2114的电压隔离功能，将单绕组变压器2114的副边作为高压连接侧。副边连接的具体部件可为高压部件，从而提高交流风力发电机组221的电压等级，提升单台交流风力发电机组221的输出功率，减少交流风力发电机组矩阵21中串联的交流风力发电机组221的数量。
47.精简矩阵变换器2115的输入端口与单绕组变压器2114的副边连接。精简矩阵变换器2115的输出端口具体可为单相交流电接口。第一开关单元2116位于精简矩阵变换器2115的第一输出端口与交流风力发电机组221的第一输出端口之间。即第一开关单元2116的一端与精简矩阵变换器2115的第一输出端口连接，第一开关单元2116的另一端与交流风力发电机组221的第一输出端口连接。第二开关单元2117位于精简矩阵变换器2115的第二输出端口与交流风力发电机组221的第二输出端口之间。即第二开关单元2117的一端与精简矩阵变换器2115的第二输出端口连接，第二开关单元2117的另一端与交流风力发电机组221的第二输出端口连接。旁路开关单元2118位于交流风力发电机组221的第一输出端口与交流风力发电机组221的第二输出端口之间。即旁路开关单元2118的一端与交流风力发电机组221的第一输出端口、第一开关单元2116的另一端连接，旁路开关单元2118的另一端与交流风力发电机组221的第二输出端口、第二开关单元2117的另一端连接。
48.第一开关单元2116与第二开关单元2117的通断状态相同，第一开关单元2116与旁
路开关单元2118的通断状态相反，即第二开关单元2117与旁路开关单元2118的通断状态也相反。例如，第一开关单元2116与第二开关单元2117导通，对应地，旁路开关单元2118关断。又例如，第一开关单元2116与第二开关单元2117关断，对应地，旁路开关单元2118导通。
49.在交流风力发电机组221正常运行的情况下，该交流风力发电机组221中的第一开关单元2116和第二开关单元2117导通，旁路开关单元2118关断。在交流风力发电机组221出现故障的情况下，该交流风力发电机组221中的第一开关单元2116和第二开关单元2117关断，旁路开关单元2118导通，功率流通过旁路开关单元2118，将出现故障的交流风力发电机组221切出风力发电机组输电系统。在此情况下，第一开关单元2116和第二开关单元2117处于零电压及零电流状态，可以安全断开。对第一开关单元2116和第二开关单元2117接地，也可以安全地进行该交流风力发电机组221的检修维护。当该交流风力发电机组221故障解决后，可在零电压及零电流状态下，导通第一开关单元2116和第二开关单元2117，同时断开旁路开关单元2118，将该交流风力发电机组221投入风力发电机组输电系统。
50.第一开关单元2116、第二开关单元2117、旁路单元可包括至少一个开关器件，在此对开关器件的类型、数量及单元内开关器件的连接关系并不限定。
51.图6为本技术实施例中精简矩阵变换器的一示例的结构示意图。如图6所示，精简矩阵变换器2115可包括三相桥臂，每一相桥臂可包括上桥臂和下桥臂。每个上桥臂包括串联的两个igbt器件t5和t6，每个下桥臂包括串联的两个igbt器件t7和t8。
52.上桥臂中的igbt器件t5的发射极与igbt器件t6的发射极连接。下桥臂中的igbt器件t7的发射极与igbt器件t8的发射极连接。同一相桥臂的上桥臂的igbt器件t6的集电极与下桥臂的igbt器件t7的集电极连接。精简矩阵变换器2115的第一相输入端与单绕组变压器2114的第一相输出端连接。精简矩阵变换器2115的第一相输入端包括第一相桥臂中igbt器件t6的集电极与igbt器件t7的集电极。精简矩阵变换器2115的第二相输入端与单绕组变压器2114的第二相输出端连接。精简矩阵变换器2115的第二相输入端包括第二相桥臂中igbt器件t6的集电极与igbt器件t7的集电极。精简矩阵变换器2115的第三相输入端与单绕组变压器2114的第二相输出端连接。精简矩阵变换器2115的第三相输入端包括第三相桥臂中igbt器件t6的集电极与igbt器件t7的集电极。
53.各上桥臂中的igbt器件t5的集电极相连接，各下桥臂中的igbt器件t8的集电极相连接。精简矩阵变换器2115的第一输出端包括相连接的各上桥臂中的igbt器件t5的集电极，精简矩阵变换器2115的第二输出端包括相连接的各下桥臂中的igbt器件t8的集电极。
54.精简矩阵变换器2115的输入为三相电能，输出为单相电能，完成了三相交流功率向单相交流功率的变换。
55.图7为本技术实施例中的风力发电机组输电系统的另一示例的结构示意图。图7所示的风力发电机组输电系统为风力发电机组三相输电系统。如图7所示，该风力发电机组输电系统中的交流输电线路22包括第一相交流输电线路223、第二相交流输电线路224和第三相交流输电线路225。
56.交流风力发电机组矩阵21包括第一相端口、第二相端口和第三相端口。交流风力发电机组矩阵21的第一相端口与第一相交流输电线路223连接。交流风力发电机组矩阵21的第二相端口与第二相交流输电线路224连接。交流风力发电机组矩阵21的第三相端口与第三相交流输电线路225连接。具体地，第一相交流输电线路223的一端与交流风力发电机
组矩阵21的第一相端口连接，第一相交流输电线路223的另一端与换流站23连接。第二相交流输电线路224的一端与交流风力发电机组矩阵21的第二相端口连接，第二相交流输电线路224的另一端与换流站23连接。第三相交流输电线路225的一端与交流风力发电机组矩阵21的第三相端口连接，第三相交流输电线路225的另一端与换流站23连接。
57.在一些示例中，如图7所示，交流风力发电机组矩阵21包括三组交流风力发电机组221。每组交流风力发电机组矩阵21包括m2台交流风力发电机组221，m2为正整数，m2的具体数值可根据工作场景和工作需求设定，在此并不限定。
58.每组交流风力发电机组221中，第一台交流风力发电机组221的第一输出端口分别与各自对应的一相交流输电线路22连接。各组交流风力发电机组221中的最后一台交流风力发电机组221的第二输出端口相连接。
59.在m2＝1的情况下，每组交流风力发电机组221中的第一台交流风力发电机组221与最后一台交流风力发电机组221为同一台交流风力发电机组221。具体地，第一组交流风力发电机组221中交流风力发电机组221的第一输出端口与第一相交流输电线路223连接；第二组交流风力发电机组221中交流风力发电机组221的第一输出端口与第二相交流输电线路224连接；第三组交流风力发电机组221中交流风力发电机组221的第一输出端口与第三相交流输电线路225连接。第一组交流风力发电机组221中交流风力发电机组221的第二输出端口、第二组交流风力发电机组221中交流风力发电机组221的第二输出端口和第三组交流风力发电机组221中交流风力发电机组221的第二输出端口相连接。
60.在m2＞1的情况下，每组交流风力发电机组221中m2台交流风力发电机组221串联连接。具体地，如图7所示，第一组交流风力发电机组221中第一台交流风力发电机组221的第一输出端口与第一相交流输电线路223连接，第一组交流风力发电机组221中后一台交流风力发电机组221的第一输出端口与前一台交流风力发电机组221的第二输出端口连接。第二组交流风力发电机组221中第一台交流风力发电机组221的第一输出端口与第二相交流输电线路224连接，第二组交流风力发电机组221中后一台交流风力发电机组221的第一输出端口与前一台交流风力发电机组221的第二输出端口连接。第三组交流风力发电机组221中第一台交流风力发电机组221的第一输出端口与第三相交流输电线路225连接，第三组交流风力发电机组221中后一台交流风力发电机组221的第一输出端口与前一台交流风力发电机组221的第二输出端口连接。第一组交流风力发电机组221中最后一台交流风力发电机组221的第二输出端口、第二组交流风力发电机组221中最后一台交流风力发电机组221的第二输出端口和第三组交流风力发电机组221中最后一台交流风力发电机组221的第二输出端口相连接。
61.风力发电机组输电系统的母线电压等级即交流输电线路22的电压等级u
ac
与单台交流风力发电机组221的输电电压等级u
ac
之间的关系为：u
ac
×
m2≥u
ac
。
62.通过每组内m2台交流风力发电机组221串联连接，可提高风力发电机组输电系统的电压等级，从而满足对风力发电机组输电系统的需求。
63.交流风力发电机组221的具体结构可参见图5和图6所示的具体结构以及上述实施例中的相关说明，在此不再赘述。
64.在一些示例中，换流站23可包括模块化多电平矩阵变换器(modular multilevel matrix converter，m3c)。模块化多电平矩阵变换器是一种新型的h桥级联式矩阵变换器，
在三相输入和三相输出间包括九个桥臂连接的结构。其中的各个桥臂的电路参数可相等，且可相互对称独立。模块化多电平矩阵变换器可将高压低频的电流转换为高压工频的电流。模块化多电平矩阵变换器的变频更加自由，不局限于工频的倍数，且产生的谐波很少。模块化多电平矩阵变换器还可解决电力电子器件受自身特点和发展的限制而无法适应于高压大功率环境的缺陷。在本技术实施例中的风力发电机组输电系统中，由于模块化多电平矩阵变换器的存在，不需要同时设置送端换流站和受端换流站，从而去掉了交流转换直流、直流转换交流中的直流结构部分，在换流站23中桥臂(上桥臂和下桥臂各算一个桥臂)的数量上可减少1/4，提高了控制的灵活性和易拓展性。而且，在低频控制的场景中，模块化多电平矩阵变换器不需要额外的共模电压电流，只需要通过调节自身桥臂间功率的内部交换，就可以解决低频带来的电压电流不稳定波动的问题。模块化多电平矩阵变换器能够更好的适用于传输低频交流电或分频交流电的风力发电机组输电系统。
65.图8为本技术实施例提供的模块化多电平矩阵变换器的一示例的结构示意图。如图8所示，模块化多电平矩阵变换器包括三个桥臂功率单元31。每个桥臂功率单元31包括三相桥臂功率子单元。为了便于说明，在图7和图8中以点s1标示第一相交流输电线路223的另一端，以点s2标示第二相交流输电线路224的另一端，以点s3标示第三相交流输电线路225的另一端；以点a1标示换流变压器24的第一相输入端，以点b1标示换流变压器24的第二相输入端，以点c1标示换流变压器24的第三相输入端。
66.每个桥臂功率单元31内，第一相桥臂功率子单元311的第一端口通过电感器件l与模块化多电平矩阵变换器的第一相输出端口连接；第二相桥臂功率子单元312的第一端口通过电感器件l与模块化多电平矩阵变换器的第二相输出端口连接；第三相桥臂功率子单元313的第一端口通过电感器件l与模块化多电平矩阵变换器的第三相输出端口连接；第一相桥臂功率子单元311的第二端口、第二相桥臂功率子单元312的第二端口和第三相桥臂功率子单元313的第二端口相连接且与对应的一相交流输电线路22连接。模块化多电平矩阵变换器的第一相输出端口与变流变压器的第一相输入端连接，模块化多电平矩阵变换器的第二相输出端口与变流变压器的第二相输入端连接，模块化多电平矩阵变换器的第三相输出端口与变流变压器的第三相输入端连接。
67.一相桥臂功率子单元可包括至少一个功率模块41。在一相桥臂功率子单元包括两个以上的功率模块41的情况下，这一相桥臂功率子单元中的两个以上的功率模块41串联连接。一个桥臂功率单元31包括对应的三个桥臂上的第一相桥臂功率子单元311、第二相桥臂功率子单元312和第三相桥臂功率子单元313。
68.具体地，在第一个桥臂功率单元31中，第一相桥臂功率子单元311的第二端口、第二相桥臂功率子单元312的第二端口和第三相桥臂功率子单元313的第二端口相连接，且与第一相交流输电线路223连接。第一个桥臂功率单元31包括第一个桥臂上的第一相桥臂功率子单元311、第二个桥臂上的第二相桥臂功率子单元312和第三个桥臂上的第三相桥臂功率子单元313。
69.在第二个桥臂功率单元31中，第一相桥臂功率子单元311的第二端口、第二相桥臂功率子单元312的第二端口和第三相桥臂功率子单元313的第二端口相连接，且与第二相交流输电线路224连接。第二个桥臂功率单元31包括第四个桥臂上的第一相桥臂功率子单元311、第五个桥臂上的第二相桥臂功率子单元312和第六个桥臂上的第三相桥臂功率子单元
313。
70.在第三个桥臂功率单元31中，第一相桥臂功率子单元311的第二端口、第二相桥臂功率子单元312的第二端口和第三相桥臂功率子单元313的第二端口相连接，且与第三相交流输电线路225连接。第三个桥臂功率单元31包括第七个桥臂上的第一相桥臂功率子单元311、第八个桥臂上的第二相桥臂功率子单元312和第九个桥臂上的第三相桥臂功率子单元313。
71.图9为本技术实施例中功率模块的一示例的结构示意图。功率模块41可包括igbt器件t9、igbt器件t10、igbt器件t11、igbt器件t12、电容c2和开关器件k1，具体连接如图9所示，在此不再赘述。
72.图10为本技术实施例中的风力发电机组输电系统的又一示例的结构示意图。图10所示的风力发电机组输电系统为风力发电机组三相输电系统。如图10所示，该风力发电机组输电系统中的交流输电线路22包括第一相交流输电线路223、第二相交流输电线路224和第三相交流输电线路225。
73.交流风力发电机组矩阵21包括第一相端口、第二相端口和第三相端口。交流风力发电机组矩阵21的第一相端口与第一相交流输电线路223连接。交流风力发电机组矩阵21的第二相端口与第二相交流输电线路224连接。交流风力发电机组矩阵21的第三相端口与第三相交流输电线路225连接。具体地，第一相交流输电线路223的一端与交流风力发电机组矩阵21的第一相端口连接，第一相交流输电线路223的另一端与换流站23连接。第二相交流输电线路224的一端与交流风力发电机组矩阵21的第二相端口连接，第二相交流输电线路224的另一端与换流站23连接。第三相交流输电线路225的一端与交流风力发电机组矩阵21的第三相端口连接，第三相交流输电线路225的另一端与换流站23连接。
74.在一些示例中，交流风力发电机组矩阵21包括m3台交流风力发电机组221，m3为正整数，m3的具体数值可根据工作场景和工作需求设定，在此并不限定。风力发电机组输电系统的母线电压等级即交流输电线路22的电压等级u
ac
与单台交流风力发电机组221的输电电压等级u
ac
之间的关系为：u
ac
×
m3≥u
ac
。
75.在一些示例中，换流站23可包括模块化多电平矩阵变换器。模块化多电平矩阵变换器的具体内容可参见图8以及上述实施例中的相关内容，在此不再赘述。
76.图11为本技术实施例中交流风力发电机组的另一示例的结构示意图。如图10和图11所示，每台交流风力发电机组221包括三相精简矩阵变换器2115，每台交流风力发电机组221还包括叶片2111、齿轮箱2112、发电机2113和单绕组变压器2114。三相精简矩阵变换器2115分别为第一相精简矩阵变换器21151、第二相精简矩阵变换器21152和第三相精简矩阵变换器21153。每一相精简矩阵变换器2115的具体结构可参见图6以及上述实施例中的相关说明，在此不再赘述。
77.叶片2111可通过传动结构与齿轮箱2112连接。齿轮箱2112与发电机2113组成半直驱传动链关键部件，并通过单绕组变压器2114与三相精简矩阵变换器2115连接。单绕组变压器2114的原边与风力发电机组中的低压侧连接，通过单绕组变压器2114的电压隔离功能，将单绕组变压器2114的副边作为高压连接侧。副边连接的具体部件可为高压部件，从而提高交流风力发电机组221的电压等级，提升单台交流风力发电机组221的输出功率，减少交流风力发电机组矩阵21中串联的交流风力发电机组221的数量。
78.每台交流风力发电机组221内，单绕组变压器2114分别与第一相精简矩阵变换器21151的输入端口、第二相精简矩阵变换器21152的输入端口、第三相精简矩阵变换器21153的输入端口连接。每台交流风力发电机组221中的第一相精简矩阵变换器21151的输入端口、第二相精简矩阵变换器21152的输入端口和第三相精简矩阵变换器21153的输入端口相连接。
79.在m3＞1的情况下，各台交流风力发电机组221中的各第一相精简矩阵变换器21151串联连接，各台交流风力发电机组221中的各第二相精简矩阵变换器21152串联连接，各台交流风力发电机组221中的第三相精简矩阵变换器21153串联连接。具体地，在m3＞1的情况下，第一台交流风力发电机组221中的第一相精简矩阵变换器21151至第m3台交流风力发电机组221中的第一相精简矩阵变换器21151串联连接；具体地，后一台交流风力发电机组221中的第一相精简矩阵变换器21151的第一输出端口与前一台交流风力发电机组221中的第一相精简矩阵变换器21151的第二输出端口连接。第一台交流风力发电机组221中的第二相精简矩阵变换器21152至第m3台交流风力发电机组221中的第二相精简矩阵变换器21152串联连接；具体地，后一台交流风力发电机组221中的第二相精简矩阵变换器21152的第一输出端口与前一台交流风力发电机组221中的第二相精简矩阵变换器21152的第二输出端口连接。第一台交流风力发电机组221中的第三相精简矩阵变换器21153至第m3台交流风力发电机组221中的第三相精简矩阵变换器21153串联连接；具体地，后一台交流风力发电机组221中的第三相精简矩阵变换器21153的第一输出端口与前一台交流风力发电机组221中的第三相精简矩阵变换器21153的第二输出端口连接。
80.在第一台交流风力发电机组221内，第一相精简矩阵变换器21151的第一输出端口与第一相交流输电线路223连接，第二相精简矩阵变换器21152的第一输出端口与第二相交流输电线路224连接，第三相精简矩阵变换器21153的第一输出端口与第三相交流输电线路225连接。
81.在最后一台交流风力发电机组221内，第一相精简矩阵变换器21151的第二输出端口、第二相精简矩阵变换器21152的第二输出端口和第三相精简矩阵变换器21153的第二输出端口相连接。
82.需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本技术并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。本领域的技术人员可以在领会本技术的精神之后，作出各种改变、修改和添加。并且，为了简明起见，这里省略对已知技术的详细描述。
83.本领域技术人员应能理解，上述实施例均是示例性而非限制性的。在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。在权利要求书中，术语“包括”并不排除其他结构；数量词“一个”不排除多个；术语“第一”、“第二”用于标示名称而非用于表示任何特定的顺序。权利要求中的任何附图标记均不应被理解为对保护范围的限制。权利要求中出现的多个部分的功能可以由一个单独的硬件或软件模块来实现。某些技术特征出现在不同的从属权利要求中并不意味着不能将这些技术特征进行组合以取得有益效果。

技术特征：
1.一种风力发电机组输电系统，其特征在于，包括依次电连接的交流风力发电机组矩阵、交流输电线路、换流站、换流变压器和交流电网；所述交流输电线路用于传输低频交流电或分频交流电，所述低频交流电和所述分频交流电为频率低于工频的交流电。2.根据权利要求1所述的风力发电机组输电系统，其特征在于，所述交流输电线路包括第一交流输电线路和第二交流输电线路；所述交流风力发电机组矩阵的第一端与所述第一交流输电线路连接，所述交流风力发电机组矩阵的第二端与所述第二交流输电线路连接；所述换流站包括模块化多电平换流器。3.根据权利要求2所述的风力发电机组输电系统，其特征在于，所述交流风力发电机组矩阵包括n1组交流风力发电机组，每组交流风力发电机组矩阵包括m1台交流风力发电机组，n1和m1为正整数；在n1＞1的情况下，n1组交流风力发电机组并联连接；在m1＞1的情况下，每组内m1台交流风力发电机组串联连接。4.根据权利要求1所述的风力发电机组输电系统，其特征在于，所述交流输电线路包括第一相交流输电线路、第二相交流输电线路和第三相交流输电线路；所述交流风力发电机组矩阵的第一相端口与所述第一相交流输电线路连接，所述交流风力发电机组矩阵的第二相端口与所述第二相交流输电线路连接，所述交流风力发电机组矩阵的第三相端口与所述第三相交流输电线路连接；所述换流站包括模块化多电平矩阵变换器。5.根据权利要求4所述的风力发电机组输电系统，其特征在于，所述交流风力发电机组矩阵包括三组交流风力发电机组，每组交流风力发电机组矩阵包括m2台交流风力发电机组，m2为正整数；每组交流风力发电机组中，第一台交流风力发电机组的第一输出端口分别与各自对应的一相交流输电线路连接，各组交流风力发电机组中的最后一台交流风力发电机组的第二输出端口相连接；在m2＞1的情况下，每组交流风力发电机组中m2台交流风力发电机组串联连接。6.根据权利要求4所述的风力发电机组输电系统，其特征在于，所述交流风力发电机组矩阵包括m3台交流风力发电机组，m3为正整数；每台交流风力发电机组包括三相精简矩阵变换器，每台交流风力发电机组中的第一相精简矩阵变换器的输入端口、第二相精简矩阵变换器的输入端口和第三相精简矩阵变换器的输入端口相连接；在m3＞1的情况下，各台交流风力发电机组中的各第一相精简矩阵变换器串联连接，各台交流风力发电机组中的各第二相精简矩阵变换器串联连接，各台交流风力发电机组中的第三相精简矩阵变换器串联连接；在第一台交流风力发电机组内，第一相精简矩阵变换器的第一输出端口与所述第一相交流输电线路连接，第二相精简矩阵变换器的第一输出端口与所述第二相交流输电线路连接，第三相精简矩阵变换器的第一输出端口与所述第三相交流输电线路连接；在最后一台交流风力发电机组内，第一相精简矩阵变换器的第二输出端口、第二相精
简矩阵变换器的第二输出端口和第三相精简矩阵变换器的第二输出端口相连接。7.根据权利要求3或5所述的风力发电机组输电系统，其特征在于，每台所述交流风力发电机组包括叶片、齿轮箱、发电机、单绕组变压器、精简矩阵变换器、第一开关单元、第二开关单元和旁路开关单元，所述第一开关单元位于所述精简矩阵变换器的第一输出端口与所述交流风力发电机组的第一输出端口之间，所述第二开关单元位于所述精简矩阵变换器的第二输出端口与所述交流风力发电机组的第二输出端口之间，所述旁路开关单元位于所述交流风力发电机组的第一输出端口与所述交流风力发电机组的第二输出端口之间。8.根据权利要求7所述的风力发电机组输电系统，其特征在于，所述第一开关单元与所述第二开关单元的通断状态相同，所述第一开关单元与所述旁路开关单元的通断状态相反。9.根据权利要求6所述的风力发电机组输电系统，其特征在于，每台所述交流风力发电机组还包括叶片、齿轮箱、发电机和单绕组变压器，每台所述交流风力发电机组内，所述单绕组变压器分别与所述第一相精简矩阵变换器的输入端口、所述第二相精简矩阵变换器的输入端口、所述第三相精简矩阵变换器的输入端口连接。10.根据权利要求4所述的风力发电机组输电系统，其特征在于，所述模块化多电平矩阵变换器包括三个桥臂功率单元，每个所述桥臂功率单元包括三相桥臂功率子单元；每个所述桥臂功率单元内，第一相桥臂功率子单元的第一端口通过电感器件与所述模块化多电平矩阵变换器的第一相输出端口连接，第二相桥臂功率子单元的第一端口通过电感器件与所述模块化多电平矩阵变换器的第二相输出端口连接，第三相桥臂功率子单元的第一端口通过电感器件与所述模块化多电平矩阵变换器的第三相输出端口连接，第一相桥臂功率子单元的第二端口、第二相桥臂功率子单元的第二端口和第三相桥臂功率子单元的第二端口相连接且与对应的一相交流输电线路连接。

技术总结
本申请公开了一种风力发电机组输电系统，属于风力发电领域。该风力发电机组输电系统，包括依次电连接的交流风力发电机组矩阵、交流输电线路、换流站、换流变压器和交流电网；交流输电线路用于传输低频交流电或分频交流电，低频交流电和分频交流电为频率低于工频的交流电。根据本申请实施例能够简化输电系统的结构。构。构。


技术研发人员：李战龙 杨有涛 杨志千
受保护的技术使用者：新疆金风科技股份有限公司
技术研发日：2020.11.23
技术公布日：2022/5/25