[发明专利]具有DC输出的基于涡轮的能量产生系统

说明书

技术领域

本申请涉及基于涡轮的能量产生系统，并更具体地涉及具有DC输出的基于涡轮的能量产生系统。

背景技术

来自涡轮的能量被转换为一种适于从多个涡轮收集能量的形式。优选以具有成本效益地、安全地并且几乎没有系统故障地来完成。

US20110049994A1描述了一种具有DC收集的风电场，其中塔架中的功率转换链包括发电机和具有单极模块的模块化多级(MMC)整流器。US8174138B2和WO2011055175A1描述了一种风力发电机-整流器设置，其具有在DC侧上堆叠的整流模块。US20100133901A1描述了一种功率输送系统，其在DC传输线的任一端具有相同的堆叠的模块化变换器。US8018083B2描述了一种风力发电机-整流器设置，其具有矩阵变换器、升压变压器和为高电压DC收集电网馈电的整流器。US7324359B2描述了一种风力发电机-整流器设置，其具有多绕组升压变压器，其为DC侧上堆叠的两级整流器模块馈电。WO2012041380A1描述了一种MMC整流器，其具有产生单极电压的单极模块和产生双极电压的双极模块两者，用于使得能够具有故障处理能力。WO2012048743A1描述了基于集群平台的解决方案，其在风塔中使用数量降低的部件。

发明内容

本文描述了一种基于涡轮的能量产生系统，其包括用于将来自涡轮的机械能转换成AC电能的发电机，以及将AC电能转换成DC电能的变换器。升压变压器被提供在发电机和变换器之间。升压变压器增加了系统的DC输出电压，提供到发电机的高压隔离，并能更有效的进行能量收集。

根据能量产生系统的一个实施例，该系统包括涡轮、发电机、升压变压器和变换器。涡轮可操作为从流体流动提取能量，例如空气或其他气体，或水或其它液体。发电机可操作为将来自涡轮的机械能转换为AC电能。升压变压器可操作为将来自发电机的较低电压的AC电能转换为较高电压。该变换器可操作为将较高电压的AC电能转换为DC电能。该变换器包括用于AC电能的一相的变换器支路。该变换器支路具有上臂和下臂，上臂具有第一多个子模块，下臂具有第二多个子模块。每个子模块可操作用于作为受控电压源工作。

根据一种产生电能方法的一个实施例，所述方法包括：从流体流动中提取能量；将所提取的能量转换为机械能；将机械能转换为AC电能；使用升压变压器将较低电压的AC电能转换为较高电压；以及使用变换器将较高电压的AC电能转换为DC电能，该变换器包括用于AC电能的一相的变换器支路，该变换器支路具有上臂和下臂，上臂具有第一多个子模块，下臂具有第二多个子模块，每个子模块可操作用于作为受控电压源工作。

根据能量产生系统的另一个实施例，该系统包括多个涡轮，每个涡轮可操作为从流体流动中提取能量，并将所提取的能量转换为机械能，多个发电机，每个发电机可操作为将来自涡轮中的一个涡轮的机械能转换为AC电能；以及多个升压变压器，每个升压变压器可操作为将来自发电机中的一个发电机的较低电压的AC电能转换为较高电压。该系统还包括多个变换器，每个变换器可操作为将来自升压变压器中的一个升压变压器的较高电压的AC电能转换为DC电能。每个变换器包括用于耦合到该变换器的AC电能的每一相的变换器支路。每个变换器支路具有上臂和下臂，上臂具有第一多个子模块，下臂具有第二多个子模块。每个子模块可操作用于作为受控电压源工作。

在阅读以下详细描述并且查看了附图之后，本领域技术人员将认识到附加的特征和优点。

附图说明

附图中的部件不必按比例绘制，而是把重点放在举例说明本发明的原理。此外，在附图中，相同的参考标记表示相应的部件。在附图中：

图1示出了基于涡轮的能量产生系统的一个实施例的框图，该系统包括用于将发电机耦合到变换器的升压变压器；

图2示出了基于涡轮的能量产生系统的变换器中包括的单极单元的一个实施例的示意图；

图3示出了基于涡轮的能量产生系统的变换器中包括的双极单元的一个实施例的示意图；

图4示出了部署在风塔应用中的基于涡轮的能量产生系统的一个实施例的框图；

图5示出了基于涡轮的能量产生系统的升压变压器的一个实施例的框图；

图6示出了基于涡轮的能量产生系统的升压变压器和变换器的一个实施例的框图；

图7示出了部署在高压风力发电场应用中的基于涡轮的能量产生系统的一个实施例的框图；

图8示出了部署在高压风力发电场应用中的基于涡轮的能量产生系统的另一个实施例的框图；