配電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種配電系統(tǒng)，諸如航海配電和推進(jìn)系統(tǒng)(20)。系統(tǒng)包括ac母線(2)和多個(gè)有源前端(AFE)電力轉(zhuǎn)換器(4，22)。每個(gè)AFE電力轉(zhuǎn)換器(4，22)包括連接到母線(2)的第一有源整流器/逆變器(6)和連接到諸如電推進(jìn)馬達(dá)的電負(fù)載(M1…M4)的第二有源整流器/逆變器(8)。電源(PS1…PS3)連接到AFE電力轉(zhuǎn)換器(22)的dc鏈路(24)，并且可在電力管理控制器或電力管理系統(tǒng)(PMS)的控制下操作。
【專利說(shuō)明】配電系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及配電系統(tǒng)，并且特別地，涉及這樣的系統(tǒng)，即，可在船舶或近海船上使用該系統(tǒng)，而且該系統(tǒng)結(jié)合了額外電源，以在主發(fā)電機(jī)無(wú)法操作時(shí)提供電力。這樣的系統(tǒng)可集成到傳統(tǒng)的航海配電和推進(jìn)系統(tǒng)中。但將理解的是，本發(fā)明不限于在船舶或近海船上使用，而是本發(fā)明也可應(yīng)用于例如陸上配電系統(tǒng)。
[0002]術(shù)語(yǔ)“船舶”意于包括船、鉆井裝置和任何其它在水面前進(jìn)的船舶或平臺(tái)或可潛入水中的(潛水艇)船舶。
【背景技術(shù)】
[0003]配電系統(tǒng)是眾所周知的。在圖1a中顯示的航海配電和推進(jìn)系統(tǒng)的典型布置中，多個(gè)ac發(fā)電機(jī)GP..G4對(duì)傳送定頻配電電壓(諸如690V、60Hz)的母線或開(kāi)關(guān)板2提供ac電力。每個(gè)發(fā)電機(jī)都稱合到諸如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)0Ρ..?4的原動(dòng)機(jī)。
[0004]電推進(jìn)馬達(dá)ML...Μ4借助于居間電力轉(zhuǎn)換器4而連接到母線2。推進(jìn)馬達(dá)ΜΡ..Μ4可為任何適當(dāng)?shù)念愋秃徒Y(jié)構(gòu)，并且可以可選地配置成驅(qū)動(dòng)螺旋槳軸或其它推進(jìn)系統(tǒng)，諸如推進(jìn)器。
[0005]在一些布置中，居間電力轉(zhuǎn)換器4可為有源前端(AFE)電力轉(zhuǎn)換器。AFE電力轉(zhuǎn)換器典型地包括具有連接到母線2的ac端的第一有源整流器/逆變器6和具有連接到推進(jìn)馬達(dá)ΜΡ..Μ4的ac端的第二有源整流器/逆變器8。第一和第二有源整流器/逆變器6、8的dc端通過(guò)dc鏈路10而連接在一起。諧波濾波器12通常連接到第一有源整流器/逆變器6的ac端，即，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)上，以確保諧波電壓和電流被消除。例如，AFE電力轉(zhuǎn)換器可實(shí)現(xiàn)為由英國(guó)拉格比市鮑頓路的GE能源電力轉(zhuǎn)換英國(guó)有限公司供應(yīng)的MV3000轉(zhuǎn)換器。
[0006]在正常操作中，第一有源整流`器/逆變器6將操作為有源整流器，以對(duì)dc鏈路10供應(yīng)電力，而第二有源整流器/逆變器8將操作為逆變器，以對(duì)關(guān)聯(lián)的推進(jìn)馬達(dá)ΜΡ..Μ4供應(yīng)電力。但是，對(duì)于推進(jìn)馬達(dá)ΜΡ..Μ4，相反的操作在某些情形中是可行的，諸如再生制動(dòng)。在再生制動(dòng)期間，推進(jìn)馬達(dá)ΜΡ..Μ4產(chǎn)生電力，所述電力可饋送回母線2。在此情形中，第二有源/整流器8將操作為有源整流器，以將產(chǎn)生的電力供應(yīng)給dc鏈路10，而第一有源整流器/逆變器6將操作為逆變器，以將電力供應(yīng)給母線2。
[0007]每個(gè)有源整流器/逆變器6、8將典型地具有適當(dāng)?shù)耐負(fù)洌渲?，使用脈寬調(diào)制(PWM)策略來(lái)完全控制和調(diào)整半導(dǎo)體電力開(kāi)關(guān)裝置。
[0008]母線2可配備有具有斷路器和關(guān)聯(lián)的控件的保護(hù)開(kāi)關(guān)設(shè)備。母線2典型地將分成通過(guò)連接件14互連的一對(duì)母線段2a、2b (例如，左舷與右舷)。配電系統(tǒng)的實(shí)際布置典型地將取決于冗余度，這對(duì)船舶是特別重要的。
[0009]發(fā)電機(jī)GP"G4和電力轉(zhuǎn)換器4可通過(guò)斷路器16、18和關(guān)聯(lián)的控件或其它開(kāi)關(guān)部件而連接到母線2。
[0010]傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)可具有任何適當(dāng)數(shù)量和類型的發(fā)電機(jī)，以及任何適當(dāng)?shù)哪妇€配置,這取決于電力產(chǎn)生和配電要求。[0011]有時(shí)船舶能夠在主發(fā)電機(jī)Gl…G4離線時(shí)操作將是更可取的。這可包括當(dāng)船舶在港內(nèi)的時(shí)候，或者當(dāng)需要試圖并且最小化對(duì)環(huán)境有害的排氣的排放(諸如氮氧化物(N0X)、二氧化碳(CO2),以及與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)Dl…D4的燃燒過(guò)程有關(guān)的其它污染物)時(shí)。也有時(shí)候發(fā)電機(jī)Gl…G4可能由于關(guān)鍵故障或?yàn)榱税踩蚨x線。因此將容易地理解，在通常由主發(fā)電機(jī)Gl…G4提供的電力不可用時(shí)需要一種備選電源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明提供一種配電系統(tǒng)，其包括: ac母線；
電力轉(zhuǎn)換器(即，有源前端(AFE)電力轉(zhuǎn)換器)，其包括:具有ac端和dc端的第一有源整流器/逆變器，ac端連接到ac母線；以及具有ac端和dc端的第二有源整流器/逆變器，ac端連接到電負(fù)載，第一和第二有源整流器/逆變器的dc端通過(guò)dc鏈路而連接在一起；以及
電源，其連接到dc鏈路，并且操作來(lái)通過(guò)第一有源整流器/逆變器選擇性地對(duì)ac母線提供電力，和/或通過(guò)第二有源整流器/逆變器選擇性地對(duì)電負(fù)載提供電力。
[0013]本發(fā)明另外提供一種操作配電系統(tǒng)的方法，其包括: ac母線；
電力轉(zhuǎn)換器，其包括具有ac端和dc端的第一有源整流器/逆變器，ac端連接到ac母線；以及具有ac端和dc 端的第二有源整流器/逆變器，ac端連接到電負(fù)載，第一和第二有源整流器/逆變器的dc端通過(guò)dc鏈路而連接在一起；以及連接到dc鏈路的電源；
方法包括以下步驟:控制電源，以通過(guò)第一有源整流器/逆變器選擇性地對(duì)ac母線提供電力，和/或通過(guò)第二有源整流器/逆變器選擇性地對(duì)電負(fù)載提供電力。
[0014]電源對(duì)配電系統(tǒng)提供額外dc電力供應(yīng)，或者提供備選地額外ac電力供應(yīng)，只要電源借助于適當(dāng)?shù)腁C/DC電力轉(zhuǎn)換器而連接到dc鏈路。當(dāng)主電力供應(yīng)(例如對(duì)母線提供電力的發(fā)電機(jī))不知為何不可用時(shí)，這種額外電力供應(yīng)可用來(lái)選擇性地對(duì)配電系統(tǒng)提供電力。
[0015]在實(shí)踐中，可使用任何適當(dāng)?shù)碾娫?。在一個(gè)實(shí)施例中電源僅能夠產(chǎn)生電力，以及將電力輸出到配電系統(tǒng)中，而且可為能量產(chǎn)生裝置，諸如燃料電池，或者可從諸如風(fēng)、波或潮汐流、太陽(yáng)等可再生源中抽取能量的裝置。例如，電源可為風(fēng)力渦輪、海底渦輪、波發(fā)生器或光電收集器。電源也可為具有關(guān)聯(lián)的原動(dòng)機(jī)(例如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)或渦輪)的輔助發(fā)電機(jī)。這種輔助發(fā)電機(jī)可提供dc輸出或ac輸出，要理解的是，在后一種情況下，輔助發(fā)電機(jī)將借助于適當(dāng)?shù)腁C/DC電力轉(zhuǎn)換器而連接到dc鏈路。但是，電源能夠由配電系統(tǒng)充電，以及將電力放電或輸出到配電系統(tǒng)中是大體優(yōu)選的。例如，電源可為具有非常高的感應(yīng)電值且能夠以高壓水平操作的能量存儲(chǔ)和輸出裝置，諸如電池、超電容器或超級(jí)電容器。能量存儲(chǔ)和輸出裝置也可為其中機(jī)械地存儲(chǔ)能量的飛輪。在這種情況下，電源可操作來(lái)通過(guò)第一有源整流器/逆變器選擇性地對(duì)ac母線提供電力，和/或通過(guò)第二有源整流器/逆變器選擇性地對(duì)電負(fù)載提供電力，以及通過(guò)第一有源整流器/逆變器選擇性地接收來(lái)自ac母線的電力，和/或通過(guò)第二有源整流器/逆變器選擇性地接收來(lái)自電負(fù)載的電力，即，為了充電和能量存儲(chǔ)目的。[0016]配電系統(tǒng)可進(jìn)一步包括連接到母線且具有關(guān)聯(lián)的原動(dòng)機(jī)(例如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪等)的ac發(fā)電機(jī)。配電系統(tǒng)可具有任何適當(dāng)數(shù)量和類型的發(fā)電機(jī)和關(guān)聯(lián)的原動(dòng)機(jī)，以及任何適當(dāng)?shù)哪妇€配置，這取決于電力產(chǎn)生和配電要求。發(fā)電機(jī)(一個(gè)或多個(gè))的目的通常是對(duì)配電系統(tǒng)提供主電源，并且發(fā)電機(jī)(一個(gè)或多個(gè))將典型地設(shè)計(jì)成滿足期望操作負(fù)載要求。
[0017]母線可配備有具有斷路器和關(guān)聯(lián)的控件的保護(hù)開(kāi)關(guān)設(shè)備，而且可分成母線段。
[0018]在航海配電和推進(jìn)系統(tǒng)的情況下，電負(fù)載則可為任何適當(dāng)類型和結(jié)構(gòu)的推進(jìn)馬達(dá)或推進(jìn)器馬達(dá)，并且可以可選地配置成驅(qū)動(dòng)螺旋槳軸或推進(jìn)器系統(tǒng)。AFE電力轉(zhuǎn)換器可用來(lái)以傳統(tǒng)的方式控制推進(jìn)馬達(dá)或推進(jìn)器馬達(dá)的速度和扭矩。電負(fù)載也可為第二 ac母線，例如借助于AFE電力轉(zhuǎn)換器和可選的變壓器而連接到主ac母線且典型地可傳送比主ac母線更低的配電電壓的母線。在這種情況下，放電到AFE電力轉(zhuǎn)換器的dc鏈路中的電力可提供給主ac母線和第二 ac母線中的一個(gè)或兩者，這取決于如何啟用AFE電力轉(zhuǎn)換器的第一和第二有源整流器/逆變器。第二 ac母線典型地將傳送定頻配電電壓，以確保諸如泵、馬達(dá)、風(fēng)扇等的傳統(tǒng)配電裝備(以及在合適的情況下，船舶設(shè)施)可連接到配電系統(tǒng)。但是，主ac母線可以可選地傳送變頻配電電壓。配電系統(tǒng)可包括適合變頻操作的電開(kāi)關(guān)設(shè)備。主ac母線和第二 ac母線可通過(guò)AFE電力轉(zhuǎn)換器和可選的變壓器(例如降壓變壓器)而連接在一起。換句話說(shuō)，借助于適于提供定頻輸出且針對(duì)配電裝備而額定的AFE電力轉(zhuǎn)換器，定頻配電電壓可源自主ac母線所傳送的變頻配電電壓。
[0019]配電系統(tǒng)可具有任何適當(dāng)數(shù)量的電負(fù)載，每個(gè)通過(guò)關(guān)聯(lián)的AFE電力轉(zhuǎn)換器而連接到母線。因此整體配電系統(tǒng)可包括兩個(gè)或更多電源，每個(gè)電源連接到相應(yīng)的AFE電力轉(zhuǎn)換器的dc鏈路。這對(duì)配電系統(tǒng)提供冗余，其對(duì)船舶往往是特別重要的。兩個(gè)或更多額外的電源也可直接或者借助于適當(dāng)?shù)木娱g電力轉(zhuǎn)換器而連接到特定的AFE電力轉(zhuǎn)換器的同一 dc鏈路。配電系統(tǒng)可包括多個(gè)不同的電源，包括額外dc和ac電力供應(yīng)兩者的組合。電源典型地被控制，以采用協(xié)同方式操作。控制每個(gè)電源的控件可集成到整體配電系統(tǒng)的電力管理控制器或電力管理系統(tǒng)(PMS)中，或者與其協(xié)同。將每個(gè)電源集成到PMS中可對(duì)電力中斷預(yù)防提供另一層保護(hù)，并且可用來(lái)對(duì)配電系統(tǒng)進(jìn)行自行起動(dòng)。電力管理控制器或PMS可以可選地控制配電系統(tǒng)的任何構(gòu)件，除其它之外，包括電源(一個(gè)或多個(gè))、居間電力轉(zhuǎn)換器(一個(gè)或多個(gè))、隔離開(kāi)關(guān)(一個(gè)或多個(gè))、控制器(一個(gè)或多個(gè))等?？墒褂萌魏芜m當(dāng)?shù)目刂撇呗浴?br> [0020]每個(gè)發(fā)電機(jī)和/或每個(gè)AFE電力轉(zhuǎn)換器可通過(guò)斷路器和關(guān)聯(lián)的控件或其它開(kāi)關(guān)部件而連接到母線上。
[0021]限定額外的dc電力供應(yīng)的電源可直接連接到關(guān)聯(lián)的AFE電力轉(zhuǎn)換器的dc鏈路，但典型地將借助于在dc鏈路電壓和電源的dc端電壓之間提供相容性的居間DC/AC電力轉(zhuǎn)換器而連接。這允許dc端電壓不依賴于dc鏈路電壓達(dá)整體設(shè)計(jì)所容許的程度，并且允許使用不同類型的電源。如果電源是電池、超電容器或超級(jí)電容器，其中，電壓輸出與存儲(chǔ)能量有關(guān)，則可最大化電池容量的可用性，不管其充電狀態(tài)(SoC)電壓如何。DC/DC電力轉(zhuǎn)換器可為任何適當(dāng)?shù)念愋停⑶揖哂腥魏芜m當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，例如降壓/升壓轉(zhuǎn)換器。如果電源僅能夠?qū)㈦娏敵龅脚潆娤到y(tǒng)中，則DC/DC電力轉(zhuǎn)換器可配置用于單向電力流。但如果電源能夠充電和放電，則DC/DC電力轉(zhuǎn)換器必須配置用于雙向電力流。限定額外的ac電力供應(yīng)的電源必須借助于在dc鏈路電壓和電源的ac端電壓之間提供相容性的居間AC/DC電力轉(zhuǎn)換器，來(lái)連接到關(guān)聯(lián)的AFE電力轉(zhuǎn)換器的dc鏈路。AC/DC電力轉(zhuǎn)換器可為任何適當(dāng)?shù)念愋?，并且具有任何適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)。
[0022]將電源連接到AFE電力轉(zhuǎn)換器的dc鏈路避免到主ac母線或開(kāi)關(guān)板中的任何直接連接-無(wú)需額外的開(kāi)關(guān)板機(jī)殼。這特別可用于其中電源及其關(guān)聯(lián)的構(gòu)件集成到現(xiàn)有配電系統(tǒng)中的改型應(yīng)用。它還意味著應(yīng)用于母線的保護(hù)和故障清除策略不受影響或約束。預(yù)期與發(fā)電機(jī)相比，電源及其關(guān)聯(lián)的構(gòu)件(諸如居間電力轉(zhuǎn)換器)在短路故障條件期間將具有高阻抗。
[0023]每個(gè)AFE電力轉(zhuǎn)換器典型地將包括其本身的控制器，以控制有源整流器/逆變器的操作。用來(lái)將電源連接到AFE電力轉(zhuǎn)換器的dc鏈路的任何居間電力DC/AC或AC/DC電力轉(zhuǎn)換器典型地也將包括其本身的控制器。
[0024]每個(gè)電源典型地也將包括其本身的控制器。除了控制電源的充電/放電之外，控制器有時(shí)也可控制或監(jiān)測(cè)其它操作參數(shù)，諸如溫度、存儲(chǔ)容量等，以及提供安全超馳能力，以在例如有故障的情況下斷開(kāi)或關(guān)閉電源。控制器可以可選地與外部裝備對(duì)接，以達(dá)到監(jiān)測(cè)目的，或者遠(yuǎn)程地控制電源。所有控制器都可借助于例如局域網(wǎng)(LAN)或內(nèi)部以太網(wǎng)協(xié)議而對(duì)接到整體電力管理控制器或PMS，并且可選地對(duì)接到用于協(xié)同控制策略的一個(gè)或多個(gè)其它控制器。換句話說(shuō)，單獨(dú)的控制器(包括整體電力管理控制器或PMS)中的兩個(gè)或更多可對(duì)接或連接在一起，以提供協(xié)同響應(yīng)來(lái)滿足配電要求。將單獨(dú)的控制器中的兩個(gè)或更多的功能性集成到一個(gè)物理控制器上也是可能的，如果這提供實(shí)際好處的話。
[0025]在電源僅能夠?qū)㈦娏敵龅脚潆娤到y(tǒng)中的情況下，則電源可被控制，以提供以下電力流模式中的一個(gè)或多個(gè):
(i)電力僅從電源流到ac母線，
(ii)電力僅從電源流到電負(fù)載，
(iii)電力從ac母線和電源兩者流到電負(fù)載，
(iv)電力從電源和電負(fù)載兩者流到ac母線，以及
(v)電力從電源流到ac母線和電負(fù)載兩者。
[0026]優(yōu)選地，將能夠在合適的時(shí)候提供對(duì)配電系統(tǒng)的操作有益的所有電力流模式。
[0027]當(dāng)將電力輸出到配電系統(tǒng)時(shí)，存在電源的兩個(gè)主要操作模式。或者可在獨(dú)立模式中操作，其中，其是對(duì)配電系統(tǒng)的唯一電源(例如，發(fā)電機(jī)是離線的)，或者在組合模式中操作，其中，電力還由例如發(fā)電機(jī)或船到岸供應(yīng)提供。獨(dú)立模式將包括其中另一個(gè)電源通過(guò)其關(guān)聯(lián)的AFE電力轉(zhuǎn)換器來(lái)將電力供應(yīng)給母線的情形，即，兩個(gè)或更多電源同時(shí)在獨(dú)立模式中操作，以支持其它連接的電負(fù)載。
[0028]在獨(dú)立模式中，電力則可通過(guò)AFE電力轉(zhuǎn)換器的第一有源整流器/逆變器而提供給母線(模式(i))，使得電力可提供給可連接到母線的任何其它電負(fù)載。這可包括例如連接到第二 ac母線的任何電負(fù)載，第二 ac母線借助于變壓器和/或電力轉(zhuǎn)換器而連接到主ac母線。在模式(i)中，AFE電力轉(zhuǎn)換器的第二有源整流器/逆變器將不操作。
[0029]電力也可通過(guò)AFE電力轉(zhuǎn)換器的第二有源整流器/逆變器而提供給電負(fù)載(模式
(ii))。在模式(ii)中，AFE電力轉(zhuǎn)換器的第一有源整流器/逆變器將不操作。在航海配電和推進(jìn)系統(tǒng)的情況下，模式(ii)則可用于使用動(dòng)態(tài)定位(DP)系統(tǒng)的船舶，其中，船舶在關(guān)鍵情形下保持在特定的目標(biāo)區(qū)域內(nèi)，或者其中，要求僅對(duì)關(guān)聯(lián)的推進(jìn)馬達(dá)或推進(jìn)器馬達(dá)使用由電源供應(yīng)的電力。在一些布置中，推進(jìn)電力可單獨(dú)由消除對(duì)操作發(fā)電機(jī)和關(guān)聯(lián)的原動(dòng)機(jī)的需要的電源提供-從而允許在船舶接近港口，或者在某些控制區(qū)域(例如征收NOx稅的區(qū)域)內(nèi)時(shí)，安靜地操作，或者最小化廢氣排放。
[0030]在組合模式中，電力則可從母線和電源兩者提供給電負(fù)載(模式(iii))。這可為有用的，如果存在提高的負(fù)載要求的話，因?yàn)檫@可避免需要發(fā)起額外的發(fā)電機(jī)的起動(dòng)、同步和加載，或者在可使額外的發(fā)電機(jī)上線之前，這可暫時(shí)對(duì)電負(fù)載提供額外電力。還可允許配電系統(tǒng)滿足提高的負(fù)載要求，同時(shí)允許原動(dòng)機(jī)以最佳輸出效率操作。在航海配電和推進(jìn)系統(tǒng)的情況下，則模式(iii)可用于電力要求大但短期的船舶，例如起拋錨設(shè)備。在起拋錨操作下，電源可提供“峰值斬(lopping)”，以滿足短期電力要求，而主發(fā)電機(jī)僅需要滿足船舶的穩(wěn)態(tài)電力要求。
[0031]電力也可從電源和電負(fù)載兩者提供給母線(模式(iv))。將容易地理解，此模式需要電力由電負(fù)載提供。在其中電負(fù)載是推進(jìn)馬達(dá)或推進(jìn)器馬達(dá)的航海配電和推進(jìn)系統(tǒng)的情況下，則在制動(dòng)時(shí)，電力可從推進(jìn)馬達(dá)或推進(jìn)器馬達(dá)再生回到母線。額外的電力可從電源提供給母線，如果可連接到母線的任何其它電負(fù)載需要這樣的話。
[0032]電力也可從電源提供給母線和電負(fù)載兩者(模式(V))。
[0033]在電源也能夠由配電系統(tǒng)充電的情況下，則電源被控制，以提供以下電力流模式中的一個(gè)或多個(gè):
(i)電力僅從電源流到ac母線，
(ii)電力僅從電源流到電負(fù)載，
(iii)電力從ac母線和電源兩者流到電負(fù)載，
(iv)電力從電源和電負(fù)載兩者流到ac母線，
(v)電力從電源流到ac母線和電負(fù)載兩者，
(vi)電力僅從ac母線流到電源，
(vii)電力僅從電負(fù)載流到電源，
(viii)電力從ac母線流到電負(fù)載和電源兩者，
(ix)電力從電負(fù)載流到ac母線和電源兩者，以及
(x)電力從ac母線和電負(fù)載兩者流到電源。
[0034]優(yōu)選地，將能夠在合適的時(shí)候提供有益于配電系統(tǒng)的操作的所有電力流模式。
[0035]在上面描述了模式(i)至(V)，并且當(dāng)電源在獨(dú)立模式或組合模式中將電力放電到或輸出到配電系統(tǒng)中時(shí)，使用模式(i)至(V)。當(dāng)配電系統(tǒng)正對(duì)電源充電時(shí)，使用模式
(vi)至(X)。
[0036]電力可通過(guò)AFE電力轉(zhuǎn)換器的第一有源整流器/逆變器來(lái)僅從母線流到電源，以對(duì)電源充電(模式(vi))。在模式(vi)中，AFE電力轉(zhuǎn)換器的第二有源整流器/逆變器將不操作。用于對(duì)電源充電的電力可來(lái)自發(fā)電機(jī)、船到岸供應(yīng)，或者甚至例如連接到另一個(gè)AFE電力轉(zhuǎn)換器的dc鏈路的另一個(gè)電源。電力也可從母線流到電負(fù)載和電源兩者(模式
(viii))，使得電源在電力提供給電負(fù)載的同時(shí)充電。
[0037]如果電力正由電負(fù)載提供(例如在制動(dòng)時(shí)，電力正由推進(jìn)馬達(dá)或推進(jìn)器馬達(dá)再生)，則電力可僅用來(lái)通過(guò)AFE電力轉(zhuǎn)換器的第二有源整流器逆變器對(duì)電源充電(模式(vii))。在模式(vii)中，AFE電力轉(zhuǎn)換器的第一有源整流器/逆變器將不操作。電源可由電負(fù)載充電，同時(shí)電力再生回到母線(模式(ix))，或者同時(shí)電力從母線流出(模式X)，即，其中電源同時(shí)由母線和電負(fù)載兩者充電。
[0038]將容易地理解，電源也可與dc鏈路斷開(kāi)，或者被禁用，使得電力通過(guò)AFE電力轉(zhuǎn)換器，以傳統(tǒng)的方式，在母線和電負(fù)載之間流動(dòng)(模式(xi)和(xii))。
[0039]各種操作模式和/或電力流模式可由電力管理控制器或PMS選擇，以及由單獨(dú)的控制器實(shí)現(xiàn)。例如，AFE電力轉(zhuǎn)換器的控制器可啟用和禁用AFE電力轉(zhuǎn)換器的第一和第二有源整流器/逆變器，以及控制流過(guò)它們的電力的方向。電源和任何居間DC/DC或AC/DC電力轉(zhuǎn)換器的控制器可在合適的情況下在放電或充電模式期間控制電力流。AFE電力轉(zhuǎn)換器的合適的有源整流器/逆變器可在電力中斷的情況下啟用。也可以可選地基于手動(dòng)輸入(例如通過(guò)操作者接口)來(lái)選擇操作和/或電力流模式。
[0040]在表I至3中概括了關(guān)于其中電負(fù)載是推進(jìn)馬達(dá)或推進(jìn)器馬達(dá)的航海配電和推進(jìn)系統(tǒng)的各種模式。NB是第一有源整流器/逆變器或網(wǎng)絡(luò)橋，MB是第二有源整流器/逆變器或馬達(dá)橋，PS是電源，而PC是居間電力轉(zhuǎn)換器。當(dāng)啟用時(shí)，網(wǎng)絡(luò)橋的正(+ve)模式表示電力從母線流到dc鏈路，以及網(wǎng)絡(luò)橋操作為有源整流器，而負(fù)(_ve)模式則表示電力從dc鏈路流到母線，以及網(wǎng)絡(luò)橋操作為逆變器。馬達(dá)橋的正模式表示電力從dc鏈路流到推進(jìn)馬達(dá)或推進(jìn)器馬達(dá)，以及馬達(dá)橋操作為逆變器，而負(fù)模式則表示電力從馬達(dá)流到dc鏈路，以及馬達(dá)橋操作為有源整流器。
[0041]因此將容易地理解，對(duì)于傳統(tǒng)的推進(jìn)操作(模式(Xi))，網(wǎng)絡(luò)橋和馬達(dá)橋兩者都必須啟用，以及在正模式中操作，以使電力從母線供應(yīng)到推進(jìn)馬達(dá)或推進(jìn)器馬達(dá)。類似地，對(duì)于傳統(tǒng)的再生操作(模式(xii))，則網(wǎng)絡(luò)橋和馬達(dá)橋兩者都必須啟用，以及在負(fù)模式中操作，以使電力從推進(jìn)馬達(dá)或推進(jìn)器馬達(dá)供應(yīng)到母線。當(dāng)啟用時(shí)，居間電力轉(zhuǎn)換器的正模式表示電力從電源流到dc鏈路(放電或輸出)，而負(fù)模式則表示電力從dc鏈路流到電源(充電)。
【權(quán)利要求】
1.一種配電系統(tǒng)(20 ;50),包括: ac母線⑵； 電力轉(zhuǎn)換器(22 ;52a)，其包括:具有ac端和dc端的第一有源整流器/逆變器(6)，所述ac端連接到所述ac母線(2);以及具有ac端和dc端的第二有源整流器/逆變器(8)，所述ac端連接到電負(fù)載(Ml ;26)，所述第一和第二有源整流器/逆變器的所述dc端通過(guò)dc鏈路(24)連接在一起；以及 電源(PS1，PS2 ;PS4)，其連接到所述dc鏈路(24)，并且操作來(lái)通過(guò)所述第一有源整流器/逆變器(6)選擇性地對(duì)所述ac母線(2)提供電力，和/或通過(guò)所述第二有源整流器/逆變器(8)選擇性地對(duì)所述電負(fù)載(Ml ；26)提供電力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配電系統(tǒng)(20)，其中，所述電源(PS2)是能量產(chǎn)生裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的配電系統(tǒng)(20)，其中，所述電源(PS2)被控制，以提供以下電力流模式中的一個(gè)或多個(gè): (i)電力僅從所述電源(PS2)流到所述ac母線(2)， (ii)電力僅從所述電源(PS2)流到所述電負(fù)載(M1)， (iii)電力從所述ac母線⑵和所述電源(PS2)兩者流到所述電負(fù)載(Ml)， (iv)電力從所述電 源(PS2)和所述電負(fù)載(Ml)兩者流到所述ac母線(2)，以及 (v)電力從所述電源(PS2)流到所述ac母線⑵和所述電負(fù)載(Ml)兩者。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配電系統(tǒng)(20;50)，其中，所述電源(PSl ；PS4)是能量存儲(chǔ)和輸出裝置，其操作來(lái)通過(guò)所述第一有源整流器/逆變器(6)選擇性地對(duì)所述ac母線(2)提供電力，和/或通過(guò)所述第二有源整流器/逆變器(8)選擇性地對(duì)所述電負(fù)載(Ml ；26)提供電力，以及通過(guò)所述第一有源整流器/逆變器(6)選擇性地接收來(lái)自所述ac母線(2)的電力，和/或通過(guò)所述第二有源整流器/逆變器(8)選擇性地接收來(lái)自所述電負(fù)載(Ml ；26)的電力。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的配電系統(tǒng)(20;50)，其中，所述電源(PSl ；PS4)被控制，以提供以下電力流模式中的一個(gè)或多個(gè): (i)電力僅從所述電源(PSl；PS4)流到所述ac母線(2)， (ii)電力僅從所述電源(PSl；PS4)流到所述電負(fù)載(Ml ;26)， (iii)電力從所述ac母線⑵和所述電源(PSl；PS4)兩者流到所述電負(fù)載(Ml ;26)， (iv)電力從所述電源(PSl；PS4)和所述電負(fù)載(Ml ；26)兩者流到所述ac母線(2)， (v)電力從所述電源(PSl；PS4)流到所述ac母線⑵和所述電負(fù)載(Ml ；26)兩者， (vi)電力僅從所述ac母線(2)流到所述電源(PSl；PS4), (vii)電力僅從所述電負(fù)載(Ml；26)流到所述電源(PSl ；PS4), (viii)電力從所述ac母線⑵流到所述電負(fù)載(Ml；26)和所述電源(PSl ；PS4)兩者， (ix)電力從所述電負(fù)載(Ml；26)流到所述ac母線⑵和所述電源(PSl ；PS4)兩者，以及 (x)電力從所述ac母線⑵和所述電負(fù)載(Ml；26)兩者流到所述電源(PSl ;PS4)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的配電系統(tǒng)(20)，其中，所述電源(PS3)可選地借助于電力轉(zhuǎn)換器(42)而連接到另一個(gè)電源(40)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的配電系統(tǒng)(20;50)，進(jìn)一步包括連接在所述電源(PSI ；PS4)和所述dc鏈路(24)之間的電力轉(zhuǎn)換器(34 ；58)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的配電系統(tǒng)(20;50)，其中，所述dc鏈路(22)不包括電抗器。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的配電系統(tǒng)(20;50)，其中，在所述第一有源整流器/逆變器出)的所述ac端和所述ac母線(2)之間的連接不包括變壓器。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的配電系統(tǒng)(20;50)，進(jìn)一步包括連接到所述ac母線(2)的ac發(fā) 電機(jī)(Gl)，并且具有關(guān)聯(lián)的原動(dòng)機(jī)(Dl)。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK103762613SQ201310423679
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2013年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月17日
【發(fā)明者】S.P.哈森, N.J.克拉克 申請(qǐng)人:通用電氣能源能量變換技術(shù)有限公司