用于電力供應(yīng)單元的dc供電單元的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種用于在DC供電網(wǎng)絡(luò)中使用的電力供應(yīng)單元的DC供電單元(9-1)。該DC供電單元包括第一電流阻斷設(shè)備(17)，該第一電流阻斷設(shè)備(17)被布置為允許電流以第一方向(19-1)流通通過該第一電流阻斷設(shè)備(17)并且阻斷在與第一方向(19-1)相反的第二方向(19-2)中流動(dòng)的電流。在這種環(huán)境中，第一方向是電流在該DC供電網(wǎng)絡(luò)的正常操作期間的流動(dòng)方向。該DC供電單元(9-1)進(jìn)一步包括第一開關(guān)單元(21)，該第一開關(guān)單元(21)被布置為與該第一電流阻斷設(shè)備(17)反并聯(lián)連接，其中該第一開關(guān)單元(21)可被控制以在其開啟狀態(tài)有選擇地允許反向電流在該DC供電網(wǎng)絡(luò)的正常操作期間以第二方向(19-2)流過該第一開關(guān)單元(21)從而旁路第一電流阻斷單元(17)，并且在該DC供電網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生故障時(shí)以關(guān)斷狀態(tài)阻止第二方向(19-2)中的電流。還提出了一種包括這樣的DC供電單元的電力供應(yīng)單元。
【專利說明】用于電力供應(yīng)單元的DC供電單元

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開總體上涉及電力系統(tǒng)，尤其涉及用于在DC供電網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中使用的電力供應(yīng)單元的DC供電單元。

【背景技術(shù)】
[0002]電力系統(tǒng)通常包括多個(gè)組件，諸如一個(gè)或多個(gè)發(fā)電源、驅(qū)動(dòng)和能量存儲(chǔ)模塊。這些組件通常利用匯流排系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)，電流能夠在該匯流排系統(tǒng)中進(jìn)行流動(dòng)以便向連接至該電力系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)負(fù)載提供功率。
[0003]諸如短路的一些故障點(diǎn)將不可避免地會(huì)出現(xiàn)在電力系統(tǒng)中，出現(xiàn)在匯流排系統(tǒng)中，出現(xiàn)在該系統(tǒng)的組件之一中或者出現(xiàn)在負(fù)載之中。在故障的情況下，重要的是將故障與系統(tǒng)的健康部分進(jìn)行隔離而使得能夠利用健康部分繼續(xù)進(jìn)行正常電力供應(yīng)，并且是為了保護(hù)健康部分免于損壞。為此，電力系統(tǒng)中通常包括保護(hù)系統(tǒng)。
[0004]被布置為對(duì)電力系統(tǒng)中的故障進(jìn)行處理的保護(hù)系統(tǒng)通常包括被布置為對(duì)電力系統(tǒng)中諸如電流的電氣參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控的監(jiān)控設(shè)備，以及由該監(jiān)控設(shè)備所控制的電路斷路器。該電路斷路器以能夠在故障的情況下在電力系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)有選擇的故障隔離的方式進(jìn)行布置。
[0005]現(xiàn)有的保護(hù)系統(tǒng)能夠得到一些應(yīng)用，然而它們是昂貴且占用空間的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]直流(DC)電路斷路器特別龐大，這是因?yàn)榕c交變電流(AC)電路斷路器相反，它們無法依賴于過零點(diǎn)。因此，DC電路斷路器需要更大的氣隙以確保適當(dāng)保護(hù)。結(jié)果，DC電路斷路器通常占用大量空間，并且它們的制造是昂貴的。
[0007]考慮到以上問題，本公開的總體目標(biāo)是提供一種DC供電單元，其使得能夠創(chuàng)建能夠有選擇地對(duì)處理故障的沒有電路斷路器的DC供電網(wǎng)絡(luò)。
[0008]因此，根據(jù)本公開的第一方面，提供了一種DC供電單元，其在一端被布置為連接至DC供電網(wǎng)絡(luò)并且在另一端被布置為連接至電力供應(yīng)單元的內(nèi)部母線，其中該DC供電單元包括:第一電流阻斷設(shè)備和第一開關(guān)單元，第一電流阻斷設(shè)備被布置為允許電流以第一方向通過該第一電流阻斷設(shè)備，該第一方向是電流在該DC供電網(wǎng)絡(luò)的正常操作期間的流動(dòng)方向，并且阻斷以與第一方向相反的第二方向中流動(dòng)的電流，第一開關(guān)單兀以與該第一電流阻斷設(shè)備的反并聯(lián)連接的方式進(jìn)行布置，其中該第一開關(guān)單元可被控制以在其開啟狀態(tài)有選擇地允許反向電流在該DC供電網(wǎng)絡(luò)的正常操作期間以第二方向流過該第一開關(guān)單元從而旁路第一電流阻斷單元，并且在該DC供電網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生故障時(shí)以關(guān)斷狀態(tài)阻止第二方向中的電流。
[0009]通過利用根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)DC供電單元，能夠創(chuàng)建一種在不使用電路斷路器的情況下有選擇地對(duì)故障進(jìn)行處理的DC供電網(wǎng)絡(luò)。為此，電流能夠在DC供電網(wǎng)絡(luò)的正常操作期間流過DC供電單元而使得功率能夠從DC供電網(wǎng)絡(luò)提供至電力供應(yīng)單元。此外，正常操作期間的反向電流由于第一開關(guān)單元處于其開啟狀態(tài)也能夠通過第一開關(guān)單元而流過DC供電單元。此外，當(dāng)DC供電網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生故障時(shí)，第一開關(guān)單元被設(shè)置為其關(guān)斷狀態(tài)，由此阻止電流流過第一開關(guān)單元，因此防止電力供應(yīng)單元向故障提供電流。
[0010]電力供應(yīng)單元在本文被定義為如下單元，該單元式諸如能量存儲(chǔ)單元的被布置為向DC供電網(wǎng)絡(luò)提供反向電力的單元，或者是諸如驅(qū)動(dòng)單元的被布置為向連接至DC供電網(wǎng)絡(luò)的電機(jī)或類似電子設(shè)備提供電力的單元。
[0011 ] 一個(gè)實(shí)施例包括用于將DC供電單元連接至DC供電網(wǎng)絡(luò)以及電力供應(yīng)單元的第一導(dǎo)線和第二導(dǎo)線，其中第一電流阻斷設(shè)備和第一開關(guān)單元中的每一個(gè)均具有連接至第二導(dǎo)線的相應(yīng)輸入端子和輸出端子。
[0012]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該第一電流阻斷設(shè)備是無源電流阻斷設(shè)備。
[0013]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該第一電流阻斷設(shè)備是二極管。
[0014]一個(gè)實(shí)施例包括連接至第二導(dǎo)線的電感器。因此，可以在故障期間提供電流受控的反向饋送，因此使得能夠?qū)Π姵鼗虺?jí)電容器進(jìn)行饋送的DC-DC斬波器的電力供應(yīng)單元進(jìn)行保護(hù)。
[0015]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該第一電流阻斷設(shè)備以在第一方向流動(dòng)的電流旁路該電感器的方式而與該第一開關(guān)單元和該電感器并聯(lián)連接。
[0016]一個(gè)實(shí)施例包括與第一電流阻斷設(shè)備并聯(lián)連接的第二開關(guān)單元。
[0017]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該第二開關(guān)單元是晶閘管。
[0018]一個(gè)實(shí)施例包括與第二開關(guān)單元并聯(lián)連接的第三電流阻斷設(shè)備，該第三電流阻斷設(shè)備被布置為允許電流以第二方向進(jìn)行流動(dòng)通過該第三電流阻斷設(shè)備，并且其中該第三電流阻斷設(shè)備被布置為阻斷以第一方向中流動(dòng)的電流。
[0019]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該第二開關(guān)單元以在第一方向流動(dòng)的電流旁路該第三電流阻斷設(shè)備的方式而被布置為與該第三電流阻斷設(shè)備并聯(lián)。
[0020]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該第一開關(guān)單元包括絕緣柵雙極晶體管。
[0021 ] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例,該電力供應(yīng)單元是驅(qū)動(dòng)單元。
[0022]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例,該電力供應(yīng)單元是能量存儲(chǔ)單元。
[0023]根據(jù)本公開的第二方面，提供了一種包括根據(jù)本文所給出的第一方面的DC供電單元的電力供應(yīng)單元。
[0024]總體而言，除非在這里以其它方式明確定義，否則權(quán)利要求中所使用的所有術(shù)語都要根據(jù)其在本【技術(shù)領(lǐng)域】中的常規(guī)含義進(jìn)行解釋。除非以其它方式明確指出，否則對(duì)于“一個(gè)/ 一種/該”元件、設(shè)備、組件、裝置等的所有引用都要被開放地解釋為指代該元件、設(shè)備、組件、裝置等的至少一個(gè)實(shí)例。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]現(xiàn)在將參考附圖通過示例對(duì)本發(fā)明概念的具體實(shí)施例進(jìn)行描述，其中:
[0026]圖1是其中DC供電單元可以連同電力供應(yīng)單元一起使用的DC供電網(wǎng)絡(luò)的示意圖；
[0027]圖2a是DC供電單元的第一示例的示意圖；
[0028]圖2b是DC供電單元的第二示例的示意圖；
[0029]圖2c是DC供電單元的第三示例的示意圖；
[0030]圖3a示出了圖2a中的DC供電單元可以如何在正常操作條件下進(jìn)行操作的示例；
[0031]圖3b示出了圖2a中的DC供電單元可以如何在正常操作條件下進(jìn)行操作的另一個(gè)示例；
[0032]圖3c示出了圖2a中的DC供電單元可以如何在DC供電網(wǎng)絡(luò)與之連接的DC供電網(wǎng)絡(luò)中的故障條件下進(jìn)行操作的示例。

【具體實(shí)施方式】
[0033]現(xiàn)在將在下文中參考附圖對(duì)本發(fā)明的概念進(jìn)行更為全面地描述，附圖中示出了示例性的實(shí)施例。然而，本發(fā)明的概念可以以許多不同形式來體現(xiàn)并且不應(yīng)當(dāng)被理解為限制于本文所給出的實(shí)施例；相反，這些實(shí)施例是作為示例而提供而使得本公開將是全面且完整的，并且將向本領(lǐng)域技術(shù)人員完全傳遞本發(fā)明概念的范圍。同樣的附圖標(biāo)記貫穿該描述指代同樣的要素。
[0034]圖1描繪了可以在其中利用根據(jù)本公開的DC供電單元的DC供電網(wǎng)絡(luò)I的示例的示意圖。DC供電網(wǎng)絡(luò)I包括市電DC母線3，母線3具有可利用匯流條斷路器5分離開來的第一匯流排3-1和第二匯流排3-2、第一發(fā)電單元P1、第二發(fā)電單元P2、第三發(fā)電單元P3、第四發(fā)電單元P4、能量存儲(chǔ)單元E、第一驅(qū)動(dòng)單元D、第二驅(qū)動(dòng)單元D2以及DC供電單元9。
[0035]第一驅(qū)動(dòng)單元Dl和第二驅(qū)動(dòng)單元D2被布置為對(duì)電機(jī)或類似設(shè)備進(jìn)行供電。這樣的驅(qū)動(dòng)單元的示例是意在利用50Hz或60Hz的AC電力為常規(guī)的AC消費(fèi)者進(jìn)行供電的單個(gè)驅(qū)動(dòng)器、多個(gè)驅(qū)動(dòng)器或靜態(tài)頻率轉(zhuǎn)換器。
[0036]驅(qū)動(dòng)單元D1、D2和能量存儲(chǔ)單元E是在本公開中將被更一般地稱之為電力供應(yīng)單元的示例。
[0037]DC供電網(wǎng)絡(luò)I進(jìn)一步包括與相應(yīng)發(fā)電單元P1、P2、P3、P4相關(guān)聯(lián)以便能夠?qū)l(fā)電單元PU P2、P3、P4從市電DC母線3斷開連接的隔離器開關(guān)7，即隔離開關(guān)。因此，每個(gè)發(fā)電單元能夠與例如市電DC母線3上的故障隔離開來，或者它們能夠出于維護(hù)的目的而被隔離。
[0038]第一發(fā)電單元Pl被布置為對(duì)市電DC母線3進(jìn)行饋送，并且可經(jīng)由隔離器開關(guān)7連接至市電DC母線3。根據(jù)圖1中的示例，第一發(fā)電單元Pl可連接至第一匯流排3-1。
[0039]第二發(fā)電單元P2被布置為對(duì)市電DC母線3進(jìn)行饋送，并且可經(jīng)由隔離器開關(guān)7連接至市電DC母線3。根據(jù)圖1中的示例，第二發(fā)電單元P2可連接至第一匯流排3-1。
[0040]第三發(fā)電單元P3被布置為對(duì)市電DC母線3進(jìn)行饋送，并且可經(jīng)由隔離器開關(guān)7連接至市電DC母線3。根據(jù)圖1中的示例，第三發(fā)電單元P3可連接至第二匯流排3-2。
[0041]第四發(fā)電單元P4被布置為對(duì)市電DC母線3進(jìn)行饋送，并且可經(jīng)由隔離器開關(guān)7連接至市電DC母線3。根據(jù)圖1中的示例，第四發(fā)電單元P4可連接至第二匯流排3-2。
[0042]第一發(fā)電單元Pl包括諸如柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)的被布置為生成交變電流的發(fā)電機(jī)G1，以及被布置為將該交變電流轉(zhuǎn)換為要饋送至市電DC母線3中的直流的整流器Rl。整流器Rl可以設(shè)有保險(xiǎn)絲，該保險(xiǎn)絲規(guī)格被設(shè)置為在整流器Rl中出現(xiàn)故障的情況下熔斷。
[0043]第二發(fā)電單元P2、第三發(fā)電單元P3和第四發(fā)電單元P4可以具有與第一發(fā)電單元Pl類似的設(shè)計(jì)，或者它們的設(shè)計(jì)可以有所不同，例如它們可以連同整流器DC端子的正極上的二極管上的二極管一起具有撬棒(crow bar)設(shè)計(jì)。
[0044]所例示的第一驅(qū)動(dòng)單元Dl和第二驅(qū)動(dòng)單元D2均具有驅(qū)動(dòng)單元母線系統(tǒng)DB，其包括第一母線DBl和第二母線DB2。此外，第一驅(qū)動(dòng)單元Dl和第二驅(qū)動(dòng)單元D2中的每一個(gè)具有在下文中通過逆變器11、12、13進(jìn)行例示的連接至相應(yīng)驅(qū)動(dòng)單元母線系統(tǒng)DB的多個(gè)轉(zhuǎn)換器單元，以及布置在逆變器I1、12、13和驅(qū)動(dòng)單元母線系統(tǒng)DB之間的保險(xiǎn)絲F。適用逆變器的示例是ABB的ACS800逆變器。
[0045]所例示的能量存儲(chǔ)單元E具有能量存儲(chǔ)單元母線系統(tǒng)EB，其具有第一母線EBl和第二母線EB2。該能量存儲(chǔ)單元E進(jìn)一步包括連接至能量存儲(chǔ)單元母線系統(tǒng)EB的諸如電池單元B和電容器組C的電力供應(yīng)設(shè)備，連接至能量存儲(chǔ)單元母線系統(tǒng)EB的DC-DC轉(zhuǎn)換器15以及保險(xiǎn)絲F。該保險(xiǎn)絲F被布置在DC-DC轉(zhuǎn)換器15的端子與能量存儲(chǔ)單元母線系統(tǒng)EB之間，在電容器組C和能量存儲(chǔ)單元母線系統(tǒng)EB之間，并且在電池單元B和能量存儲(chǔ)單元母線系統(tǒng)EB之間。
[0046]利用DC-DC轉(zhuǎn)換器15，能夠在如果從能量存儲(chǔ)單元E向市電DC母線3提供功率的情況下對(duì)電池單元B的電壓水平輸出進(jìn)行控制。
[0047]所要注意的是，能量存儲(chǔ)單元E是有關(guān)多種電力供應(yīng)設(shè)備和轉(zhuǎn)換器的許多可能配置的一個(gè)示例。例如，能量存儲(chǔ)單元的一些變化形式并不具有電容器組，而一些則可能沒有DC-DC轉(zhuǎn)換器。
[0048]每個(gè)DC供電單元9在一端被布置為與市電DC母線3相連接，并且在其另一端其被布置為連接至諸如驅(qū)動(dòng)單元母線系統(tǒng)或能量存儲(chǔ)單元母線系統(tǒng)的電力供應(yīng)內(nèi)部母線。DC供電單元9例如可以形成電力供應(yīng)單元的一部分。可替換地，DC供電單元可以是能夠連接至電力供應(yīng)單元的外部組件。
[0049]現(xiàn)在將參考圖2a_c對(duì)DC供電單元9的示例進(jìn)行描述。
[0050]圖2a描繪了 DC供電單元9的第一示例的示意圖。DC供電單元9_1包括第一導(dǎo)線
16-1、第二導(dǎo)線16-2、第一電流阻斷設(shè)備19和第一開關(guān)單元21。
[0051]第一電流阻斷設(shè)備17例如可以是諸如二極管的無源電流阻斷設(shè)備。此外，根據(jù)在其中使用DC供電單元9-1的DC供電系統(tǒng)的額定功率，另外的電流阻斷設(shè)備可以與第一電流阻斷設(shè)備并聯(lián)布置，例如，多個(gè)二極管可以并聯(lián)連接以便能夠應(yīng)對(duì)高電流。
[0052]第一開關(guān)單元21例如可以包括一個(gè)或多個(gè)絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。
[0053]第一電流阻斷設(shè)備17被布置為允許電流在第一方向19流動(dòng)通過第一電流阻斷設(shè)備17。第一方向19-1是電流在DC供電單元9-1可以與之連接的DC供電網(wǎng)絡(luò)的正常操作期間的流動(dòng)方向。就此而言，正常操作是DC供電網(wǎng)絡(luò)在該DC供電網(wǎng)絡(luò)中沒有故障出現(xiàn)時(shí)的操作狀態(tài)，這樣的故障處于DC供電單元9-1的外部以及DC供電單元9-1可以與之連接的驅(qū)動(dòng)單元的外部。典型地，在正常操作期間，第一導(dǎo)線16處于正極而第二導(dǎo)線16-2處于負(fù)極，雖然在正常操作期間可能出現(xiàn)的一些情形中，電流可能在短期內(nèi)出現(xiàn)反向。然而，基準(zhǔn)的第一方向19-1在這里將意味著從DC供電網(wǎng)絡(luò)向電力供應(yīng)單元提供電力時(shí)而不是從負(fù)載經(jīng)由DC供電單元向DC供電網(wǎng)絡(luò)提供電力時(shí)的情形。該定義應(yīng)用于這里所公開的所有示例。
[0054]第一電流阻斷設(shè)備17進(jìn)一步被布置為阻斷以與第一方向19-1相反的第二方向19-2中流動(dòng)的電流。
[0055]第一開關(guān)單元21被布置為與第一電流阻斷設(shè)備17反并聯(lián)連接。第一開關(guān)單元21可利用控制信號(hào)進(jìn)行控制以有選擇地允許電流在第二方向19-2流過第一開關(guān)單元21從而旁路第一電流阻斷設(shè)備17，以及阻斷第二方向19-2中的電流。
[0056]第一電流阻斷設(shè)備17具有輸入端子17-1和輸出端子17-2。第一開關(guān)單元21具有輸入端子21-1和輸出端子21-2。根據(jù)圖2a中的示例，第一電流阻斷設(shè)備17的輸入端子
17-1和輸出端子17-2連接至第二導(dǎo)線16-2。類似地，第一開關(guān)單元21的輸入端子21_1和輸出端子21-2也連接至第二導(dǎo)線16-2。
[0057]所要注意的是，作為第一示例的變化形式，如果第一電流阻斷設(shè)備和第一開關(guān)單元的布置形式被鏡像，則第一電流阻斷設(shè)備的輸入端子和輸出端子可以連接至第一導(dǎo)線，并且第一開關(guān)單元的輸入端子和輸出端子也連接至第一導(dǎo)線。因此，在這種情況下，第一電流阻斷設(shè)備被布置為允許以第二方向19-2流動(dòng)的電流流過第一電流阻斷設(shè)備，并且第一開關(guān)單元因此被布置為使得其能夠被控制而允許以第一方向19-1進(jìn)行流動(dòng)的電流流過第一開關(guān)單元。這同樣也應(yīng)用于這里所公開的第二和第三示例。
[0058]現(xiàn)在返回圖2a，DC供電單元9-1可以進(jìn)一步包括續(xù)流二極管23，該續(xù)流二極管23連接在第一導(dǎo)線16-1和第二導(dǎo)線16-2之間。
[0059]此外，DC供電單元9-1在一些變化形式中還包括隔離器開關(guān)單元25，即隔離開關(guān)。因此，DC供電單元9-1以及因此連接至該DC供電單元的電力供應(yīng)單元可以與例如圖1所示的市電DC母線上的故障隔離開來，或者隔離器可以對(duì)連接至DC供電單元9-1的故障電力供應(yīng)單元進(jìn)行隔離。
[0060]現(xiàn)在返回圖2b，現(xiàn)在將對(duì)DC供電單元的第二示例進(jìn)行描述。DC供電單元9-2包括第一導(dǎo)線16-1、第二導(dǎo)線16-2、第一電流阻斷設(shè)備17、第一開關(guān)單元21和電感器27。
[0061]第一電流阻斷設(shè)備17被布置為允許電流以第一方向19-1流過第一電流阻斷設(shè)備17。第一電流阻斷設(shè)備17進(jìn)一步被布置為阻斷以與第一方向19-1相反的第二方向19-2進(jìn)行流動(dòng)的電流。
[0062]在該示例中，第一電流阻斷設(shè)備17例如可以是諸如二極管的無源電流阻斷設(shè)備。此外，根據(jù)在其中使用DC供電單元9-2的DC供電系統(tǒng)的額定功率，另外的電流阻斷設(shè)備可以與第一電流阻斷設(shè)備并聯(lián)布置，例如，多個(gè)二極管可以并聯(lián)連接以便能夠應(yīng)對(duì)較高電流。第一電流阻斷設(shè)備17可以與第一開關(guān)單元21并聯(lián)連接22，并且以在第一方向19-1流動(dòng)的電流旁路電感器27和第一開關(guān)單元21的方式與電感器27并聯(lián)連接。
[0063]根據(jù)一種變化形式，DC供電單元9-2可以包括第二電流阻斷設(shè)備22。第一開關(guān)單元21可以根據(jù)該實(shí)施例被布置為與第二電流阻斷設(shè)備的反并聯(lián)連接。第二電流阻斷設(shè)備22例如可以是包括在第一開關(guān)單元21中或形成其一部分的二極管。
[0064]第一開關(guān)單元21可利用控制信號(hào)進(jìn)行控制以有選擇地允許電流以第二方向19-2流過第一開關(guān)單元21以便旁路第一電流阻斷設(shè)備17和第二電流阻斷設(shè)備22，并且阻斷第二方向19-2中的電流。
[0065]第一開關(guān)單元21例如可以是IGBT。
[0066]電感器27可以使得其端子連接至第二導(dǎo)線16-2。電感器27可以關(guān)于第一方向19-1而被布置在第二電流阻斷設(shè)備22和第一開關(guān)單元21的反并聯(lián)連接的下游。在鏡像布置的情況下，當(dāng)所提到的組件連接至第一導(dǎo)線時(shí)，電感器關(guān)于第一方向19-1處于第二電流阻斷設(shè)備22和第一開關(guān)單元21的反并聯(lián)連接的上游。
[0067]DC供電單元9-2可以進(jìn)一步包括續(xù)流二極管23，其連接在第一導(dǎo)線16_1和第二導(dǎo)線16-2之間。
[0068]DC供電單元9-2在一些變化形式中還包括隔離器開關(guān)單元25，即隔離開關(guān)。因此，DC供電單元9-2以及因此連接至該DC供電單元的電力供應(yīng)單元可以與例如圖1所示的市電DC母線上的故障隔離開來，或者隔離器可以對(duì)連接至DC供電單元9-2的故障電力供應(yīng)單元進(jìn)行隔離。
[0069]現(xiàn)在將參考圖2c對(duì)DC供電單元的第三示例進(jìn)行描述。DC供電單元9-3包括第一導(dǎo)線16-1、第二導(dǎo)線16-2、第一電流阻斷設(shè)備17、第一開關(guān)單元21、第二開關(guān)單元29，以及被稱作第三電流阻斷設(shè)備31的另一個(gè)電流阻斷設(shè)備。
[0070]第一電流阻斷設(shè)備17和第一開關(guān)單元21與參考圖2a和2b所描述的相類似，并且因此將不再詳細(xì)描述。
[0071]第二開關(guān)單元29與第一電流阻斷設(shè)備17并聯(lián)連接。第二開關(guān)單元29例如可以是晶閘管。
[0072]例如可以是二極管的第三電流阻斷設(shè)備31與第二開關(guān)單元29并聯(lián)連接。第三電流阻斷設(shè)備31被布置為允許電流以第二方向19-2流過第三電流阻斷設(shè)備，并且阻斷以第一方向19-1流動(dòng)的電流。
[0073]第二開關(guān)單元29以在第一方向19-1流動(dòng)的電流旁路第三電流阻斷設(shè)備31的方式與第三電流阻斷設(shè)備31并聯(lián)布置。
[0074]DC供電單元9-3的設(shè)計(jì)允許電流在正常操作期間以第一方向19-1流過第二開關(guān)單元29。如果電流方向在正常操作期間例如由于電機(jī)損壞而反向，則第三電流阻斷設(shè)備31將允許電流從其流過，并且第一開關(guān)單元21被控制為處于其打開狀態(tài)，由此電流被允許流過DC供電單元9-3。在DC供電網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)故障的情況下，電流在其間發(fā)生反向而使得其以第二方向進(jìn)行流動(dòng)，第二開關(guān)單元29就像第一電流阻斷設(shè)備17所做的那樣阻斷電流，并且第一開關(guān)單元21被設(shè)置為其關(guān)斷狀態(tài)。由此，電流被阻止從電力供應(yīng)單元流向故障，該電力供應(yīng)單元可以連接至DC供電單元9-3。
[0075]DC供電單元9-3可以進(jìn)一步包括續(xù)流二極管23，該續(xù)流二極管23連接在第一導(dǎo)線16-1和第二導(dǎo)線16-2之間。
[0076]DC供電單元9-3在一些變化形式中還可以包括隔離器開關(guān)單元25，即隔離開關(guān)。因此，DC供電單元9-3以及因此連接至該DC供電單元的電力供應(yīng)單元可以與例如圖1所示的市電DC母線上的故障隔離開來，或者隔離器可以對(duì)連接至DC供電單元9-3的故障電力供應(yīng)單元進(jìn)行隔離。
[0077]現(xiàn)在參考圖3a_c，現(xiàn)在將對(duì)根據(jù)第一示例的DC供電單元9-1在一些具體情形中的操作進(jìn)行描述。
[0078]在圖3a中，DC供電單元9_1在一端連接至DC供電網(wǎng)絡(luò)I，并且在另一端連接至第一驅(qū)動(dòng)單元D1。根據(jù)該示例，第一驅(qū)動(dòng)單元Dl被布置為對(duì)電機(jī)M進(jìn)行供電。在圖3a的示例中，DC供電網(wǎng)絡(luò)I在正常操作條件下進(jìn)行操作，即DC供電網(wǎng)絡(luò)中沒有故障出現(xiàn)。
[0079]電力因此經(jīng)由第一驅(qū)動(dòng)單元Dl被提供至電機(jī)M，并且電流iN經(jīng)由第一導(dǎo)線16-1從DC供電網(wǎng)絡(luò)I流向第一驅(qū)動(dòng)單元Dl和電機(jī)M，并且隨后經(jīng)由第二導(dǎo)線16-2返回DC供電網(wǎng)絡(luò)I。
[0080]根據(jù)該示例，電流iN以第一方向19-1在第二導(dǎo)線16-2中流動(dòng)。電流iN因此能夠通過第一電流阻斷設(shè)備17流回DC供電網(wǎng)絡(luò)I。典型地，第一開關(guān)單元21在正常操作期間處于其開啟狀態(tài)。
[0081]在圖3b中，示出了其中電機(jī)M損壞的情形，其中電流iN反向。在這種情況下，第二導(dǎo)線16-2中的電流流動(dòng)方向?yàn)榈诙较?9-2。第一開關(guān)單元21被控制為處于其打開狀態(tài)而使得電流iN能夠流過第一開關(guān)單元21。由此，電流能夠流過DC供電單元9-1并且通過第一驅(qū)動(dòng)單元Dl。
[0082]在圖3c中，示出了其中已經(jīng)在DC供電網(wǎng)絡(luò)I的市電DC母線上的某處發(fā)生了短路電路故障33的情形。在這種情況下，市電DC母線上的電壓水平將會(huì)下降，并且變?yōu)榈陀诘谝或?qū)動(dòng)單元Dl的電壓水平。因此，電流流動(dòng)方向與圖3a中的正常操作狀態(tài)的流動(dòng)方向相比反向。在這種情況下，第一開關(guān)單元21被設(shè)置為其關(guān)斷狀態(tài)，由此阻止電流以第二方向19-2流過第一開關(guān)單元。第一電流阻斷設(shè)備17也阻止電流通過其進(jìn)行流動(dòng)。因此，故障電流。將通過續(xù)流二極管23流回DC供電網(wǎng)絡(luò)I。作為結(jié)果，從第一驅(qū)動(dòng)單元Dl中的電容器組所得到的電流能夠受到限制，因此防止了保護(hù)保險(xiǎn)絲在第一驅(qū)動(dòng)單元Dl中熔斷，而通常這樣的保險(xiǎn)絲旨在僅在第一驅(qū)動(dòng)單元Dl中的內(nèi)部故障中熔斷或者可能在故障處于第一驅(qū)動(dòng)單元Dl的下游的情況下熔斷。
[0083]傳感器通常被布置為測(cè)量諸如DC供電網(wǎng)絡(luò)中的電流和電壓之類的電氣參數(shù)?；谒鶞y(cè)量的參數(shù)，能夠根據(jù)這里所給出的任意示例向DC供電單元中的(多個(gè))開關(guān)單元提供適當(dāng)控制。因此，能夠確定反向電流是否是由于故障，其中(多個(gè))開關(guān)單元被設(shè)置為關(guān)斷狀態(tài)，或者如果反向電流是由于正常操作，則其中對(duì)開關(guān)單元進(jìn)行控制而使得電流能夠被送回DC供電單元。
[0084]除了這里所描述的DC供電單元所提供的電流流動(dòng)控制之外，例如出于維護(hù)的目的或者為了將故障的電力供應(yīng)單元從DC供電網(wǎng)絡(luò)斷開連接，可以使用可選的隔離器開關(guān)單元25將DC供電單元從DC供電網(wǎng)絡(luò)斷開連接。
[0085]這里所描述的DC供電單元例如可以在用于對(duì)船只進(jìn)行供電的船載電力系統(tǒng)中使用。這里所給出的DC供電單元通常可以在低壓環(huán)境中使用，雖然也能夠想到例如中等電壓的更高電壓應(yīng)用。
[0086]以上主要參考一些示例對(duì)本發(fā)明的概念進(jìn)行了描述。然而，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所輕易意識(shí)到的，以上所公開的實(shí)施例以外的其它實(shí)施例同樣可能處于如所附權(quán)利要求所定義的本發(fā)明概念的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種DC供電單元(9-1 ；9-2 ；9-3)，所述DC供電單元在一端被布置為連接至DC供電網(wǎng)絡(luò)并且在其另一端被布置為連接至電力供應(yīng)單元的內(nèi)部母線，其中所述DC供電單元(9-1 ；9-2 ；9-3)包括: 第一電流阻斷設(shè)備(17)，所述第一電流阻斷設(shè)備(17)被布置為允許電流以第一方向(19-1)流動(dòng)通過所述第一電流阻斷設(shè)備(17)，并且被布置為阻斷以與所述第一方向相反的第二方向(19-2)流動(dòng)的電流，所述第一方向(19-1)是電流在所述DC供電網(wǎng)絡(luò)(I)的正常操作期間的流動(dòng)方向，以及 第一開關(guān)單元(21)，所述第一開關(guān)單元(21)被布置為與所述第一電流阻斷設(shè)備(17)反并聯(lián)連接，其中所述第一開關(guān)單元(21)可被控制以在其接通狀態(tài)有選擇地允許反向電流在所述DC供電網(wǎng)絡(luò)的正常操作期間以所述第二方向(19-2)流過所述第一開關(guān)單元(21)，從而旁路所述第一電流阻斷設(shè)備(17)，并且在所述DC供電網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生故障時(shí)以關(guān)斷狀態(tài)阻止所述第二方向(19-2)中的電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC供電單元(9-1；9-2 ;9-3)，包括用于將所述DC供電單元(9-1 ；9-2 ；9-3)連接至所述DC供電網(wǎng)絡(luò)(3)以及所述電力供應(yīng)單元(D1 ；D2 ；E)的第一導(dǎo)線(16-1)和第二導(dǎo)線(16-2)，其中所述第一電流阻斷設(shè)備(17)和所述第一開關(guān)單元(21)中的每一個(gè)均具有連接至所述第二導(dǎo)線(16-2)的相應(yīng)輸入端子(17-1 ；21-1)和輸出端子(17-2 ；21-2)。
3.根據(jù)之前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的DC供電單元(9-1；9-2 ;9-3)，其中所述第一電流阻斷設(shè)備(17)是無源電流阻斷設(shè)備。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的DC供電單元(9-1；9-2 ;9_3)，其中所述第一電流阻斷設(shè)備(17)是二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求2-4中任一項(xiàng)所述的DC供電單元(9-1；9-2 ;9_3)，包括連接至所述第二導(dǎo)線(16-2)的電感器(27)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的DC供電單元(9-2)，其中所述第一電流阻斷設(shè)備(17)以在所述第一方向中流動(dòng)的電流將所述電感器(27)旁路的方式而與所述第一開關(guān)單元(21)和所述電感器(27)并聯(lián)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的DC供電單元(9-3)，包括與所述第一電流阻斷設(shè)備(17)并聯(lián)連接的第二開關(guān)單元(29)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的DC供電單元(9-3)，其中所述第二開關(guān)單元(29)是晶閘管。
9.根據(jù)權(quán)利要求7-8中任一項(xiàng)所述的DC供電單元(9-3)，包括與所述第二開關(guān)單元(29)并聯(lián)連接的第三電流阻斷設(shè)備(31)，所述第三電流阻斷設(shè)備(31)被布置為允許電流在所述第二方向(19-2)中流動(dòng)通過所述第三電流阻斷設(shè)備(31)，并且其中所述第三電流阻斷設(shè)備(31)被布置為阻斷以所述第一方向(19-1)流動(dòng)的電流。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的DC供電單元(9-3)，其中所述第二開關(guān)單元(29)以在所述第一方向(19-1)中流動(dòng)的電流旁路所述第三電流阻斷設(shè)備(31)的方式而被布置為與所述第三電流阻斷設(shè)備(31)并聯(lián)。
11.根據(jù)之前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的DC供電單元(9-1；9-2 ;9-3)，其中所述第一開關(guān)單元(21)包括絕緣柵雙極晶體管。
12.根據(jù)之前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的DC供電單元(9-1；9-2 ;9-3)，其中所述電力供應(yīng)單元(D1 ；D2 ；E)是驅(qū)動(dòng)單元(D1 ；D2)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的DC供電單元(9-1；9-2 ;9_3)，其中所述電力供應(yīng)單元(D1 ；D2 ；E)是能量存儲(chǔ)單元(E) ο
14.一種包括根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的DC供電單元(9-1 ；9-2 ;9_3)的電力供應(yīng) 單元(D1 ；D2 ；E)。
【文檔編號(hào)】H02H3/18GK104081609SQ201380006187
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月29日
【發(fā)明者】M·赫杰塔斯 申請(qǐng)人:Abb技術(shù)有限公司