海底功率傳輸?shù)闹谱鞣椒?br>【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]—般來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及功率傳輸，以及更具體來(lái)說(shuō)，涉及用于將電功率傳送到海底電氣設(shè)備的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]海底電氣設(shè)備、例如驅(qū)動(dòng)氣體壓縮機(jī)的海底電動(dòng)機(jī)具有較高標(biāo)稱(chēng)額定功率(例如大約10或15 Mff)。因此，可要求海底壓縮集群，以通過(guò)100或200 km的距離傳送大約50至100 Mff的總功率。通過(guò)超過(guò)100 km的距離傳送高功率并且在海底分配功率是很棘手的問(wèn)題。這種傳輸在高壓下進(jìn)行，以降低損耗。在接收海底端，電壓被調(diào)低，并且然后分配給單獨(dú)負(fù)載。分配距離通常遠(yuǎn)比傳輸距離要短。
[0003]三相交流(AC)功率傳輸和分配是向海底設(shè)備傳送功率的一種方式。AC功率傳輸雖然比較成熟，但是對(duì)于通過(guò)長(zhǎng)電纜傳送大容量功率的應(yīng)用提供技術(shù)難題。由于電纜電容，大量無(wú)功功率需要由電源提供并且由電纜攜帶。電容使充電電流沿AC電纜的長(zhǎng)度流動(dòng)。因?yàn)殡娎|除了有用負(fù)載電流之外還必須攜帶這個(gè)充電電流，所以電纜損耗較高；電纜是定額過(guò)高并且高費(fèi)用的。大無(wú)功功率要求可觸發(fā)系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題。
[0004]AC傳輸和分配的限制能夠通過(guò)直流(DC)傳輸來(lái)減輕。調(diào)(HV)DC傳輸通常要求在傳輸系統(tǒng)中使用電子轉(zhuǎn)換器，其能夠在HVAC與HVDC之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。線路換向轉(zhuǎn)換器(LCC)和電壓源轉(zhuǎn)換器(VSC)是這類(lèi)功率電子轉(zhuǎn)換器的示例。但是，LCC轉(zhuǎn)換器要求大量濾波器來(lái)供應(yīng)預(yù)期無(wú)功功率，而VSC轉(zhuǎn)換器要求大DC電容器，其影響可靠性和維護(hù)。
[0005]因此，仍然存在對(duì)用于將電功率傳送到海底設(shè)備的緊湊可靠系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]按照本技術(shù)的一實(shí)施例，提供功率傳輸和分配系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括具有電流源的供應(yīng)側(cè)和接收側(cè)。接收側(cè)包括模塊化轉(zhuǎn)換器，其具有與電流源串聯(lián)連接的多個(gè)直流(DC)-交流(AC)電流源轉(zhuǎn)換器以及并聯(lián)連接的多個(gè)AC-DC整流器以向多個(gè)負(fù)載供應(yīng)功率，其中DC-AC電流源轉(zhuǎn)換器的每個(gè)向?qū)?yīng)AC-DC整流器供應(yīng)功率。DC-AC電流源轉(zhuǎn)換器的每個(gè)包括多個(gè)反向阻斷全控開(kāi)關(guān)(reverse blocking fully controllable switch)，其具有雙向電壓阻斷(bidirect1nal voltage blocking)能力。此外，來(lái)自電流源的電流在任何時(shí)刻在至少一個(gè)反向阻斷全控開(kāi)關(guān)中流動(dòng)。
[0007]按照本技術(shù)的另一個(gè)實(shí)施例，提供一種向海底負(fù)載傳送功率的方法。該方法包括提供多個(gè)反向阻斷全控開(kāi)關(guān)，其具有雙向電壓阻斷能力，以形成多個(gè)直流(DC)-交流(AC)電流源轉(zhuǎn)換器的每個(gè)。該方法還包括將多個(gè)DC-AC電流源轉(zhuǎn)換器與供應(yīng)側(cè)電流源串聯(lián)連接，并且從多個(gè)DC-AC電流源轉(zhuǎn)換器向多個(gè)AC-DC整流器供應(yīng)AC功率，其中供應(yīng)AC功率包括將DC-AC電流源轉(zhuǎn)換器的每個(gè)耦合到對(duì)應(yīng)AC-DC整流器；來(lái)自供應(yīng)側(cè)電流源的電流在任何時(shí)刻在至少一個(gè)反向阻斷全控開(kāi)關(guān)中流動(dòng)。該方法還包括并聯(lián)耦合多個(gè)AC-DC整流器，以向海底負(fù)載供應(yīng)功率。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是示出具有模塊化堆疊功率轉(zhuǎn)換器的現(xiàn)有技術(shù)海底功率傳輸/分配系統(tǒng)的示意圖；
圖2是示出按照本技術(shù)的一實(shí)施例、具有模塊化電流源轉(zhuǎn)換器的海底功率傳輸/分配系統(tǒng)的不意圖；
圖3是示出按照本技術(shù)的一實(shí)施例、圖2的海底功率傳輸/分配系統(tǒng)的詳細(xì)段的示意圖；
圖4是示出按照本技術(shù)的另一個(gè)實(shí)施例、圖2的海底功率傳輸/分配系統(tǒng)的詳細(xì)段的不意圖；以及
圖5是示出按照本技術(shù)的一實(shí)施例、圖2的海底功率傳輸/分配系統(tǒng)的模擬圖表的符號(hào)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]除非另加說(shuō)明，否則本文所使用的科技術(shù)語(yǔ)具有與本公開(kāi)所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員普遍理解的相同的含意。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等并不表示任何順序、量或重要性，而是用來(lái)區(qū)分各個(gè)元件。另外，術(shù)語(yǔ)“一”和“一個(gè)”并不表示數(shù)量的限制，而是表示存在引用項(xiàng)的至少一個(gè)。術(shù)語(yǔ)“或者”表示包含在內(nèi)，并且表示所列項(xiàng)的一個(gè)、部分或全部。本文中使用“包括”、“包含”或“具有”及其變化意在包含以下列示項(xiàng)及其等效體以及其他項(xiàng)。術(shù)語(yǔ)“連接”和“耦合”并不是限制到物理或機(jī)械連接或者耦合，而是能夠包括無(wú)論是直接還是間接的電連接或耦合。此外，術(shù)語(yǔ)“電路”和“控制器”可包括單個(gè)組件或者多個(gè)組件，其是有源和/或無(wú)源的并且連接或者耦合在一起以提供所述功能。
[0010]如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理解，術(shù)語(yǔ)“電流源”表示一種設(shè)備，其能夠測(cè)量在離散時(shí)刻在其端子的至少一個(gè)中流動(dòng)的電流，并且能夠控制在離散時(shí)刻在其端子的至少一個(gè)中流動(dòng)的至少一個(gè)電流的至少一個(gè)總時(shí)間導(dǎo)數(shù)。在其端子的至少一個(gè)中的至少一個(gè)電流的所述至少一個(gè)總時(shí)間導(dǎo)數(shù)的控制能夠通過(guò)控制跨所述設(shè)備的至少兩個(gè)點(diǎn)的至少一個(gè)電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0011]現(xiàn)在來(lái)看附圖，通過(guò)圖1中的示例，示出示意圖10，其示出具有模塊化堆疊功率轉(zhuǎn)換器的現(xiàn)有技術(shù)海底功率傳輸/分配系統(tǒng)。一般來(lái)說(shuō)，模塊化堆疊DC轉(zhuǎn)換器(MSDC)架構(gòu)完全適合于要求通過(guò)長(zhǎng)距離的傳輸和分配的海底應(yīng)用。與其他DC傳輸選項(xiàng)不同，其中DC傳輸(鏈路)電壓被控制，即，保持接近恒定，DC傳輸(鏈路)電流在模塊化堆疊dc轉(zhuǎn)換器中控制。系統(tǒng)10示出一種這樣的MSDC架構(gòu)。MSDC架構(gòu)從如下事實(shí)獲得其名稱(chēng):架構(gòu)使用在dc側(cè)串聯(lián)堆疊和并聯(lián)連接的若干dc-dc/ac-dc/dc-ac轉(zhuǎn)換器模塊。在圖1所示的實(shí)施例中，在傳輸鏈路的發(fā)送端以及接收端，轉(zhuǎn)換器模塊串聯(lián)連接。但是，在后續(xù)章節(jié)將示出的本技術(shù)中，在發(fā)送端以及接收端具有模塊化堆疊DC轉(zhuǎn)換器的這種要求盡管是可能的，但不是必要的。換言之，在本技術(shù)中，源側(cè)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)能夠與海底段的轉(zhuǎn)換器不同。
[0012]系統(tǒng)10包括發(fā)送端/岸上側(cè)轉(zhuǎn)換器12包括一組AC-DC轉(zhuǎn)換器14，其從AC干線或電網(wǎng)16吸取功率。這些轉(zhuǎn)換器14的每個(gè)與DC-DC轉(zhuǎn)換器18級(jí)聯(lián)。這些DC-DC轉(zhuǎn)換器18串聯(lián)連接，并且它們經(jīng)過(guò)控制，以便調(diào)節(jié)將岸上轉(zhuǎn)換器12連接到海底裝置22的DC電纜20中的電流。將會(huì)理解，發(fā)送端AC-DC 14和DC-DC轉(zhuǎn)換器18級(jí)(圖1明確示出)能夠由單個(gè)AC-DC轉(zhuǎn)換器(其組合兩個(gè)級(jí)的功能)取代。換言之，岸上轉(zhuǎn)換器12可以是調(diào)節(jié)DC電纜20中的電流的轉(zhuǎn)換器的任何組合，并且因而轉(zhuǎn)換器12也可表示為電流源21。海底/接收端側(cè)轉(zhuǎn)換器22還包括串聯(lián)連接的若干DC-DC轉(zhuǎn)換器19。這些轉(zhuǎn)換器19的每個(gè)與DC-AC逆變器/電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器級(jí)聯(lián)。這些DC-DC轉(zhuǎn)換器19經(jīng)過(guò)控制，以將DC鏈路電壓調(diào)節(jié)到下游電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器24所要求的電壓。還將會(huì)理解，海底DC-DC轉(zhuǎn)換器19和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器24也能夠由單個(gè)DC-AC轉(zhuǎn)換器(其組合兩個(gè)級(jí)的功能)取代。雖然圖1示出用于AC-DC、DC-DC和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器模塊的兩級(jí)轉(zhuǎn)換器，但是將會(huì)理解，在高功率級(jí)，多級(jí)疊層將用于這些轉(zhuǎn)換器模塊。
[0013]現(xiàn)在參照?qǐng)D2，示出示意圖，其示出按照本技術(shù)的一實(shí)施例、具有模塊化電流源轉(zhuǎn)換器的海底功率傳輸/分配系統(tǒng)40。系統(tǒng)40包括源側(cè)/岸上電流源42，其經(jīng)由電纜46、48向負(fù)載側(cè)或海底側(cè)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)44供應(yīng)功率。在一個(gè)實(shí)施例中，岸上電流源42可分別經(jīng)由電纜46、48和電感器74、76連接到海底側(cè)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)44。應(yīng)當(dāng)注意，電感器74、76不一定始終是必要的，并且它們可通過(guò)適當(dāng)電纜參數(shù)(例如電纜46、48的電感和電容(未示出)和/或轉(zhuǎn)換器的充分高的開(kāi)關(guān)頻率)來(lái)省略。此外，岸上電流源42可以是任何電源，其將電纜46、48中的電流保持控制成跟隨預(yù)期參考時(shí)間函數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，這種時(shí)間函數(shù)能夠是常數(shù)。如針對(duì)圖1所述，在一個(gè)實(shí)施例中，電流源42可以是AC-DC轉(zhuǎn)換器，之后接著DC-DC轉(zhuǎn)換器。
[0014]海底側(cè)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)44可包括多個(gè)DC-