04還包含與緩沖電路242并聯(lián)連接的第二分支250。第二分支250包含串聯(lián)連接的第二二極管252和阻尼電阻器254。
[0019]如早先所討論的，第一轉(zhuǎn)換器臂202和第二轉(zhuǎn)換器臂204通過電感器206和208彼此耦合。在一個實施例中，電感器206連接在節(jié)點260、262之間，其中節(jié)點260由外部開關裝置212和內(nèi)部開關裝置216的互連形成，而節(jié)點262由外部開關裝置236和內(nèi)部開關裝置240的互連形成。類似地，電感器208連接在節(jié)點264、266之間，其中節(jié)點264由外部開關裝置214和內(nèi)部開關裝置216的互連形成，而節(jié)點262由外部開關裝置238和內(nèi)部開關裝置240的互連形成。
[0020]開關裝置232、212、214、236、238、216和240可包含可控半導體開關。可控半導體開關包含絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、金屬氧化物半導體場效應晶體管(M0SFET)、場效應晶體管(FET)、柵極關斷晶閘管、絕緣柵整流晶閘管(IGCT)、注入增強柵極晶體管(IEGT)、基于碳化硅的開關、基于氮化鎵的開關、基于砷化鎵的開關或它們的等同物。此外，當可控半導體開關212、214、236、238斷開由母線A和B中的母線寄生電感構(gòu)成的電感電路時，這些寄生電感中的能量將分別由緩沖電路218、242吸收。從而，由于電感電流的突然改變(即L di/dt)跨這些開關裝置生成的電壓尖峰脈沖減小。當在其它保護區(qū)中存在故障時，緩沖電路218、242還將相應母線電壓維持到正常操作值。緩沖電路218、242中的二極管224、248確保在它們的相應母線上故障的情況下，緩沖電容器222、246未放電到故障中，而是電容器222、246分別經(jīng)由電阻器220、244放電。
[0021]圖3示出了在正常條件(即沒有故障條件)期間圖2的母聯(lián)轉(zhuǎn)換器200的操作。在正常操作期間，控制器180(圖1)發(fā)送控制信號以分別接通臂202和204的外部開關裝置212,214和236,238ο此外，控制器180發(fā)送控制信號以接通中間開關232和256。從而，在正常條件期間，兩個不同保護區(qū)的兩個母線Α與Β之間的電力傳輸分別通過開關裝置232、212、236、256、214、238和電感器206、208來促進。在圖3中示出的實施例中，從母線A向母線B促進電力傳輸，如電流302所示。由于中間開關裝置232相對于電流302在相反極性連接以促進從母線A到母線B的電力傳輸，中間開關裝置232的反并聯(lián)二極管傳導并運送電流302。類似地，由于外部開關裝置236、238相對于電流302在相反極性連接，因此外部開關裝置236和238的反并聯(lián)二極管傳導以運送電流302。
[0022]圖4a和4b示出了在故障條件期間圖2的母聯(lián)轉(zhuǎn)換器200的操作。在所示出的實施例中，在母線B上存在短路故障。在此類故障條件期間，控制器發(fā)送控制信號以切斷外部開關裝置212、214、236和238，如圖4a所示。在這個時刻，當外部開關裝置212被切斷時，故障電流402不能流動到中間開關232。然而，故障電流402可在此條件期間從外部開關裝置236、238的反并聯(lián)二極管和內(nèi)部開關裝置216的反并聯(lián)二極管以及中間開關裝置256流動。此后，控制器240接通內(nèi)部開關裝置216和240，如圖4b中所示，并且因此循環(huán)電流404然后在內(nèi)部開關裝置240與內(nèi)部開關裝置216的反并聯(lián)二極管之間流動。在內(nèi)部開關裝置216和240已經(jīng)被接通之后的任何時間，控制器都可切斷中間開關裝置232和256。在此時間期間，內(nèi)部開關裝置216、240僅運送電感器電流，并且甚至電感器電流一會兒之后可向下衰變。這導致兩個不同保護區(qū)的兩個母線A和B的完全隔離。然后阻尼電阻器254和第二二極管252可將母線B上的故障電流衰變到減小的值。
[0023]本技術的優(yōu)點包含在故障情形期間非?？焖贁嚅_兩個保護區(qū)的能力。此外，由于兩個區(qū)在正常操作期間耦合，因此能量存儲元件、不同區(qū)可共享相同能量存儲器。
[0024]雖然僅本發(fā)明的某些特征已經(jīng)在本文中說明和描述，但是本領域技術人員將想到許多修改和改變。因此，要理解到，所附的權利要求意圖涵蓋落入本發(fā)明的真實精神內(nèi)的所有此類修改和改變。
[0025]附圖標記說明
100海上船舶的電力系統(tǒng)
102、104 保護區(qū)
106、188母聯(lián)轉(zhuǎn)換器
108、110 AC發(fā)電機
112、118能量存儲裝置
114、116 AC發(fā)電機
120、126 DC 母線
122、124 AC到DC轉(zhuǎn)換器
128、130 DC到DC轉(zhuǎn)換器
132、134、140、142 負載
136、138、144、146 電力電子轉(zhuǎn)換器
150、156 DC 母線
152、154、158 電力電子轉(zhuǎn)換器
160 DC到DC轉(zhuǎn)換器
162、164、170、172 負載
166、168、174、176 電力電子轉(zhuǎn)換器
180控制器
182、184、186 分支
200母聯(lián)轉(zhuǎn)換器
202第一轉(zhuǎn)換器臂
204第二轉(zhuǎn)換器臂
206、208 電感器
210第一分支
212,214外部開關裝置
216內(nèi)部開關裝置
218緩沖電路
220電阻器
222 電容器
224 二極管
226第二分支228第二二極管230阻尼電阻器232中間開關裝置234第一分支236、238外部開關裝置239阻尼電阻器
240內(nèi)部開關裝置242緩沖電路244電阻器
246電容器
248二極管250第二分支252第二二極管254阻尼電阻器256中間開關裝置260、262 節(jié)點264、266 節(jié)點
302電流402故障電流404循環(huán)電流
【主權項】
1.一種用于海上船舶的電力系統(tǒng)(100)，包括: 多個保護區(qū)(102，104)，每個保護區(qū)包含多個直流(DC)母線(120，126，150，156)和多個電力轉(zhuǎn)換器(130，136，138，160，166，168)； 母聯(lián)轉(zhuǎn)換器(106，188)，用于耦合兩個保護區(qū)的至少兩個DC母線，所述母聯(lián)轉(zhuǎn)換器包括: 通過至少一個電感器(206，208)耦合的至少兩個轉(zhuǎn)換器臂(202，204)，每個轉(zhuǎn)換器臂包含: 第一分支(210，234)，其具有兩個外部開關裝置(212,214，236，238)和連接在所述兩個外部開關裝置之間的至少一個內(nèi)部開關裝置(216，240); 緩沖電路(218，242)，其具有二極管(224，248)、電阻器(220，244)和電容器(222，246)的組合，其中所述第一分支和所述緩沖電路通過中間開關裝置(216，256)連接；以及 控制器(180)，用于控制所述多個電力轉(zhuǎn)換器和所述至少一個母聯(lián)轉(zhuǎn)換器的操作。2.如權利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述中間開關裝置相對于所述外部開關裝置和所述內(nèi)部開關裝置具有相反極性。3.如權利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述控制器在正常操作期間接通所述母聯(lián)轉(zhuǎn)換器的每個轉(zhuǎn)換器臂的兩個外部開關裝置和所述中間開關裝置。4.如權利要求3所述的電力系統(tǒng)，其中當在所述至少一個保護區(qū)上存在故障時，所述控制器切斷所述母聯(lián)轉(zhuǎn)換器的每個轉(zhuǎn)換器臂的兩個外部開關裝置，并促進每個轉(zhuǎn)換器臂的外部開關裝置的反并聯(lián)二極管與所述中間開關裝置之間的電流。5.如權利要求4所述的電力系統(tǒng)，其中所述控制器在外部開關裝置已經(jīng)被切斷之后接通內(nèi)部開關裝置并促進所述內(nèi)部開關裝置之間的循環(huán)電流。6.如權利要求5所述的電力系統(tǒng)，其中在內(nèi)部開關裝置已經(jīng)被接通之后，所述控制器切斷所述中間開關裝置。7.如權利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中每個轉(zhuǎn)換器臂進一步包含跨所述緩沖電路連接的第二分支，所述第二分支具有第二二極管和串聯(lián)連接的阻尼電阻器以在中間開關裝置已經(jīng)被切斷之后耗散故障電流。8.—種向海上船舶提供電力的方法，包括: 提供多個保護區(qū)(102，104)，每個保護區(qū)包含多個直流(DC)母線(120，126，150，156)和多個電力轉(zhuǎn)換器(130，136，138，160，166，168)； 在兩個保護區(qū)的至少兩個DC母線之間連接母聯(lián)轉(zhuǎn)換器(106，188)，其中連接所述母聯(lián)轉(zhuǎn)換器包含: 提供通過至少一個電感器(206，208)耦合的至少兩個轉(zhuǎn)換器臂(202，204)，其中提供每個轉(zhuǎn)換器臂包括: 通過在兩個外部開關裝置(212，214，236，238)之間連接至少一個內(nèi)部開關裝置(216，240)來形成第一分支(210，234); 形成具有二極管(224，248)、電阻器(220，244)和電容器(222，246)的組合的緩沖電路(218, 242);以及 在所述第一分支與所述緩沖電路之間連接中間開關裝置(216，256)。9.如權利要求8所述的方法，其中連接所述中間開關裝置包括相對于所述外部開關裝置和所述內(nèi)部開關裝置在相反極性連接所述中間開關裝置。10.如權利要求8所述的方法，其中提供每個轉(zhuǎn)換器臂進一步包括與所述緩沖電路并聯(lián)連接第二分支，所述第二分支包含第二二極管和串聯(lián)連接的阻尼電阻器以在中間開關裝置已經(jīng)被切斷之后耗散故障電流。
【專利摘要】一種用于海上船舶的電力系統(tǒng)(100)包含多個保護區(qū)(102,104)，其中至少兩個保護區(qū)經(jīng)由至少一個母聯(lián)轉(zhuǎn)換器(106,188)彼此耦合。每一個保護區(qū)都包含多個直流(DC)母線(120,126,150,156)和多個電力轉(zhuǎn)換器(130,136,138,160,166,168)。母聯(lián)轉(zhuǎn)換器包含通過至少一個電感器(206,208)耦合的至少兩個轉(zhuǎn)換器臂(202,204)。每個轉(zhuǎn)換器臂包含通過中間開關裝置(216,256)與緩沖電路(218,242)連接的第一分支(210,234)。第一分支包含兩個外部開關裝置(212,214,236,238)和連接在兩個外部開關裝置之間的至少一個內(nèi)部開關裝置(216,240)。緩沖電路包含二極管(224,248)、電阻器(220,244)和電容器(222,246)的組合?？刂破?180)控制多個電力轉(zhuǎn)換器和至少一個母聯(lián)轉(zhuǎn)換器的操作。
【IPC分類】H02J3/00, H02H7/22
【公開號】CN105322514
【申請?zhí)枴緾N201510461473
【發(fā)明人】東棟, R.N.拉朱
【申請人】通用電氣公司
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2015年7月31日
【公告號】CA2898926A1, EP2980945A1