直流電力傳輸系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種直流電力傳輸系統(tǒng)和方法。電力傳輸系統(tǒng)包括第一單元，所述第一單元用于執(zhí)行以下步驟：從HVDC電力線接收高壓直流(HVDC)電；產(chǎn)生指示所述第一單元的狀態(tài)的交流(AC)分量；以及將所述AC分量加入到所述HVDC電力線。進(jìn)一步地，所述電力傳輸系統(tǒng)包括第二單元，所述第二單元用于執(zhí)行以下步驟：產(chǎn)生直流(DC)電壓，以在所述HVDC電力線上傳輸所述HVDC電，其中，所述HVDC電力線耦連在所述第一單元和所述第二單元之間；檢測所述HVDC電力線上存在或不存在所加入的AC分量；以及基于所加入的AC分量，確定所述第一單元的狀態(tài)。
【專利說明】直流電力傳輸系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開的實(shí)施例一般地涉及電力傳輸系統(tǒng)，并且更具體地涉及用于在電力傳輸系統(tǒng)中傳輸信息的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于例如石油和天然氣行業(yè)以及風(fēng)力發(fā)電行業(yè)中的各種應(yīng)用，電力可以從陸上或海上平臺(tái)傳輸?shù)轿挥诤５谆蜻h(yuǎn)程海上位置的電力負(fù)荷。由于增長的行業(yè)需求，電力需要以更低成本和更高的可靠性更加高效地傳輸。電氣化趨勢，特別是在石油和天然氣行業(yè)的海底處理以及海上風(fēng)力發(fā)電中，包括更多的電力負(fù)荷，更高的電力需求，更深的水深以及更遠(yuǎn)距離的電力供應(yīng)。
[0003]為了服務(wù)于海底和/或海上位置的大量電力負(fù)荷，電力通常需要通過電力傳輸總線從陸上或海上平臺(tái)電源傳輸。在石油和天然氣行業(yè)，針對(duì)電源和海底和/或海上位置之間的短距離或長距離，可以安裝電力傳輸總線。在一些情況下，電力負(fù)荷可能根據(jù)于海底和/或海上位置的應(yīng)用和/或異常而變化，這又改變了海底和/或海上位置的電力需求。因此，需要將此信息從海底和/或海上位置傳輸?shù)疥懮匣蚝Ｉ掀脚_(tái)電源，以控制電力傳輸系統(tǒng)中的電力傳輸。
[0004]在傳統(tǒng)的電力傳輸系統(tǒng)中，光纜可以與位于陸上或海上平臺(tái)電源和海底和/或海上位置之間的電力傳輸總線一起安裝。這種光纜用來傳輸信息，諸如海底和/或海上位置的電力負(fù)荷需求或異常。然而，在一些情況下，光纜由于環(huán)境條件可能被損壞，信息可能不能被成功地從海底和/或海上位置發(fā)送到陸上或海上平臺(tái)電源。這又可能引起電力傳輸中的不平衡，可能影響系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)。因此，需要改進(jìn)的方法和系統(tǒng)以用于在電力傳輸系統(tǒng)中傳輸信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明中描述的一個(gè)實(shí)施例，提出了一種電力傳輸系統(tǒng)。所述電力傳輸系統(tǒng)包括第一單元，所述第一單元用于執(zhí)行以下步驟:從高壓直流(HVDC)電力線接收HVDC電；產(chǎn)生指示所述第一單元的狀態(tài)的交流(AC)分量；以及將所述AC分量加入到所述HVDC電力線。進(jìn)一步地，所述電力傳輸系統(tǒng)包括第二單元，所述第二單元用于執(zhí)行以下步驟:產(chǎn)生直流(DC)電壓，以在所述HVDC電力線上傳輸所述HVDC電，其中，所述HVDC電力線耦連在所述第一單元和所述第二單元之間；檢測所述HVDC電力線中存在或不存在所加入的AC分量；以及基于所加入的AC分量，確定所述第一單元的狀態(tài)。
[0006]其中，所述第一單元的狀態(tài)包括所述第一單元上的一個(gè)或多個(gè)異常。
[0007]其中，所述第一單元的狀態(tài)包括所述第一單元上的一個(gè)或多個(gè)負(fù)荷需求。
[0008]其中，所述第一單元包括耦連到一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)荷的多個(gè)模塊，并且其中，所述多個(gè)模塊中的每一個(gè)模塊至少基于所述第一單元的各個(gè)模塊的狀態(tài)產(chǎn)生唯一的交流(AC)分量。[0009]其中，所述第一單元中的每一個(gè)模塊被配置成以如下方式將所述唯一的AC分量加入到所述HVDC電力線上，所述的方式是所加入的AC分量不可被所述第一單元中的多個(gè)模塊中的其它模塊中的至少一個(gè)檢測到。
[0010]其中，所述第一單元包括能量儲(chǔ)存單元，所述能量儲(chǔ)存單元被配置成提供無功功率以用于產(chǎn)生所述AC分量。
[0011]其中，所述第二單元被配置成:產(chǎn)生補(bǔ)償AC分量，以消除所述HVDC電力線上所加入的AC分量；以及基于所產(chǎn)生的補(bǔ)償AC分量，確定所述第一單元的狀態(tài)。
[0012]其中，所述第二單元被配置成識(shí)別所述補(bǔ)償AC分量的頻率、幅值和相位中的至少一個(gè)，以確定所述第一單元的狀態(tài)。
[0013]其中，所加入的AC分量包括指示所述第一單元的狀態(tài)的多個(gè)編碼周期。
[0014]其中，所述第二單元包括控制單元，所述控制單元基于所述第一單元的狀態(tài)，調(diào)節(jié)所述HVDC電力線中的DC電壓和DC電流中的至少一個(gè)。
[0015]其中，所述第一單元耦連到包括石油和燃?xì)庠O(shè)備的至少一個(gè)電力負(fù)荷。根據(jù)本公開的另一方面，提出了一種方法。所述方法包括:通過第一單元產(chǎn)生交流(AC)分量，其中，所述AC分量指示所述第一單元的狀態(tài)。進(jìn)一步地，所述方法包括通過所述第一單元將AC分量加入到耦連于所述第一單元和第二單元之間的高壓直流(HVDC)電力線。同樣，所述方法包括通過所述第二單元檢測在所述HVDC電力線中存在或不存在所加入的AC分量。此外，所述方法包括基于所加入的AC分量確定所述第一單元的狀態(tài)。
[0016]其中，向所述HVDC電力線加入所述AC分量包括以如下方式將所述AC分量加入到所述HVDC電力線，所述方式是所述AC分量不可被所述第一單元中的其它模塊和調(diào)節(jié)器中的至少一個(gè)檢測到。
[0017]其中，向所述HVDC電力線加入所述AC分量包括以如下方式將所述AC分量加入到所述HVDC電力線，所述方式是所述HVDC電力線中的直流(DC)鏈接電流在所述第一單元和所述第二單元之間保持恒定。
[0018]其中，確定所述第一單元的狀態(tài)包括:通過使用補(bǔ)償AC分量，消除所述HVDC電力線上所加入的AC分量；以及基于所述補(bǔ)償AC分量，確定所述第一單元的狀態(tài)。
[0019]其中，確定所述第一單元的狀態(tài)包括識(shí)別所述補(bǔ)償AC電壓的頻率、幅值和相位中的至少一個(gè)，以確定所述第一單元的狀態(tài)。
[0020]其中，確定所述第一單元的狀態(tài)包括對(duì)所加入的AC分量中包括的多個(gè)編碼周期進(jìn)行解碼，以確定所述第一單元的狀態(tài)。
[0021]其中，確定所述第一單元的狀態(tài)進(jìn)一步包括基于所述第一單元的狀態(tài)，在所述第二單元上調(diào)節(jié)所述HVDC電力線中的DC電壓或DC電流。
[0022]根據(jù)本公開的再一方面，提出了一種電力傳輸系統(tǒng)。所述電力傳輸系統(tǒng)包括第一單元，所述第一單元用于執(zhí)行以下步驟:在HVDC電力線上傳輸HVDC電；產(chǎn)生指示所述第一單元的狀態(tài)的交流(AC)分量；以及將所述AC分量加入到所述HVDC電力線。進(jìn)一步地，所述電力傳輸系統(tǒng)包括第二單元，所述第二單元用于執(zhí)行以下步驟:從所述HVDC電力線接收HVDC電，其中，所述HVDC電力線耦連在所述第一單元和所述第二單元之間；檢測所述HVDC電力線中存在或不存在所加入的AC分量；以及基于所加入的AC分量，確定所述第一單元的狀態(tài)。[0023]其中，所述第一單元耦連到包括風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電單元。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]在參照附圖閱讀下文詳細(xì)的說明書的情況下，將更好地理解本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中相同的附圖標(biāo)記表示附圖之間相同的部件，其中:
[0025]圖1是根據(jù)本公開的方面的電力傳輸系統(tǒng)的圖，該圖圖示了從第二單元到第一單兀的直流(DC)電力傳輸；
[0026]圖2是根據(jù)本公開的方面的電力傳輸系統(tǒng)的簡化圖，該圖圖不了 DC電力傳輸；
[0027]圖3是根據(jù)本公開的方面電力傳輸系統(tǒng)在DC傳輸總線上傳輸信息的簡化圖；
[0028]圖4是根據(jù)本公開的方面第一單元中的接收模塊的框圖；
[0029]圖5是根據(jù)本公開的方面第二單元中的控制單元的框圖；
[0030]圖6是圖示根據(jù)本公開的方面用于在DC傳輸總線上傳輸信息的方法的流程圖；
[0031]圖7圖示了根據(jù)本公開的方面第一單元的AC分量中包括的編碼周期的信號(hào)波形；以及
[0032]圖8是根據(jù)本公開的方面的電力傳輸系統(tǒng)的圖，該圖圖示了從第一單元到第二單兀的直流(DC)電力傳輸。
【具體實(shí)施方式】
[0033]如將在下文更詳細(xì)地描述的,提出了用于在電力傳輸系統(tǒng)的DC傳輸總線上傳輸信息的示例性系統(tǒng)和方法的各個(gè)實(shí)施例。通過使用所述方法和下文描述的系統(tǒng)的各個(gè)實(shí)施例，異常和/或電力負(fù)荷需求被傳輸，因此控制電力傳輸系統(tǒng)中的電力傳輸。
[0034]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，參照?qǐng)D1，描繪了根據(jù)本公開的方面，圖示直流(DC)電力傳輸?shù)碾娏鬏斚到y(tǒng)。電力傳輸系統(tǒng)100包括第一單兀102、第二單兀104和DC電力傳輸總線106。在石油和天然氣行業(yè)實(shí)施例的一個(gè)例子中，第一單元102包括耦連到石油和天然氣設(shè)備的海上電力接收單元，第二單元104包括陸上電力發(fā)送單元。在參照?qǐng)D8更加詳細(xì)討論的另一例子中，第一單元102包括發(fā)電機(jī)，諸如風(fēng)力發(fā)電機(jī)，第二單元104包括收集所產(chǎn)生的電力并向陸上電網(wǎng)提供所產(chǎn)生的電力的接收站。在圖1的實(shí)施例中，DC電力傳輸總線106耦連在第一單元102和第二單元104之間，以將電力從第二單元104輸送到第一單元102。在一個(gè)例子中，DC電力傳輸總線106可包括高壓直流(HVDC)電纜，電纜用于輸送從大約100KW到大約100麗范圍內(nèi)的功率。由于在系統(tǒng)100中傳輸或分配的是高壓(HV)和DC電流，傳輸總線/電纜損失被顯著降低，這又產(chǎn)生更高的效率和更小的系統(tǒng)成本。
[0035]進(jìn)一步地，對(duì)于短距離或長距離電力傳輸，DC電力傳輸總線106可安裝在海底位置。在一個(gè)例子中，DC電力傳輸總線106可安裝在海底范圍在大約I千米到大約3千米的深度，在第一單元102和第二單元104之間跨度在大約100千米到大約600千米的距離。此外，與三相AC電力傳輸相比，DC電力傳輸降低了電纜/傳輸總線的數(shù)量和重量，因此潛在地降低了材料和安裝成本。可能要注意的是，術(shù)語“DC電力傳輸總線”，“HVDC電力線”和“DC傳輸總線”可以在本公開中互換使用。
[0036]在圖1的實(shí)施例中，第二單元104可包括被配置成產(chǎn)生AC電的發(fā)電系統(tǒng)108。在一個(gè)例子中，發(fā)電系統(tǒng)108可包括具有一個(gè)或多個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的風(fēng)電場。在另一例子中，發(fā)電系統(tǒng)108可包括用來產(chǎn)生AC電的燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī)或類似的發(fā)電機(jī)。進(jìn)一步地，發(fā)電系統(tǒng)108可稱連到一個(gè)或多個(gè)傳送模塊(Transmitting module) 110,傳送模塊110被配置成產(chǎn)生高壓直流(HVDC)電。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)傳送模塊110可包括多個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)模塊化電力轉(zhuǎn)換器，所述電力轉(zhuǎn)換器被堆疊并被配置成將所產(chǎn)生的AC電轉(zhuǎn)換HVDC電。在一些實(shí)施例中，發(fā)電系統(tǒng)108可包括一個(gè)或多個(gè)DC電源，一個(gè)或多個(gè)DC至DC類型的電力轉(zhuǎn)換器可用來產(chǎn)生HVDC電。進(jìn)一步地，HVDC電通過DC傳輸總線106被傳輸?shù)降谝粏卧?02?？梢宰⒁獾?，第二單元104可被稱作產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換電力以及將電力傳輸?shù)降谝粏卧?02的頂側(cè)或陸上側(cè)。類似地，第一單元102可被稱作接收、轉(zhuǎn)換所傳輸?shù)碾娏Σ⑺邮盏碾娏Ψ峙涞揭粋€(gè)或多個(gè)電/電力負(fù)荷114的海底側(cè)或海上側(cè)。在一個(gè)例子中，電負(fù)荷/電力負(fù)荷可包括用于驅(qū)動(dòng)海底處理所用的泵和壓縮機(jī)的電力驅(qū)動(dòng)器和電動(dòng)機(jī)?？梢宰⒁獾剑诙卧?04可包括其它組件，諸如控制和通信電子器件，不局限于圖1中所示的組件。
[0037]第一單元102包括一個(gè)或多個(gè)接收模塊112，接收模塊112連接于DC傳輸總線106和海底或海上位置的一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)荷114之間。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)負(fù)荷包括AC負(fù)荷，每個(gè)接收模塊112被配置成將來自DC傳輸總線106的HVDC電轉(zhuǎn)換成AC電。具體地，每個(gè)接收模塊112可包括多個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)模塊化電力轉(zhuǎn)換器，所述電力轉(zhuǎn)換器被堆疊并被一起配置成響應(yīng)于DC傳輸總線106接收的HVDC電產(chǎn)生海底分配系統(tǒng)電壓。這些電壓可以通過一個(gè)或多個(gè)電力分配總線分配到電力負(fù)荷。同樣，這些轉(zhuǎn)換器可基于現(xiàn)場擴(kuò)展需求和負(fù)荷類型及配置，可重新配置。在一個(gè)實(shí)施例中，在DC傳輸總線/鏈接106的第一單元102的模塊化堆疊轉(zhuǎn)換器拓?fù)淇梢耘c第二單元104的模塊化堆疊轉(zhuǎn)換器拓?fù)鋵?duì)稱?？梢宰⒁獾?，第一單元102可包括其它組件，并不限于圖1中所示的組件。例如，在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)負(fù)荷可包括DC負(fù)荷。
[0038]在傳統(tǒng)的電力傳輸系統(tǒng)中，除了 DC傳輸總線之外，安裝一個(gè)或多個(gè)光纜用于在發(fā)送端和接收端之間傳輸信息。在這種實(shí)施例中，在接收端的諸如電力負(fù)荷需求和異常這樣的信息通過光纜被傳輸?shù)桨l(fā)送端。然而，光纜可由于環(huán)境條件而被損壞或受到影響，信息可能不能成功地傳輸?shù)桨l(fā)送端。同樣，通過光纜發(fā)送信息時(shí)可能有延遲。這些問題影響了系統(tǒng)中的電力傳輸。
[0039]為了解決這些問題/缺點(diǎn)，在示例性系統(tǒng)中，信息直接通過耦連于第一單元102和第二單兀104之間的DC傳輸總線106傳輸。更具體地,第一單兀102可向DC傳輸總線106加入交流(AC)分量。這個(gè)AC分量可代表狀態(tài)信息，諸如第一單元102處的負(fù)荷需求和/或異常。AC分量可包括任何類型的電壓、電流或功率信號(hào)。進(jìn)一步地，異?？砂ㄔ谥辽匐娏︱?qū)動(dòng)器、壓縮機(jī)、泵和不間斷電源(UPS)中的故障。在一個(gè)實(shí)施例中，接收模塊112中的一個(gè)模塊可以如下方式將AC分量加入到DC傳輸總線106,上述方式為所加入的AC分量不可被第一單元102中的其它模塊和/或調(diào)節(jié)器檢測到?？梢宰⒁獾?，詞語“狀態(tài)信息”和“狀態(tài)”在本公開中可以互換使用。
[0040]在第二單元104，可以檢測在DC傳輸總線106中存在或不存在(presence orabsence)所加入的AC分量，以確定第一單元的狀態(tài)。例如，第二單元104可檢測到DC傳輸總線106中存在唯一的AC分量，這指示第一單元102的相應(yīng)接收模塊112的狀態(tài)信息。在一個(gè)實(shí)施例中，DC傳輸總線106中的AC分量可通過使用補(bǔ)償AC分量被消除或抵消。此后，第二單元104可通過使用此補(bǔ)償AC分量的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)確定第一單元102的狀態(tài)信息。一個(gè)或多個(gè)參數(shù)可包括補(bǔ)償AC分量的頻率、相位和/或幅值。將參照?qǐng)D3更加詳細(xì)地解釋確定狀態(tài)信息的方面。此后，第二單元104可使用確定的第一單元102的狀態(tài)信息，控制電力傳輸系統(tǒng)100中的電力傳輸。在一個(gè)實(shí)施例中，電力傳輸是基于第一單兀102的狀態(tài)信息通過調(diào)節(jié)DC傳輸總線106中的DC電壓或DC電流來控制的。
[0041]參照?qǐng)D2,描繪了根據(jù)本公開的方面圖不DC電力傳輸?shù)碾娏鬏斚到y(tǒng)的簡化的單線圖。附圖標(biāo)記200可代表圖1的電力傳輸系統(tǒng)100。類似地，附圖標(biāo)記202可代表第一單元102，附圖標(biāo)記204可代表圖1的第二單元104。為了便于理解，第二單元204由DC電源208描繪，DC電源208產(chǎn)生DC電壓以在DC傳輸總線206上傳輸HVDC電。可以注意到，DC傳輸總線206可類似于圖1的DC傳輸總線106。在一個(gè)實(shí)施例中，第二單元204可包括多個(gè)DC電源，DC電源通過控制單元(未顯示)被共同控制以維持電力傳輸系統(tǒng)200中的恒定DC鏈接電流。
[0042]進(jìn)一步地，第一單元202可包括一個(gè)或多個(gè)接收模塊210，接收模塊210各自包括被配置成從DC傳輸總線206接收HVDC電的一個(gè)或多個(gè)電力轉(zhuǎn)換器。接收模塊210可使用來自DC傳輸總線206的HVDC電用來提供AC和/或DC電壓。進(jìn)一步地，所產(chǎn)生的電壓被提供給電/電力負(fù)荷(未顯示)。由于每個(gè)接收模塊210可耦連到不同負(fù)荷，模塊210中的一個(gè)模塊所需要的電壓可能與模塊210中的另一模塊所需要的電壓不同。因此，每個(gè)模塊210可根據(jù)其特定的負(fù)荷需要被獨(dú)立地控制。
[0043]此外，每個(gè)接收模塊210可改變其負(fù)荷需求，或者可具有一個(gè)或多個(gè)異常，這可影響系統(tǒng)的常規(guī)操作。例如，組件之一，例如轉(zhuǎn)換器可能不能向電力負(fù)荷供應(yīng)電力。在另一例子中，接收模塊210中一個(gè)模塊的電力負(fù)荷可能斷開，這又降低了第一單元202的功率需求。在這種情況下，第一單元202將狀態(tài)信息傳輸?shù)降诙卧?04，使得到達(dá)第一單元202的電力傳輸?shù)牧勘豢刂啤顟B(tài)信息可包括在第一單元202處的至少異常和/或負(fù)荷需求。
[0044]在示例性實(shí)施例中，此狀態(tài)信息通過向DC傳輸總線206加入AC分量來傳輸，如圖3中所描繪的。具體地，接收模塊210中的一個(gè)模塊，例如接收模塊302通過向DC傳輸總線206加入相應(yīng)的AC分量來傳輸狀態(tài)信息。更加具體地，在一個(gè)實(shí)施例中，諸如AC分量的頻率、幅值和/或相位的參數(shù)可指示特定的接收模塊302的狀態(tài)信息。同樣，AC分量的參數(shù)可在不能夠由第一單元202中的其它模塊和/或調(diào)節(jié)器檢測并且能夠由第二單元204檢測的范圍內(nèi)選擇。在一個(gè)例子中，AC分量可具有從大約幾赫茲到幾百赫茲范圍的頻率，是不可被第一單元202中的其它模塊檢測的。在另一例子中，AC分量可具有足夠大的幅值，以便在AC分量流過DC傳輸總線206的阻抗時(shí)被第二單元204檢測。AC分量可選擇為具有足夠低的頻率，使得DC傳輸總線206中的恒定的DC鏈接電流在通過DC傳輸總線206傳輸AC分量時(shí)不被干擾。進(jìn)一步地，在圖3的實(shí)施例中，第一 AC源304可用來將AC分量加入到DC傳輸總線206。
[0045]進(jìn)一步地，第二單元204可通過識(shí)別DC傳輸總線206中AC分量的存在或不存在確定第一單元202的狀態(tài)信息。在一個(gè)特定的例子中，具有不同值的AC分量在常規(guī)操作條件期間在DC傳輸總線206中傳輸。每個(gè)AC分量可與第一單兀202中他們相應(yīng)的接收模塊關(guān)聯(lián)。在異常情況下，具有異常的相應(yīng)接收模塊的AC分量可以不通過DC傳輸總線206傳輸以指示特定的常規(guī)條件沒有發(fā)生，或者所述的AC分量可以被改變以提供相關(guān)信息。在第一種情況下，第二單元204可識(shí)別DC傳輸總線206中不存在此AC分量，并且可以確定與不存在此AC分量相關(guān)的狀態(tài)信息。在另一例子中，第一單元202只在第一單元202經(jīng)受異常或不正常的負(fù)荷條件時(shí)發(fā)送AC分量。第二單元204然后可以識(shí)別DC傳輸總線102中AC分量的存在和屬性，以確定第一單元202的狀態(tài)信息。
[0046]在一個(gè)實(shí)施例中，補(bǔ)償AC分量用來確定第一單元202的狀態(tài)信息。例如，第二單元204可以使用第二 AC源306來生成補(bǔ)償AC分量。補(bǔ)償AC分量可以具有與DC傳輸總線206中所加入的AC分量相同的頻率、幅值，但具有相反相位。這個(gè)補(bǔ)償AC分量被加入到DC傳輸總線206，以抵消或消除DC傳輸總線206中的AC分量。因?yàn)檠a(bǔ)償AC分量的頻率和幅值與所加入的AC分量相同，所以第二單元204可以確定所需的補(bǔ)償AC分量的頻率和/或幅值，并使用這些信息來確定第一單元202的狀態(tài)信息。在一個(gè)例子中，第二單元204可以使用查詢表來識(shí)別與補(bǔ)償AC分量的頻率和/或幅值相對(duì)應(yīng)的異常和/或負(fù)荷需求。
[0047]在另一個(gè)實(shí)施例中，第二單元204可通過對(duì)代表DC傳輸總線206中的AC分量的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解碼來確定第一單元202的狀態(tài)信息。圖7圖示了這種數(shù)字信號(hào)的一個(gè)實(shí)施例。在這個(gè)例子中，第一單元202可將編碼周期的序列加入到DC傳輸總線206。編碼周期的序列可指示第一單元202的狀態(tài)信息。正周期或周期的存在可指示數(shù)字位“1”，而負(fù)周期或周期的不存在可指示數(shù)字位“O”。進(jìn)一步地，第二單元204可解碼DC傳輸總線206中的這個(gè)數(shù)字信號(hào)，以確定第一單元202的狀態(tài)信息。此外，第二單元204還可識(shí)別傳輸此狀態(tài)信息的接收模塊。例如，具有位“11101”的數(shù)字信號(hào)可指示狀態(tài)信息從第一單元202的接收模塊302傳輸。
[0048]參照?qǐng)D4，描繪了根據(jù)本公開的方面第一單元中接收模塊的框圖。接收模塊400可代表圖1中的接收模塊112之一。為了易于理解本公開，參照?qǐng)D1-3的組件描述接收模塊400?？梢宰⒁獾?，第一單元102可包括一個(gè)或多個(gè)接收模塊，每一個(gè)接收模塊可包括如圖4描述的組件。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一單元102中的每個(gè)接收模塊可耦連到具有如圖4中描述組件的共同單元。
[0049]在圖4的實(shí)施例中，接收模塊400包括加法器402、發(fā)生器404、存儲(chǔ)器406和能量儲(chǔ)存單元408。存儲(chǔ)器406被配置成存儲(chǔ)接收模塊400的狀態(tài)信息?？梢宰⒁獾?，每個(gè)接收模塊400的狀態(tài)信息可共同代表第一單元102的狀態(tài)。狀態(tài)信息可包括第一單元102的異常和/或負(fù)荷需求。此狀態(tài)信息提供給發(fā)生器404，以生成AC分量或電壓。具體地，能量儲(chǔ)存單元408中存儲(chǔ)的無功功率可由發(fā)生器404使用，以生成代表接收模塊400的狀態(tài)信息的AC分量。而且，生成足夠低頻率和足夠低幅值的AC分量，使得當(dāng)AC分量被加入到DC傳輸總線106時(shí)DC傳輸總線106中的恒定DC鏈接電流不受影響。同樣，此AC分量不能被第一單元102中的其它接收模塊或調(diào)節(jié)器檢測到。在一個(gè)例子中，可生成頻率在從大約幾赫茲到幾百赫茲范圍內(nèi)的AC分量。進(jìn)一步地，所生成的AC分量被提供給加法器402，加法器402將所生成的AC分量加入到DC傳輸總線106?？梢宰⒁獾?，每個(gè)接收模塊可將其各自的AC分量加入到DC傳輸總線106，以指示第一單元102的整體狀態(tài)。
[0050]參照?qǐng)D5，描繪了根據(jù)本公開的方面第二單元中的控制單元的框圖。為了易于理解本公開，參照?qǐng)D1-3的組件描述控制單元500?？梢宰⒁獾剑刂茊卧?00可包括其它組件，諸如發(fā)電機(jī)和轉(zhuǎn)換器，控制單元500不限于圖5中描述的組件。
[0051]在圖5的實(shí)施例中，控制單元500包括提取單元502、發(fā)生器504、能量儲(chǔ)存單元506和傳感器單元508。發(fā)生器504可通過使用能量儲(chǔ)存單元506中存儲(chǔ)的有功功率和無功功率來生成補(bǔ)償AC分量。在一個(gè)實(shí)施例中，補(bǔ)償AC分量可通過使用由第二單元104中的發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的功率來生成。補(bǔ)償AC分量可具有與DC傳輸總線106中加入的AC分量相同的幅值和頻率。然而，補(bǔ)償AC分量的相位與DC傳輸總線106中所加入的AC分量相反。在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)生器504可被耦連到傳感器單元508，傳感器單元508被配置成感測DC傳輸總線106中所加入的AC分量。此外,傳感器單兀508可確定DC傳輸總線106中所加入的AC分量的相位。進(jìn)一步地，發(fā)生器504可從傳感器單元508接收此相位信息，并且可生成相位與所加入的AC分量相反的補(bǔ)償AC分量。進(jìn)一步地，補(bǔ)償AC分量被提供到提取單元502，以消除DC傳輸總線106中所加入的AC分量。具體地，提取單元502可將補(bǔ)償AC分量加入到DC傳輸總線106，使得具有相反相位的補(bǔ)償AC分量可抵消DC傳輸總線106中的AC分量。
[0052]在上述實(shí)施例中，所加入的AC分量被感測，然后被用來生成已知的補(bǔ)償AC分量。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以使用感測和擾亂方法，其中，AC分量通過提取單元502被加入到DC傳輸總線106，并被調(diào)節(jié)直到在總線106上檢測不到任何AC分量。通過提取單元502被加入的AC分量的量然后被標(biāo)識(shí)為補(bǔ)償AC分量。因?yàn)镈C傳輸總線106中的AC分量的頻率和幅值與補(bǔ)償AC分量的頻率和幅值相同，提取單元502然后可通過使用補(bǔ)償AC分量的頻率、幅值和相位中的至少一個(gè)來確定第一單元102的狀態(tài)信息。
[0053]不管所加入的AC分量是被直接感測或者是通過所需要的補(bǔ)償AC分量的性質(zhì)推斷，在一個(gè)實(shí)施例中，提取單元502可使用查詢表來確定第一單元102的狀態(tài)信息。更具體地，查詢表可具有與第一單元102中的相應(yīng)接收模塊112的狀態(tài)信息相關(guān)聯(lián)的不同頻率。通過識(shí)別所加入的或補(bǔ)償AC分量的屬性，提取單元502可確定具體的接收模塊112的狀態(tài)信息。在一個(gè)例子中，如果AC分量的頻率在80赫茲到120赫茲的范圍內(nèi)，提取單元502可首先確定接收到具體的接收模塊(例如接收模塊302)的狀態(tài)信息。進(jìn)一步地，通過獲得AC分量的頻率值，提取單元502可識(shí)別查詢表中的相應(yīng)狀態(tài)信息。在另一個(gè)實(shí)施例中，提取單元502通過識(shí)別DC傳輸總線106中存在或不存在AC分量來確定第一單元102的狀態(tài)信息?？梢宰⒁獾?，提取單元502可使用其它方法或算法以用來確定第一單元102的狀態(tài)信息。
[0054]在確定狀態(tài)信息時(shí)，控制單元500可控制系統(tǒng)100中的電力傳輸。在一個(gè)例子中，如果狀態(tài)信息指示電力負(fù)荷被移除或降低，則控制單元500可降低DC傳輸總線106上的DC電力傳輸，使得第二單兀的DC電壓與第一單兀的DC電壓匹配。同樣，通過控制電力傳輸，穩(wěn)定狀態(tài)得以維持，這又提高了電力傳輸系統(tǒng)100中的電力傳輸效率。
[0055]參照?qǐng)D6，描繪了根據(jù)本公開的方面圖示在DC傳輸總線上傳輸信息的方法的流程圖。為了易于理解本公開，參照?qǐng)D1-5中的組件描述所述方法。所述方法開始于步驟602，由第一單元102生成AC分量。AC分量可指示第一單元102的狀態(tài)。在一個(gè)例子中，所述狀態(tài)可包括第一單元102的異常和/或負(fù)荷需求。第一單元102可使用指示第一單元102的狀態(tài)的特定頻率生成AC分量。
[0056]隨后，在步驟604，所生成的AC分量被加入到耦連在第一單元102和第二單元104之間的HVDC電力線106。在一個(gè)實(shí)施例中，第一單元102中的接收模塊之一被配置成以如下方式將AC分量加入到HVDC電力線106，所述方式為AC分量不可被第一單元102中的其它模塊和調(diào)節(jié)器中的至少一個(gè)檢測到。同樣，AC分量以如下方式被加入到HVDC電力線106中，所述的方式為HVDC電力線中的DC鏈接電流在第一單元102和第二單元104之間保持恒定。
[0057]此外，在步驟606，檢測HVDC電力線106中存在或不存在所加入的AC分量。為此目的，第二單元104可監(jiān)控HVDC電力線106，以檢測AC分量的存在或不存在。
[0058]此外，在步驟608，基于加入到HVDC電力線106中的AC分量確定第一單元102的狀態(tài)。為此目的，第二單元104可確定第一單元102的狀態(tài)。在一個(gè)實(shí)施例中，所加入的AC分量可以被直接感測，并被用來確定第一單元的狀態(tài)。在另一個(gè)實(shí)施例中，第二單元104可使用補(bǔ)償AC分量來確定第一單元102的狀態(tài)。更具體地，第二單元104可使用查詢表，查詢表顯示頻率、幅值和/或相位值以及第一單元102的相應(yīng)狀態(tài)信息。之后，第二單元104可基于第一單元102的狀態(tài)調(diào)節(jié)HVDC電力線106中的DC電壓和/或DC電流，使得控制電力傳輸系統(tǒng)100中的電力傳輸。同樣，通過控制電力傳輸，電力傳輸系統(tǒng)100中的穩(wěn)定狀態(tài)得以維持，這又提高了系統(tǒng)100中的電力傳輸效率。
[0059]參照?qǐng)D8,描繪了根據(jù)本公開的方面圖不直流(DC)電力傳輸?shù)碾娏鬏斚到y(tǒng)800。電力傳輸系統(tǒng)800類似于圖1的電力傳輸系統(tǒng)100,除了第一單兀802包括發(fā)電單兀814,第二單元804包括陸上電網(wǎng)808之外。發(fā)電單元814可包括發(fā)電機(jī)，諸如風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)，如圖8所示，發(fā)電單元814耦連到接收模塊812。發(fā)電單元814被配置成在HVDC電力線806上傳輸HVDC電。類似地，第二單元804包括陸上電網(wǎng)808，陸上電網(wǎng)808被配置成從耦連于第一單元802和第二單元804之間的HVDC電力線806接收HVDC電。
[0060]所述系統(tǒng)和方法的各個(gè)實(shí)施例幫助控制電力傳輸，并提高電力傳輸系統(tǒng)中的電力傳輸效率。同樣，由于現(xiàn)有的DC傳輸總線可以用來傳輸這種信息，因此不需要另外的高功率硬件或電纜來傳輸信息。此外，由于不使用附加硬件，系統(tǒng)操作不會(huì)受到影響，同樣，安裝和維護(hù)成本被大大降低。
[0061]要理解的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到來自不同實(shí)施例的各個(gè)特征的可互換性，認(rèn)識(shí)到所描述的各種特征以及每個(gè)特征的其它已知等同可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員混合、搭配，以便根據(jù)本公開的原理構(gòu)造另外的系統(tǒng)和技術(shù)。因此，要理解的是，所附權(quán)利要求旨在覆蓋落入本發(fā)明的真實(shí)精神內(nèi)的所有這種改進(jìn)和變化。
[0062]盡管在本發(fā)明中只圖示和描述了本發(fā)明的某些特征，但本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)想到許多改進(jìn)和變化。因此，要理解的是，所附權(quán)利要求旨在覆蓋落入本發(fā)明的真實(shí)精神內(nèi)的所有這種改進(jìn)和變化。
【權(quán)利要求】
1.一種電力傳輸系統(tǒng)，所述電力傳輸系統(tǒng)包括: 第一單元，所述第一單元用于執(zhí)行以下步驟: 從高壓直流(HVDC)電力線接收HVDC電； 產(chǎn)生指示所述第一單元的狀態(tài)的交流(AC)分量；以及 將所述AC分量加入到所述HVDC電力線； 第二單元，所述第二單元用于執(zhí)行以下步驟: 產(chǎn)生直流(DC)電壓，以在所述HVDC電力線上傳輸所述HVDC電，其中所述HVDC電力線耦連在所述第一單元和所述第二單元之間； 檢測所述HVDC電力線上存在或不存在所加入的AC分量；以及 基于所加入的AC分量，確定所述第一單元的狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述第一單元的狀態(tài)包括所述第一單元上的一個(gè)或多個(gè)異常或所述第一單元上的一個(gè)或多個(gè)負(fù)荷需求。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述第一單元包括耦連到一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)荷的多個(gè)模塊，并且其中，所述多個(gè)模塊中的每一個(gè)模塊至少基于所述第一單元的各個(gè)模塊的狀態(tài)產(chǎn)生唯一的交流(AC)分量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電力傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述第一單元中的每一個(gè)模塊被配置成以如下方式 將所述唯一的AC分量加入到所述HVDC電力線上，所述的方式是所加入的AC分量不可被所述第一單元中的多個(gè)模塊中的其它模塊中的至少一個(gè)檢測到。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述第一單元包括能量儲(chǔ)存單元，所述能量儲(chǔ)存單元被配置成提供無功功率以用于產(chǎn)生所述AC分量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述第二單元被配置成: 產(chǎn)生補(bǔ)償AC分量，以消除所述HVDC電力線上所加入的AC分量；以及 基于所產(chǎn)生的補(bǔ)償AC分量，確定所述第一單元的狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電力傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述第二單元被配置成識(shí)別所述補(bǔ)償AC分量的頻率、幅值和相位中的至少一個(gè)，以確定所述第一單元的狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所加入的AC分量包括指示所述第一單元的狀態(tài)的多個(gè)編碼周期。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述第二單元包括控制單元，所述控制單元基于所述第一單元的狀態(tài)，調(diào)節(jié)所述HVDC電力線中的DC電壓和DC電流中的至少一個(gè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述第一單元耦連到包括石油和燃?xì)庠O(shè)備的至少一個(gè)電力負(fù)荷。
11.一種方法，所述方法包括: 通過第一單元產(chǎn)生交流(AC)分量，其中，所述AC分量指示所述第一單元的狀態(tài)；通過所述第一單元將AC分量加入到耦連于所述第一單元和第二單元之間的高壓直流(HVDC)電力線； 通過所述第二單元檢測在所述HVDC電力線上存在或不存在所加入的AC分量；以及 基于所加入的AC分量確定所述第一單元的狀態(tài)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，向所述HVDC電力線加入所述AC分量包括以如下方式將所述AC分量加入到所述HVDC電力線，所述方式是所述AC分量不可被所述第一單元中的其它模塊和調(diào)節(jié)器中的至少一個(gè)檢測到。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，向所述HVDC電力線加入所述AC分量包括以如下方式將所述AC分量加入到所述HVDC電力線，所述方式是所述HVDC電力線中的直流(DC)鏈接電流在所述第一單元和所述第二單元之間保持恒定。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，確定所述第一單元的狀態(tài)包括: 通過使用補(bǔ)償AC分量，消除所述HVDC電力線上所加入的AC分量；以及 基于所述補(bǔ)償AC分量，確定所述第一單元的狀態(tài)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，確定所述第一單元的狀態(tài)包括識(shí)別所述補(bǔ)償AC電壓的頻率、幅值和相位中的至少一個(gè)，以確定所述第一單元的狀態(tài)。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，確定所述第一單元的狀態(tài)包括對(duì)所加入的AC分量中包括的多個(gè)編碼周期進(jìn)行解碼，以確定所述第一單元的狀態(tài)。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，確定所述第一單元的狀態(tài)進(jìn)一步包括基于所述第一單元的狀態(tài)，在所述第二單元上調(diào)節(jié)所述HVDC電力線中的DC電壓或DC電流。
18.一種電力傳 輸系統(tǒng)，所述電力傳輸系統(tǒng)包括: 第一單元，所述第一單元用于執(zhí)行以下步驟: 在高壓直流(HVDC)電力線上傳輸HVDC電； 產(chǎn)生指示所述第一單元的狀態(tài)的交流(AC)分量；以及 將所述AC分量加入到所述HVDC電力線； 第二單元，所述第二單元用于執(zhí)行以下步驟: 從所述HVDC電力線接收HVDC電，其中，所述HVDC電力線耦連在所述第一單元和所述第二單元之間； 檢測所述HVDC電力線中存在或不存在所加入的AC分量；以及 基于所加入的AC分量，確定所述第一單元的狀態(tài)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電力傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述第一單元耦連到包括風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電單元。
【文檔編號(hào)】H02J1/00GK103997032SQ201310705641
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月19日
【發(fā)明者】張迪, J.戴, L.J.加西斯, 賴日新 申請(qǐng)人:通用電氣公司