具有有源和無源整流器的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】具有有源和無源整流器的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)
[0001]相關(guān)文獻(xiàn)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2012年12月5日提交的第13/705，509號(hào)美國專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)通過引用并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003]本發(fā)明的實(shí)施方式涉及電力系統(tǒng)，具體地，涉及具有有源整流器的電力系統(tǒng)。
[0004]發(fā)電機(jī)可用于為諸如遠(yuǎn)程通信站的遠(yuǎn)程裝置產(chǎn)生直流(DC)或者交流(AC)電力。這樣的站點(diǎn)對(duì)電力的需求可根據(jù)通信業(yè)務(wù)量而變化。在一段時(shí)段，諸如通信業(yè)務(wù)的負(fù)載可能較大，從而需要較多電力；而在另一時(shí)段，通信業(yè)務(wù)較少，從而需要較少電力。將所供給的DC電壓和/或功率保持在所需范圍內(nèi)所需的運(yùn)行條件會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)在低效的運(yùn)行點(diǎn)運(yùn)行。
【附圖說明】
[0005]本文參考附圖進(jìn)行描述，其中，各圖中相同的附圖標(biāo)號(hào)表示相同的零部件，并且附圖中:
[0006]圖1是示出了根據(jù)一種實(shí)施方式的電力系統(tǒng)的框圖。
[0007]圖2是示出了根據(jù)另一種實(shí)施方式的電力系統(tǒng)的框圖。
[0008]圖3是示出了根據(jù)一種實(shí)施方式的電力系統(tǒng)的電源的燃料消耗量的圖表。
[0009]圖4是示出了根據(jù)一種實(shí)施方式的具有復(fù)合型整流器的電力系統(tǒng)的框圖。
[0010]圖5是示出了根據(jù)另一種實(shí)施方式的具有第二電源的電力系統(tǒng)的框圖。
[0011]圖6是示出了根據(jù)另一種實(shí)施方式的電力系統(tǒng)的框圖。
[0012]圖7-圖10是示出了用于根據(jù)不同實(shí)施方式的電力系統(tǒng)的整流器的實(shí)施例的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下將參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行描述。雖然將對(duì)特定的實(shí)施方式進(jìn)行描述，但是以下權(quán)利要求的范圍不局限于這些實(shí)施方式。相反，可對(duì)本發(fā)明進(jìn)行替代、修改、組入絕絕口寸寸ο
[0014]圖1是示出了根據(jù)一種實(shí)施方式的電力系統(tǒng)的框圖。在本實(shí)施方式中，系統(tǒng)10包括可控交流電源12、有源整流器16和控制器22。系統(tǒng)10耦接至負(fù)載20。
[0015]可控交流電源12配置為產(chǎn)生交流(AC)輸出14。例如，交流電源12可以為發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)或發(fā)電機(jī)組，諸如柴油發(fā)電機(jī)或火花點(diǎn)火燃料發(fā)電機(jī)。在另一種實(shí)例中，電源12可以為耦接至發(fā)電機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)、風(fēng)輪機(jī)、水力、蒸汽機(jī)、汽輪機(jī)、斯特林(Stirling)發(fā)動(dòng)機(jī)、或者其他外或內(nèi)燃機(jī)或者旋轉(zhuǎn)或線性電源。形成可控AC功率輸出14的發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)可以為，但不局限于，有刷交流發(fā)電機(jī)、永磁發(fā)電機(jī)、或其他同步或異步交流發(fā)電機(jī)。電源12的可控在于輸出14是可控的。例如，輸出14的功率、電壓、電流、頻率、速度等等是可控的。
[0016]有源整流器16被配置為對(duì)電源12的輸出14進(jìn)行整流處理。具體地，有源整流器16被配置為從交流(AC)輸出14生成直流(DC)輸出18。將整流獲得的直流輸出18供給負(fù)載20。
[0017]雖然輸出18使用術(shù)語直流，但是輸出18可以、但不必為純直流輸出。也就是說，輸出18可包括經(jīng)過整流的電源內(nèi)的電壓和電流變化。此外，要注意的是，負(fù)載20可直接利用DC輸出18或者可包括附加的電源調(diào)整電路，諸如電感、電容、調(diào)節(jié)器、電源開關(guān)、和/或逆變器，從而進(jìn)一步調(diào)整待使用的DC輸出18。
[0018]控制器22耦接至電源12、有源整流器16、和負(fù)載20。雖然控制器22示為直接耦接，但是控制器22也可通過其他元件、通過傳感器、通過通信接口、隔離電路等等間接地耦接至這些元件，或者可與其他元件分離或整合。
[0019]控制器22被配置成用于響應(yīng)目標(biāo)輸出而調(diào)整電源12的參數(shù)和有源整流器16的參數(shù)的至少一個(gè)。例如，這些參數(shù)可包括電源12的速度、適于AC電源輸出14的目標(biāo)輸出、有源整流器16的占空比等等。因此，控制器22可被配置為調(diào)整電源12和有源整流器16的一者或兩者的運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)所需效率與電壓和電流輸出。
[0020]在一種實(shí)施方式中，控制器22耦接至負(fù)載20?？刂破?2被配置為監(jiān)視負(fù)載的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)。例如，控制器22可被配置為監(jiān)視電流、電壓、功率、或與負(fù)載20相關(guān)的其他參數(shù)。因此，控制器22可響應(yīng)于負(fù)載20而調(diào)整電源12和有源整流器16的參數(shù)。
[0021]控制器22可為任何種類的電路?？刂破?2可為處理器、微型控制器、專用集成電路、可編程邏輯設(shè)備、這些裝置的組合等等。
[0022]圖2是示出了根據(jù)另一種實(shí)施方式的電力系統(tǒng)的框圖。在本實(shí)施方式中，系統(tǒng)40包括發(fā)電機(jī)組42，所述發(fā)電機(jī)組42包括發(fā)動(dòng)機(jī)44和發(fā)電機(jī)46。發(fā)電機(jī)46為三相或單相發(fā)電機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)44被配置為驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)46以生成AC輸出14。發(fā)動(dòng)機(jī)44和發(fā)電機(jī)46耦接至控制器22。因此，控制器22被配置為調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)44和/或發(fā)電機(jī)46的參數(shù)及輸出14ο
[0023]在本實(shí)施方式中，作為一種實(shí)施例，負(fù)載包括電信設(shè)備48。例如，電信設(shè)備48可包括位于蜂窩式通信塔的無線通信設(shè)備。在一種實(shí)施方式中，電信設(shè)備48可位于偏避區(qū)域，諸如山上或深林中。也就是說，系統(tǒng)40和設(shè)備48可與基本上連續(xù)的電源大體隔離，諸如電源主線。這可能增加招聘工作人員或獲得必要供應(yīng)到通信塔位置的成本和復(fù)雜性。此外，一些位置可能無法通向公用電源或通向可靠的公用電源。因此，發(fā)電機(jī)組42基本上位于與電信設(shè)備48相同的位置。
[0024]在一種實(shí)施方式中，系統(tǒng)40具有可提供設(shè)備48所需的峰值功率的額定功率。然而，在諸如夜間的非高峰時(shí)段，或者在裝配期間，即未完全填入期間，額定功率將比所需的更大。當(dāng)供給相對(duì)較小的電力時(shí)，被配置為生成峰值功率的定速發(fā)電機(jī)組將低效地運(yùn)行。定速發(fā)電機(jī)組的速度可被降低。然而，對(duì)應(yīng)的輸出電壓、頻率等等可能超過可接受范圍。
[0025]在需要低電力的這種情況中，控制器22可被配置為降低發(fā)動(dòng)機(jī)44的速度。因此，輸出14會(huì)下降低于通過無源整流器能夠維持可接受操作的閾值。然而，控制器22還可以被配置為調(diào)整有源整流器16的操作，以將降低的輸出14升高至適于輸出18的可接受范圍。換言之，為了降低后的電力需求，可在更有效的操作點(diǎn)操作發(fā)動(dòng)機(jī)44。因此，可使用較寬的發(fā)電機(jī)組速度范圍，即使該速度范圍將導(dǎo)致在無源整流時(shí)輸出18不同于可接受值。
[0026]在一種實(shí)施方式中，輸出18可耦接至電池系統(tǒng)50。電池系統(tǒng)50可為用于設(shè)備48的備用電源組。因此，系統(tǒng)40不僅可將電力供給設(shè)備48，還可以被配置為給電池系統(tǒng)50充電。在降低速度流或完成電池充電期間，發(fā)動(dòng)機(jī)的速度將降至通過有源整流器將交流電壓升高至適當(dāng)?shù)某潆婋妷杭?jí)的最低速度。
[0027]雖然已經(jīng)對(duì)遠(yuǎn)程布置的電信設(shè)備48設(shè)置進(jìn)行描述，但是當(dāng)沒有遠(yuǎn)程布置時(shí)，其他電信設(shè)備48設(shè)置也可包括系統(tǒng)40。例如，系統(tǒng)40可為提供給設(shè)備48的備用電源。也就是說，系統(tǒng)40可用作公用主電源的備用設(shè)備。
[0028]此外，雖然以上將蜂窩式通信設(shè)備作為電信設(shè)備48進(jìn)行描述，但是其他類型的通訊設(shè)備也可耦接至系統(tǒng)40。例如，有線或光通信設(shè)備可耦接至系統(tǒng)40。此外，雖然描述了通訊設(shè)備由系統(tǒng)40供電，但是諸如光、監(jiān)測系統(tǒng)、加熱和冷卻系統(tǒng)等等的其他設(shè)備也可由系統(tǒng)40供電。
[0029]圖3是示出了根據(jù)一種實(shí)施方式的電力系統(tǒng)的電源的燃料消耗量的圖表70。曲線70示出了對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速72和扭矩74輸出的不同燃料消耗量等值線。例如，等值線78為比等值線76更高的燃料消耗量等值線。曲線80和曲線82表示恒功率曲線。
[0030]因此，對(duì)于給定輸出功率82，上述發(fā)動(dòng)機(jī)44和發(fā)電機(jī)46可在點(diǎn)86處或附近運(yùn)行，以使得燃料效率最高。同理，對(duì)于輸出功率80，上述發(fā)動(dòng)機(jī)44和發(fā)電機(jī)46可在點(diǎn)84處運(yùn)行。雖然點(diǎn)84的燃料效率較低，但卻是沿