直流電力系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的直流電力系統(tǒng)包括配置成向多個(gè)負(fù)載供應(yīng)電力的公共直流(DC)母線。多個(gè)交流(AC)-DC轉(zhuǎn)換器橋向公共DC母線供應(yīng)DC電力。AC-DC轉(zhuǎn)換器橋的每個(gè)通過至少一個(gè)拆分DC鏈路連接到公共DC母線。至少一個(gè)拆分DC鏈路包括：小電容器，跨相應(yīng)AC-DC轉(zhuǎn)換器橋的輸出端子而連接；以及至少一個(gè)二極管，按照在AC-DC轉(zhuǎn)換器橋的故障情況下阻止從公共DC母線到相應(yīng)AC-DC轉(zhuǎn)換器橋的瞬態(tài)電流的方式耦合在小電容器與大電容器的兩個(gè)端子之間。
【專利說明】
直流電力系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明一般涉及電力傳輸，以及更具體來說涉及用于將直流電力傳送到海洋或海底電氣設(shè)備的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在過去數(shù)十年，電力轉(zhuǎn)換領(lǐng)域因其在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、再生能量系統(tǒng)、高壓直流(HVDC)系統(tǒng)等中的逼近的優(yōu)點(diǎn)而驚人地增長。例如，要求數(shù)百兆瓦電功率的海底石油和天然氣生產(chǎn)系統(tǒng)可將HVDC傳輸和分配系統(tǒng)用于輸送電功率。此外，在近代，海上交通也因貨物運(yùn)輸船、軍艦、海上石油船、客輪等的巨大增長而跨全球充分增加。這些船只或船舶具有許多船載電氣負(fù)載。用于栗、風(fēng)扇、電動(dòng)推進(jìn)裝備、照明和空氣調(diào)節(jié)的變速電力驅(qū)動(dòng)是船舶的船載電氣負(fù)載的一些不例。
[0003]海底和海洋電力供應(yīng)電路布置包括直流(DC)電力系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器和多個(gè)負(fù)載所連接到的DC母線。功率轉(zhuǎn)換器經(jīng)由公共DC母線向多個(gè)負(fù)載供應(yīng)能量。公共DC母線還包括多個(gè)電容器。這種電力系統(tǒng)因電路中的大量子系統(tǒng)而造成大量保護(hù)問題。海底環(huán)境和數(shù)年沒有維護(hù)的系統(tǒng)可用性的客戶請求加劇了保護(hù)問題。因此，需要按照如下方式來設(shè)計(jì)連接到公共DC母線的子系統(tǒng)的總集合:當(dāng)甚至只有一個(gè)子系統(tǒng)因短路故障而出故障時(shí)限制損壞。主要問題是連接到公共DC母線的電容器中積聚的大量能量的排放。
[0004]將DC斷路器用于中斷DC故障電流是上述保護(hù)問題的解決方案之一。另一個(gè)解決方案是使用保險(xiǎn)設(shè)計(jì)的子系統(tǒng)，使得它們能夠耐受故障期間由電容器所排放的能量。但是，這些解決方案涉及高費(fèi)用和笨重組件，這進(jìn)一步涉及例如空間限制等的問題。
[0005]因此，仍然存在對用于向海底或海洋設(shè)備傳送電功率的緊湊可靠系統(tǒng)的需要。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]按照本技術(shù)的一實(shí)施例，提供一種直流電力系統(tǒng)。該DC電力系統(tǒng)包括公共DC母線，其中至少包括配置成向多個(gè)負(fù)載供應(yīng)電力的正干線。該DC電力系統(tǒng)還包括向公共DC母線供應(yīng)DC電力的多個(gè)交流(AC)-DC轉(zhuǎn)換器橋，其中AC-DC轉(zhuǎn)換器橋的每個(gè)通過至少一個(gè)拆分DC鏈路(spI i t DC I ink)連接到公共DC母線。拆分DC鏈路包括跨相應(yīng)AC-DC轉(zhuǎn)換器橋的輸出端子而連接的小電容器以及跨DC鏈路而連接的大電容器。拆分DC鏈路還包括至少一個(gè)二極管，其按照在AC-DC轉(zhuǎn)換器橋的故障情況下阻止從公共DC母線到相應(yīng)AC-DC轉(zhuǎn)換器橋的瞬態(tài)電流的方式親合在小電容器與大電容器的兩個(gè)端子之間。
[0007]按照本技術(shù)的另一個(gè)實(shí)施例，提供一種供應(yīng)DC電力的方法。該方法包括經(jīng)由公共DC母線向多個(gè)負(fù)載提供DC電力，并且通過提供AC-DC轉(zhuǎn)換器橋的每個(gè)與公共DC母線之間的拆分DC鏈路將多個(gè)交流(AC)-DC轉(zhuǎn)換器橋連接到公共DC母線。在該方法中，提供拆分DC鏈路包括將小電容器跨相應(yīng)AC-DC轉(zhuǎn)換器橋的輸出端子而連接，并且將大電容器跨DC鏈路而連接。提供拆分DC鏈路還包括按照在AC-DC轉(zhuǎn)換器橋的故障情況下阻止從公共DC母線到相應(yīng)AC-DC轉(zhuǎn)換器橋的瞬態(tài)電流的方式，將至少一個(gè)二極管親合在小電容器與大電容器的兩個(gè)端子之間。
[0008]技術(shù)方案1:一種直流電力系統(tǒng)，包括:
公共直流(DC)母線，至少包括配置成向多個(gè)負(fù)載供應(yīng)電力的正干線；
向所述公共DC母線供應(yīng)DC電力的多個(gè)交流(AC) -DC轉(zhuǎn)換器橋，其中所述AC-DC轉(zhuǎn)換器橋的每個(gè)通過至少一個(gè)拆分DC鏈路連接到所述公共DC母線；
其中所述至少一個(gè)拆分DC鏈路包括:
小電容器，跨相應(yīng)AC-DC轉(zhuǎn)換器橋的輸出端子而連接；
大電容器，跨所述DC鏈路而連接；以及
至少一個(gè)二極管，按照在所述AC-DC轉(zhuǎn)換器橋的故障情況下阻止從所述公共DC母線到所述相應(yīng)AC-DC轉(zhuǎn)換器橋的瞬態(tài)電流的方式耦合在所述小電容器與所述大電容器的兩個(gè)端子之間。
[0009]技術(shù)方案2:如技術(shù)方案I所述的DC電力系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)負(fù)載包括海洋或海底設(shè)備。
[0010]技術(shù)方案3:如技術(shù)方案I所述的DC電力系統(tǒng)，其中，所述大電容器的電容值是所述小電容器的電容值的10倍以上。
[0011]技術(shù)方案4:如技術(shù)方案I所述的DC電力系統(tǒng)，其中，所述小電容器的電容值選擇成使得在所述AC-DC轉(zhuǎn)換器橋的正常操作期間允許所述相應(yīng)AC-DC轉(zhuǎn)換器橋中的正常模式瞬態(tài)電流的剛好充分流動(dòng)，而沒有在所述AC-DC轉(zhuǎn)換器橋的輸出端子的極端電壓衰減。
[0012]技術(shù)方案5:如技術(shù)方案I所述的DC電力系統(tǒng)，其中，所述DC母線還包括地干線或負(fù)干線或者兩者。
[0013]技術(shù)方案6:如技術(shù)方案5所述的DC電力系統(tǒng)，其中，多個(gè)DC電容器連接在所述正干線與所述負(fù)干線之間或者所述正干線與所述地干線之間或者所述負(fù)干線與所述地干線之間。
[0014]技術(shù)方案7:如技術(shù)方案5所述的DC電力系統(tǒng)，其中，多個(gè)負(fù)載連接在所述正干線與所述負(fù)干線之間或者所述正干線與所述地干線之間或者所述負(fù)干線與所述地干線之間。
[0015]技術(shù)方案8:如技術(shù)方案I所述的DC電力系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)第二二極管連接在所述小電容器與所述大電容器的另外兩個(gè)端子之間。
[0016]技術(shù)方案9:如技術(shù)方案I所述的DC電力系統(tǒng)，其中，所述AC-DC轉(zhuǎn)換器橋的每個(gè)包括單相轉(zhuǎn)換器橋或者三相轉(zhuǎn)換器橋。
[0017]技術(shù)方案10:如技術(shù)方案9所述的DC電力系統(tǒng)，其中，所述單相轉(zhuǎn)換器橋包括兩個(gè)相腿，以及所述三相轉(zhuǎn)換器橋包括三個(gè)相腿。
[0018]技術(shù)方案11:如技術(shù)方案I所述的DC電力系統(tǒng)，其中，所述AC-DC功率轉(zhuǎn)換器橋的每個(gè)從AC發(fā)電機(jī)或電力網(wǎng)接收輸入能量。
[0019]技術(shù)方案12:—種供應(yīng)直流(DC)電力的方法，包括:
經(jīng)由公共DC母線向多個(gè)負(fù)載提供DC電力；
通過提供AC-DC轉(zhuǎn)換器橋的每個(gè)與所述公共DC母線之間的拆分DC鏈路，將多個(gè)交流(AC)-DC轉(zhuǎn)換器橋連接到所述公共DC母線；
其中提供所述拆分DC鏈路包括:
將小電容器跨相應(yīng)AC-DC轉(zhuǎn)換器橋的輸出端子而連接； 將大電容器跨所述DC鏈路而連接；以及
按照在所述AC-DC轉(zhuǎn)換器橋的故障情況下阻止從所述公共DC母線到所述相應(yīng)AC-DC轉(zhuǎn)換器橋的瞬態(tài)電流的方式將至少一個(gè)二極管耦合在所述小電容器與所述大電容器的兩個(gè)端子之間。
[0020]技術(shù)方案13:如技術(shù)方案12所述的方法，其中，向多個(gè)負(fù)載提供DC電力包括在所述AC-DC功率轉(zhuǎn)換器橋的每個(gè)從AC發(fā)電機(jī)或電力網(wǎng)接收AC能量。
[0021]技術(shù)方案14:如技術(shù)方案12所述的方法，其中，連接所述小電容器和所述大電容器包括將所述大電容器的電容值選擇為所述小電容器的電容值的1倍以上。
[0022]技術(shù)方案15:如技術(shù)方案12所述的方法，其中，連接所述小電容器和所述大電容器包括將所述小電容器的電容值選擇成使得在所述AC-DC轉(zhuǎn)換器橋的正常操作期間允許所述相應(yīng)AC-DC轉(zhuǎn)換器橋中的正常模式瞬態(tài)電流的剛好充分流動(dòng)，而沒有在所述AC-DC轉(zhuǎn)換器橋的輸出端子的極端電壓衰減。
[0023]技術(shù)方案16:如技術(shù)方案12所述的方法，其中，提供所述拆分DC鏈路包括將至少一個(gè)第二二極管連接在所述小電容器與所述大電容器的另外兩個(gè)端子之間。
[0024]技術(shù)方案17:如技術(shù)方案12所述的方法，其中，向所述多個(gè)負(fù)載提供DC電力包括在所述公共DC母線中提供正干線。
[0025]技術(shù)方案18:如技術(shù)方案12所述的方法，還包括在所述公共DC母線中提供負(fù)干線或地干線或者兩者。
[0026]技術(shù)方案19:如技術(shù)方案12所述的方法，其中，向多個(gè)負(fù)載提供DC電力包括將多個(gè)DC電容器耦合在所述DC母線的所述正干線與所述負(fù)干線之間或者所述正干線與所述地干線之間或者所述負(fù)干線與所述地干線之間。
[0027]技術(shù)方案20:如技術(shù)方案19所述的方法，其中，向所述多個(gè)負(fù)載提供DC電力包括將所述多個(gè)負(fù)載連接在所述正干線與所述負(fù)干線之間或者所述正干線與所述地干線之間或者所述負(fù)干線與所述地干線之間。
【附圖說明】
[0028]圖1是用于海洋或海底設(shè)備的現(xiàn)有技術(shù)DC電力系統(tǒng)的圖解表示；
圖2是示出按照本公開的方面的DC電力系統(tǒng)的示意圖；
圖3是示出按照本公開的方面、圖2的AC-DC功率轉(zhuǎn)換器橋的示意圖；
圖4是示出按照本技術(shù)的一實(shí)施例、圖2的海底電力傳輸/分配系統(tǒng)的模擬圖表的符號圖；以及
圖5是示出按照本公開的方面的另一個(gè)DC電力系統(tǒng)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]除非另加說明，否則本文所使用的科技術(shù)語具有與本公開所屬領(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“第一”、“第二”等并不表示任何順序、量或重要性，而是用來區(qū)分各個(gè)元件。另外，術(shù)語“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“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)。此外，術(shù)語“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/或無源的并且連接或者耦合在一起以提供所述功能。
[0030]現(xiàn)在來看附圖，作為舉例，圖1中示出用于海洋或海底設(shè)備的現(xiàn)有技術(shù)DC電力系統(tǒng)100 AC電力系統(tǒng)100包括能量源、例如交流(AC)發(fā)電機(jī)108、110，其分別經(jīng)由功率電子轉(zhuǎn)換器122和124向DC母線120饋送電力。在一個(gè)實(shí)施例中，例如對于海底系統(tǒng)，DC電力系統(tǒng)100可經(jīng)由傳輸線(未示出)從電力網(wǎng)(未示出)接收能量。在所示實(shí)施例中，DC電力系統(tǒng)100還包括能量儲存裝置112，其經(jīng)由功率電子轉(zhuǎn)換器128向DC母線126饋送電力。功率電子轉(zhuǎn)換器122、124是AC-DC轉(zhuǎn)換器，因?yàn)樗鼈儽仨毎褋碜訟C發(fā)電機(jī)的電力轉(zhuǎn)換到DC母線，而功率電子轉(zhuǎn)換器128是DC-DC轉(zhuǎn)換器，因?yàn)樗鼘C能量儲存裝置耦合到DC母線。兩個(gè)DC母線120和126不是具有相同DC電壓，并且因此經(jīng)由DC-DC轉(zhuǎn)換器130相互耦合。DC-DC轉(zhuǎn)換器130可以是雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器或者單向DC-DC轉(zhuǎn)換器。此外，負(fù)載132和134分別經(jīng)由功率電子轉(zhuǎn)換器136和138連接到DC母線120，以及負(fù)載140和142分別經(jīng)由功率電子轉(zhuǎn)換器144和146連接到DC母線122。取決于負(fù)載是AC負(fù)載還是DC負(fù)載，功率電子轉(zhuǎn)換器136、138、144和146可以是AC-DC轉(zhuǎn)換器或者DC-DC轉(zhuǎn)換器。DC電力系統(tǒng)100還可包括控制器(未示出)，以控制各種DC-DC轉(zhuǎn)換器。[0031 ]圖2示出按照本公開的方面的DC電力系統(tǒng)1的示意圖。DC電力系統(tǒng)1包括DC母線12，多個(gè)負(fù)載14與DC母線12連接。DC母線12包括正干線13和負(fù)干線15，多個(gè)DC電容器17可與其連接。應(yīng)當(dāng)注意，在一些實(shí)施例中，負(fù)干線可采用地干線來替代。如先前所述，DC母線12可從例如本地發(fā)電機(jī)、電池或電力網(wǎng)之類的能量源來接收能量。電力網(wǎng)和本地發(fā)電機(jī)一般是交流(AC)能量源，但是也可使用DC發(fā)電機(jī)。因此，系統(tǒng)10還包括多個(gè)AC-DC功率轉(zhuǎn)換器橋16、
18。功率轉(zhuǎn)換器橋16、18可以是例如單相橋或三相橋。當(dāng)AC-DC功率轉(zhuǎn)換器橋16和18是單相橋時(shí)，它們包括兩個(gè)轉(zhuǎn)換器腿，而當(dāng)AC-DC功率轉(zhuǎn)換器橋是三相橋時(shí)，它們包括三個(gè)轉(zhuǎn)換器腿。
[0032]圖3示出按照本技術(shù)的一實(shí)施例的AC-DC功率轉(zhuǎn)換器橋的示例的示意圖50^C-DC功率轉(zhuǎn)換器橋52是單相AC-DC功率轉(zhuǎn)換器橋的示例，并且包括兩個(gè)腿54和56。每個(gè)腿包括多個(gè)可控半導(dǎo)體開關(guān)58。輸入AC供應(yīng)可在端子60提供給AC-DC功率轉(zhuǎn)換器橋52，以及輸出DC供應(yīng)可在端子62獲取。
[0033]AC-DC功率轉(zhuǎn)換器橋64是三相AC-DC功率轉(zhuǎn)換器的示例，并且包括三個(gè)腿66、68和70。每個(gè)腿包括多個(gè)可控半導(dǎo)體開關(guān)72。輸入AC供應(yīng)可在端子74提供給AC-DC功率轉(zhuǎn)換器橋64，以及輸出DC供應(yīng)可在端子76獲取。
[0034]在兩種轉(zhuǎn)換器橋52和64中，可控半導(dǎo)體開關(guān)58和72以開關(guān)頻率來接通和關(guān)斷，并且因而它們將AC電力轉(zhuǎn)換為DC電力。應(yīng)當(dāng)注意，轉(zhuǎn)換器橋52和64只是AC-DC轉(zhuǎn)換器橋16或18的兩個(gè)示例。在其他實(shí)施例中，AC-DC轉(zhuǎn)換器橋16或18可包括其他結(jié)構(gòu)，例如多級轉(zhuǎn)換器橋或者只是二極管橋。
[0035]又參照圖2，AC-DC功率轉(zhuǎn)換器橋16、18經(jīng)由拆分DC鏈路32和34連接到公共DC母線12。拆分DC鏈路32、34包括小電容器20、22，其分別連接在AC-DC功率轉(zhuǎn)換器橋16、18的輸出端子。此外，拆分DC鏈路32、34包括跨公共DC鏈路12而連接的大電容器24、26。大電容器24、26分別經(jīng)由未受控半導(dǎo)體開關(guān)、例如二極管28和30來耦合至IjAC-DC功率轉(zhuǎn)換器橋。換言之，AC-DC功率轉(zhuǎn)換器橋20、22的DC鏈路分為小電容器20、22和大電容器24、26。此外，小電容器20、22和大電容器24、26通過二極管28、30分隔。大電容器24、26并聯(lián)連接到DC母線12。二極管28、30允許電流從AC-DC功率轉(zhuǎn)換器橋16、18流動(dòng)到DC母線12。但是，它們阻止電流的反向，g卩，從DC母線12到功率轉(zhuǎn)換器橋16、18的電流通過二極管28、30來阻止。在所示實(shí)施例中，二極管28、30連接成使得其陽極連接到AC-DC功率轉(zhuǎn)換器橋16、18，而其陰極連接到DC母線12。
[0036]在AC-DC功率轉(zhuǎn)換器橋16上的短路故障的情況下，二極管28阻止從DC母線12到轉(zhuǎn)換器橋16的電力流的反向。這產(chǎn)生兩種情況:I)避免因能量從DC母線12放出到轉(zhuǎn)換器橋16中引起的對AC-DC功率轉(zhuǎn)換器橋16的損壞；以及2)AC-DC功率轉(zhuǎn)換器橋16與DC母線12隔離，從而產(chǎn)生系統(tǒng)的其余部分的操作的持續(xù)性。二極管28促進(jìn)DC功率轉(zhuǎn)換器橋16與DC母線12的隔離，而無需任何可控開關(guān)裝置。類似地，在AC-DC功率轉(zhuǎn)換器橋18上的短路故障的情況下，二極管30將功率轉(zhuǎn)換器橋18與DC母線12隔離。應(yīng)當(dāng)注意，圖2中為了便于說明而僅示出兩個(gè)AC-DC轉(zhuǎn)換器。但是，多個(gè)AC-DC轉(zhuǎn)換器橋可耦合到DC母線12，以及對于每一個(gè)這種AC-DC轉(zhuǎn)換器橋，拆分DC鏈路和二極管可用來將橋與DC母線12隔離。橋28、30則在相應(yīng)AC-DC轉(zhuǎn)換器橋的故障情況下阻止從公共DC母線12到AC-DC轉(zhuǎn)換器橋16、18的瞬態(tài)電流。
[0037]小電容器20、22在轉(zhuǎn)換器橋16、18上的故障情況下促進(jìn)負(fù)DC電流，并且因而電容器20、22保護(hù)轉(zhuǎn)換器橋16、18免受在輸出端子的極端電壓衰減。小電容器20、22安裝成非常接近轉(zhuǎn)換器橋16、18的相腿，并且通過允許負(fù)電流，它們持續(xù)確保各轉(zhuǎn)換器橋16、18對于有限時(shí)間間隔觀測到通過小電容器20、22所形成的線性電壓源。轉(zhuǎn)換器橋16、18與DC母線12之間的平均電力流僅具有一個(gè)符號，即，平均電力從轉(zhuǎn)換器橋16、19傳遞到公共DC母線12。換言之，來自轉(zhuǎn)換器橋16、18的相腿的電流的平均值與二極管28和30的極性兼容，并且這意味著，來自轉(zhuǎn)換器橋的相腿的電流對于周期的大半流入二極管28和30中，由此將大許多的電容器24和26連接到小電容器20和22。對于周期的大部分，當(dāng)二極管28和30導(dǎo)通時(shí)，DC母線12表現(xiàn)為線性電壓源的通常近似。僅當(dāng)來自轉(zhuǎn)換器橋16、18的相腿的電流為負(fù)時(shí)，二極管28和30才斷開，并且小電容器20和22然后允許這類電流。在轉(zhuǎn)換器橋16或18其中之一上的故障情況下，小電容器20或22突然將能量排放到相應(yīng)轉(zhuǎn)換器橋16或18中，但是能量因小電容值而極為有限，極大地降低對總系統(tǒng)的防爆的需求。另外，有故障的轉(zhuǎn)換器橋16或18通過二極管28或30與其他轉(zhuǎn)換器橋并且與DC母線自動(dòng)隔離。因此，該系統(tǒng)持續(xù)以較小擾動(dòng)進(jìn)行操作。
[0038]如先前所述，小電容器20、22的電容值選擇成使得允許轉(zhuǎn)換器橋16、18中的正常模式瞬態(tài)電流的剛好充分流動(dòng)，而沒有在轉(zhuǎn)換器橋16、18的輸出端子的極端電壓衰減。正常模式瞬態(tài)電流在這里表不功率轉(zhuǎn)換器橋16、18的正常操作期間在轉(zhuǎn)換器橋16、18與小電容器
20、22之間流動(dòng)的瞬態(tài)電流。在一個(gè)實(shí)施例中，大電容器24、26的電容值與小電容器20、22的電容值的比率為10以上。
[0039]現(xiàn)在參照圖4，示出符號圖150，其示出按照本技術(shù)的一實(shí)施例、圖2的DC電力系統(tǒng)的模擬圖表。所示的圖表用于在時(shí)間tl的AC-DC轉(zhuǎn)換器橋16上的模擬短路故障。圖4中，圖表152示出電流il (圖2)在小電容器20之前流動(dòng)。如能夠看到，電流il對于時(shí)間的大部分為正，而對極少周期為負(fù)。因此，電流il的平均值為正。此外，在時(shí)間tl，當(dāng)短路故障發(fā)生時(shí)，電流i I中存在負(fù)尖峰。但是，電流尖峰因電容器20的低值而極為有限。電容器20在某個(gè)時(shí)刻之內(nèi)完全放電，并且此后電流il變?yōu)榱?，如圖表152所示。
[0040]此外，圖4中的圖表154示出與健康A(chǔ)C-DC轉(zhuǎn)換器18相關(guān)的各種電流。圖表154示出:電流信號156，其表示小電容器22中的電流i2;電流信號158，其表示二極管30之后的電流i3;以及電流信號160，其表示大電容器26之后的電流i4。如能夠看到，甚至在時(shí)間tl的AC-DC轉(zhuǎn)換器16中的故障之后，AC-DC轉(zhuǎn)換器18下正常操作而沒有較大擾動(dòng)。
[0041]圖4中的圖表162示出表示DC母線12的電壓的電壓信號164以及表示跨小電容器22的電壓的電壓信號166。如能夠看到，DC母線電壓166甚至在時(shí)間tl的故障之后也持續(xù)保持恒定。類似地，對小電容器22的電壓166不存在顯著差異。此外，圖表166示出DC母線12的電壓中的電壓紋波，其在時(shí)間tl的故障之后也沒有顯著變化。一般來說，本技術(shù)甚至在AC-DC轉(zhuǎn)換器之一的短路故障之后也促進(jìn)DC電力系統(tǒng)的操作的持續(xù)性，而沒有任何較大擾動(dòng)。
[0042]圖5示出按照本公開的方面的另一個(gè)DC電力系統(tǒng)210的示意圖。DC電力系統(tǒng)210包括DC母線212，多個(gè)負(fù)載214與DC母線212連接。DC母線212包括正干線213、負(fù)干線215和地干線211。地干線電位處于正干線與負(fù)干線電位之間。一些負(fù)載可連接在正干線與地干線之間，而一些負(fù)載可連接在地干線與負(fù)干線之間。此外，一些負(fù)載還可連接在正干線與負(fù)干線之間。DC電力系統(tǒng)210還包括多個(gè)AC-DC功率轉(zhuǎn)換器橋216、218。
[0043]如同圖2中一樣，圖5還包括小電容器220、232、222、234和大電容器224、236、226和238。應(yīng)當(dāng)注意，雖然電容器示為連接在地干線與正干線或負(fù)干線之間，但是在其他實(shí)施例中，電容器可直接連接在正干線與負(fù)干線之間。如同圖2的實(shí)施例中一樣，大電容器224、236、226、238分別經(jīng)由未受控半導(dǎo)體開關(guān)、例如二極管228、230連接到AC-DC功率轉(zhuǎn)換器橋216、218。但是，與圖2的實(shí)施例不同，大電容器224、236、226、238還經(jīng)由如圖5所示的反向連接二極管221、223來連接到AC-DC功率轉(zhuǎn)換器橋216、218。由于在圖5中，負(fù)載連接在各種干線、例如地干線和負(fù)干線或者地干線和正干線之間，所以電流可經(jīng)由負(fù)干線或者正干線在DC母線212至AC-DC功率轉(zhuǎn)換器橋216、218之間流動(dòng)。因此，在這類情況下，反向連接二極管221、223阻止電流從DC母線212排放到AC-DC功率轉(zhuǎn)換器橋216、218，以及正向連接二極管228、230在故障期間阻止電流從AC-DC功率轉(zhuǎn)換器橋216、218排放到DC母線212。因此，DC母線212與AC-DC功率轉(zhuǎn)換器橋216、218完全隔離。
[0044]本系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)之一是經(jīng)由基于功率轉(zhuǎn)換器的DC鏈路的拆分的更容錯(cuò)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的高的系統(tǒng)可用性。該系統(tǒng)使組件為最少，并且創(chuàng)建公共DC母線與有故障功率轉(zhuǎn)換器之間的隔離。該系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，它限制對有故障功率轉(zhuǎn)換器的損壞。
[0045]雖然本文僅說明和描述了本發(fā)明的某些特征，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)想到多種修改和變更。因此要理解，所附權(quán)利要求書預(yù)計(jì)涵蓋落入本發(fā)明的真實(shí)精神之內(nèi)的所有這類修改和變更。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種直流電力系統(tǒng)，包括: 公共直流(DC)母線，至少包括配置成向多個(gè)負(fù)載供應(yīng)電力的正干線； 向所述公共DC母線供應(yīng)DC電力的多個(gè)交流(AC)-DC轉(zhuǎn)換器橋，其中所述AC-DC轉(zhuǎn)換器橋的每個(gè)通過至少一個(gè)拆分DC鏈路連接到所述公共DC母線； 其中所述至少一個(gè)拆分DC鏈路包括: 小電容器，跨相應(yīng)AC-DC轉(zhuǎn)換器橋的輸出端子而連接； 大電容器，跨所述DC鏈路而連接；以及 至少一個(gè)二極管，按照在所述AC-DC轉(zhuǎn)換器橋的故障情況下阻止從所述公共DC母線到所述相應(yīng)AC-DC轉(zhuǎn)換器橋的瞬態(tài)電流的方式耦合在所述小電容器與所述大電容器的兩個(gè)端子之間。2.如權(quán)利要求1所述的DC電力系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)負(fù)載包括海洋或海底設(shè)備。3.如權(quán)利要求1所述的DC電力系統(tǒng)，其中，所述大電容器的電容值是所述小電容器的電容值的10倍以上。4.如權(quán)利要求1所述的DC電力系統(tǒng)，其中，所述小電容器的電容值選擇成使得在所述AC-DC轉(zhuǎn)換器橋的正常操作期間允許所述相應(yīng)AC-DC轉(zhuǎn)換器橋中的正常模式瞬態(tài)電流的剛好充分流動(dòng)，而沒有在所述AC-DC轉(zhuǎn)換器橋的輸出端子的極端電壓衰減。5.如權(quán)利要求1所述的DC電力系統(tǒng)，其中，所述DC母線還包括地干線或負(fù)干線或者兩者。6.如權(quán)利要求5所述的DC電力系統(tǒng)，其中，多個(gè)DC電容器連接在所述正干線與所述負(fù)干線之間或者所述正干線與所述地干線之間或者所述負(fù)干線與所述地干線之間。7.如權(quán)利要求5所述的DC電力系統(tǒng)，其中，多個(gè)負(fù)載連接在所述正干線與所述負(fù)干線之間或者所述正干線與所述地干線之間或者所述負(fù)干線與所述地干線之間。8.如權(quán)利要求1所述的DC電力系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)第二二極管連接在所述小電容器與所述大電容器的另外兩個(gè)端子之間。9.如權(quán)利要求1所述的DC電力系統(tǒng)，其中，所述AC-DC轉(zhuǎn)換器橋的每個(gè)包括單相轉(zhuǎn)換器橋或者三相轉(zhuǎn)換器橋。10.如權(quán)利要求9所述的DC電力系統(tǒng)，其中，所述單相轉(zhuǎn)換器橋包括兩個(gè)相腿，以及所述三相轉(zhuǎn)換器橋包括三個(gè)相腿。
【文檔編號】H02J1/10GK105826915SQ201610042602
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年1月22日
【發(fā)明人】P.滕卡, C.M.西勒
【申請人】通用電氣公司