[发明专利]改进的DC总线调节器

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求在2008年11月12日提交的序列号为12/269,703的美国临时专利申请的优先权，该美国临时专利申请的全部内容在此通过引用被合并。

技术领域

本公开一般地涉及一种功率传输网络。特别地，本公开涉及操作来自一个或多个交流(AC)或者直流(DC)功率发电机的DC功率系统。更特别的是，本公开涉及对在AC和DC功率网络之间的能量转移的调节。

背景技术

功率传输网络可由AC系统、DC系统或者两者的结合组成。AC功率网络传统上已经在全球应用。但是，DC功率网络具有一定的优点。由于DC功率网络不会向功率系统中引入电抗，因此它们易于设计以及实施。在DC系统中能够实现来自发电机的较高效率，这是由于只有有功功率被传输。另外，由于DC电源的运行频率为0Hz，因此电源的并行化很简单。由此，当额外的电源或者负载被接入到网络上时，不需要进行同步。

AC功率网络的传统使用是易于在长距离上传输AC功率和采用变压器来处理电压改变的结果。但是，在短距离上，诸如在孤立环境中的那些，DC功率传输网络由于前面解释的原因，可能是有利的。如今可用的高功率发电机通常产生AC功率。由此，由AC发电机供电的DC传输网络的运行需要从AC至DC以及从DC至AC的变换。

功率网络的可靠运行是许多电子系统的关键元素，这些电子系统例如是在钻探平台或者船舰上以运行船载推进器。钻探船在海洋中并不锚定，而是被动态地控制来保持在海洋中的期望位置。推进器被用于将装置保持在钻探设备的特定容差内。推进器是螺旋桨驱动器，其能够具有可变的旋转速度和桨叶方位角。这些推进器通过钻探船上船载的电源而运行。电源的任何故障都可以导致船移位到钻探设备的容差之外。在这样的情况下，钻探设备将需要被机械地分离并在电源恢复且校正了钻探船的位置后被重新耦合。

促进可靠的电源的一个方法是采用DC总线来对推进器以及其他元件供电。这样的功率传输系统在图1中示出。在这样的系统中，电源通常由耦合至AC至DC变换器的AC发电机组成。该AC至DC变换器将来自AC发电机的功率置于中间DC总线上。中间DC总线可用DC发电机或者电池备用系统进行扩增。钻探船船载的每个电机或者推进器以及其它使用中间DC总线的装置通过DC至AC变换器耦合至中间DC总线。

图1是示出将多个AC电压生成系统耦合至不同负载的传统DC电压总线的框图。功率系统100包括发电机102。发电机102通过隔离装置106耦合至AC总线104。当不需要发电机102或者发电机102故障时，隔离装置106允许发电机102从总线上去除。AC总线104耦合至变压器108以对传输至线110的功率进行调节。AC至DC变换器112耦合至线110并且将AC功率变换为DC功率以输出至中间DC总线120上。DC至AC变换器130耦合至DC总线120。DC至AC变换器130将DC功率变换为AC功率，其中大多数元件被设计为使用AC功率。线132耦合至DC至AC变换器130，负载可被连接到线132。电机134耦合至线132，并且电机134可以是例如推进器。另外，变压器135耦合至线132以对用于负载136的功率进行调节。负载136可以是例如灯泡。

有多种方法用于实施将来自AC发电机的功率输送至中间DC总线上所必需的AC至DC变换器。这些方法通常采用或者是二极管、控硅整流器(SCR)或者是晶体管的使用。

用于AC至DC功率变换的一种设备是二极管整流器(或二极管包)。二极管整流器的多种形式是公知的。一种典型的二极管整流器是全波二极管整流器。钻探船上的AC功率系统典型地使用三相波形，使得典型地采用六个二极管整流器的配置。二极管仅在二极管的阳极处的电压大于该二极管的阴极处的电压时才传导电流。图2是示出了用于三相AC功率的传统的二极管全波整流器的示意图。二极管整流器200接受来自三相AC源202的输入。整流器200包括用于整流第一相的二极管204、用于整流第二相的二极管206以及用于整流第三相的二极管208。在每种情况下需要两个二极管以从正AC周期以及负AC周期二者产生输出。二极管204、二极管206以及二极管208被耦合在AC源202以及DC总线210之间。电容器212耦合至DC总线210以平均DC总线210上的电压波动。虽然将整流器200示出为单个整流器布置，但具有一功率容量的若干单独的布置可被并联放置以产生具有更高功率容量的整流器200。