[发明专利]用于在直流功率系统中将有功功率链路模块充电和放电的系统和方法

说明书

模块化功率转换器系统包括彼此耦合的多个有功功率链路模块（APLM），每个APLM具有多个开关装置，其包括彼此耦合的第一和第二开关装置以及与第一和第二开关装置两者并联耦合的至少一个第一类型能量存储装置（ESD），第一类型ESD配置成感应第一直流（DC）电压。该系统也包括耦合到第一类型ESD的多个继电器以及耦合到多个APLM中的至少一个APLM并且耦合到电源和放电电路中的至少一个的充电控制器。充电控制器配置成响应于多个开关状态而交替地将至少一个第一类型ESD充电和放电，所述多个开关状态包括多个开关装置以及多个继电器的开关状态。

背景技术

本公开的领域一般涉及电功率转换和电能存储系统，以及更特别地涉及用于在直流(DC)功率系统中将有功功率链路模块(APLM)充电和放电的系统和方法。

在用于在DC功率系统中将能量存储装置(ESD)充电和放电的至少一些已知系统和方法中，为了维护和替换，电负载支持功能被中断以便移除和替换放电的和有故障的ESD。诸如高能超级电容器的ESD在DC功率系统中提供若干益处，但是在此类已知的系统和方法中，将它们充电和放电是麻烦的并且在延长的时间段内将支持的电负载置于服务之外。

而且，在用于在DC功率系统中将ESD充电和放电的至少一些已知系统和方法中，在全系统基础上没有集成充电和放电功能性与控制。此类已知的系统和方法因此需要操作者将单独的组件用于将ESD充电和放电，这增加操作停机时间和维护成本并且提高设备损坏的风险。此外，此类已知的系统和方法缺乏包括简单且快速可实现的最少的可替换单元(LRU)的模块性，所述LRU在多个电压电平的广泛变化的系统设计中可配置成适合特定应用。

发明内容

在一个方面中，提供了模块化功率转换器系统。模块化功率转换器系统包括彼此耦合的多个有功功率链路模块(APLM)。多个APLM中的每个APLM包括多个开关装置，其包括彼此电串联耦合的第一开关装置和第二开关装置。多个APLM中的每个APLM也包括与第一开关装置和第二开关装置两者电并联耦合的至少一个第一类型能量存储装置(ESD)。至少一个第一类型ESD配置成感应第一直流(DC)电压。多个APLM中的每个APLM还包括耦合到至少一个第一类型ESD的多个继电器。模块化功率转换器系统也包括耦合到多个APLM中的至少一个APLM并且耦合到电源和放电电路中的至少一个的充电控制器。充电控制器配置成响应于多个开关状态而交替地将至少一个第一类型ESD充电和放电，所述多个开关状态包括多个开关装置的开关状态以及多个继电器的开关状态。

在另一个方面中，提供了一种操作模块化功率转换器系统的方法。模块化功率转换器系统包括彼此耦合的多个APLM。多个APLM中的每个APLM包括多个继电器、多个开关装置以及与多个开关装置电并联耦合的至少一个第一类型ESD。至少一个第一类型ESD配置成感应第一DC电压。方法包括采用耦合到多个开关装置的传感器来确定多个APLM中的至少一个APLM的操作状态，操作状态包括功能状态和非功能状态。方法也包括响应于操作状态而采用耦合到多个开关装置以及多个继电器的开关控制器来建立多个开关状态，其包括多个开关装置的开关状态以及多个继电器的开关状态。方法还包括采用耦合到放电电路和多个继电器的充电控制器来将具有非功能状态的多个APLM的至少一个相应APLM的至少一个第一类型ESD放电到小于第一DC电压预确定量的电压。方法也包括采用具有功能状态的至少一个替换(replacement)APLM来替换具有非功能状态的至少一个相应APLM。

在又一方面中，提供了一种组装模块化功率转换器系统的方法。该方法包括将多个APLM彼此耦合。多个APLM中的每个APLM包括多个开关装置、多个继电器以及与多个开关装置和多个继电器两者电并联耦合的至少一个第一类型ESD。该方法也包括将充电控制器耦合到多个继电器并且耦合到电源和放电电路中的至少一个。该方法还包括将至少一个第二类型ESD与多个APLM电并联耦合。该方法也包括将充电控制器配置成响应于多个开关状态而交替地将至少一个第一类型ESD充电和放电，多个开关状态包括多个开关装置的开关状态以及多个继电器的开关状态，其中多个APLM中的每个APLM配置成促进到模块化功率转换器系统的可拆卸电耦合。

附图说明