[發明專利]用于在直流功率系統中將有功功率鏈路模塊充電和放電的系統和方法

有效

• 申請號: 201780053531.9
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN110062990B
• 公開（公告）日: 2023-09-01
• 發明（設計）人: T.薩迪萊克;周銳;周智;P.M.喬菲;東棟
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J1/10;H02J3/32;H02M7/217;H02M7/49;H02M7/539;H02J7/34
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 鄭浩;張金金

模塊化功率轉換器系統包括彼此耦合的多個有功功率鏈路模塊（APLM），每個APLM具有多個開關裝置，其包括彼此耦合的第一和第二開關裝置以及與第一和第二開關裝置兩者并聯耦合的至少一個第一類型能量存儲裝置（ESD），第一類型ESD配置成感應第一直流（DC）電壓。該系統也包括耦合到第一類型ESD的多個繼電器以及耦合到多個APLM中的至少一個APLM并且耦合到電源和放電電路中的至少一個的充電控制器。充電控制器配置成響應于多個開關狀態而交替地將至少一個第一類型ESD充電和放電，所述多個開關狀態包括多個開關裝置以及多個繼電器的開關狀態。

背景技術

本公開的領域一般涉及電功率轉換和電能存儲系統，以及更特別地涉及用于在直流(DC)功率系統中將有功功率鏈路模塊(APLM)充電和放電的系統和方法。

在用于在DC功率系統中將能量存儲裝置(ESD)充電和放電的至少一些已知系統和方法中，為了維護和替換，電負載支持功能被中斷以便移除和替換放電的和有故障的ESD。諸如高能超級電容器的ESD在DC功率系統中提供若干益處，但是在此類已知的系統和方法中，將它們充電和放電是麻煩的并且在延長的時間段內將支持的電負載置于服務之外。

而且，在用于在DC功率系統中將ESD充電和放電的至少一些已知系統和方法中，在全系統基礎上沒有集成充電和放電功能性與控制。此類已知的系統和方法因此需要操作者將單獨的組件用于將ESD充電和放電，這增加操作停機時間和維護成本并且提高設備損壞的風險。此外，此類已知的系統和方法缺乏包括簡單且快速可實現的最少的可替換單元(LRU)的模塊性，所述LRU在多個電壓電平的廣泛變化的系統設計中可配置成適合特定應用。

發明內容

在一個方面中，提供了模塊化功率轉換器系統。模塊化功率轉換器系統包括彼此耦合的多個有功功率鏈路模塊(APLM)。多個APLM中的每個APLM包括多個開關裝置，其包括彼此電串聯耦合的第一開關裝置和第二開關裝置。多個APLM中的每個APLM也包括與第一開關裝置和第二開關裝置兩者電并聯耦合的至少一個第一類型能量存儲裝置(ESD)。至少一個第一類型ESD配置成感應第一直流(DC)電壓。多個APLM中的每個APLM還包括耦合到至少一個第一類型ESD的多個繼電器。模塊化功率轉換器系統也包括耦合到多個APLM中的至少一個APLM并且耦合到電源和放電電路中的至少一個的充電控制器。充電控制器配置成響應于多個開關狀態而交替地將至少一個第一類型ESD充電和放電，所述多個開關狀態包括多個開關裝置的開關狀態以及多個繼電器的開關狀態。

在另一個方面中，提供了一種操作模塊化功率轉換器系統的方法。模塊化功率轉換器系統包括彼此耦合的多個APLM。多個APLM中的每個APLM包括多個繼電器、多個開關裝置以及與多個開關裝置電并聯耦合的至少一個第一類型ESD。至少一個第一類型ESD配置成感應第一DC電壓。方法包括采用耦合到多個開關裝置的傳感器來確定多個APLM中的至少一個APLM的操作狀態，操作狀態包括功能狀態和非功能狀態。方法也包括響應于操作狀態而采用耦合到多個開關裝置以及多個繼電器的開關控制器來建立多個開關狀態，其包括多個開關裝置的開關狀態以及多個繼電器的開關狀態。方法還包括采用耦合到放電電路和多個繼電器的充電控制器來將具有非功能狀態的多個APLM的至少一個相應APLM的至少一個第一類型ESD放電到小于第一DC電壓預確定量的電壓。方法也包括采用具有功能狀態的至少一個替換(replacement)APLM來替換具有非功能狀態的至少一個相應APLM。

在又一方面中，提供了一種組裝模塊化功率轉換器系統的方法。該方法包括將多個APLM彼此耦合。多個APLM中的每個APLM包括多個開關裝置、多個繼電器以及與多個開關裝置和多個繼電器兩者電并聯耦合的至少一個第一類型ESD。該方法也包括將充電控制器耦合到多個繼電器并且耦合到電源和放電電路中的至少一個。該方法還包括將至少一個第二類型ESD與多個APLM電并聯耦合。該方法也包括將充電控制器配置成響應于多個開關狀態而交替地將至少一個第一類型ESD充電和放電，多個開關狀態包括多個開關裝置的開關狀態以及多個繼電器的開關狀態，其中多個APLM中的每個APLM配置成促進到模塊化功率轉換器系統的可拆卸電耦合。

附圖說明