專利名稱：采集和傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在此公開的主題總體上涉及用于直流(DC)輸電的變換器拓樸。
肯景技術(shù)
在發(fā)電地點(diǎn)遠(yuǎn)離可用的電網(wǎng)或加載點(diǎn)的分布式發(fā)電的應(yīng)用中，經(jīng)常 要進(jìn)行大電力遠(yuǎn)距離輸電。例如，在離岸風(fēng)力農(nóng)場(chǎng)(off-shore wind farm)中，各個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)所發(fā)的電要經(jīng)過電力電子變換器進(jìn)行處 理，將變化的電壓、變化的頻率輸出變換為固定的電壓、固定的頻率輸 出。盡管各個(gè)機(jī)器運(yùn)行的速度不同并且輸出的頻率也不相同，單個(gè)發(fā)電 機(jī)的輸出還是同步到公用網(wǎng)絡(luò)的頻率。渦輪機(jī)所發(fā)的電由包括變壓器和 開關(guān)設(shè)備的采集系統(tǒng)匯集在一起，采集系統(tǒng)用于隔離各個(gè)渦輪機(jī)和升高 電壓，通常升高到幾十千伏。采集網(wǎng)絡(luò)由電纜連到離岸變電站，離岸變 電站進(jìn)一步抬高電壓，通常抬高到幾百千伏。然后通過海底電纜傳輸?shù)?陸上變電站，在這里通過隔離開關(guān)設(shè)備和變壓器連接到^^用網(wǎng)絡(luò)。
對(duì)于大電力遠(yuǎn)距離輸電的應(yīng)用，傳統(tǒng)的交流(AC)傳輸提出了技術(shù) 挑戰(zhàn)。電容會(huì)產(chǎn)生沿AC電纜的長(zhǎng)度方向流動(dòng)的充電電流。因?yàn)殡娎|必 須傳送這個(gè)電流和有用的源電流，所以這種物理限制會(huì)減小電纜的源傳 送能力。因?yàn)檠刂娎|的整個(gè)長(zhǎng)度方向都分布有電容，所以長(zhǎng)度越長(zhǎng)電 容就越大并且產(chǎn)生的充電電流也越大。在增大電纜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)電壓以使 線路損耗和壓降減到最小的同時(shí)，充電電流也增大了。
對(duì)于遠(yuǎn)距離，DC傳輸比AC傳輸可以有更高的效率。中壓(MV) 或高壓(HV) DC傳輸通常需要能在HVAC和HVDC之間進(jìn)行變換的 電力電子變換器。在傳統(tǒng)的變換器拓樸中，變換器的每個(gè)開關(guān)都設(shè)計(jì)為 能夠處理高壓，根據(jù)應(yīng)用的不同，該高壓可以在幾十千伏到幾百千伏之 間變化。這種開關(guān)通常具有幾個(gè)串聯(lián)的半導(dǎo)體器件，例如絕緣柵雙極晶體管(IGBT)和晶閘管。
發(fā)明內(nèi)容
希望提供一種更加可靠和有效率的采集和傳輸系統(tǒng)。
一種采集和傳輸系統(tǒng)，包括配置用來(lái)從源向電網(wǎng)送電的系統(tǒng)直流 (DC )鏈路；以及在系統(tǒng)DC鏈路的源側(cè)串聯(lián)耦合到系統(tǒng)DC鏈路的交 流(AC)到DC電力變換器模塊，每個(gè)電力變換器模塊都被配置為在源 側(cè)耦合到 一個(gè)或更多的源，其中每個(gè)電力變換器模塊都被配置為 一收到 相應(yīng)的指令信號(hào)就將電力變換器模塊的DC端短路。
另一個(gè)實(shí)施例， 一種采集和傳輸方法，包括提供配置用來(lái)從多個(gè) 離岸源向網(wǎng)送電的系統(tǒng)直流(DC)鏈路；在系統(tǒng)DC鏈路的源側(cè)將至少 兩個(gè)AC到DC電力變換器模塊串聯(lián)耦合到系統(tǒng)DC鏈路；以及然后將 至少另外的一個(gè)AC到DC電力變換器模塊串聯(lián)耦合到原先耦合的AC 到DC電力變換器模塊或者去耦至少一個(gè)原先耦合的AC到DC電力變 換器模塊。
另一個(gè)實(shí)施例， 一種采集和傳輸方法，包括提供配置用來(lái)從源向 電網(wǎng)送電的系統(tǒng)DC鏈路和在系統(tǒng)DC鏈路的源側(cè)串聯(lián)耦合到系統(tǒng)DC 鏈路的AC到DC電力變換器模塊；每個(gè)電力變換器模塊都被配置為在 源側(cè)耦合到一個(gè)或更多的源；根據(jù)故障，發(fā)送指令信號(hào)以使相應(yīng)的電力 變換器模塊中的電力變換器模塊的DC端短路。
另一個(gè)實(shí)施例， 一種采集和傳輸系統(tǒng)，包括配置用來(lái)從離岸的源 向網(wǎng)送電的系統(tǒng)直流(DC)鏈路；以及在系統(tǒng)DC鏈路的源側(cè)串聯(lián)耦合 到系統(tǒng)DC鏈路的AC到DC電力變換器^t塊，在源側(cè)至少若千電力變 換器模塊被配置為耦合到一個(gè)或更多的風(fēng)力渦輪機(jī)。
附圖的筒要說(shuō)明
從下面的結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明所做的詳細(xì)的描述中，可以很好的理解本 發(fā)明的這些以及其它的特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，附圖中相同的附圖標(biāo)記表示 相同的部件
圖1是在此公開的一個(gè)采集和傳輸系統(tǒng)的實(shí)施例的框圖2是一個(gè)變換器實(shí)施例的框圖； 圖3是另一個(gè)變換器實(shí)施例的框圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是在此公開的一個(gè)實(shí)施例的框圖，其中的采集和傳輸系統(tǒng)10
包括配置用來(lái)從源13 (至少一個(gè)源)向電網(wǎng)16送電的系統(tǒng)直流(DC) 鏈路12和在系統(tǒng)DC鏈路的源側(cè)串聯(lián)耦合到系統(tǒng)DC鏈路12的交流 (AC)到DC的電力變換器模塊19、 119、 219、 319。每個(gè)電力變換器 模塊都被配置為在源側(cè)耦合到一個(gè)或更多的源114、 214、 314、 414。在 一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)電力變換器模塊都被配置為一收到相應(yīng)的指令信號(hào) 就將電力變換器模塊的DC端短路。
對(duì)于使用DC電壓電平至少是中等(例如，至少IO千伏)的DC傳 輸來(lái)從源向遠(yuǎn)處的電網(wǎng)傳輸大電力，圖l的實(shí)施例尤其有用。通常，該 距離大于20公里，但"遠(yuǎn)處"所指的距離會(huì)根據(jù)系統(tǒng)的電力需求而變 化。此外，在一些應(yīng)用中，以DC的方式將源側(cè)的電力變換模塊連成一 串，這樣做的好處不會(huì)受到距離遠(yuǎn)的影響。圖l的實(shí)施例在用來(lái)從離岸 的源供電時(shí)預(yù)期會(huì)減少費(fèi)用、復(fù)雜性(例如，諸如斷路器、變壓器和連 接器等元件的數(shù)量，在此公開的實(shí)施例的某些方面，可以不用或減少這 些元件)，也需要用于電力變換裝置的空間。
在圖1的實(shí)施例的一個(gè)方面， 一個(gè)或更多的源包括風(fēng)力渦輪發(fā)電 機(jī)，或者更具體的說(shuō)是離岸風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)。在圖l的實(shí)施例的其它方 面，使用陸上的源或使用其它類型的離岸源，例如船舶基發(fā)電機(jī)，或結(jié) 合使用不同類型的源。
電力變換器模塊通常包括三相電力變換器。在較具體的實(shí)例中，電 力變換器包括兩級(jí)變換器，三級(jí)變換器或兩級(jí)變換器和三級(jí)變換器的結(jié) 合。在其它的實(shí)例中，可以使用更多數(shù)目的級(jí)。
在系統(tǒng)DC鏈路12形成的環(huán)中，進(jìn)入和離開每個(gè)電力變換器模塊的 電流總是與采集和傳輸系統(tǒng)10的源側(cè)供給的電流相同。換句話說(shuō)，源 側(cè)的變換器模塊維持系統(tǒng)DC鏈路上的電流。選擇最小的系統(tǒng)DC鏈路 上的指令電流，該最小的指令電流要支持為了向電網(wǎng)供給合適的電力源 側(cè)的電力變換器模塊19、 119、 219、 319中的任何一個(gè)所需要的最大電 流。因此，在性能類似的源串聯(lián)時(shí)，采集和傳輸系統(tǒng)非常有效率?？梢?使用反饋回路以使控制器140能夠確定系統(tǒng)DC鏈路的電流指令。 一個(gè) 實(shí)施例中，控制器140還可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)DC鏈路的電流使其接近指
令值。如上所述，指令值一般取決于源的需求，可以不時(shí)地調(diào)節(jié)以適合 改變的需求。
一個(gè)實(shí)施例中，與DC鏈路電流被限制在相對(duì)窄的范圍相比，系統(tǒng)DC鏈路的電壓可以在零到正或負(fù)的標(biāo)稱DC鏈路電壓之間變化。在DC 鏈路的電流受到控制而DC鏈路的電壓是可變的的實(shí)施例中，如果發(fā)生 故障，可以更容易地將串聯(lián)耦合的電力變換器模塊短路。因?yàn)橛辛诉@個(gè) 特征，能夠不用DC斷路器，或者減少DC斷路器。標(biāo)稱電壓不需要很 高。例如， 一個(gè)實(shí)施例中，標(biāo)稱電壓小于或等于約正或負(fù)10千伏。另 一個(gè)實(shí)例中，標(biāo)稱電壓小于或等于約正或負(fù)30千伏。
如圖2的放大圖所示， 一個(gè)用來(lái)提供電力變換器模塊旁路能力的實(shí) 施例中，每個(gè)源側(cè)的電力變換器模塊都包括逆變器22以及在系統(tǒng)DC 鏈路12和逆變器之間耦合的半橋24。模塊DC鏈路23耦合半橋和逆變 器。 一個(gè)實(shí)例中，半橋包括不對(duì)稱的半橋。逆變器22可以包括具有相 關(guān)的控制并使用了半導(dǎo)體開關(guān)器件(例如IGBT、 GTO或晶體管等)的 傳統(tǒng)的變換模塊。
半橋用來(lái)控制到系統(tǒng)DC鏈路的電流，而逆變器用來(lái)控制模塊DC 鏈路的電壓?？梢酝ㄟ^控制電流、電壓或結(jié)合控制電流和電壓來(lái)調(diào)節(jié)給 系統(tǒng)DC鏈路的電力。在一個(gè)典型的實(shí)施例中，至少有一個(gè)半橋包括兩 個(gè)二極管開關(guān)對(duì)26和28，它們每一個(gè)依次包括一個(gè)二極管32或34和 一個(gè)開關(guān)36或38。半橋配置用來(lái)在二極管開關(guān)對(duì)的兩個(gè)開關(guān)36和38 都是閉合的時(shí)候從逆變器接收輸入電力并傳輸?shù)较到y(tǒng)DC鏈路12。開關(guān) 36和38可以包括任何合適的開關(guān)器件，例如包括IGBT (絕緣柵雙極晶 體管)和GTO (門極關(guān)斷晶閘管)。
當(dāng) 一個(gè)源的供電比其它的源少時(shí)，相應(yīng)的電力變換器模塊就會(huì)旁路 DC環(huán)電流的沒有由這個(gè)源供給的部分，這會(huì)產(chǎn)生一定的效率損失，尤 其是在不同的源之間所發(fā)的電有很大的不同的時(shí)候。這個(gè)實(shí)例中的旁路 是同時(shí)調(diào)制半橋開關(guān)的部分旁路，選擇占容比(dutyratio)以降低供給 系統(tǒng)DC鏈路的最終電力。
控制器40配置用來(lái)在發(fā)生故障的情況下閉合開關(guān)36和38中的一 個(gè)。例如，如果在半橋24和逆變器22之間的模塊DC鏈路23中發(fā)生短 路，半橋可以旁路源(即，使相應(yīng)的電力變換模塊處于短路狀態(tài))，并 避免從網(wǎng)側(cè)饋入故障。作為例子，控制器40可以包括配置用來(lái)給半橋和逆變器的開關(guān)發(fā)送指令信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)的計(jì)算機(jī)或處理器(可以位 于本地、遠(yuǎn)處或本地和遠(yuǎn)處都有)，這樣使電力變換器模塊的DC端短
路。如果開關(guān)36或38是閉合的(即接通)，那么，電力變換器模塊會(huì) 被旁路，即不會(huì)從電網(wǎng)通過它供電。這個(gè)短路的特征作為對(duì)DC斷路器 的替代是很有用的。這個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，電力變換器模塊在另 外的(指一個(gè)或更多的其它的)電力變換器模塊處于短路狀態(tài)時(shí)可以保 持獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)在系統(tǒng)DC鏈路的一側(cè)有一個(gè)或更多的電力變換器模塊 被旁路時(shí)，所引起的系統(tǒng)DC鏈路的電壓等于其余的半橋電壓的和?？?制器140自動(dòng)地調(diào)節(jié)系統(tǒng)DC鏈路的另一側(cè)的半橋電壓的和，以保持DC 環(huán)電流是常數(shù)。這樣，通過改變系統(tǒng)DC《連路的電壓，可以即時(shí)改變乂人 源傳輸?shù)碾娏Α?br>
雖然DC采集和傳輸系統(tǒng)相對(duì)于AC系統(tǒng)具有若千優(yōu)點(diǎn)，但是DC 系統(tǒng)大多用在諸如軍事和研究等特殊應(yīng)用中。 一個(gè)原因是，能量分布通 常以平行(parallel)的拓樸通過，平行的DC拓樸中的短路電流會(huì)很大 并且包括執(zhí)行中斷功能的昂貴的開關(guān)設(shè)備。當(dāng)DC拓樸用于具有在源側(cè) 串聯(lián)連接的離岸的應(yīng)用中時(shí)，源模塊或變換器中的短路可以很容易的通 過下面參考圖2的實(shí)施例所要討論的方法來(lái)處理。
圖2中，將源模塊再分成三個(gè)部件，其中第一部件84包括耦合到 風(fēng)力渦輪機(jī)11的發(fā)電機(jī)114，第二部件184包括電力變換元件，第三部 件284包括DC開關(guān)設(shè)備(例如，圖中的開關(guān)74, 76, 78 )。這些部件 可以安裝在一個(gè)或更多的容器中。如果使用多個(gè)容器，所述容器可以使 用電纜或連接器(未圖示)進(jìn)行連接，以便于保養(yǎng)和維修。
在源或變換器發(fā)生故障的時(shí)候，半橋24的開關(guān)36和38中的一個(gè) 閉合從而將半橋的DC端短路，以確保采集和傳輸系統(tǒng)的其它部分不受 故障的影響?？梢酝瑫r(shí)關(guān)掉逆變器22的開關(guān)，以更快地隔離故障。斷 路器72可以斷開以將源與電力變換器模塊分開。在這連串的開關(guān)操作 之后，源中唯一剩余的電流只是流過短路的半橋的系統(tǒng)DC《連路的電 流。 一個(gè)實(shí)施例中，在閉合開關(guān)36和38之后，閉合開關(guān)74以對(duì)模塊 DC鏈路23的電容進(jìn)行放電。這個(gè)實(shí)施例中，半橋設(shè)計(jì)成能承受幾毫秒 的最大i文電電流。然后，可以和開關(guān)76和78—起斷開開關(guān)36和38, 此時(shí)源變換器完全與源以及采集和傳輸系統(tǒng)分離，從而可以進(jìn)行維修、 修理和更換，與此同時(shí)采集和傳輸系統(tǒng)保持運(yùn)轉(zhuǎn)。以后可以通過短路半橋然后斷開開關(guān)74,再次插入變換器模塊。
圖3是模塊冗余實(shí)施例的實(shí)例的框圖，其中至少一個(gè)電力變換器模
塊119包括在系統(tǒng)DC鏈路123和相應(yīng)的發(fā)電機(jī)214之間的至少兩個(gè)子 變換器模塊56和156。模塊冗余是一種可以用來(lái)增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性的技 術(shù)。圖3還描述了 一個(gè)實(shí)施例，其中兩個(gè)子變換器模塊包括跨在(across) 模塊DC鏈路上串聯(lián)耦合的至少兩個(gè)DC到DC變換器58和158，并聯(lián) 耦合到發(fā)電機(jī)的至少兩個(gè)AC到DC變換器60和160,和模塊DC鏈路 123,它將串聯(lián)耦合的DC到DC變換器耦合到并聯(lián)耦合的AC到DC變 換器。雖然鄉(xiāng)會(huì)出了兩個(gè)DC到DC變換器58和158和兩個(gè)AC到DC變 換器60和160，如果想要增加冗余還可以耦合其它的變換器。因?yàn)檫@里 描述的所有的系統(tǒng)與傳統(tǒng)的AC到AC變換實(shí)施例相比，需要更少的變 換器容器中的空間，因此，能夠使用相同大小的空間并包括子變換器模 塊實(shí)施例以建立比傳統(tǒng)的變換器設(shè)計(jì)更大的冗余。
提供這種冗余的實(shí)施例可以用來(lái)確保在DC到DC變換器發(fā)生故障 的時(shí)候(只要至少還有一個(gè)其它的DC到DC變換器還在運(yùn)轉(zhuǎn))或者在 AC到DC變換器發(fā)生故障的時(shí)候(只要至少還有一個(gè)其它的AC到DC 變換器還在運(yùn)轉(zhuǎn))，電機(jī)214仍然可以供電。與圖2描述的類似的方法， 一旦發(fā)生變換器故障，對(duì)于DC到DC變換器故障，可以短路發(fā)生故障 的變換器，或者對(duì)于AC到DC變換器故障，可以關(guān)掉發(fā)生故障的變換 器。
圖3還鄉(xiāng)合出了電感器170， 270, 370和470,它們可以包括分立的 元件或者作為線路中固有的電感存在，還可以是圖2的實(shí)施例中的典型 的存在(未圖示)。當(dāng)與DC到DC變換器結(jié)合使用時(shí)，電感器會(huì)減小 系統(tǒng)DC鏈路中的由開關(guān)DC到DC變換器引起的電壓的諧波含量。具 有耦合到它的電感器的AC到AC變換器可以選擇以交錯(cuò)(interleaved) 的模式操作以改善正與源交換的電流的質(zhì)量。
有或者沒有系統(tǒng)中斷都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)子變換器模塊或源的旁路。如果 單個(gè)的模塊出現(xiàn)DC鏈路故障，可以通過調(diào)節(jié)半橋開關(guān)將模塊DC鏈路 23短路，可以從跨在(across)其它的模塊DC鏈路上獲得電壓。當(dāng)冗 余的子變換器模塊并聯(lián)放置并且其中 一個(gè)發(fā)生故障時(shí)，其它的可以從源 接收電流，同時(shí)關(guān)掉發(fā)生故障的子變換器模塊。如果源處于故障狀態(tài)， 與源相關(guān)的斷^各器可以脫扣(trip)。
一個(gè)實(shí)施例中，如交叉參考的相關(guān)申請(qǐng)中所描述的，網(wǎng)側(cè)的DC到
AC電力變換器模塊82串聯(lián)耦合到系統(tǒng)DC鏈路12。這個(gè)實(shí)施例的更具 體的方面，半橋48還可以存在于網(wǎng)側(cè)的電力變換器模塊中以增強(qiáng)旁路 能力。在圖1的實(shí)例中，結(jié)合使用半橋48和旁路開關(guān)54來(lái)簡(jiǎn)化實(shí)施例， 并減少采集和傳輸系統(tǒng)的費(fèi)用。雖然所說(shuō)明的實(shí)施例具有效率上的好 處，但它只是一個(gè)可選的實(shí)施例，可以使用任何合適的網(wǎng)側(cè)的配置來(lái)從 系統(tǒng)DC鏈路供給DC電力， 一個(gè)實(shí)例就是電流控制晶閘管變換器配置 (未圖示)。
一些實(shí)施例中可以使用相移部件。 一個(gè)實(shí)例中，每個(gè)網(wǎng)側(cè)的電力變 換器模塊82都包括移相變壓器44和在移相變壓器和系統(tǒng)DC鏈路之間 耦合的逆變器46。另一個(gè)實(shí)例中，控制器140 (它通常相對(duì)于控制器40 是獨(dú)立的，但也可選擇是控制器40的部分)響應(yīng)于相應(yīng)變壓器的相移 控制網(wǎng)側(cè)的電力變換器模塊的逆變器中的開關(guān)操作。在共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó) 專利申請(qǐng)11/010147和11/095227中描述了相移的實(shí)施例，它可以用來(lái) 改善電力質(zhì)量并能夠進(jìn)行冗余模式的操作。
系統(tǒng)DC鏈路12上的電纜85可以包括任何在施加DC電壓后不會(huì) 退化的合適的材料。幾個(gè)實(shí)例包括乙丙橡膠(ethylene propelyne rubber) AC電纜和聚合物DC電纜。在一個(gè)具體的能夠冗余的實(shí)例中，使用兩 個(gè)三相AC電纜。在另外的更具體的實(shí)例中，使用六個(gè)并聯(lián)的DC電纜。 DC系統(tǒng)鏈路12的電纜外殼由圖1中的元件"表示。這些實(shí)施例只是
用于實(shí)例的目的，還可以使用其它的一些電纜。
由系統(tǒng)DC鏈路12形成的環(huán)和圖1實(shí)例中的串聯(lián)連接通過阻抗50 4妻地以避免由于才及到地(pole to earth)的故障而中斷。理想的阻抗50 是有足夠的大小能為跨在(across)系統(tǒng)DC鏈路的電壓差提供絕緣。在 一個(gè)實(shí)例中，系統(tǒng)DC鏈路的頂線設(shè)置在+12千伏，負(fù)線設(shè)置在-12千 伏，阻抗設(shè)置為提供高達(dá)24千伏的絕緣。
當(dāng)電纜傳送單極電流(single pole current)時(shí)，出現(xiàn)雙極故障的可 能性很低。如果出現(xiàn)成問題的極到地的故障時(shí)，可以絕緣。 一個(gè)實(shí)施例 中，DC電力鏈路12的電纜包括具有足夠的電流傳送能力的平行的電 纜，能夠不需要中斷就斷開故障電纜的芯線(core)。這個(gè)實(shí)施例中， 如果出現(xiàn)極到地的故障，負(fù)載中斷器62可以順次開關(guān)直到故障消除了 ， 負(fù)載中斷器62可以安裝在每個(gè)單個(gè)的電纜部件(為了說(shuō)明的目的圖1
中只給出了幾個(gè))的輸入處， 一個(gè)安裝在輸出處。 一個(gè)實(shí)例中，在每個(gè) 海底電纜部件的輸入和輸出處有六個(gè)并聯(lián)的開關(guān)，順次開關(guān)是指海底電 纜一個(gè)接著一個(gè)斷開(通過同時(shí)關(guān)掉海底電纜的輸入和輸出開關(guān))。這 樣在短時(shí)間內(nèi)每個(gè)海底電纜都完全與電力系統(tǒng)分離(同時(shí)其它的海底電 纜仍然傳送環(huán)電流)。如果海底電纜中的一個(gè)發(fā)生接地故障，當(dāng)這個(gè)海 底電纜完全斷開時(shí)故障就會(huì)消失。隨后，對(duì)于所有的電纜部件， 一個(gè)接 一個(gè)地?cái)嚅_海底電纜，這樣能夠在系統(tǒng)保持運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)消除接地故障。
這里公開的實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是通過將電力變換器模塊串聯(lián)連成 一串可以提供靈活性。
一個(gè)實(shí)施例中，采集和傳輸方法包括提供配置用
來(lái)從多個(gè)離岸源14向網(wǎng)16送電的系統(tǒng)DC鏈路12;在系統(tǒng)DC鏈路的 源側(cè)，將至少兩個(gè)AC到DC電力變換器模塊串聯(lián)耦合到系統(tǒng)DC鏈路； 然后將至少另外的一個(gè)AC到DC電力變換器模塊串聯(lián)耦合到原先耦合 的AC到DC電力變換器模塊或去耦(這里的"或"指任何一個(gè)或者兩 者都)至少一個(gè)原先耦合的AC到DC電力變換器模塊。
這里只描述和說(shuō)明了本發(fā)明的某些特征，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以進(jìn) 行任何的修改或改變。因此，應(yīng)當(dāng)理解后面的權(quán)利要求包括本發(fā)明的精 神內(nèi)的任何的修改或改變。 元件表 10系統(tǒng)
12系統(tǒng)DC鏈路 13源
14, 114， 214， 314， 414源 16, 516電網(wǎng)
19, 119, 219, 319源變換器模塊
22逆變器
23模塊DC鏈路
24半橋
26 二極管開關(guān)對(duì) 28 二極管開關(guān)對(duì) 32 二極管 34 二極管 36開關(guān) 38開關(guān)
40, 140控制器
44變壓器
46逆變器
48半橋
50阻抗
54旁路開關(guān)
56, 156子變換器模塊
58, 158 DC到DC變換器
60, 160 AC到DC變換器
62負(fù)載中斷
170， 270, 370, 470電感器 72斷路器 74開關(guān) 76開關(guān) 78開關(guān)
82變換器模塊
84， 184， 284部件 85電纜。
權(quán)利要求
1.一種采集和傳輸系統(tǒng)(10)，包括配置用來(lái)從源(13)向電網(wǎng)(16)送電的系統(tǒng)直流(DC)鏈路(12)；以及在系統(tǒng)DC鏈路的源側(cè)串聯(lián)耦合到系統(tǒng)DC鏈路的交流(AC)到DC電力變換器模塊(19，119，219，319)，每個(gè)電力變換器模塊都被配置為在源側(cè)耦合到一個(gè)或更多的源(114，214，314，414)，其中每個(gè)電力變換器模塊都被配置為一收到相應(yīng)的指令信號(hào)就將電力變換器模塊的DC端短路。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中每個(gè)電力變換器模塊都配置為 在另 一個(gè)電力變換器模塊處于短路的狀態(tài)時(shí)保持獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)。
3. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，該一個(gè)或更多的源中的至少若干個(gè) 包括風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)。
4. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中至少若千風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)位于 離岸。
5. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中至少若干變換器模塊包括逆變 器(22)和在系統(tǒng)DC鏈路和逆變器之間耦合的半橋(24),其中至少 一個(gè)半橋包括兩個(gè)二極管開關(guān)對(duì)(26, 28),并配置用來(lái)在二極管開關(guān) 對(duì)的兩個(gè)開關(guān)(36， 38)都閉合時(shí)從逆變器輸入電力，還包括配置用來(lái) 在發(fā)生故障時(shí)閉合至少一個(gè)開關(guān)的控制器(40)。
6. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中至少一個(gè)電力變換器模塊(119) 包括至少兩個(gè)子變換器模塊(56, 156 ),其中兩個(gè)子變換器模塊包括 跨在模塊DC鏈路上串聯(lián)耦合的至少兩個(gè)DC到DC變換器、并聯(lián)耦合 到源的至少兩個(gè)AC到DC變換器以及將串聯(lián)耦合的DC到DC變換器 耦合到并聯(lián)耦合的AC到DC變換器的模塊DC鏈路。
7. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括用于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)DC鏈路的電流 使其接近指令值的控制器，其中系統(tǒng)DC鏈路的電壓可在零到標(biāo)稱DC 《連路電壓之間變化。
8. —種采集和傳輸方法，包括提供配置用來(lái)從多個(gè)離岸源(14)向網(wǎng)(16)送電的系統(tǒng)直流(DC) 鏈路(12);在系統(tǒng)DC鏈路的源側(cè)將至少兩個(gè)交流(AC )到DC電力變換器模 塊串聯(lián)耦合到系統(tǒng)DC《連路；以及然后將至少另外的一個(gè)AC到DC電力變換器模塊串聯(lián)耦合到原先 耦合的AC到DC電力變換器模塊或者去耦至少一個(gè)原先耦合的AC到 DC電力變換器模塊。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中的源包括多個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種采集和傳輸系統(tǒng)(10)，包括配置用來(lái)從源(13)向電網(wǎng)(16)送電的系統(tǒng)直流(DC)鏈路(12)；以及在系統(tǒng)DC鏈路的源側(cè)串聯(lián)耦合到系統(tǒng)DC鏈路的交流(AC)到DC電力變換器模塊(19，119，219，319)，每個(gè)電力變換器模塊都被配置為在源側(cè)耦合到一個(gè)或更多的源(114，214，314，414)，其中每個(gè)電力變換器模塊都被配置為一收到相應(yīng)的指令信號(hào)就將電力變換器模塊的DC端短路。
文檔編號(hào)H02J3/38GK101197503SQ20071019950
公開日2008年6月11日 申請(qǐng)日期2007年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月8日
發(fā)明者C·M·西勒, R·S·張, R·達(dá)塔 申請(qǐng)人:通用電氣公司