本公開的領(lǐng)域通常涉及電力分配系統(tǒng)，更具體地，涉及混合式交流（AC）及直流（DC）分配系統(tǒng)及其使用方法。

背景技術(shù)：

已知的電力分配系統(tǒng)將AC功率或DC功率提供給各種電氣負(fù)載。例如海洋船舶負(fù)載之類的某些電氣負(fù)載導(dǎo)致需要與典型的公用電網(wǎng)隔離的電力分配系統(tǒng)。這樣的電力分配系統(tǒng)有時(shí)被稱為孤立式系統(tǒng)或微電網(wǎng)。孤立式系統(tǒng)中的各種負(fù)載包括驅(qū)動(dòng)負(fù)載、AC輔助負(fù)載、DC能量存儲(chǔ)負(fù)載以及DC電子負(fù)載，但不限于此?？赡艿挠糜诠铝⑹较到y(tǒng)的電源包括發(fā)電機(jī)和諸如電池之類的能量存儲(chǔ)裝置，但不限于此。

已知的AC分配系統(tǒng)利用AC分配總線來將AC功率分配至特定的負(fù)載的位置。某些AC負(fù)載能夠直接地被供電，而其他AC負(fù)載使用由變壓器進(jìn)行的電壓變換或AC-DC（AC/DC）變換及隨后的DC-AC（DC/AC）變換。DC負(fù)載至少使用AC/DC變換。例如發(fā)電機(jī)之類的AC電源以特定的頻率運(yùn)行，以生成適于與AC分配總線連接的電壓和頻率輸出。類似地，已知的DC分配系統(tǒng)利用DC分配總線來將DC功率分配至特定的負(fù)載的位置。在與DC分配總線連接之前，將來自電源的AC輸出變換成DC。同樣地，對(duì)于各種AC驅(qū)動(dòng)負(fù)載和輔助負(fù)載，將DC分配總線上的DC功率變換成AC。DC能量存儲(chǔ)負(fù)載和DC電子負(fù)載直接地被供電，或使用DC-DC（DC/DC）變換來調(diào)整電壓電平。由于用于對(duì)所生成的供分配的電力和所分配的輸送至各種負(fù)載的電力進(jìn)行調(diào)節(jié)的電氣構(gòu)件的數(shù)量而導(dǎo)致已知的AC及DC分配系統(tǒng)的效率降低。由于可變負(fù)載的條件而使發(fā)電機(jī)始終以峰值效率運(yùn)行的不變性導(dǎo)致已知的AC及DC分配系統(tǒng)的效率進(jìn)一步降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個(gè)方面，提供混合式交流（AC）及直流（DC）分配系統(tǒng)?；旌鲜紸C及DC分配系統(tǒng)包括雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)（DFIG）、DC分配總線、AC/DC變換器、AC分配總線以及DC/AC變換器。DFIG包括轉(zhuǎn)子和定子。DFIG配置成生成轉(zhuǎn)子處的第一AC功率和定子處的第二AC功率。在第一節(jié)點(diǎn)處，AC-DC變換器與轉(zhuǎn)子和DC分配總線耦合。AC-DC變換器配置成將第一AC功率變換成第一節(jié)點(diǎn)處的第一DC功率，以便通過DC分配總線輸送至第一負(fù)載。DC-AC變換器耦合在第一節(jié)點(diǎn)與第二節(jié)點(diǎn)之間。第二節(jié)點(diǎn)與定子和AC分配總線耦合。DC-AC變換器配置成將第一DC功率變換成第二AC功率，以便通過AC分配總線輸送至定子和第二負(fù)載。

在另一方面，提供運(yùn)行混合式交流（AC）及直流（DC）分配系統(tǒng)的方法。該方法包括對(duì)于雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)（DFIG）生成轉(zhuǎn)子處的第一AC功率和定子處的第二AC功率。該方法還包括將第一AC功率變換成第一節(jié)點(diǎn)處的第一DC功率。該方法還包括將第一DC功率與DC分配總線耦合。該方法還包括將第一DC功率輸送至與DC分配總線耦合的第一負(fù)載。該方法還包括將第一DC功率變換成第二節(jié)點(diǎn)處的第二AC功率。該方法還包括將第二節(jié)點(diǎn)與AC分配總線和DFIG的定子耦合。該方法還包括將第二AC功率輸送至與AC分配總線耦合的第二負(fù)載。

在又一方面，提供孤立式電氣系統(tǒng)。孤立式電氣系統(tǒng)包括雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)（DFIG）、直流（DC）環(huán)形總線、交流-直流（AC/DC）變換器、交流（AC）環(huán)形總線、DC/AC變換器以及能量存儲(chǔ)。DFIG包括轉(zhuǎn)子和定子。DFIG配置成生成轉(zhuǎn)子處的第一AC功率和定子處的第二AC功率。DC環(huán)形總線可直接地與DC電子負(fù)載耦合。DC環(huán)形總線進(jìn)一步配置成通過第一負(fù)載側(cè)DC/AC變換器而與第一驅(qū)動(dòng)負(fù)載耦合。在第一節(jié)點(diǎn)處，AC/DC變換器與轉(zhuǎn)子和DC環(huán)形總線耦合。AC/DC變換器配置成將第一AC功率變換成第一節(jié)點(diǎn)處的第一DC功率，以便輸送至DC環(huán)形總線。AC環(huán)形總線可直接地與AC輔助負(fù)載耦合。AC環(huán)形總線進(jìn)一步配置成通過負(fù)載側(cè)AC/DC變換器和第二負(fù)載側(cè)DC/AC變換器而與第二驅(qū)動(dòng)負(fù)載耦合。DC/AC變換器耦合在第一節(jié)點(diǎn)與第二節(jié)點(diǎn)之間。第二節(jié)點(diǎn)與定子和AC環(huán)形總線耦合。DC/AC變換器配置成將第一DC功率變換成第二AC功率，以便輸送至定子和AC環(huán)形總線。能量存儲(chǔ)通過DC/DC變換器而與第一節(jié)點(diǎn)耦合。

技術(shù)方案1：一種混合式交流（AC）及直流（DC）分配系統(tǒng)，包含：

雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)（DFIG），包含轉(zhuǎn)子和定子，所述DFIG配置成生成所述轉(zhuǎn)子處的第一AC功率和所述定子處的第二AC功率；

DC分配總線，配置成與第一負(fù)載耦合；

AC-DC變換器，與所述轉(zhuǎn)子耦合，并且進(jìn)一步在第一節(jié)點(diǎn)處與所述DC分配總線耦合，所述AC-DC變換器配置成將所述第一AC功率變換成所述第一節(jié)點(diǎn)處的第一DC功率，以便通過所述DC分配總線輸送；

AC分配總線，配置成與第二負(fù)載耦合；以及

DC-AC變換器，耦合在所述第一節(jié)點(diǎn)與第二節(jié)點(diǎn)之間，所述第二節(jié)點(diǎn)與所述定子和所述AC分配總線耦合，所述DC-AC變換器配置成將所述第一DC功率變換成所述第二AC功率，以便輸送至所述定子并通過所述AC分配總線輸送。

技術(shù)方案2：如技術(shù)方案1所述的混合式AC及DC分配系統(tǒng)，還包含：

能量存儲(chǔ)，配置成接收第二DC功率；以及

DC-DC變換器，耦合在所述第一節(jié)點(diǎn)與所述能量存儲(chǔ)之間，所述DC-DC變換器配置成將所述第一DC功率變換成所述第二DC功率，

其中，所述能量存儲(chǔ)進(jìn)一步配置成通過所述DC-DC變換器和所述DC-AC變換器而將所述第二AC功率提供給所述第二節(jié)點(diǎn)。

技術(shù)方案3：如技術(shù)方案1所述的混合式AC及DC分配系統(tǒng)，其中，所述第一負(fù)載包含驅(qū)動(dòng)負(fù)載。

技術(shù)方案4：如技術(shù)方案3所述的混合式AC及DC分配系統(tǒng)，還包含耦合在所述DC分配總線與所述驅(qū)動(dòng)負(fù)載之間的負(fù)載側(cè)DC-AC變換器，所述負(fù)載側(cè)DC-AC變換器配置成將所述第一DC功率變換成第三AC功率，以便輸送至所述驅(qū)動(dòng)負(fù)載。

技術(shù)方案5：如技術(shù)方案1所述的混合式AC及DC分配系統(tǒng)，其中，所述第二負(fù)載包含驅(qū)動(dòng)負(fù)載。

技術(shù)方案6：如技術(shù)方案5所述的混合式AC及DC分配系統(tǒng)，還包含：

負(fù)載側(cè)AC-DC變換器，與所述AC分配總線耦合，所述負(fù)載側(cè)AC-DC變換器配置成將所述第二AC功率變換成第三DC功率；以及

負(fù)載側(cè)DC-AC變換器，耦合在所述負(fù)載側(cè)AC-DC變換器與所述驅(qū)動(dòng)負(fù)載之間，所述負(fù)載側(cè)DC-AC變換器配置成將所述第三DC功率變換成第三AC功率，以便輸送至所述驅(qū)動(dòng)負(fù)載。

技術(shù)方案7：如技術(shù)方案1所述的混合式AC及DC分配系統(tǒng)，其中，所述DC分配總線包含與第二電源和DC負(fù)載耦合的DC環(huán)形總線。

技術(shù)方案8：如技術(shù)方案7所述的混合式AC及DC分配系統(tǒng)，其中，所述DC環(huán)形總線通過保護(hù)聯(lián)絡(luò)線和DC斷路器而與所述第一節(jié)點(diǎn)耦合。

技術(shù)方案9：如技術(shù)方案1所述的混合式AC及DC分配系統(tǒng)，其中，所述AC分配總線包含AC環(huán)形總線。

技術(shù)方案10：如技術(shù)方案9所述的混合式AC及DC分配系統(tǒng)，其中，所述AC環(huán)形總線通過AC斷路器和扼流圈而與所述第二節(jié)點(diǎn)耦合。

技術(shù)方案11：一種運(yùn)行混合式交流（AC）及直流（DC）分配系統(tǒng)的方法，所述方法包含：

對(duì)于雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)（DFIG）生成轉(zhuǎn)子處的第一AC功率和定子處的第二AC功率；

將所述第一AC功率變換成第一節(jié)點(diǎn)處的第一DC功率；

將所述第一DC功率與DC分配總線耦合；

將所述第一DC功率輸送至與所述DC分配總線耦合的第一負(fù)載；

將所述第一DC功率變換成第二節(jié)點(diǎn)處的所述第二AC功率；

將所述第二節(jié)點(diǎn)與AC分配總線和所述DFIG的定子耦合；以及

將所述第二AC功率輸送至與所述AC分配總線耦合的第二負(fù)載。

技術(shù)方案12：如技術(shù)方案11所述的方法，還包含將所述第一DC功率變換成第二DC功率，以便輸送至能量存儲(chǔ)。

技術(shù)方案13：如技術(shù)方案11所述的方法，其中，將所述第一DC功率輸送至第一負(fù)載包含：

將所述第一DC功率變換成第三AC功率；以及

將所述第三AC功率供給至所述第一負(fù)載。

技術(shù)方案14：如技術(shù)方案11所述的方法，其中，將所述第二AC功率輸送至第二負(fù)載包含：

將所述第二AC功率變換成第二DC功率；

將所述第二DC功率變換成第三AC功率；以及

將所述第三AC功率供給至所述第二負(fù)載。

技術(shù)方案15：一種孤立式電氣系統(tǒng)，包含：

雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)（DFIG），包含轉(zhuǎn)子和定子，所述DFIG配置成生成所述轉(zhuǎn)子處的第一交流（AC）功率和所述定子處的第二AC功率；

直流（DC）環(huán)形總線，可直接地與DC電子負(fù)載耦合，并且配置成通過第一負(fù)載側(cè)DC-AC變換器而與第一驅(qū)動(dòng)負(fù)載耦合；

AC-DC變換器，與所述轉(zhuǎn)子耦合，并且在第一節(jié)點(diǎn)處進(jìn)一步與所述DC環(huán)形總線耦合，所述AC-DC變換器配置成將所述第一AC功率變換成所述第一節(jié)點(diǎn)處的第一DC功率，以便輸送至所述DC環(huán)形總線；

AC環(huán)形總線，可直接地與AC輔助負(fù)載耦合，并且配置成通過負(fù)載側(cè)AC-DC變換器和第二負(fù)載側(cè)DC-AC變換器而與第二驅(qū)動(dòng)負(fù)載耦合；

DC-AC變換器，耦合在所述第一節(jié)點(diǎn)與第二節(jié)點(diǎn)之間，所述第二節(jié)點(diǎn)與所述定子和所述AC環(huán)形總線耦合，所述DC-AC變換器配置成將所述第一DC功率變換成所述第二AC功率，以便輸送至所述定子和所述AC環(huán)形總線；以及

能量存儲(chǔ)，通過DC-DC變換器而與所述第一節(jié)點(diǎn)耦合。

技術(shù)方案16：如技術(shù)方案15所述的孤立式電氣系統(tǒng)，其中，所述DC環(huán)形總線通過DC斷路器和保護(hù)聯(lián)絡(luò)線而與所述第一節(jié)點(diǎn)耦合。

技術(shù)方案17：如技術(shù)方案16所述的孤立式電氣系統(tǒng)，其中，所述AC環(huán)形總線通過AC斷路器和扼流圈而與所述第二節(jié)點(diǎn)耦合。

技術(shù)方案18：如技術(shù)方案17所述的孤立式電氣系統(tǒng)，其中，所述DC斷路器和所述AC斷路器可由控制器獨(dú)立地控制。

技術(shù)方案19：如技術(shù)方案15所述的孤立式電氣系統(tǒng)，還包含發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)具有與所述DFIG耦合的驅(qū)動(dòng)軸，并且配置成使所述轉(zhuǎn)子以可變速度轉(zhuǎn)動(dòng)。

技術(shù)方案20：如技術(shù)方案19所述的孤立式電氣系統(tǒng)，其中，所述發(fā)動(dòng)機(jī)配置成使所述轉(zhuǎn)子以基于所述發(fā)動(dòng)機(jī)的可變負(fù)載級(jí)別和燃料效率而確定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，所述可變負(fù)載級(jí)別至少部分地由所述第一驅(qū)動(dòng)負(fù)載、所述第二驅(qū)動(dòng)負(fù)載、所述DC電子負(fù)載以及所述AC輔助負(fù)載定義。

技術(shù)方案21：如技術(shù)方案20所述的孤立式電氣系統(tǒng)，還包含控制器，該控制器配置成根據(jù)所述可變負(fù)載級(jí)別和所述燃料效率而確定所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的所述可變速度。

技術(shù)方案22：如技術(shù)方案21所述的孤立式電氣系統(tǒng)，還包含第二DFIG，該第二DFIG與第二發(fā)動(dòng)機(jī)耦合，并且配置成以第二可變速度轉(zhuǎn)動(dòng)。

技術(shù)方案23：如技術(shù)方案22所述的孤立式電氣系統(tǒng)，其中，所述控制器進(jìn)一步配置成根據(jù)所述第二發(fā)動(dòng)機(jī)的所述可變負(fù)載級(jí)別和第二燃料效率而確定所述第二可變速度。

技術(shù)方案24：如技術(shù)方案19所述的孤立式電氣系統(tǒng)，其中，所述第二節(jié)點(diǎn)處的所述第二AC功率用于使所述DFIG的所述轉(zhuǎn)子開動(dòng)。

技術(shù)方案25：如技術(shù)方案15所述的孤立式電氣系統(tǒng)，其中，所述能量存儲(chǔ)相對(duì)于所述第一節(jié)點(diǎn)和所述DC環(huán)形總線而集中地安置。

技術(shù)方案26：如技術(shù)方案15所述的孤立式電氣系統(tǒng)，還包含第二電源，該第二電源可通過DC斷路器和保護(hù)聯(lián)絡(luò)線而與所述DC環(huán)形總線耦合，所述第二電源還可通過AC斷路器和扼流圈而與所述AC環(huán)形總線耦合。

附圖說明

在參考附圖而閱讀下文的詳述時(shí)，將更清楚地理解本公開的這些及其他特征、方面及優(yōu)點(diǎn)，其中，在所有的附圖中，相同的字符表示相同的零件，其中：

圖1是示范性的孤立式電氣系統(tǒng)的框圖；

圖2是用于在圖1中所示出的孤立式電氣系統(tǒng)中使用的示范性的混合式交流（AC）及直流（DC）分配系統(tǒng)的框圖；

圖3是用于在圖2中所示出的混合式AC及DC分配系統(tǒng)中使用的示范性的DC環(huán)形總線的示意圖；

圖4是用于在圖2中所示出的混合式AC及DC分配系統(tǒng)中使用的示范性的AC環(huán)形總線的示意圖；

圖5是用于在圖3中所示出的DC環(huán)形總線或圖4中所示出的AC環(huán)形總線中使用的示范性的電源的示意圖；

圖6是用于在圖3中所示出的DC環(huán)形總線中使用的示范性的保護(hù)聯(lián)絡(luò)線的示意圖；并且

圖7是運(yùn)行圖2中所示出的混合式AC及DC分配系統(tǒng)的示范性的方法的流程圖。

除非另有指示，否則本文中所提供的附圖旨在圖示本公開的實(shí)施例的特征。這些特征被認(rèn)為可應(yīng)用于各種各樣的包含本公開的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)中。正因如此，附圖不旨在包括被要求實(shí)踐本文中所公開的實(shí)施例的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的所有的常規(guī)的特征。

具體實(shí)施方式

在下文的說明書和權(quán)利要求中，引用一些具有下文的意思的術(shù)語。

除非上下文另有明確規(guī)定，否則單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”和“所述”包括復(fù)數(shù)的引用術(shù)語。

“任選的”或“任選地”意味著，隨后描述的事件或情況可能發(fā)生或可能不發(fā)生，并且本描述包括事件發(fā)生的實(shí)例和事件不發(fā)生的實(shí)例。

如本文中在整個(gè)說明書和所有的權(quán)利要求中使用的近似的語言可以應(yīng)用于修改能夠允許變化的任何數(shù)量表示，而不造成有關(guān)的基本功能的改變。因此，通過諸如“大約”、“近似地”和“大致”之類的一個(gè)術(shù)語或多個(gè)術(shù)語而修改的值不限于精確的指定值。在至少一些實(shí)例中，近似的語言可以與用于對(duì)值進(jìn)行測量的儀器的精度相對(duì)應(yīng)。在此，在整個(gè)說明書和所有的權(quán)利要求中，除非上下文或語言另有指示，否則可以使范圍限制結(jié)合和/或互換，這樣的范圍被識(shí)別，并且包括其中包含的所有的子范圍。

本公開的實(shí)施例涉及用于孤立式公用電網(wǎng)的電力分配系統(tǒng)。本文中所描述的混合式交流（AC）及直流（DC）分配系統(tǒng)為可變負(fù)載提供高效的AC及DC功率，更具體地，為并行式AC及DC分配總線提供高效的AC及DC功率。并行式AC及DC分配總線減少對(duì)所生成的供給定的負(fù)載消耗的電力進(jìn)行調(diào)節(jié)的電子構(gòu)件的數(shù)量。示范性的電力分配系統(tǒng)利用較少的電子構(gòu)件，從而改進(jìn)電力分配系統(tǒng)的總效率。示范性的電力分配系統(tǒng)還將雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)（DFIG）用作電源，許可使用可變速度發(fā)動(dòng)機(jī)來使實(shí)時(shí)負(fù)載與實(shí)時(shí)發(fā)電量更好地匹配，因而進(jìn)一步改進(jìn)效率。經(jīng)改進(jìn)的效率和較少的電子構(gòu)件導(dǎo)致運(yùn)行成本節(jié)約和降低的資本支出。

圖1是示范性的孤立式電氣系統(tǒng)100的圖。孤立式電氣系統(tǒng)100包括發(fā)電機(jī)102、電力分配系統(tǒng)104、電氣負(fù)載106以及能量存儲(chǔ)108。在某些實(shí)施例中，例如，發(fā)電機(jī)102是由可變速度發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的DFIG，但不限于此?？勺兯俣劝l(fā)動(dòng)機(jī)包括柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，但不限于此。電氣負(fù)載106包括諸如驅(qū)動(dòng)負(fù)載（例如，電動(dòng)機(jī)）和AC輔助負(fù)載之類的AC負(fù)載以及諸如DC電子設(shè)備和能量存儲(chǔ)108之類的DC負(fù)載，但不限于此。能量存儲(chǔ)108包括例如電池，但不限于此。在某些實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)108包括分布在整個(gè)孤立式電氣系統(tǒng)100中的多個(gè)能量存儲(chǔ)裝置。在這樣的實(shí)施例中，能夠集中地控制能量存儲(chǔ)108，或能夠獨(dú)立地控制每個(gè)能量存儲(chǔ)裝置。在其他實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)108包括一個(gè)或更多個(gè)能量存儲(chǔ)裝置，這些能量存儲(chǔ)裝置集中地安置于孤立式電氣系統(tǒng)100中并集中地控制。

發(fā)電機(jī)102生成AC及DC功率，AC及DC功率供給至電力分配系統(tǒng)104。電力分配系統(tǒng)104調(diào)節(jié)AC及DC功率，并且將AC及DC功率輸送至電氣負(fù)載106的各種構(gòu)件。電力分配系統(tǒng)104包括AC總線、DC總線、AC-DC（AC/DC）變換器、DC-AC（DC/AC）變換器、DC-DC（DC/DC）變換器、變壓器以及保護(hù)裝置，但不限于此，其中，保護(hù)裝置是例如扼流圈、AC斷路器、DC斷路器以及保護(hù)聯(lián)絡(luò)線，但不限于此。

扼流圈是對(duì)非零頻率電流起作用的限流裝置。保護(hù)聯(lián)絡(luò)線類似地對(duì)DC起作用，暫時(shí)使DC轉(zhuǎn)向，以促進(jìn)諸如DC斷路器之類的DC開關(guān)的斷開。

圖2是用于在孤立式電氣系統(tǒng)100（在圖1中示出）中使用的示范性的混合式AC及DC分配系統(tǒng)200的框圖。混合式AC及DC分配系統(tǒng)200包括發(fā)動(dòng)機(jī)202、DFIG 204、驅(qū)動(dòng)負(fù)載206、AC輔助負(fù)載208、DC電子負(fù)載210、能量存儲(chǔ)212、DC分配總線214、AC分配總線216、AC/DC變換器218、DC/AC變換器220以及DC/DC變換器222。

發(fā)動(dòng)機(jī)202與DFIG 204機(jī)械地耦合，更具體地，與DFIG 204的轉(zhuǎn)子224機(jī)械地耦合。在運(yùn)行的期間，以可變速度驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)202，從而使轉(zhuǎn)子224轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子224與定子226組合而生成AC功率。根據(jù)至少部分地由DC電子負(fù)載210、驅(qū)動(dòng)負(fù)載206、AC輔助負(fù)載208以及能量存儲(chǔ)212定義的時(shí)變負(fù)載而控制發(fā)動(dòng)機(jī)202的可變速度。在某些實(shí)施例中，混合式AC及DC分配系統(tǒng)200包括配置成根據(jù)時(shí)變負(fù)載和發(fā)動(dòng)機(jī)202的效率而控制發(fā)動(dòng)機(jī)202的可變速度的控制器。在某些實(shí)施例中，混合式AC及DC分配系統(tǒng)200包括多個(gè)DFIG和發(fā)動(dòng)機(jī)。在這樣的實(shí)施例中，混合式AC及DC分配系統(tǒng)200可以包括一個(gè)集中式控制器，該控制器用于根據(jù)時(shí)變負(fù)載和相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)的效率而控制相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)的可變速度。集中式控制器促進(jìn)對(duì)調(diào)峰、排放控制、發(fā)動(dòng)機(jī)慢加速、AC及DC負(fù)載之間的負(fù)載平衡以及電池集成的集中式控制。在混合式AC及DC分配系統(tǒng)200包括多個(gè)DFIG和發(fā)動(dòng)機(jī)的備選的實(shí)施例中，多個(gè)控制器用于根據(jù)時(shí)變負(fù)載和發(fā)動(dòng)機(jī)的相應(yīng)的效率而控制發(fā)動(dòng)機(jī)的可變速度。

取決于轉(zhuǎn)子224的速度，DFIG 204在定子226和轉(zhuǎn)子224兩者處都生成AC功率。在轉(zhuǎn)子224處生成的AC功率供給至AC/DC變換器218。在第一節(jié)點(diǎn)228處，AC/DC變換器218將所生成的AC功率，即第一AC功率變換成第一DC功率。在第二節(jié)點(diǎn)230處，在定子226處生成第二AC功率，并且將第二AC功率供給至DC/AC變換器220。在第一節(jié)點(diǎn)228處，DC/AC變換器220將所生成的AC功率，即第二AC功率變換成第一DC功率。第一節(jié)點(diǎn)228充當(dāng)DC分接點(diǎn)，將第一DC功率供給至DC分配總線214、DC/DC變換器222，取決于轉(zhuǎn)子224的速度而供給至AC/DC變換器218。AC/DC變換器220將第一DC功率變換回定子226處的第二AC功率。第二節(jié)點(diǎn)230不但與DFIG 204的定子226耦合，而且還與AC分配總線216耦合，這促進(jìn)由DFIG 204生成的第一AC功率與供給至AC分配總線216的第二AC功率的電壓及頻率匹配。

在某些實(shí)施例中，在DFIG 204啟動(dòng)時(shí)，可在第一節(jié)點(diǎn)228或第二節(jié)點(diǎn)230處獲得的能量用于使DFIG 204的轉(zhuǎn)子224開動(dòng)至高達(dá)期望的速度，該過程利用DFIG 204的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)特征。

DC/DC變換器222將第一DC功率變換成適合于對(duì)能量存儲(chǔ)212進(jìn)行充電的第二DC功率。在發(fā)動(dòng)機(jī)202或DFIG 204不可運(yùn)行或斷開時(shí)，能量存儲(chǔ)212和DC/DC變換器222與第一節(jié)點(diǎn)228的直接耦合促進(jìn)正常運(yùn)行的期間的高效能量存儲(chǔ)和由能量存儲(chǔ)212提供的高效供能。在備選的實(shí)施例中，一個(gè)或更多個(gè)DC/DC變換器222能夠用于對(duì)于給定的DC負(fù)載而適當(dāng)?shù)厥笵C電壓電平移位。在某些實(shí)施例中，DC/DC變換器222利用高頻變壓器來提供DC電壓電平之間的隔離。

DC分配總線214將DC功率輸送給DC電子負(fù)載210和驅(qū)動(dòng)負(fù)載206。DC電子負(fù)載210包括在各種DC電壓電平下運(yùn)行的諸如計(jì)算裝置、燈和繼電器之類的DC電子設(shè)備，但不限于此。對(duì)于特定的DC電子裝置而使所分配電壓逐步增加或降低至適當(dāng)?shù)碾妷?，其中，該所分配電壓例如?8伏，但不限于此。驅(qū)動(dòng)負(fù)載206是要求由DC/AC變換器220進(jìn)行DC/AC變換的AC負(fù)載。DC/AC變換器220將第一DC功率變換成第三AC功率。將DC分配總線214和DC/AC變換器220利用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載206的配置是有利的，因?yàn)槟承┮阎腁C分配系統(tǒng)需要用于將所分配AC功率變換成可用的AC功率的多個(gè)電子構(gòu)件。

AC分配總線216將AC功率輸送給AC輔助負(fù)載208和驅(qū)動(dòng)負(fù)載206。AC輔助負(fù)載208包括諸如照明設(shè)備、電視機(jī)、咖啡機(jī)、冰箱、吹風(fēng)機(jī)、真空裝置以及個(gè)人電腦之類的典型的AC電子設(shè)備，但不限于此。如上所述，驅(qū)動(dòng)負(fù)載206要求將所分配AC功率，即第二AC功率變換成可用的電平。AC分配總線216將第二AC功率輸送給AC/DC變換器218，AC/DC變換器218將第二AC功率變換成第三DC功率。然后，由DC/AC變換器220將第三DC功率變換成供驅(qū)動(dòng)負(fù)載206消耗的第三AC功率。

圖3是用于在混合式AC及DC分配系統(tǒng)200（在圖2中示出）中使用的示范性的DC環(huán)形總線300的示意圖。DC環(huán)形總線300包括多個(gè)電源302，這些電源302通過DC斷路器（CB）304和保護(hù)聯(lián)絡(luò)線（PT）306而與正DC總線308和負(fù)DC總線310耦合。對(duì)于每個(gè)電源302，可由DC斷路器306使正DC總線308和負(fù)DC總線310中斷，這在運(yùn)行中由保護(hù)聯(lián)絡(luò)線306輔助。DC環(huán)形總線300的體系結(jié)構(gòu)促進(jìn)電源分支之一的故障的隔離。

圖4是用于在混合式AC及DC分配系統(tǒng)200（在圖2中示出）中使用的示范性的AC環(huán)形總線400的示意圖。AC環(huán)形總線400包括多個(gè)電源302（在圖3中示出）、AC負(fù)載402、AC斷路器404以及扼流圈406。電源302通過扼流圈406而與AC環(huán)形總線400耦合，并且可獨(dú)立地通過AC斷路器404而隔離。AC負(fù)載402同樣地可通過AC斷路器404而隔離。

圖5是用于在DC環(huán)形總線300（如在圖2中示出的電源302）或AC環(huán)形總線400（如在圖4中示出的電源302）中使用的示范性的電源500的示意圖。電源500包括發(fā)動(dòng)機(jī)502、DFIG 504、AC/DC變換器506以及DC/AC變換器508。電源500與DC節(jié)點(diǎn)510和AC節(jié)點(diǎn)512耦合，DC節(jié)點(diǎn)510和AC節(jié)點(diǎn)512與第一節(jié)點(diǎn)228和第二節(jié)點(diǎn)230（在圖2中示出）等效。DC節(jié)點(diǎn)510包括正DC總線514和負(fù)DC總線516，并且可通過DC/DC變換器520而與能量存儲(chǔ)518耦合。

發(fā)動(dòng)機(jī)502與DFIG 504機(jī)械地耦合，更具體地，與DFIG 504的轉(zhuǎn)子（未示出）機(jī)械地耦合。發(fā)動(dòng)機(jī)502以可變速度配置，并且使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)而生成第一AC功率。在AC/DC變換器506處接收到第一AC功率，并且將第一AC功率變換成第一DC功率。第一DC功率供給至DC/AC變換器508。

DC/AC變換器508將第一DC功率變換成AC節(jié)點(diǎn)512處的第二AC功率，該第二AC功率供給至反饋總線522。在DFIG 504的定子（未示出）處，反饋總線522反饋耦合至DFIG 504。AC節(jié)點(diǎn)512通過扼流圈406和AC斷路器404（在圖4中示出）而進(jìn)一步與AC分配總線（未示出）耦合。AC節(jié)點(diǎn)512通過斷路器404（也在圖4中示出）而進(jìn)一步與AC負(fù)載402耦合。

DC/DC變換器520之一將第一DC功率變換成第二DC功率，以便對(duì)能量存儲(chǔ)518進(jìn)行充電。DC/DC變換器520中的另一個(gè)將第一DC功率變換成第三DC功率，以便供給至DC電子負(fù)載210（在圖2中示出）和DC分配總線（未示出）。第三DC功率通過DC斷路器304和保護(hù)聯(lián)絡(luò)線306（在圖3中示出）而供給至DC分配總線。

在某些實(shí)施例中，AC斷路器404和DC斷路器304由共同的裝置（未示出）控制。在某些實(shí)施例中，共同的裝置位于混合式AC及DC分配系統(tǒng)200（在圖2中示出）內(nèi)部。在備選的實(shí)施例中，共同的裝置位于混合式AC及DC分配系統(tǒng)200外部。在某些實(shí)施例中，對(duì)AC斷路器404和DC斷路器304獨(dú)立地進(jìn)行控制。在其他實(shí)施例中，對(duì)AC斷路器404和DC斷路器304非獨(dú)立地或共同地進(jìn)行控制。控制裝置包括例如諸如繼電器、微控制器、數(shù)字邏輯電路、現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）以及專用集成電路（ASIC）之類的DC電子設(shè)備，但不限于此。在AC分配總線或DC分配總線上檢測到的任何故障都導(dǎo)致AC斷路器404、DC斷路器304或兩者都斷開，以保證分配系統(tǒng)的總體健康。

圖6是用于在DC環(huán)形總線300（在圖3和圖5中示出）中使用的示范性的保護(hù)聯(lián)絡(luò)線600的詳細(xì)示意圖。保護(hù)聯(lián)絡(luò)線600耦合在電源側(cè)正DC總線602與負(fù)載側(cè)正DC總線604之間，并且還耦合在電源側(cè)負(fù)DC總線606與負(fù)載側(cè)負(fù)DC總線608之間。保護(hù)聯(lián)絡(luò)線600包括雙向開關(guān)610和限流器612。

每個(gè)雙向開關(guān)610包括開關(guān)614和二極管616。對(duì)于給定的電流方向，電流經(jīng)過開關(guān)614和相對(duì)于電源側(cè)或負(fù)載側(cè)的電流源而極性相同的二極管。每個(gè)限流器612包括二極管616、電感器618以及阻抗620。電感器618與總線串聯(lián)耦合，并且與串聯(lián)耦合的二極管616和阻抗620并聯(lián)耦合。二極管618配置成反并聯(lián)。

在正常運(yùn)行的期間，DC總線上的電流的頻率理想地為零，并且電感器618是可忽略不計(jì)的阻抗。在故障或瞬態(tài)狀況的期間，電感器618成為與電流上升相對(duì)應(yīng)的非零頻率電流的阻抗。由于在保護(hù)聯(lián)絡(luò)線600斷開的期間及此后存儲(chǔ)于電感器618中的能量而導(dǎo)致反并聯(lián)式二極管616提供電流的續(xù)流路徑。然后，通過開關(guān)614和DC斷路器（未示出）而使負(fù)載側(cè)和電源側(cè)斷開。

在備選的實(shí)施例中，開關(guān)610包括具有雙向電流截止的能力的任何開關(guān)，包括例如機(jī)械斷路器和以半導(dǎo)體為基礎(chǔ)的固態(tài)開關(guān)，但不限于此。

圖7是運(yùn)行混合式AC及DC分配系統(tǒng)200（在圖2中示出）的示范性的方法700的流程圖。方法700從起始步驟710開始。在生成步驟720，在DFIG 204的轉(zhuǎn)子224和定子226（全部在圖2中示出）處生成第一AC功率。在給定的時(shí)間，由發(fā)動(dòng)機(jī)202根據(jù)負(fù)載而以可變速度使轉(zhuǎn)子224轉(zhuǎn)動(dòng)。在DC變換步驟730，將第一AC功率變換成第一DC功率。由AC/DC變換器218將第一AC功率變換成第一節(jié)點(diǎn)228處的第一DC功率。在DC耦合步驟740，第一節(jié)點(diǎn)228處的第一DC功率與DC分配總線214耦合。然后，在DC分配步驟750，將DC分配總線214上的第一DC功率輸送至與DC分配總線214耦合的第一負(fù)載。第一負(fù)載包括例如諸如DC電子負(fù)載210之類的DC電子負(fù)載和諸如驅(qū)動(dòng)負(fù)載206之類的驅(qū)動(dòng)負(fù)載，但不限于此。

在AC變換步驟760，由DC/AC變換器220將第一DC功率變換成第二AC功率。在AC耦合步驟770，在第二節(jié)點(diǎn)230處，將第二AC功率與AC分配總線216和DFIG 204的定子226耦合。供給至DFIG 204的定子226的第二AC功率促進(jìn)DFIG 204以適于AC分配總線216的電壓和頻率生成第一AC功率。然后，在AC分配步驟780，在第二節(jié)點(diǎn)230處，將第二AC功率輸送至與AC分配總線216耦合的第二負(fù)載。第二負(fù)載包括例如諸如AC輔助負(fù)載208之類的AC輔助負(fù)載和諸如驅(qū)動(dòng)負(fù)載206之類的驅(qū)動(dòng)負(fù)載，但不限于此。

在某些實(shí)施例中，方法700包括充電步驟。在充電步驟的期間，第一DC功率通過DC/DC變換器222而傳遞給能量存儲(chǔ)212。該方法終止于結(jié)束步驟790。

上述的電力分配系統(tǒng)為可變負(fù)載提供高效的AC及DC功率，更具體地，為并行式AC分配總線及DC分配總線提供高效的AC及DC功率。并行式AC及DC分配總線減少對(duì)所生成的供給定的負(fù)載消耗的電力進(jìn)行調(diào)節(jié)所必需的電子構(gòu)件。示范性的電力分配系統(tǒng)利用較少的電子構(gòu)件，改進(jìn)電力分配系統(tǒng)的總效率。示范性的電力分配系統(tǒng)還將雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)（DFIG）用作電源，許可使用可變速度發(fā)動(dòng)機(jī)來使負(fù)載和發(fā)電量更好地匹配，因而進(jìn)一步改進(jìn)效率。經(jīng)改進(jìn)的效率和較少的電子構(gòu)件導(dǎo)致運(yùn)行成本節(jié)約和降低的資本支出。

本文中所描述的方法、系統(tǒng)和設(shè)備的示范性的技術(shù)效果包括如下的技術(shù)效果中的至少一個(gè)：（a）通過使用可變速度發(fā)動(dòng)機(jī)而實(shí)現(xiàn)的經(jīng)改進(jìn)的效率；（b）經(jīng)改進(jìn)的發(fā)電和負(fù)載匹配；（c）較少的用于功率變換的電子構(gòu)件；（d）降低的資本支出；以及（e）降低的運(yùn)行成本。

用于電力分配系統(tǒng)的方法、系統(tǒng)和設(shè)備的示范性的實(shí)施例不限于本文中所描述的具體的實(shí)施例，而寧可說是，可以將系統(tǒng)的構(gòu)件和/或方法的步驟獨(dú)立于本文中所描述的其他構(gòu)件和/或步驟且與其他構(gòu)件和/或步驟分離而利用。例如，這些方法還可以與其他非常規(guī)的電力分配系統(tǒng)組合而使用，而不限于僅以如本文中所描述的系統(tǒng)及方法實(shí)踐。更確切地說，能夠與可以因提高的效率、降低的運(yùn)行成本以及降低的資本支出而得益的許多其他應(yīng)用、裝備及系統(tǒng)相結(jié)合而實(shí)現(xiàn)并利用示范性的實(shí)施例。

雖然本公開的各種實(shí)施例的具體的特征可以在某些附圖中示出，而不在其他附圖中示出，但這僅僅是為了方便起見。根據(jù)本公開的原理，可以將附圖的任何特征與任何其他附圖的任何特征組合而引用和/或要求保護(hù)。

本書面描述使用示例來公開實(shí)施例，包括最佳模式，并且還允許任何本領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)踐實(shí)施例，包括制作并使用任何裝置或系統(tǒng)和執(zhí)行任何合并的方法。本公開的專利范圍由權(quán)利要求定義，并且可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員所想到的其他示例。如果這樣的其他示例具有并非與權(quán)利要求的字面語言不同的結(jié)構(gòu)元件，或如果這些示例包括與權(quán)利要求的字面語言無實(shí)質(zhì)的差異的等效的結(jié)構(gòu)元件，則這些示例旨在屬于權(quán)利要求的范圍內(nèi)。