海底功率傳輸?shù)闹谱鞣椒?br>【技術領域】
[0001]—般來說，本發(fā)明涉及功率傳輸，以及更具體來說，涉及用于將電功率傳送到海底電氣設備的系統(tǒng)和方法。
【背景技術】
[0002]海底電氣設備、例如驅(qū)動氣體壓縮機的海底電動機具有較高標稱額定功率(例如大約10或15 Mff)。因此，可要求海底壓縮集群，以通過100或200 km的距離傳送大約50至100 Mff的總功率。通過超過100 km的距離傳送高功率并且在海底分配功率是很棘手的問題。這種傳輸在高壓下進行，以降低損耗。在接收海底端，電壓被調(diào)低，并且然后分配給單獨負載。分配距離通常遠比傳輸距離要短。
[0003]三相交流(AC)功率傳輸和分配是向海底設備傳送功率的一種方式。AC功率傳輸雖然比較成熟，但是對于通過長電纜傳送大容量功率的應用提供技術難題。由于電纜電容，大量無功功率需要由電源提供并且由電纜攜帶。電容使充電電流沿AC電纜的長度流動。因為電纜除了有用負載電流之外還必須攜帶這個充電電流，所以電纜損耗較高；電纜是定額過高并且高費用的。大無功功率要求可觸發(fā)系統(tǒng)穩(wěn)定性問題。
[0004]AC傳輸和分配的限制能夠通過直流(DC)傳輸來減輕。調(diào)(HV)DC傳輸通常要求在傳輸系統(tǒng)中使用電子轉(zhuǎn)換器，其能夠在HVAC與HVDC之間進行轉(zhuǎn)換。線路換向轉(zhuǎn)換器(LCC)和電壓源轉(zhuǎn)換器(VSC)是這類功率電子轉(zhuǎn)換器的示例。但是，LCC轉(zhuǎn)換器要求大量濾波器來供應預期無功功率，而VSC轉(zhuǎn)換器要求大DC電容器，其影響可靠性和維護。
[0005]因此，仍然存在對用于將電功率傳送到海底設備的緊湊可靠系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]按照本技術的一實施例，提供功率傳輸和分配系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括具有電流源的供應側(cè)和接收側(cè)。接收側(cè)包括模塊化轉(zhuǎn)換器，其具有與電流源串聯(lián)連接的多個直流(DC)-交流(AC)電流源轉(zhuǎn)換器以及并聯(lián)連接的多個AC-DC整流器以向多個負載供應功率，其中DC-AC電流源轉(zhuǎn)換器的每個向?qū)狝C-DC整流器供應功率。DC-AC電流源轉(zhuǎn)換器的每個包括多個反向阻斷全控開關(reverse blocking fully controllable switch)，其具有雙向電壓阻斷(bidirect1nal voltage blocking)能力。此外，來自電流源的電流在任何時刻在至少一個反向阻斷全控開關中流動。
[0007]按照本技術的另一個實施例，提供一種向海底負載傳送功率的方法。該方法包括提供多個反向阻斷全控開關，其具有雙向電壓阻斷能力，以形成多個直流(DC)-交流(AC)電流源轉(zhuǎn)換器的每個。該方法還包括將多個DC-AC電流源轉(zhuǎn)換器與供應側(cè)電流源串聯(lián)連接，并且從多個DC-AC電流源轉(zhuǎn)換器向多個AC-DC整流器供應AC功率，其中供應AC功率包括將DC-AC電流源轉(zhuǎn)換器的每個耦合到對應AC-DC整流器；來自供應側(cè)電流源的電流在任何時刻在至少一個反向阻斷全控開關中流動。該方法還包括并聯(lián)耦合多個AC-DC整流器，以向海底負載供應功率。
【附圖說明】
[0008]圖1是示出具有模塊化堆疊功率轉(zhuǎn)換器的現(xiàn)有技術海底功率傳輸/分配系統(tǒng)的示意圖；
圖2是示出按照本技術的一實施例、具有模塊化電流源轉(zhuǎn)換器的海底功率傳輸/分配系統(tǒng)的不意圖；
圖3是示出按照本技術的一實施例、圖2的海底功率傳輸/分配系統(tǒng)的詳細段的示意圖；
圖4是示出按照本技術的另一個實施例、圖2的海底功率傳輸/分配系統(tǒng)的詳細段的不意圖；以及
圖5是示出按照本技術的一實施例、圖2的海底功率傳輸/分配系統(tǒng)的模擬圖表的符號圖。
【具體實施方式】
[0009]除非另加說明，否則本文所使用的科技術語具有與本公開所屬領域的技術人員普遍理解的相同的含意。本文所使用的術語“第一”、“第二”等并不表示任何順序、量或重要性，而是用來區(qū)分各個元件。另外，術語“一”和“一個”并不表示數(shù)量的限制，而是表示存在引用項的至少一個。術語“或者”表示包含在內(nèi)，并且表示所列項的一個、部分或全部。本文中使用“包括”、“包含”或“具有”及其變化意在包含以下列示項及其等效體以及其他項。術語“連接”和“耦合”并不是限制到物理或機械連接或者耦合，而是能夠包括無論是直接還是間接的電連接或耦合。此外，術語“電路”和“控制器”可包括單個組件或者多個組件，其是有源和/或無源的并且連接或者耦合在一起以提供所述功能。
[0010]如本領域的技術人員將會理解，術語“電流源”表示一種設備，其能夠測量在離散時刻在其端子的至少一個中流動的電流，并且能夠控制在離散時刻在其端子的至少一個中流動的至少一個電流的至少一個總時間導數(shù)。在其端子的至少一個中的至少一個電流的所述至少一個總時間導數(shù)的控制能夠通過控制跨所述設備的至少兩個點的至少一個電壓來實現(xiàn)。
[0011]現(xiàn)在來看附圖，通過圖1中的示例，示出示意圖10，其示出具有模塊化堆疊功率轉(zhuǎn)換器的現(xiàn)有技術海底功率傳輸/分配系統(tǒng)。一般來說，模塊化堆疊DC轉(zhuǎn)換器(MSDC)架構(gòu)完全適合于要求通過長距離的傳輸和分配的海底應用。與其他DC傳輸選項不同，其中DC傳輸(鏈路)電壓被控制，即，保持接近恒定，DC傳輸(鏈路)電流在模塊化堆疊dc轉(zhuǎn)換器中控制。系統(tǒng)10示出一種這樣的MSDC架構(gòu)。MSDC架構(gòu)從如下事實獲得其名稱:架構(gòu)使用在dc側(cè)串聯(lián)堆疊和并聯(lián)連接的若干dc-dc/ac-dc/dc-ac轉(zhuǎn)換器模塊。在圖1所示的實施例中，在傳輸鏈路的發(fā)送端以及接收端，轉(zhuǎn)換器模塊串聯(lián)連接。但是，在后續(xù)章節(jié)將示出的本技術中，在發(fā)送端以及接收端具有模塊化堆疊DC轉(zhuǎn)換器的這種要求盡管是可能的，但不是必要的。換言之，在本技術中，源側(cè)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)能夠與海底段的轉(zhuǎn)換器不同。
[0012]系統(tǒng)10包括發(fā)送端/岸上側(cè)轉(zhuǎn)換器12包括一組AC-DC轉(zhuǎn)換器14，其從AC干線或電網(wǎng)16吸取功率。這些轉(zhuǎn)換器14的每個與DC-DC轉(zhuǎn)換器18級聯(lián)。這些DC-DC轉(zhuǎn)換器18串聯(lián)連接，并且它們經(jīng)過控制，以便調(diào)節(jié)將岸上轉(zhuǎn)換器12連接到海底裝置22的DC電纜20中的電流。將會理解，發(fā)送端AC-DC 14和DC-DC轉(zhuǎn)換器18級(圖1明確示出)能夠由單個AC-DC轉(zhuǎn)換器(其組合兩個級的功能)取代。換言之，岸上轉(zhuǎn)換器12可以是調(diào)節(jié)DC電纜20中的電流的轉(zhuǎn)換器的任何組合，并且因而轉(zhuǎn)換器12也可表示為電流源21。海底/接收端側(cè)轉(zhuǎn)換器22還包括串聯(lián)連接的若干DC-DC轉(zhuǎn)換器19。這些轉(zhuǎn)換器19的每個與DC-AC逆變器/電動機驅(qū)動器級聯(lián)。這些DC-DC轉(zhuǎn)換器19經(jīng)過控制，以將DC鏈路電壓調(diào)節(jié)到下游電動機驅(qū)動器24所要求的電壓。還將會理解，海底DC-DC轉(zhuǎn)換器19和電動機驅(qū)動器24也能夠由單個DC-AC轉(zhuǎn)換器(其組合兩個級的功能)取代。雖然圖1示出用于AC-DC、DC-DC和電動機驅(qū)動器模塊的兩級轉(zhuǎn)換器，但是將會理解，在高功率級，多級疊層將用于這些轉(zhuǎn)換器模塊。
[0013]現(xiàn)在參照圖2，示出示意圖，其示出按照本技術的一實施例、具有模塊化電流源轉(zhuǎn)換器的海底功率傳輸/分配系統(tǒng)40。系統(tǒng)40包括源側(cè)/岸上電流源42，其經(jīng)由電纜46、48向負載側(cè)或海底側(cè)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)44供應功率。在一個實施例中，岸上電流源42可分別經(jīng)由電纜46、48和電感器74、76連接到海底側(cè)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)44。應當注意，電感器74、76不一定始終是必要的，并且它們可通過適當電纜參數(shù)(例如電纜46、48的電感和電容(未示出)和/或轉(zhuǎn)換器的充分高的開關頻率)來省略。此外，岸上電流源42可以是任何電源，其將電纜46、48中的電流保持控制成跟隨預期參考時間函數(shù)。在一個實施例中，這種時間函數(shù)能夠是常數(shù)。如針對圖1所述，在一個實施例中，電流源42可以是AC-DC轉(zhuǎn)換器，之后接著DC-DC轉(zhuǎn)換器。
[0014]海底側(cè)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)44可包括多個DC-