CN103003145B - 配电系统及控制配电系统的方法 - Google Patents

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Abstract

在一船舶配电和推进系统中，包括一中压配电母线（MVAC1）以及一低压配电母线（LVAC1），可选地，对一整流器（SC）进行控制以提供有源滤波和静态补偿。一包括有ac发电机（G1-G4）的通用供电系统可向中压和低压配电母线提供电力。所述整流器（SC）连接在中压配电母线（MVAC1）上。一控制器（Co）使用指示中压和低压配电母线（MVAC1，LVAC1）配电电压的电量的反馈信号对整流器（SC）进行控制，以调整整流器（SC）ac端子的电量，从而获取期望的、低压配电母线（LVAC1）携带的配电电压电量。

Description

配电系统及控制配电系统的方法
技术领域
本发明涉及配电系统，具体地，涉及可用于海洋船舶的配电系统，以用于向一或多个推进电动机供电。
背景技术
图1示出了传统船舶配电及推进系统的一个示例。一系列的柴油机用于驱动单个发电机G，这些发电机向第一中压配电盘或母线MVAC1以及第二中压配电盘或母线MVAC2提供交流电。中压母线配置有保护开关装置，该开关装置包括断路开关以及相应的控制装置，开关设备在图2中由符号×表示。功率转换器PC用于将中压母线连接到用于驱动推进器的电推进电动机PM。通过保护开关装置使各中压母线相连。
大部分船舶应用需要低压，并且可以通过使用变压器从中压母线方便地得到该低压。在图1所示的传统船舶配电和推进系统中，通过第一变压器T1和保护开关装置将第一低压配电盘或母线LVACI连接到第一中压母线MVACI。通过第二变压器T2和保护开关装置将第二低压配电盘或母线LVAC2连接到第二中压母线MVAC2。通过保护开关装置使这些低压母线相连。可以将一系列非特定的电力负载(所标记的LVAC负载)连接到这些低压母线。
尽管可以方便地将低压母线连接到中压母线，然而这种布置通常导致有问题的谐波失真耦合。换句话说，在中压母线中由推进电动机操作所引起的谐波失真例如会通过变压器T1和T2传递到低压母线。如果连接到低压母线的电力负载需要低谐波失真(即，高供电质量(QPS))，则这会对其正常操作引起潜在的问题。而且，一些连接到电压母线的负载自身会在低压母线中引起谐波失真。这会通过变压器Tl和T2传递到中压母线。
为了消除这种谐波失真，通常将大的昂贵的滤波器F连接到中压母线，滤波器（未示出）也被连接在低压母线上。
发明内容
在实施例中，配电系统通过不同配电母线或配电盘提供不同的ac或dc配电电压，然后通过对连接在第一配电母线上的功率转换器进行控制，以调节第一配电母线中的电量，同时在第二配电母线中获得期望的电量（例如，通过使用闭环控制策略去获得）。为了达到这个目的，第一和第二配电母线应接收来自通用供电系统的功率。在这里使用的术语“电量”指的是任一或所有的电压值、电流值、功率因数、频率、谐波电压失真以及各个配电电压的谐波电流失真。
配电系统可以保留方便的布置，其中，通过变压器可以通过第一配电母线携带的配电电压生成第二配电电压母线携带的配电电压。因此，第一配电母线中的任何谐波失真可以通过变压器转移到第二配电母线，反之亦然。在一可选的布置中，不同的配电电压可以直接来自一ac发电机，该ac发电机为通用供电系统的一部分，其中，通用供电系统包括多个电位隔离的定子绕组（即：双或多输出发电机）。换句话说，第一和第二配电母线可以电连接到ac发电机的各个定子绕组。这些定子绕组之间具有特别有效的相互耦合，这样，各个定子绕组中的每单位电抗性电压降非常相关，甚至可能相同。因此，对于所有实用目的，第一和第二配电母线上的供电质量（QPS）是相同的。由于双或多输出发电机中定子绕组之间的相互耦合，第一配电母线中的任何谐波失真将会转移到第二配电母线中，反之亦然。
更具体地，本发明提供了一配电系统，该系统包括：第一和第二配电母线，其中每个母线携带有各自的配电电压；通用供电系统，以用于向第一和第二配电母线提供功率；一连接在第一配电母线上的功率转换器，所述功率转换器具有一ac端子；以及一控制器，所述控制器利用反馈信号来控制所述功率转换器调节所述功率转换器ac端子的电量，以获得期望的、由第二配电母线携带的配电电压电量，其中，所述反馈信号指示了由第一和第二配电母线携带的配电电压的电量。
第一和第二配电母线可通过任何合适的布线和母线技术实现。
携带ac配电电压的第一配电母线：
在第一布置中，优选地，通用供电系统包括ac发电机，所述ac发电机包括连接在第一配电母线上的ac端子，所述第一配电母线携带有ac配电电压。
所述第一配电母线可以被划分为两个或多个部分，这些部分通过一交换连接连接在一起，所述交换连接可以向各个相互特定隔离的各个部分开放。第一配电母线可以接收来自多个ac发电机的电力，这些ac发电机可随意配置，这样每个发电机可连接到第一配电母线的不同部分。所述ac发电机可以为任何类型，优选地，所述ac发电机由原动力驱动，例如柴油机。容易理解地，根据生成电力的需要，配电系统可以具有任意数量和配置的ac发电机以及原动力。
所述ac发电机的ac端子可以通过交换连接电连接到所述第一母线，所述交换连接可以向与第一配电母线特定电隔离的ac发电机开放。优选地，第一配电母线中电量的调节将提高ac发电机的QPS，从而最大化增加ac发电机的输出率和运行效率。
如果第二配电母线也携带一ac配电电压，则通用供电系统可进一步包括一连接在第一和第二配电母线之间的变压器。因此，通过变压器，用于第二配电母线的ac配电电压可方便地由第一配电母线的ac配电电压得到。所述变压器可以为任何合适的类型，可选地，所述变压器可任意地采用一相移，以在第一和第二配电母线上获得QPS的折衷。
可选地，ac发电机可包括至少一对电位隔离的定子绕组，提供第一ac电压的第一定子绕组连接在第一配电母线上，提供第二ac电压的第二定子绕组连接在第二配电母线上。因此，可以从相同ac发电机可以独立地获得两个不同的配电电压。通常情况下每个定子绕组包括多个个体定子线圈，这些个体定子线圈以合适的方式连接在一起。第二配电母线可以携带一ac或dc配电电压。当第二配电母线携带ac配电电压时，则第二配电母线直接连接在第二定子绕组上。当第二配电母线携带dc配电电压时，则第二配电母线通过第二功率转换器连接在第二定子绕组上。
典型地，功率转换器用于将电力负载连接在第一配电母线上，功率转换器的ac端子连接在第一配电母线上，功率转换器的dc端子连接在电力负载上。因此，功率转换器的主要功能是对从第一配电母线流向电力负载的功率流进行调节。该功能在这里被称为“功率流控制”。
在实施例中，当本发明的配电系统为一船舶配电和推进系统时，通常情况下电力负载包括一电推进电动机。所述电推进电动机可以为dc或ac电动机。当所述推进电动机为dc电动机时，该电动机可以通过功率转换器连接在第一配电母线上，通常情况下，其中的功率转换器可作为一整流器使用（例如，ac/dc功率转换器）。当所述推进电动机为ac电动机时，该电动机可以通过通常作为一整流器使用的功率转换器（例如，ac/dc功率转换器）和额外的通常作为有源逆变器（例如，dc/ac功率转换器）的功率转换器连接在第一配电母线上，该额外的功率转换器可通过一个dc环节连接到功率转换器上。功率转换器的控制决定于dc环节电流的出现，该dc环节电流是指流经功率转换器和dc电动机之间的电流，或流经功率转换器和连接在ac电动机上的额外功率转换器之间的电流。容易理解地，功率转换器的主要功能是调节来自第一配电母线的ac输入电压，并提供调节后的dc输出电压。在这里应对该调节后的dc输出电压进行控制以与推进电动机协调，这样，在任何特定轴输出功率下，dc环节电压都可以用dc环节电流来替换。通过通频类型的功率转换器（例如，ac/ac功率转换器），也可以将一ac电动机连接到第一配电母线上，其中，整流器和逆变器功能被整合在一起，从而在没出dc环节出现的情况下获得与前述整流器和额外功率转换器相同的功能。由此可见，必须将用于功率转换器的控制器以及用于电动机或ac电动机以及额外功率转换器的控制器连接或协调起来。同样地，当使用通频转换器时，必须将等同的整流器和电动机控制功能连接或协调起来。
配电系统可以包括任何合适数量的电力负载，每个电力负载通过各自的功率转换器连接在第一配电母线上。根据需要，与电力负载关联的功率转换器可以独立地被控制，或作为功率转换器协同阵列或系列的一部分被一起进行控制。
携带有dc配电电压的第一配电母线：
在第二布置中，优选地，通用供电系统可以包括一ac发电机，功率转换器连接在ac发电机和第一配电母线之间，第一配电母线携带有一dc配电电压。
在这里，可以将第一配电母线划分为两个或多个部分，这些部分可通过交换连接连接在一起，该交换连接可以向相互特定隔离的部分开放。第一配电母线可以接收来自多个ac发电机的电力，可以对这些发电机进行任意配置，这样可以将每个发电机连接到第一配电母线的不同部分，其中，在每个ac发电机和各自的第一配电母线部分之间设置有独立的功率转换器。根据需要，与ac发电机关联的功率转换器可以被独立地控制，或作为功率转换器协同阵列或系列的一部分被一起控制。ac发电机可以为任何合适的类型，优选地，ac发电机可通过原动力例如柴油机进行驱动。容易理解地，根据电力生成需要，配电系统可以具有任何数量和配置的ac发电机和原动力。
通过交换连接可以将ac发电机的ac端子电连接到功率转换器，其中，该交换连接可以向与功率转换器特定电分离的ac发电机开放。第一配电母线中的电量调节将更好地提高ac发电机的QPS，从而最大化ac发电机的输出率和运行效率。
优选地，ac发电机可包括至少一对电位隔离的定子绕组，提供第一ac电压的第一定子绕组通过功率转换器连接在第一配电母线上，提供第二ac电压的第二定子绕组连接在第二配电母线上。因此，从相同ac发电机可以独立地获得两个不同的配电电压。通常情况下每个定子绕组包括多个个体定子线圈，这些个体定子线圈以合适的方式连接在一起。功率转换器的ac端子连接在第一定子绕组的ac端子上，功率转换器的dc端子连接在第一配电母线上。因此，由第一配电母线携带的dc端子电压可通过对第一ac电压进行整流获得，而第一ac电压由双输出发电机的第一定子绕组提供。
第二配电母线可以携带ac或dc配电电压。当第二配电母线携带ac配电电压时，则第二配电母线直接连接在第二定子绕组上。当第二配电母线携带dc配电电压时，则第二配电母线通过第二功率转换器连接在第二定子绕组上。换句话说，由第二配电母线携带的dc配电电压可以由第二ac电压进行整流获得，第二ac电压可以由双输出发电机的第二定子绕组提供。
功率转换器的主要功能是调整从ac发电机到第一配电母线的功率流。该功能在这里被称为“功率流控制”。
电力负载可以连接在第一配电母线上。在实施例中，当本发明的配电系统为船舶配电和推进系统时，通常情况下电力负载将包括一电推进电动机。该推进电动机可以为一dc或ac电动机。当推进电动机为dc电动机时，该推进电动机可以直接或通过插入的dc/dc转换器连接到第一配电母线上。尽管如此，该推进电动机极有可能为ac电动机，该ac电动机通过额外的功率转换器连接到第一配电母线上，通常情况下，额外的功率转换器将作为一有源逆变器进行运行。功率转换器的控制依赖于流经第一配电母线和连接在ac电动机上的额外功率转换器之间的dc环节电流的出现。
推进电动机和其它电力负载：
推进电动机可以作为推进驱动系统的一部分，并设置在例如船舶船体（即：通过带有尾轴管压盖的轴线驱动推进器的船内推进电动机）、吊舱以及同轴的外部潜艇的船体中，其中，吊舱悬挂在船舶船体的下文以提供推进力和转向功能。可以对推进电动机进行配置，从而将推进电动机的转子同轴地设置于其定子的内部或外部。
推进电动机可用于驱动推进器，或与第二推进发动器一起驱动通用推进器（即所谓的串联式推进驱动）。形成串联式推进驱动的推进电动机可以为一整体，也可以为独立体，但必须拥有相同的传动轴系统。容易理解地，根据推进要求，单体船舶可以使用任何数量和配置的推进电动机。推进器可以为任何方便的类型，例如传统多刀片螺旋桨或涵道喷水式推进器。
在实施例中，当功率转换器用于将推进电动机连接到第一配电母线时，用于功率转换器的动力电子设备可以完全与推进电动机进行集成。例如，推进电动机可以为无刷dc电动机，该dc电动机包括一使用静态动力电子设备实现的电子转换器电路，欧洲专利申请文献EP1798847对该实现进行描述。电子转换器电路可以包括一定子绕组，该定子绕组具有多个线圈，这些线圈通过与其数量相同的通用耦合点进行连接，一个电子转换器电路包括与线圈相同数量的交换级。每个交换级连接在通用耦合点各个点和第一、第二dc端子之间，每个交换级包括第一反向阻断半导体功率器件以及第二反向阻断半导体功率器件，第一反向阻断半导体功率器件可以通过门控制进行打开或关闭，其中，门控制的阳极连接在第一dc端子上。第二反向阻断半导体功率器件可以通过门控制进行打开或关闭，其中，门控制的阴极连接在第二dc端子上。使用电子转换器电路的优点在于，允许通过电子装置对电动机的dc端子电压进行调节，而励磁固定。另外，电动机的dc端子电压可以通过传统的场控制装置进行调节。
一个或多个电力负载也可以电连接在第二配电母线上。当配电系统为船舶配电和推进系统时，第二配电母线可以为低压（LV）母线，以向对谐波失真特别敏感的船上应用提供电力。
功率转换器：
优选地，可以根据PWM策略对功率转换器进行操作，该PWM策略可根据反馈信号由控制器进行选择或改变，典型地，以获得第二配电母线携带的配电电压的期望电量。
在这里可以通过交换连接将功率转换器连接到第一配电母线，该交换连接可向与第一配电母线特定电隔离的功率转换器开放。也可以在功率转换器和作为通用电源的ac发电机之间（即：功率转换器的ac端子和第一定子绕组的ac端子之间）向与ac发电机特定隔离的功率转换器提供一交换连接。
功率转换器可以为任何合适的整流器类型（例如，矩阵转换器、电流源整流器、电压源整流器或晶闸整流器）。最优选地，功率转换器在一定程度上具有独立于后续更详细描述的控制策略三个主要方面的能力，三个主要方面即为：功率流控制、功率因数控制以及谐波控制。
在国际专利申请文献WO2006/064279中揭露了一特别适合功率转换器的矩阵转换器式的拓扑。该矩阵转换器包括三条ac电压线路以及两条dc电压线路。在第一布置的情形下，当第一配电母线携带有ac配电电压时，所述三条ac电压线路将与第一配电母线连接，两条dc电压线路将通过dc环节与电力负载连接。在第二布置的情形下，当第一配电母线携带有dc配电电压时，三条ac电压线路将与作为通用供电系统一部分的ac发电机的ac端子连接，两条dc电压线路将与第一配电母线连接。由半导体功率器件实现的六个开关组合连接在三个ac电压线路和两个dc电压线路之间。根据PWM策略依次打开和关闭这些开关，这样，当关闭相应的开关时，三个ac电压线路中的每一条可以与两个dc电压线路中的一条连接。在dc电压线路之间提供了一续流路径。出现的续流路径提供了一个额外的零态，在该零态中，矩阵转换器的所有开关被打开，这样，dc电压线路不会与任何ac电压线路连接，在零态下的电感电流负载允许流经续流路径，而不会导致大的过电压。
来自第一配电母线或ac发电机第一定子绕组ac端子的ac输入电压被提供给三条ac电压线路，还可以通过矩阵转换器将该ac输入电压进行整流，以提供给两条dc电压线路。在实施例中，当矩阵转换器被用于将推进发电机连接到第一配电母线时，必须对推进电动机以及任何额外的功率转换器进行控制、调节，以使得矩阵转换器输出满足其ac输入电压要求的任何dc输出电压值。例如，在任何特定轴功率以及当功率转换器非常高效时，如果必须减少期望的功率转换器，则必须增加dc输出电流，并减少dc输出电压，以满足ac输入电压和轴功率之间的功率平衡。容易理解地，在实践中任何功率转换器都会产生小的功率损耗，而这些损耗将会导致整个系统效率的降低，这样就会影响到该功率平衡。
根据现有技术中已知的关系，晶闸整流器的相位控制可以用于调节输出，从而改变功率因数。可以将该原理扩展到由PWM策略控制的功率转换器，从而改变流经功率转换器的功率流以及功率因数。将功率转换器的相位控制与推进电动机和任何额外功率转换器的控制和调节结合起来，可以获得任何合理的功率因数，同时使得可以独立地对轴功率进行控制和调节。在推进电动机的情形下，这种结合为功率因数的控制提供了第一自由度。
减少调制深度的PWM策略将会减少功率转换器的dc输出电压。通过这种方式可以在不影响功率因数的情况下改变功率转换器的dc输出电压。使用空间矢量调制可以优化线电压的开关顺序以及最小开关损耗方式的零态。国际专利申请文献WO2006/064279揭露了一种矩阵转换器。有益地，该矩阵转换器提供了一额外的零态，以允许进一步优化开关顺序。PWM策略可以相对于ac输入电压进行相移，从而改变第一配电母线中的功率因数，同时调制深度可以被独立地控制，例如以用于维持推进电动机的轴功率或第一配电母线携带的配电电压。为PWM策略选择合适的调制角度为功率因数的控制提供了第二自由度。
PWM策略可以使用同步调制，以对ac输入电压的谐波结构产生特定效果。该特定效果使得仅整次谐波（即频率为ac输入电压基波频率整数倍的谐波）才会被生成，并使得谐波频谱成为关于个体PWM脉冲宽度以及ac输入电压基波频率每周期中PWM脉冲数量的一个函数。该效果可用于对谐波进行选择性消除，但消除过程中，PWM策略的调制深度、PWM脉冲宽度以及每周期PWM脉冲的数量之间缺乏独立性。例如，当使用预设的每周期PWM脉冲数量，通过改变PWM脉冲宽度对调制宽度进行调整时，谐波结构也会受到影响。当还对PWM相位进行考虑时，谐波选择消除变得非常复杂且并不完全有效。即使如此，选择性谐波消除还是为调整谐波失真提供了一种可行方法，该方法可用于选择一种合适的PWM策略。
尽管在WO2006/064279中揭露的矩阵转换器只具有某些优点，然而相同的控制原理可以应用到任何强制转换电压源整流器。该相同的控制原理还可以应用到晶闸整流器，但在功率因数的控制中只能获得第一自由度。也可以认为在第一配电母线中晶闸整流器不能用于调整谐波失真。
虽然电流源整流器可以在低dc输出电压甚至零dc输出电压下运行，同时可以提供较高的功率因数和谐波控制，但是当电流源整流器的dc输出电压明显超过ac输入电压（即电压递增模式）的峰值时，电压源整流器的适用性必须进行限制，这是因为电压源整流器只能提供该功率因数和谐波失真调整。尽管如此，当运行在电压递增模式时，相同控制原理可以应用到根据PWM策略控制的电压源整流器。电压源整流器的全部有益效果可以在一些情形下使用，在这些情形下，电压源整流器通过dc环节连接在一可运行在电压递增模式下的合适逆变器上（例如，电压源逆变器）。这样的功率转换器布置可被用于将ac电力负载连接到第一配电母线上。
综上所述：
·流经功率转换器到电力负载或第一配电母线的功率流可以通过选择或改变PWM策略的调制深度进行调整。
·功率转换器ac端子的功率因数可以通过选择或改变PWM策略的调制角度进行调整（例如，调整为单位功率因数或其它功率因数）。值得感激的是，该调整可用于预设的用途，以用于调整第二配电母线携带的配电电压的功率因数，以将其调整为单位或其它任意的期望值。功率转换器ac端子的功率因数调整也可以通过变压器耦合、或双或多个输出发电机定子绕组的相互耦合来实现，其中的发电机形成了通用供电系统的部分。
·功率转换器ac端子的谐波失真（或QPS）可以通过选择或改变PWM策略的谐波结构来进行调整令人欣慰的是，该调整可以用于调节第二配电母线携带的配电电压的谐波失真（或QPS），第二配电母线携带的配电电压的谐波失真（或QPS）的调节也可以通过变压器耦合、或双或多个输出发电机定子绕组的相互耦合来实现，其中的发电机形成了通用供电系统的部分。
·当功率转换器的ac端子连接在第一配电母线上时，对功率转换器ac端子处的任何功率因数调整和/或谐波控制都会对ac配电电压中的功率因数和/或谐波失真产生对应的调整，其中，ac配电电压由第一配电母线携带，并流经形成通用供电系统部分的ac发电机。
·当功率转换器的ac端子连接在作为通用供电系统一部分的ac发电机的ac端子上时，对功率转换器ac端子处任何功率因数和/或谐波失真的调整都会对ac输入电压中的功率因数和/或谐波失真产生对应的调整，其中，ac输入电压流经形成通用供电系统一部分的双或多输出发电机。
功率转换器的控制：
当功率转换器连接在第一配电电压和电力负载之间时，第一配电母线会携带ac配电电压，功率转换器的ac端子连接在第一配电母线上，dc端子连接在电力负载上。可选地，可通过作为有源逆变器功能使用的额外功率转换器将dc端子连接到电力负载上。因此，功率转换器ac端子的电量将与ac发电机ac端子处的第一配电母线携带的ac配电电压中的电量相当，其中，ac发电机为通用供电系统的一部分。容易理解地，在实施例中，当ac发电机为双或多输出发电机时，ac发电机的ac端子将会与连接在第一配电母线上的第一定子绕组连接，而不会与连接在第二配电母线上的第二定子绕组连接，具体地，可直接连接或通过第二功率转换器连接到第一定子绕组。
当功率转换器连接在第一配电电压和作为通用供电系统的ac发电机之间时，第一配电母线会携带dc配电电压，功率转换器的ac端子连接在作为通用供电系统一部分的ac发电机的ac端子上，dc端子连接在第一配电母线上。因此，功率转换器ac端子的电量将与连接在双或多输出发电机第一定子绕组ac端子处的电量相当。
在上述两种情形下，功率转换器的主要功能是控制流经的功率流。
在这里也可以对功率转换器进行控制以提供“有源滤波”以及“静态补偿”，这将有益于各个配电电压。在这里这些功能分别被称为“谐波控制”和“功率因数控制”。使用功率转换器来提供有源滤波和静态补偿消除了对大、高成本的滤波器的需求，在传统船舶配电和推进系统中需要使用这些滤波器，现在可以通过较小的滤波电容进行替代。在功率因数控制的第一示例中，如果滤波电容连接在功率转换器的ac端子上、吸取超前VAr时，可以对功率转换器进行控制以根据需要在功率转换器的ac端子通过吸取滞后VAr实现对功率因数的调整，这样，由滤波电容吸取的超前VAr至少可以部分地被抵消，从而减少滤波器和功率转换器结合所吸取的ac输入电流。如果功率转换器的ac端子连接在第一配电母线上，则ac配电电流和电压的功率因数相应地被调整，其中，配电电压由第一配电母线和关联的ac发电机携带。在实践中，功率转换器的功率因数控制可以被用于许多用途。在第二示例中，可以对功率因数进行调节以调整流经ac发电机电抗电阻的VAr，从而改变第一和第二配电母线携带的配电电压。在第三示例中，可以对功率因数进行调节以调整流经ac发电机的功率因数，从而最小化从ac发电机吸取的ac输入电流。
在实施例中，当电力负载为推进电动机时，即使当推进负载为零，功率因数也可以被调整。
在这里也可以对功率转换器进行控制以调节第一和第二配电母线携带的配电电压的谐波失真。正常情况下，任何对谐波失真的调整的目的都是为了减少、或可能地消除各个配电电压中不必要的谐波失真或谐波污染，其中不必要的谐波失真或谐波污染例如可能产生于推进电动机或电力负载的操作过程中。低水平的谐波失真意味着高QPS，反之亦然。在谐波控制的第一示例中，可以对功率转换器吸取的谐波电流分量进行调整，以最小化功率转换器ac线路上电流的总谐波失真（THD），从而最小化功率转换器的均方根电流消耗。在实践中，功率转换器的谐波控制可用于多种目的。在第二示例中，当考虑在第一配电母线中出现的任何谐波电流时，由于不同于功率转换器的谐波污染源例如其它连接到第一配电母线的电力负载，可以对功率转换器进行调整以减少ac发电机ac线路中的电流THD，从而可以最小化从ac发电机吸取的均方根电流。在第三示例中，功率转换器可以被调整以最小化第一和第二配电母线上的电压THD。
因此，通过控制功率转换器以获得配电系统稳定的频率和电压，从而实现对流经功率转换的功率流进行同步调整（功率流控制）、对功率因数进行同步调整（功率因数控制）以及对第一和/或第二配电母线携带的配电电压中的谐波失真进行同步调整（谐波控制）。尽管稳定第一母线更有效，这是因为当第一配电母线向推进驱动系统提供功率、第二配电母线向船舶应用提供功率时，第二配电母线具有更大的额定功率，但是第二配电母线中配电电压的频率稳定可以源自于第一配电母线中配电电压的频率稳定，反之亦然，或者是由于变压器耦合或双或多输出发电机中定子绕组之间的相互耦合。在传统配电系统中由于变压器耦合，对第一配电母线携带的配电电压的任何合适的调整都自动地会对第二配电母线携带的配电电压的电量产生影响。因此，应注意，本发明中的配电系统的目的在于使用一个重要的电功率器件（功率转换器）以影响作为通用供电系统一部分的ac发电机的运行，从而允许对第一配电母线中的电量进行调整，同时在第二配电母线中获得期望的电量。该调整允许通过功率转换器的操作对第二配电母线上的QPS进行有计划有目的地调整。
功率转换器的控制依赖于提供给控制器的反馈信号的使用。该反馈信号可以包括指示第一配电母线携带电压的第一电压反馈信号以及指示第二配电母线携带电压的第二反馈信号。该反馈信号还可以包括电流反馈信号，电流反馈信号指示了ac发电机ac端子的电流。在实施例中，当ac发电机为双或多输出发电机时，电流反馈信号将用于指示与相应定子绕组连接的ac端子的电流，该相应定子绕组向功率转换器连接的配电母线或向功率转换器自身进行供电。
本发明进一步提供了一种控制配电系统的方法，所述配电系统包括：各自携带配电电压的第一和第二配电母线、向第一和第二配电母线提供电力的通用供电系统，以及连接在第一配电母线上的功率转换器，所述功率转换器包括ac端子，所述方法包括以下步骤：使用指示第一和第二配电母线携带的配电电压电量的反馈信号对功率转换器进行控制，以调整功率转换器ac端子的电量和/或第二配电母线携带的配电电压的电量。
根据折衷可以对功率转换器进行控制以调整功能转换器ac端子的电量以及第二配电母线的配电电压的电量。在这里可以使用一整流器整流或混频功能。
PWM策略可以为场定向PWM策略，从而可以对第一配电母线携带的配电电压中的功率因数和谐波失真进行独立的控制，并同时控制功率转换器的dc输出电压。PWM策略可以不断地改变以使得功率转换器可以根据需要提供合适的控制、功率调整以及频率、电压稳定和支持。
当推进电动机连接在功率转换器上时，本发明方法进一步还包括：控制推进电动机以允许一dc环节电流独立于所述推进电动机的轴速度和转矩被独立地调整。
配电系统进一步的技术特征将在后续进行描述。
附图说明
图1为传统船舶配电和推进系统的示意图；
图2为本发明实施例带有dc电动机和变压器反馈辅助供电的船舶配电和推进系统的示意图，其中，第一配电母线携带ac配电电压；
图3为本发明实施例带有ac电动机和变压器反馈辅助供电的船舶配电和推进系统的示意图，其中，第一配电母线携带ac配电电压；
图4为本发明实施例带有无变压双输出发电机的船舶配电和推进系统的示意图，其中，第一配电母线携带ac配电电压；
图5为本发明实施例带有无变压双输出发电机的船舶配电和推进系统的示意图，其中，第一配电母线携带dc配电电压；
图6为本发明实施例带有无变压双输出发电机的船舶配电和推进系统的示意图，其中，第一配电母线携带dc配电电压，功率转换器通过一交换连接连接在ac发电机上；
图7为多个适用的功率转换器以及推进电动机的布置示意图；
图8为本发明控制变量的简化示意图；
图9示出了为达到有源滤波目的，提供选择性谐波消除（SHE）功能的一系列PWM脉冲序列。
具体实施方式
船舶配电和推进系统布置，其中第一配电母线携带一ac配电电压：
图2示出了本发明船舶配电和推进系统的第一示例。主柴油机G1以及辅助柴油没G2可用于向第一中压配电盘或母线MVAC1提供ac电。通过类似的方式，主柴油机G3以及辅助柴油没G4可用于向第二中压配电盘或母线MVAC2提供ac电。这些中压母线携带有一中压（MV）配电电压（例如，6.6kV,60Hz），并配置有保护开关装置。保护开关装置包括多个断路开关以及相应的控制装置，在图2中由符号×表示。这些中压母线MVAC1以及MVAC2通过保护开关相互连接。
第一中压母线MVAC1分为两个独立的部分，这两个部分通过保护开关连接。主柴油机G1通过保护开关连接在两个部分中的一个上，辅助柴油机G2通过保护开关连接在另一部分上。类似地，第二中压母线MVAC2分为两个独立的部分，这两个部分通过保护开关连接。主柴油机G3通过保护开关连接在两个部分中的一个上，辅助柴油机G4通过保护开关连接在另一部分上。因此，在一些操作条件下，可以对每个中压母线的独立部分，以及第一、第二中压母线自身进行独立地选择。因此，船舶配电和推进系统的单个或多个孤立的操作可以使用合适数量的发电机、中压母线以及母线部件。
第一和第二推进驱动系统每一个包括一整流器（或电力转换器）SC，以用于将中压母线MVAC1以及MVAC2连接到用于驱动推进器的无刷dc推进电动机PM。第一和第二推进驱动系统还包括ac电压线路滤波电容C1、C2，以向中压母线MVAC1、MVAC2以及关联的整流器SC提供无源滤波。
第一低压配电盘或母线LVAC1可以通过第一变压器T1连接在第一中压母线MVAC1上，第二低压配电盘或母线LVAC2可以通过第二变压器T2连接在第二中压母线MVAC2上。低压母线LVAC1和LVAC2可以通过保护开关相互连接。
低压母线LVAC1和LVAC2携带有低压（LV）配电电压（例如，440V,60Hz），多个非特定负载例如船舶应用配电系统（标记为LVAC负载）可以连接在低压母线上。通过这种方式，通过使用合适的变压器T1和T2可以由MV配电电压方便地得到LV配电电压。
整流器SC可以为后续图7描述中的任意类型。
第一和第二推进驱动系统的整流器SC可以根据控制策略进行运行，从而除了对流向dc推进电动机PM的功率流进行调整外，还使得整流器SC可以提供有源滤波以及静态补偿。在实际中，每个推进驱动系统（例如，左舷和右舷）都可以包括一PWM控制器Co，以用于同步地调整各个整流器SC功能，从而满足功率流控制的主要需求以及功率因数和谐波控制的额外需求。PWM控制器Co可以独立地运行或以协调的方式进行运行。在图2到图4所示的配电系统中，每个PWM控制器Co接收三相ac输入信号，即：MV电压反馈信号MVvfb、MV电流反馈信号MVifb以及LV电压反馈信号LVvfb，这些信号可用于选择或修改PWM策略的调制深度、PWM策略的调制角度以及PWM策略的谐波结构，其中，PWM策略用于整流器SC。在每种情况下，MV电压反馈信号MVvfb仅由单个电动机产生，当然，也可能存在其它配置。其中，每个PWM控制器Co使用的控制策略将会结合图8在后续进行详细描述。
图3示出了本发明船舶配电和推进系统的第二示例。该系统与图2中所示的系统类似，区别在于，图3系统中第一和第二推进驱动系统每一个包括一整流器SC以及一有源转换器（或机械转换器）MC，以用于将中压母线MVAC1、MVAC2连接到用于驱动推进器的ac推进电动机PM。每个整流器SC通过dc环节与关联的有源逆变器MC连接，整流器SC可以是后续结合图7的描述中的任何合适类型。逆变器MC可以为一可变速驱动。
整流器SC以及逆变器MC可依据控制策略进行运行，这样，除了调整流向ac推进电动机PM的功率流之外，整流器SC以及逆变器MC还可以提供有源滤波以及静态补偿。PWM控制器Co用于调整各个的整流器和逆变器功能。
图4示出本发明船舶配电和推进系统的第三示例。在图2和图3所示的系统中，通过使用合适的变压器T1和T2，LV配电电压可以由MV配电电压生成。与此相比，图4中的系统使用了双输出发电机（DOGs），该双输出发电机具有多个电位隔离的多相定子绕组，每个定子绕组与一个独立负载连接。
主柴油机双输出发电机DOG1以及辅助柴油机双输出发电机DOG2可以从他们的定子绕组中的一个向第一中压配电盘或母线MVAC1提供ac电，从他们其它定子绕组向第一低压配电盘LVAC1提供ac电。类似地，主柴油机双输出发电机DOG3以及辅助柴油机双输出发电机DOG4可以从他们的定子绕组中的一个向第二中压配电盘或母线MVAC2提供ac电，从他们其它定子绕组向第二低压配电盘LVAC2提供ac电。如果额外的中压或低压母线被提供，则典型地，每个母线（或母线中的部分）可以连接在多输出发电机的一个定子绕组上。
双输出发电机可以在他们的MV和LV输出之间提供电位隔离。与图2和图3所示的基于变压器的系统相比，双输出发电机定子绕组之间的极端有效的相互耦合可带来一些性能上的好处。该相互耦合可以使得每个双输出发电机中经历的电抗性电压降几乎一样。这样，可以减少中压母线调整和低压母线调整之间的折衷，这同样适应于谐波频率。对于所有实用目的，中压以及低压母线的单位谐波电压范围几乎是一样的。因此，有源滤波并不严格需要优先提供任何中压和低压母线反馈，仅正常地需要单一的电压反馈。尽管如此，在这里，描述的整流和混频功能允许优先母线电压反馈，以允许闭环控制，从而对各自的定子绕组的电抗性电位降之间的任何不一致进行反转。除了简化控制策略，中压和低压母线之间也不再需要一变压器，从而在降低噪声、振动、机器体积和个头的同时，提高整个船舶配电和推进系统的效率。
尽管图4中第一和第二推进驱动系统每个包括一个整流器SC，且整流器用于将中压母线连接到驱动推进器的无刷dc推进电动机PM，然而，容易理解地，第一和第二推进驱动系统中的每一个都可以包括一整流器和一逆变器，以用于将中压母线连接到ac推进电动机。其中，整流器可以为后续关于图7的描述中的任何合适类型。
尽管图2到图4所示的配电系统只有两个推进驱动系统，然而，容易理解地，对于具体的配电系统，任意数量的推进驱动系统可以被提供，相应地可以采用各种调整和控制流程。
船舶配电和推进系统布置，其中第一配电母线携带dc配电电压：
图5示出了本发明船舶配电和推进系统的第四示例。在图2到图4所示的系统中，第一和第二中压母线MVAC1和MVAC2携带ac配电电压。第一和第二低压母线LVAC1和LVAC2携带ac配电电压，该ac配电电压通过使用合适的变压器T1和T2（如图2和图3所示）或通过双输出发电机（如图4所示）的定子绕组之间的相互耦合从MV配电电压获得。图5所示的系统也使用了双输出发电机，但第二中压配电盘或母线MVDC1和MVDC2携带dc配电电压（例如，5.0kV）。
主柴油双输出发电机DOG1以及辅助柴油机双输出发电机DOG2从他们的定子绕组中一组向第一低压配电盘或母线LVAC1提供ac电。他们的其它定子绕组可以通过整流器（功率转换器）SC连接在第一中压配电盘或母线MVDC1。类似地，主柴油双输出发电机DOG3以及辅助柴油机双输出发电机DOG4从他们的定子绕组中一组向第二低压配电盘或母线LVAC2提供ac电。他们的其它定子绕组可以通过整流器（功率转换器）SC连接在第二中压配电盘或母线MVDC2。尽管第一和第二低压母线LVAC1和LVAC2携带ac配电电压，然而，容易理解地，当需要第一和第二低压母线LVAC1和LVAC2携带dc配电电压时，可以使用一整流器，将每个双输出发电机的相应定子绕组连接到第一和第二低压母线上。
AC电压线路滤波电容器C1-C4可以为关联的整流器SC提供无源滤波。
第一和第二推进驱动系统每一个包括一个有源逆变器（或机械转换器）MC，以用于将中压母线MVDC1、MVDC2连接到驱动推进器的ac推进发电机PM。逆变器MC可以为一可变速的驱动器。
整流器SC可依据一控制策略进行操作，这样，除了调整流向第一和第二中压母线MVDC1和MVDC2的功率流之外，整流器SC还可以提供有源滤波和静态补偿。PWM控制器Co可以被用来调整中压母线各自的整流器和逆变器功能。
其中，功率转换器可以为后续图7详细描述中的任意合适类型。
图6示出了本发明船舶配电和推进系统的第五示例。在图5所示的系统中，整流器SC直接连接在双输出发电机的相应定子绕组上。在图6所示的系统中整流器通过保护开关装置连接在双输出发电机的相应定子绕组上，其中保护开关装置包括断路开关以及关联的控制器。该额外保护开关装置的目的在于，例如当整流器或关联控制器发生功能故障时阻断故障电流，这些故障电流可能流入第一和第二中压母线MVDC1和MVDC2。应注意，为了便于清楚描述，在图6中，省略了PWM控制器Co、滤波电容器以及控制电路。
功率转换器布置：
图7示出了用于图2至图4中推进驱动系统一些可能的布置。在图7a）到f）示出的六个示例电力电路的每一个中，dc环节滤波电感或电容连接在整流器（滤波电感或电容的左边）和关联的推进电动机（滤波电感或电容的右边）之间。表1和表2分别对用于多个功率转换器/dc推进电动机布置以及功率转换器/ac推进电动机的整流器性能属性进行了总结。
表1
表2
图5和图6使用的系统中的功率转换器与上述关于图7a到f）的这些描述类似，区别在于，整流器的ac端点不是连接在ac配电母线上，而是连接在ac发电机的ac端子上，且整流器的dc输出电压可用于向dc配电母线提供电力。在表1和表2中的整流器性能属性同样适用于dc配电系统的整流器，例如，图5和图6中的这些系统。具体地，图7a)到f)中示出的整流器都可以调整功率流，以提供期望的几乎恒定的dc配电电压，但只有图7a)到e)中示出的整流器才可以将输出电压限定在发电机ac线路电压峰值以下，以提供故障电流和电路断路保护。图7f）中的整流器依赖于其关联的开关装置的保护性能。
当图7a)到d)中的无刷dc或传统dc推进电动机需要从dc配电母线吸取电力时，必须使用一插入的dc/dc功率转换器以用于将dc配电母线携带的dc配电电压转换为适用于dc电动机驱动操作的dc电压。由于该dc电动机驱动设备具有一与轴转速几乎成比例的电枢电压，因此，插入的dc/dc功率转换器必须为常用的降压转换器类型，以方便可变速操作。
当推进电动机需要从dc配电母线吸取电力时，必须使用一逆变器以用于将dc配电母线携带的dc配电电压转换为适用于ac电动机驱动操作的ac电压。只有图7f）的逆变器适用于直接连接到一携带几乎为恒定电压的dc配电母线，这样的一个变频电动机驱动系统本身具有可变速度操作的能力。
控制策略：
每个整流器SC（在合适应用中，还有逆变器MC）的主要功能在于：控制流向关联的推进电动机PM（如图2到4所示）或第一和第二中压母线MVDC1和MVDC2（如图5和6所示）的功率流。该功能可通过选择或改变用于整流器的PWM策略的调制深度来实现，而功率因数控制以及谐波控制则可以分别通过选择或改变用于整流器SC的PWM策略的调制角度和谐波结构来实现。
关于功率因数控制，容易理解地，在图2到图4所示的系统中，电容C1、C2将从柴油发电机中吸取超前MVAr。因此，应用于每个整流器SC的PWM策略的调制角度可以由PWM控制器进行选择或改变，这样，整流器可以根据需求吸取滞后的MVAr，以用于补偿由滤波电容C1、C2吸取的超前MVAr，从而获得一个接近于整功率因数的功率因数，或尽可能地获得一个其它期望的功率因数。图5系统中的滤波电容C1-C4也将可以从柴油发电机吸取超前MVAr，同样，也可以以类似的方式控制关联的整流器SC。
获取的功率因数控制策略可允许第一和第二推进驱动系统相同地或单个地用于静态补偿。无论第一和第二推进驱动系统的滤波电容C1、C2何时连接到各自的中压母线MVAC1和MVAC2，第一和第二推进驱动系统的滤波电容C1、C2都可以吸取超前MVAr。该MVAr的额定功率在配电系统设计时被确定，是通过最优化的流程获得的结果，该流程考虑了发电机运行在无负载时需要避免发电机过励磁的情况，以及当滤波电容C1、C2在线、且没有被整流器SC调制时，图2到图4所示系统中第一和第二滤波电容只连接在单一发电机上会出现的最糟糕的情况。在最优化流程时，另一需要考虑的是，整流器SC需要获取电抗性电流，以对滤波电容C1、C2的电抗性电流进行调制，从而实现功率因数的控制和调整。整流器SC可以设计用来吸取滞后和/或超前电抗性电流，但这种能力会具有一设备整机MVA额定功率以及相应的成本影响。只要滤波电容C1、C2的电容被确定，则滤波电容C1、C2的运行中的MVAr与ac输入电压的平方乘以ac输入频率成比例。
由于闭环控制是基于来自ac发电机的反馈信号进行的，因此，PWM控制器Co不需要知道滤波电容C1、C2在任何时间吸取的超前MVAr值。如果在配电系统中布局同样的发电机，则当所有发电机运行在单一隔离模式下时，功率因数控制以及一或两个整流器SC的调整对所有的发电机同样有效。如果不同的发电机被使用，根据当不同发电机运行在一单一隔离模式下的折衷，则不同发电机的电抗可能不能被平衡，从而需要进行功率因数控制。尽管在图8（将在后续描述）中未示出，然而，仍然可以对从第一发电机流入到第二整流器SC的耦合电流反馈进行交叉，以提供冗余，反之亦然。
图8示出了用于选择和改变PWM策略的一个可能的控制系统，以提供功率流控制、功率因数控制以及谐波控制。该控制系统能够对图2到图4所示系统的MV和LV配电电压的QPS进行调整。使用图示单一发电机G以及单一推进驱动系统简化了该控制系统。其中，推进驱动系统包括一ac电压线路滤波电容C以及一整流器SC，整流器SC通过一dc环节连接在传统dc电动机DCM/C上。dc电动机DCM/C包括场转换器FC。PWM控制器Co与图2到图4中控制器相对应，且与推进驱动系统关联。容易理解地，在实践中可以使用多个发电机和推进驱动系统，MV电压反馈信号MVifb可以从多个发电机G提供。同样，也可以使用类似或数字控制来实现。
PWM控制器Co可以向整流器SC、场转换器FC分别提供输出信号SCref和FCref。容易理解地，输出信号FCref同样可用于电枢转换器或如欧洲专利文献EP1798847中描述的电换向器电路，以用于调整dc端子电压/电流关系。可选地，输出信号FCref可用于与ac电动机驱动关联的所有类型的电流源逆变器或电压源逆变器，以用于调整电流源逆变器或电压源逆变器dc端子的电压/电流关系。这在图3中进行了描述，其中每个推进驱动系统包括一逆变器MC。
输出信号SCref包括PWM参考信号：调制深度M、选择性谐波消除角度“SHE角度”以及触发延迟角“Alpha”，角“Alpha”用于确定PWM策略的调制角度，其中，PWM策略应用于推进驱动系统中的整流器SC。
PWM控制器Co可用于接收输入信号，这些输入信号包括：“三相ac反馈信号（即：MV电流反馈信号MVifb、MV电压反馈信号MVvfb以及LV电压反馈信号LVvfb）、dc环节电流反馈信号Idcfb、电压参考信号vref、转矩反馈信号Tfb以及转矩参考信号Tref。尽管正常情况下，船舶功率系统中配电母线的电压调整属于自动电压调整器（AVR）的功能之一，其中AVR需要与每个发电机以及关联的功率管理系统（PMS）关联，但是本发明的控制系统可以调整ac输入电流的功率因数，其中，ac输入电流由整流器SC吸取得到，从而可以协助AVR调整配电母线电压的基波分量，这样，可以从(i)AVR、(ii)PMS或(iii)外部源中的任意一个接收电压参考信号vref。将该电压参考信号vref与一电压反馈信号vfb进行求和，以得到电压误差信号，该误差信号可作为功率因数参考信号pfref，以用于整流稳压器SCreg。转矩信号Tfb和Tref可由传统驱动控制得到。例如，可以向一传统驱动控制提供一轴速度控制系统，该系统的输出即为转矩参考信号Tref，以用于转矩调整器Treg。用于转矩调整器的目的在于，使得通过驱动系统可以产生足够的转矩，以允许驱动系统获得一个与速度控制系统的要求一致的轴速度。为了获得闭环转矩控制，转矩调整器Treg需要一个转矩反馈信号Tfb，该信号可以由转矩传感器或使用已知的方法从电枢电流（电枢电流来自电流反馈信号Idcfb）、电枢电流位置（在图8中未示出）以及场电流（场电流来自输出信号FCref）中来获取。在实践中可以使用现有的多种不同方法来生成转矩信号Tfb和Tref，并可以将这些方法与PWM控制器Co进行结合。
多个合适的三相ac反馈信号可以与整流或混频功能一起使用，从而实现对其它发电机的控制。
为了校正转矩参考信号Tref和转矩反馈信号Tfb之间的差异，转矩调整器Treg可产生一dc环节电流参考信号Iref。可以从一整流调整器SCreg向场转换器FC（在其它电动机类型的情形下，可以是电枢转换器、电子转接器、电流源逆变器或电压源逆变器）提供场弱化信号fw以允许场转换器减少dc环节电压。尽管如此，可以通过转矩调整器Treg减弱场弱化控制，以优先处理功率流控制。因此，当一定需要输出信号FCref时，则需要请求场弱化信号fw。
整流调整器SCreg的主要功能在于校正电流参考信号Iref和电流反馈信号Idcfb之间的差异，以满足转矩调整器Treg的需求。整流调整器SCreg也可以用于接收功率因数和谐波反馈信号pffb和hfb，并使用这些信号分别来控制功率因数和谐波结构。整流调整器SCreg的次要功能将在对关联的反馈处理功能描述后进行详细描述。在这里调整器和反馈处理功能被独立地描述以对两者进行清楚地说明，但是容易理解地，在实践中两者也可以集成在一起，特别是利用带有嵌套dq环节（每一谐波频率一个dq环节）的数字调整器时。
PWM控制器Co包括有一功率因数估计功能块pf，该功能块pf用于接收MV电流反馈信号MVifb以及MV电压反馈信号MVvfb，并提供功率因数反馈信号pffb，该反馈信号pffb为一位于输入信号向量之间的标准角。功率因数估计功能块pf可以使用任何合适的估计功能算法或技术。
PWM控制器Co包括有至少一个基波（谐波次数1）估计功能快，记为“fund”，根据需要调整的数量，每个“fund”具有一三相电压反馈信号。更具体地，用于估计中压母线MVAC1以及MVAC2基波电压组件的第一基波估计功能块可以接收MV电压反馈信号MVvfb，而用于估计低压母线LVAC1以及LVAC2基波电压组件的第二基波估计功能块可以接收LV电压反馈信号LVvfb。
如果不只一个基波估计功能块被使用，则作为使用这些基波估计功能块结果的数据会被整流或混频功能进行优先处理，这种优先可以记为“fund优先”，处理的输出为电压反馈信号vfb。基波估计功能块可以使用任何估计功能算法或技术，且可以与后述的谐波估计功能块结合。
PWM控制器Co也可以包括至少一个谐波估计功能块，记为“harm”。根据需要被调整的数量，每一个谐波估计功能块具有一三相电压反馈信号。更具体地，用于估计中压母线MVAC1以及MVAC2中谐波失真的第一谐波估计功能块可以接收MV电压反馈信号MVvfb，而用于估计低压母线LVAC1以及LVAC2中谐波失真的第二谐波估计功能块可以接收LV电压反馈信号LVvfb。每个谐波估计功能块可以确定最明显的电压谐波的数量和角度，在实践中最明显的电压谐波一般为低次整数次谐波。由于谐波估计功能块自身可能具有估计谐波频谱基波分量的能力，因此，谐波估计功能块可以用于输出数据，在某些情况下，这些数据可作为基波估计功能块的替代。由于高次谐波会被电压线路滤波电容C无源地过滤掉，因此，高次谐波在控制协商中使用较小。其中的无源过滤则可能受益于无源阻尼分量。
如果不只一个谐波估计功能块被使用，则作为使用不只一个谐波估计功能块得到的数据可以被整流或混频功能进行优先处理，该优先被记为“harm优先”。谐波估计功能块可以使用任何合适的估计功能算法或技术。
整流调整器SCreg的功能以及功能间的相互依赖在这里将进行简单地描述。dc环节电流的闭环控制（即：功率流控制）主要通过调整PWM策略的调制深度M来实现，其中PWM策略可通过PWM控制器Co应用于整流器SC。功率因数的闭环控制可通过调整PWM策略的调制角度以及调整触发延迟角“Alpha”来实现。但是该动作也会对电流控制带来影响，这是因为当MV电流反馈信号MVifb以及MV电压反馈信号MVvfb同相，且任何背离触发延迟角“Alpha”的延迟角导致dc环节电压减少时，会使得触发延迟角“Alpha”大约为零。因此，dc环节电流的闭环控制可通过输出场弱化信号fw来改进，从而使得转矩调整器Treg需要通过电流参考信号Iref增加dc环节电流。这样，整流调整器SCreg中的功率因数调整器功能优先于电流调节器功能，但转矩调整器Treg最重要的性质允许功率流调节功能整体优先。
配电母线电压的闭环控制可以通过调节响应电压误差信号的功率因数来实现，其中，电压误差信号可作为功率因数参考信号pfref。如果该闭环电压控制并不是必需的，则功率因数参考信号pfref可以忽略，与单位功率因数相当的内部默认功率因数参考可以被使用。如果该闭环电压控制是必需的，则需要将功率因数参考信号pfref与内部默认功率因数参考相加，即，闭环电压控制功能对内部默认参考施加一偏移。
PWM策略谐波结构的闭环控制可通过选择合适的脉冲数目和脉冲宽度来实现。这些可变量对功率流和功率因数调节器功能具有相应的较小的影响。在任何情形下，功率流和功率因数调节器功能可以分别通过转矩调节器Treg的闭环动作以及功率因数调节器功能的闭环动作进行校正，其中，功率因数调节器功能的闭环动作直接作用在一连串PWM脉冲的相位上。在这里可以使用已知的多个用于有源滤波的PWM策略，可以使用传统的算法或技术。在其中存在一个合适的技术，该技术使用电流源半波对称同步调制方法，在该方法中，每半个周期将数目为整奇数N的dc环节电流脉冲注入到一对特定的ac电压线路中。这些脉冲序列关于所述半个周期的中心对称（即：一个脉冲关于其中心被对等地划分，(N-1)/2的脉冲位于中心脉冲的一边，(N-1)/2的脉冲位于中心脉冲的另一边）。在中心脉冲每边的脉冲之间，所述脉冲序列具有(N-1)/2可控的间隔宽度。理论上，对于每个可控的间隔宽度一个谐波可以被消除，这样，当N=3时，只可以消除一个谐波，当N=5时则可以消除两个谐波。对于这一技术，最重要的限定条件是脉冲持续时间的总数应为每半周期120度。图9示出了N=3，N=5以及N=7时的脉冲序列。
图9还示出了N=1时的脉冲序列。该脉冲序列同样适用于电流源逆变（CSI）整流器以及晶闸整流器。在这种情形下，不存在可控的间隔宽度，谐波结构是固定的。应注意，为了描述清楚，在图中，只示出了N=5和N=7时三相线路中的第一线路电流。这是因为当N=1和N=3时，第二和第三线路电流只是简单地从第一线路电流分别发生了120到240度的相移。
在D.GrahameHolmes和ThomasA.Lipo(ISBN编号为：0-471-20814-0)的文章“用于功率转换器的脉冲宽度调制：原理和实践”中对PWM控制器使用的、以用于功率流的CoPWM策略、功率因数以及谐波控制已经进行了描述。出于完备性考虑，其中描述了一个较好的PWM策略。
电流源逆变（SCI）整流器具有六态、三个零态（即所谓的“贯穿态”）以及关闭状态，六态中两条ac电压线路与dc电压线路连接，三个零态中dc电压线路一起短路，并连接在一条ac电压线路上，关闭状态中没有ac电压线路和dc电压线路被连接。在国际专利申请文献WO2006/064279中描述的矩阵转换器得益于额外的零态，在该零态中通过一续流路径dc电压线路一起被短路，dc电压线路没有连接到ac电压线路上。在这些状态中的电流流可以以空间矢量的形式进行表示，且可以使用空间矢量调制策略，从而减少状态之间转换的功率损耗。
在这些调制策略中，不同状态的脉冲宽度被顺序地调制，其中：（a）一个取样周期中的单个脉冲宽度会影响该取样周期中流经任何两点之间的时间平均电流；（b）相对ac输入电压基波频率的这些单个脉冲宽度的相移会影响功率因数以及ac电压线路中的电流强度（当脉冲位置相对于ac输入电压波形移动时，任何指定脉冲中电压的时间积分会发生变化，该功能可用于控制电流）；以及（c）超过ac输入电压基波频率单个周期的脉冲宽度序列会影响ac电压线路中电流的谐波量，因此在ac配电母线中，功率转换器的ac电压线路电连接在ac配电母线上。更具体地，脉冲宽度序列可以相对于ac输入电压的基波频率同步或异步地重复，这样，可使得ac电压线路中的电流谐波与基波频率分别存在非整数以及非整数频率关系。通过合适地选择独特的脉冲宽度以及相应数量的ac输入电压单位基波频率周期，同频调制策略可进一步地用于促使指定谐波消除（SHE）。
晶闸整流器可根据自然换流进行运行，实际上晶闸整流器的控制策略为前述PWM策略的一个子集，这是因为自然换流迫使每个ac电压线路中的电流在ac输入电压基波频率的每半个周期内具有一个电流脉冲。在这里，脉冲数目以及脉冲宽度不能被调整，但是相移可以与前述（b）中的相移相比。这样，在晶闸整流器中功率因数控制以及电流控制就会被紧密地联结在一起。任何控制脉冲数目和脉冲宽度能力的缺少都会影响到谐波的控制。
在图5和图6所示系统的情形中，整流器SC被用于连接在双输出发电机DOG1-DOG4与第一和第二中压母线MVDC1和MVDC2之间，这样，这些母线就可以被期望地调整为电压的一优选恒定值。前述与MV反馈信号MVvfb关联的基波估计功能块可以被简化为一平均功能，该功能块的输入为单一MV电压反馈信号MVvfb，前述与MV反馈信号MVvfb关联的谐波估计功能块可以被忽略。功率因数估计功率块pf仍然需要一ac电压反馈信号，该信号可以从DOG的ac端子获取。转矩调节器功率块Treg可以被忽略，电流参考信号Iref可通过电压误差信号进行替代，在图2到图4所示系统的情形中，电流参考信号Iref被用作输入pfref。功率因数参考默认为单位功率因数或被设置为任何期望的值。尽管整流器SC的主要功能是向配电母线MVDC1以及MVDC2提供几乎恒定的dc电压，然而整流器SC还具有调节功率因数谐波量的能力，其中，谐波量由整流器SC从关联的ac发电机的ac端子获取。基波（谐波次数1）估计功能块“基波（fund）”以及与LV电压反馈信号LVvfb关联的谐波估计功能块“谐波（harm）”仍然是有源的，同样，关联的整流或混频功能、“基波优先”以及“谐波优先”也是。整流器SC的闭环调节仍然可以用于调节低压配电母线和发电机中压ac输出中的QPS在发电机中压ac输出中仍然需要一个MV交流电源以允许整流器SC提供一MV电压dc输出。
尽管在这里，参考船舶配电和推进系统对本发明的配电系统进行了描述，容易理解地，相同的原理可以被应用到基于航空或陆地的应用中，在这些应用中电动机可通过功率转换器连接在ac配电母线上。

Claims (20)

1.一种配电系统，包括：
第一和第二配电母线，所述第一和第二配电母线每一条携带有各自的配电电压；
一通用供电系统，用于向所述第一和第二配电母线提供功率；
一功率转换器，所述功率转换器连接在所述第一配电母线上，所述功率转换器具有ac端子；以及
一控制器(Co)，所述控制器(Co)用于使用指示所述第一和第二配电母线携带的配电电压电量的反馈信号(MVvfb，LVvfb)对所述功率转换器进行控制，以调整所述功率转换器ac端子的电量，以获得期望的第二配电母线(LVAC1)携带的配电电压的电量。
2.如权利要求1所述的配电系统，其特征在于，所述功率转换器(SC)根据选择的或由控制器(Co)改变的一PWM策略进行运行。
3.如权利要求1或2所述的配电系统，其特征在于，所述通用供电系统包括一连接在所述第一配电母线(MVAC1)上的ac发电机，所述第一配电母线携带有一配电电压。
4.如权利要求3所述的配电系统，其特征在于，所述第二配电母线(LVAC1)携带有一ac配电电压，所述通用供电系统还包括一变压器(T1)，所述变压器(T1)连接在所述第一和第二配电母线(MVAC1，LVAC1)之间。
5.如权利要求3所述的配电系统，其特征在于，所述ac发电机(DOG1)包括至少一对电位隔离的定子绕组，第一定子绕组连接在所述第一配电母线(MVAC1)上，用于提供第一ac电压，第二定子绕组连接在所述第二配电母线(LVAC1)上，用于提供第二ac电压，所述第二配电母线携带一ac或dc配电电压。
6.如权利要求5所述的配电系统，其特征在于，所述第二定子绕组通过第二功率转换器连接在所述第二配电母线上，所述第二配电母线携带一dc配电电压。
7.如权利要求3所述的配电系统，其特征在于，所述功率转换器连接在所述第一配电母线(MVAC1)和一电力负载之间，所述电力负载包括一推进电动机(PM)。
8.如权利要求1或2所述的配电系统，其特征在于，所述通用供电系统包括一ac发电机，所述功率转换器连接在所述ac发电机和所述第一配电母线(MVDC1)之间，所述第一配电母线携带一dc配电电压。
9.如权利要求8所述的配电系统，其特征在于，所述ac发电机(DOG1)包括至少一对电位隔离的定子绕组，一第一定子绕组通过所述功率转换器连接在所述第一配电母线(MVDC1)上，所述第一定子绕组用于提供一第一ac电压，一第二定子绕组连接在所述第二配电母线(LVDC1)上，所述第二定子绕组用于提供一第二ac电压，所述第二配电母线携带一ac或dc配电电压。
10.如权利要求9所述的配电系统，其特征在于，所述第二定子绕组通过一第二功率转换器连接在所述第二配电母线上，所述第二配电母线携带一dc配电电压。
11.如权利要求7所述的配电系统，其特征在于，一电力负载连接在所述第一配电母线(MVDC1)上，所述电力负载包括一推进电动机(PM)。
12.如权利要求7所述的配电系统，其特征在于，所述反馈信号包括一第一电压反馈信号(MVvfb)以及一第二电压反馈信号(LVvfb)，所述第一电压反馈信号(MVvfb)用于指示所述第一配电母线携带的一电压，所述第二电压反馈信号(LVvfb)用于指示所述第二配电母线携带的一电压。
13.如权利要求3所述的配电系统，其特征在于，所述反馈信号包括一电流反馈信号(MVifb)，所述电流反馈信号(MVifb)用于指示所述ac发电机ac端子的电流。
14.如权利要求1所述的配电系统，其特征在于，对所述功率转换器(SC)进行控制以调整：(i)流经所述功率转换器的功率流；(ii)所述功率转换器ac端子的功率因数和/或谐波失真。
15.一种控制一配电系统的方法，所述配电系统包括：第一和第二配电母线，所述第一和第二配电母线每一条携带有各自的配电电压；一通用供电系统，用于向所述第一和第二配电母线提供功率；以及一功率转换器，所述功率转换器连接在所述第一配电母线，所述功率转换器具有ac端子，所述方法包括下述步骤：使用指示所述第一和第二配电母线携带的配电电压电量的反馈信号(MVvfb，LVvfb)对所述功率转换器进行控制，以调节功率转换器ac端子的电量和/或所述第二配电母线(LVAC1)携带的配电电压的电量。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，对所述功率转换器进行控制，以调节所述功率转换器ac端子的电量以及所述第二配电母线(LVAC1)携带的配电电压的电量。
17.如权利要求15或16所述的方法，其特征在于，根据一调节器整流和混频功能，对所述功率转换器进行控制，以调节所述功率转换器ac端子的电量以及所述第二配电母线(LVAC1)携带的配电电压的电量。
18.如权利要求15-16任一所述的方法，其特征在于，根据一PWM策略对所述功率转换器进行控制。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，通过选择或改变下述一种或多种参数对所述功率转换器进行控制：
(i)所述PWM策略的调制深度；
(ii)所述PWM策略的调制角度；
(iii)所述PWM策略的谐波结构；
(iv)所述PWM策略，从而为所述配电系统获取一期望的功率因数；
(v)所述PWM策略，以使得所述功率转换器吸取滞后VAr；
(vi)所述PWM策略，以减少谐波失真或为所述配电系统获取选择性谐波消除(SHE)；以及
(vii)所述PWM策略，以获取用于所述配电系统的一期望的供电质量(QPS)。
20.如权利要求15-16任一所述的方法，其特征在于，所述第一配电母线携带一dc或ac配电电压，以及/或所述第二配电母线(LVAC1)携带一dc或ac配电电压。
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