CN103227536A - 集成高压直流发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及集成高压直流发电系统。集成高压直流(HVDC)发电系统(EPGS)包括包含PMG定子和PMG转子的永磁发电机(PMG)，其中PMG设置在PMG外壳中。还包括电枢绕组，该电枢绕组可操作地连接到PMG和用于转换来自电枢绕组的高压AC的第一整流器，其中电枢绕组和与第一升压电感器通信，其中电枢绕组、第一整流器和第一升压电感器各自设置在PMG外壳中。电枢绕组可操作地连接到用于转换来自电枢绕组的高压AC的第二整流器，其中电枢绕组和与第二升压电感器通信，其中电枢绕组、第二整流器和第二升压电感器各自设置在PMG外壳中。

Description

集成高压直流发电系统
背景技术
本发明涉及一种发电系统，并且更特别地涉及一种高压直流(HVDC)发电系统。
HVDC发电系统经常采用与有源整流器耦接的永磁发电机(PMG)。这样的系统的典型拓扑利用PMG定子自感作为升压电感器并且位置传感器诸如分解器被用于有源整流器开关换向。有源整流器经常是经由三相电力电缆以及用分解器电缆连接到PMG的独立线可替换单元(LRU)。这种配置的有源整流器导致整个系统的尺寸增加并且易于产生可靠性问题。另外，尽管用于有源整流器开关换向的基于分解器的位置传感器是有效的，但是这样的组件也可能提供可靠性顾虑。
发明内容
根据一个实施例，集成高压直流(HVDC)发电系统(EPGS)包括包含PMG定子和PMG转子的永磁发电机(PMG)，其中PMG被设置在PMG外壳中。还包括电枢绕组，该电枢绕组可操作地连接到PMG和用于转换来自电枢绕组的高压AC的第一整流器，其中电枢绕组与第一升压电感器通信，其中电枢绕组、第一整流器和第一升压电感器各自设置在PMG外壳中。电枢绕组可操作地连接到用于转换来自电枢绕组的高压AC的第二整流器，其中电枢绕组与第二升压电感器通信，其中电枢绕组、第二整流器和第二升压电感器设置在PMG外壳中。
根据另一个实施例，一种产生高压直流(HVDC)电力的方法包括电枢绕组可操作地连接到第一整流器和第二整流器，其中PMG、电枢绕组、第一整流器和第二整流器设置在PMG外壳中。还包括延伸电枢绕组以形成第一升压电感器，其中第一升压电感器设置在PMG外壳中。进一步包括延伸电枢绕组以形成第二升压电感器，其中第二升压电感器设置在PMG外壳中。更进一步包括用整流器控制器来控制第一整流器和第二整流器。
附图说明
被视为本发明的主题是在说明书完结时在权利要求中特别地指出和清晰地主张的。本发明的前述的和其它的特征以及优点从结合附图的以下的详细描述中显现，在附图中：
图1图解地示意了集成高压直流(HVDC)发电系统(EPGS)。
具体实施方式
参考图1，发电系统(EPGS)被图解地示意并且通常用参考标记10指代。EPGS10可操作地连接到将由EPGS10驱动的至少一个负载12。该至少一个负载12可以是与众多应用关联的组件或系统，其中一个这样的应用包括但不限于车辆，诸如军用地面车辆。
EPGS10是集成高压直流(HVDC)系统并包括包含PMG定子16和PMG转子14a的永磁发电机(PMG)14。PMG定子16包括电枢绕组25。EPGS10还包括第一整流器18和第二整流器19。PMG14、PMG电枢绕组25、第一整流器18和第二整流器19全部设置在PMG外壳20中。在PMG外壳20中还设置多个升压电感器，诸如第一升压电感器22和第二升压电感器24，其中第一升压电感器22和第二升压电感器24二者形成PMG电枢绕组25的延伸部分。第一升压电感器22和第二升压电感器24中的任一个或两个可以是三相电感器，然而，这仅仅示意了可以采用的特定电感器。
磁通量由永磁体部分提供并与PMG电枢绕组25相互作用以产生PMG电枢绕组25中的反电势电压。PMG电枢绕组25的AC输出的幅值依赖于永磁体的转动速度并因此未受调整。第一整流器18和第二整流器19整流AC输出并提供DC输出。发电机中性点提供公共节点32，其可由被设置在PMG外壳20外部的位置处的控制器30访问，所述控制器30可操作地与EPGS10通信，并被配置成基于在公共节点32上以及在电枢绕组25的一相处取得的电压读数来检测PMG转子的位置。正如领域中已知的，PMG转子位置的检测通过采用锁相环技术而完成。控制器30的实施可以是在固定的或旋转的参考系中并可跟随电流参考信号。为了完成交织操作，载波信号被彼此相移了用于产生正弦-三角脉宽调制(PMW)图案的三角波形的半个(1/2)开关周期。电流参考幅值的幅值是DC总线电压的函数并且在嵌入在控制器30中的基于PI的电压调节器的输出上得到。
在示意的实施例中，存在第一有源整流器18和第二有源整流器19，每个包括多个碳化硅(SiC)MOSFET。如上所述的，第一组升压电感器22和第二组升压电感器24中的每个的输出分别地连接到第一有源整流器18和第二有源整流器19。第一整流器18和第二整流器19的正DC输出被连接在一起以形成DC总线正干线34a。第一整流器18和第二整流器19的负DC输出被连接在一起以形成DC总线负干线34b。正和负DC总线干线34a、34b二者经由电力管理和分配单元(PMAD)40连接到DC负载12。PMAD40可以中断到负载12的电力流，从而从负载12断开正干线34a或断开正和负干线34a、34b二者。
在一个实施例中，第一整流器18和第二整流器19是交织双向有源整流器。第一整流器18和第二整流器19的交织配置导致相对低的DC总线波动和增加的等效开关频率。这导致改善的电力质量、开关损耗的降低和较小的DC总线电容。
EPGS10包括电力管理和分配(PMAD)系统40，其可操作地与至少一个负载12通信，该负载12将由EPGS10驱动并设置在PMG外壳20外部的位置处。PMAD系统40被配置成确保电力可靠地递送到至少一个负载12并还可操作地与控制器30通信。PMAD系统40选择性地分配由第一整流器18和第二整流器19整流的经整流的DC输出并能够关于至少一个负载12接通和关断这样的经整流的DC输出。PMAD系统40用来将由第一整流器18和第二整流器19提供的输出电压与至少一个负载12的特定DC电压需求匹配。
同依赖于分解器以用作PMG转子位置传感器并有效地提供有源整流器开关换向的这种系统相比，上述的系统降低了EPGS系统10的重量。EPGS系统10用SiC MOSFET、交织双向整流器18、19以及第一升压电感器22和第二升压电感器24完成了这样的功能，其中有源整流器18、19、第一升压电感器22和第二升压电感器24全部设置在PMG外壳20中。能够宽温度操作的SiCMOSFET位于该PMG外壳20中允许公共冷却回路的共享并且实现集成DC发电系统10的构造。
虽然本发明仅结合有限数量的实施例而被详细地描述，但是应当容易地理解，本发明不限于这样公开的实施例。相反，本发明可以被修改成合并此前没有描述但是与发明的精神和范围相称的任何数量的变化、更改、替换或等同布置。另外，虽然本发明的各种实施例被描述，但是要理解，本发明的方面可以仅包括所描述的实施例中的某些。因此，本发明不要被看做由前面描述所限制，而是仅仅由所附权利要求的范围限制。

Claims (18)

1.一种集成高压直流(HVDC)发电系统(EPGS)，包括：
永磁发电机(PMG)，包括PMG定子和PMG转子，其中该PMG设置在PMG外壳中；
电枢绕组，可操作地连接到该PMG和用于转换来自电枢绕组的高压AC的第一整流器，其中该电枢绕组与第一升压电感器通信，其中该电枢绕组、该第一整流器和该第一升压电感器各自设置在该PMG外壳中；以及
其中该电枢绕组可操作地连接到用于转换来自电枢绕组的高压AC的第二整流器，其中该电枢绕组与第二升压电感器通信，其中该电枢绕组、该第二整流器和该第二升压电感器各自设置在该PMG外壳中。
2.如权利要求1所述的集成HVDC EPGS，进一步包括连接到该电枢绕组的中性点的公共节点。
3.如权利要求2所述的集成HVDC EPGS，其中整流器控制器被配置成测量该公共节点处的电压以检测该PMG转子的位置。
4.如权利要求1所述的集成HVDC EPGS，其中该第一升压电感器和该第二升压电感器中的至少一个是三相电感器。
5.如权利要求1所述的集成HVDC EPGS，其中该第一整流器和该第二整流器通过使载波信号彼此相移半个开关周期而形成交织双向的有源整流器。
6.如权利要求5所述的集成HVDC EPGS，其中该第一整流器和该第二整流器中的每个包括多个碳化硅(SiC)MOSFET。
7.如权利要求1所述的集成HVDC EPGS，进一步包括设置在PMG外壳外部的位置处的电力管理和分配(PMAD)系统。
8.如权利要求7所述的集成HVDC EPGS，进一步包括将由集成HVDCEPGS供电的至少一个负载，其中该PMAD系统选择性地分配电力给所述至少一个负载。
9.如权利要求7所述的集成HVDC EPGS，其中PMAD系统可操作地与整流器控制器连接，该整流器控制器设置在该PMG外壳外部的位置处。
10.一种产生高压直流(HVDC)电力的方法，包括：
电枢绕组，其中该电枢绕组可操作地连接到第一整流器和第二整流器，其中该PMG、该电枢绕组、该第一整流器和该第二整流器设置在PMG外壳中；
延伸该电枢绕组以形成第一升压电感器，其中该第一升压电感器设置在该PMG外壳中；
延伸该电枢绕组以形成第二升压电感器，其中该第二升压电感器设置在该PMG外壳中；以及
用整流器控制器来控制该第一整流器和该第二整流器。
11.如权利要求10所述的方法，其中该电枢绕组的中性点共享公共节点。
12.如权利要求11所述的方法，进一步包括测量公共节点处的电压以检测该PMG转子的位置。
13.如权利要求10所述的方法，其中该第一升压电感器和该第二升压电感器中的至少一个是三相电感器。
14.如权利要求10所述的方法，其中该第一整流器和该第二整流器通过使载波信号彼此相移半个开关周期而形成交织双向的有源整流器。
15.如权利要求14所述的方法，其中该第一整流器和该第二整流器中的每个包括多个碳化硅(SiC)MOSFET。
16.如权利要求10所述的方法，进一步包括用电力管理和分配(PMAD)系统选择性地分配电力给将由集成HVDC EPGS供电的至少一个负载。
17.如权利要求16所述的方法，其中该PMAD系统设置在该PMG外壳外部的位置处。
18.如权利要求16所述的方法，其中该PMAD系统可操作地与该整流器控制器连接，该整流器控制器设置在该PMG外壳外部的位置处。
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