CN105684297B - 具有dc输出的涡轮发电机系统 - Google Patents

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Abstract

一种涡轮发电机系统包括双馈交流(AC)发电机，其具有第一多相电路(例如，定子电路)和第二多相电路(例如，转子电路)、在该第一和第二多相电路之间耦合的多相AC至AC变换器电路、具有耦合到第一多相电路的输入绕组并且具有输出绕组的多相变压器、以及耦合到多相变压器的输出绕组并且被配置为将来自变压器输出绕组的多相AC变换为直流(DC)的单向整流器电路。

Description

具有DC输出的涡轮发电机系统
技术领域
本公开通常涉及发电系统，并且更具体地，涉及具有直流(DC)输出的发电机系统。
背景技术
在十余年的快速增长后，在风能领域的兴趣不断增长。Zhe Chen等人在2009年8月于IEEE Transactions on Power Electronics,Vol.24,No.8发表的“A Review of theState of the Art of Power Electronics for Wind Turbines”提供了到2009年为止用于风力发电使用的技术的概览。根据Chen的文章，早期风力发电通常使用直接连接到交流(AC)电网的鼠笼式感应发电机，但技术发展已经向支持可变速的发电技术转移。
图1图示了典型的可变速的、基于风力的发电系统100的基本元件。叶片110通过齿轮箱120被连接到双馈感应发电机130。三相定子端子通过变压器150耦合到AC电网。AC-AC变换器140被连接在转子端子与定子端子之间。更具体地，AC-AC变换器包括经由它们各自的DC侧被连接在一起的转子侧DC-AC变换器142以及定子侧AC-DC变换器146(即三相整流器)。电容器144被定位在两个变换器之间，并且减小DC环节(DC-link)电压中的变化，同时提供两个变换器之间的能量缓冲。
感应发电机输出的频率和电压随着发电机的速度改变而变化。AC-AC变换器允许该发电机的可变电压、可变频率输出被变换为可以直接耦合到AC电网的固定频率、固定电压输出。更特定地，有效地作为三相逆变器电路的转子侧变换器142向双馈感应发电机130的转子绕组施加电压，并且控制转子电流，使得针对在发电机轴处的给定扭矩，转子磁通维持相对于定子磁通的最优位置。有效地作为三相整流器电路的定子侧变换器146在电容器144处对DC环节的电压进行调节，并且根据所需生成或吸收无功功率。在风里发电的环境中对双馈感应发电机的操作的详尽教程可以在John Fletcher和Jin Yang所发表的“Introduction to the Doubly-Fed Induction Generator for Wind PowerApplications,”Paths to Sustainable Energy,Dr.Artie Ng(Ed.),InTech(2010)中找到，可见：http://www.intechopen.com/books/paths-to-sustainable-energy/introduction-to-the-doubly-fed-inductiongenerator-for-wind-power-applications。
诸如图1的AC-AC变换器140之类的风力发电机系统中的电力电子装置是昂贵且关键的元件。图2图示了典型的双向电压源逆变器电路200，其可能被用作图1所示的DC-AC变换器146。相似的电路(但左右颠倒)可以被用作图1中的AC-DC变换器。来自AC侧的三相中的每一相在标记为a、b和c的节点处被连接到相应的桥臂的中心。该六开关逆变器拓扑通常使用用于高功率处理能力的绝缘栅双极晶体管(IGBT)。其操作和在AC-AC变换器中的使用的细节是已知的，并且在上面指出的Fletcher和Yang的参考文献中进行了描述。
图1所述的系统包括双馈感应发电机(DFIG)、AC-AC变换器以及变压器。其他基于风力的发电系统的方法已经被开发，例如包括基于永磁体(PM)的发电机、AC-AC变换器以及变压器的系统。然而，这些系统的一个缺陷是由于使用了永磁体，它们成本高企。更为近来提出了另一些方法，其中将由PM发电机生成的AC功率变换为连接到DC电网的DC功率。类似地，由于至少部分使用了PM发电机，这些方案也受到相对高成本的影响。相应地，需要具有低成本和高性能的改进的系统。
发明内容
本发明的各个实施例包括一种涡轮发电机系统，其包括双馈交流(AC)发电机，其具有第一多相电路(例如，定子电路)和第二多相电路(例如，转子电路)、在该第一和第二多相电路之间耦合的多相AC至AC变换器电路、具有耦合到第一多相电路的输入绕组并且具有输出绕组的多相变压器、以及耦合到多相变压器的输出绕组并且被配置为将来自变压器输出绕组的多相AC变换为直流(DC)的单向整流器电路。
在各种实施例中，双馈AC发电机是以下项中的一项：具有滑环的绕线转子感应发电机；双定子、鼠笼式感应发电机；以及具有无刷励磁的绕线转子感应发电机。在一些实施例中，AC至AC变换器电路是间接变换器，包括多相AC至DC变换器(即多相整流器)、多相DC至AC变换器(即多相逆变器)、以及在多相AC至DC变换器与多相DC至AC变换器之间的DC环节。在一些实施例中，AC至AC变换器被配置为将转子电路的可变电压、可变频率的输出在多相变压器的输入绕组处变换为基本固定的频率输出。基本上固定频率输出例如可以是在大约40Hz与大约600Hz之间的频率处。在一些实施例中，基本上固定频率输出是在大于大约100Hz的频率处，允许变压器的尺寸与在50或60Hz的电网频率处操作的系统相比得以减小。在一些实施例中，变换器电路具有小于双馈AC发电机的功率额定值的大约40％的功率额定值。
因为双馈感应发电机的输出电压由在发电机的转子与定子之间连接的AC-AC变换器调节，变压器的AC电压输出可以在量级上接近于恒定。其结果是，耦合到多相变压器的输出绕组的单向整流器电路可以是简易的(但高功率的)基于二极管的整流器，诸如多相桥整流器电路。可替代地，整流器电路可以是晶体闸流管桥电路或可控制整流器拓扑。
涡轮发电机系统的一些实施例包括备用功率源，其耦合到AC发电机并且被配置为在启动期间对涡轮发电机系统提供功率。该备用功率源包括以下项中的一项，例如：经由电池逆变器电路耦合到AC发电机的电池；机械地耦合到AC发电机的飞轮；以及电池与飞轮的组合，其中电池被布置为对飞轮提供功率并且飞轮被机械地耦合到AC发电机。一些实施例可以包括电网故障保护电路，被配置为在整流器电路的DC侧上发生故障的情况下，对第二多相电路去能。在这些实施例中的一些中或在其他实施例中，整流器电路经由保护设备被连接到多相变压器的输出绕组。
本发明的其他实施例包括发电系统，其包括被配置为经由相应的DC总线提供直流(DC)功率的多个涡轮发电机系统，以及被连接到每个DC总线并且被配置为合并所提供的DC功率的采集电路。在这些实施例中，一个或多个涡轮发电机系统中的每一个包括双馈交流(AC)发电机，其具有第一多相电路(例如，定子电路)和第二多相电路(例如，转子电路)、在该第一和第二多相电路之间耦合的多相AC至AC变换器电路、具有耦合到第一多相电路的输入绕组并且具有输出绕组的多相变压器、以及耦合到多相变压器的输出绕组并且被配置为将来自变压器输出绕组的多相AC变换为直流(DC)的单向整流器电路。
本发明的各个实施例不仅扩展到像以上所述的那些的涡轮发电机系统，也扩展到对应的用于提供及操作系统的方法。本领域技术人员在阅读以下具体描述并且观看附图之后将认识到其他的实施例以及多个这些实施例的附加的特征和优点。
附图说明
附图中的部件不一定按比例绘制，相反，重点放在说明本发明的原理。而且，在附图中，相同的附图标记指示对应的部分。在附图中：
图1图示了常规的基于风力的发电系统的部件。
图2是示出了六开关电压源逆变器电路的示意性示图。
图3示出了根据本发明的一些实施例的示例涡轮发电机系统的示意性示图。
图4图示了具有滑环的绕线转子感应发电机。
图5图示了双定子绕组、鼠笼式感应发电机。
图6图示了具有无刷励磁的绕线转子感应发电机。
图7示出了作为多相整流器、多相逆变器和中间DC环节的AC至AC变换器的实施方式。
图8图示了DC功率从多个涡轮发电机系统积聚的示例系统。
图9、10和11图示了具有备用供电系统的系统的示例。
图12示出了具有故障保护电路的涡轮发电机系统。
图13是示出了用于DC功率生成的示例方法的过程流程图。
具体实施方式
在权利要求书以及以下讨论中，诸如“第一”、“第二”等术语用来区分多个相似的元件、区域、区段等，并且并不旨在用来隐含特定的顺序或优先级，除非上下文中另有明确指示。此外，如本文中使用的，术语“具有”、“包含”、“包括”等是开放端术语，其指示所指要素或特征的存在但不排除附加的要素或特征。类似地，单数冠词“一”、“一个”及“该”的使用并不旨在排除所涉及物件的附加存在。在整个说明书中，相同的术语指的是相同的要素。
参照各附图，将理解的是包括多相部件和连接的多个附图均是示意性的。虽然这些多相部件和连接通常可以如一般在发电系统中使用的是三相元件，诸如六相或十二相系统之类的其他配置也是可能的。为了简易说明，各附图利用单个线图示了许多的多相电气连接——将理解的是，这些连接实际上将包括多个导体，例如在三相系统的情况下是三个或四个导体。
图3图示了根据本发明的一些实施例的涡轮发电机系统300。涡轮发电机系统300包括双馈AC发电机130，其通常是三相发电机(如图3所示)，但更一般地是多相发电机。发电机130具有被配置用于连接到其他部件的两个多相电路，其他电路可以是在常规发电机中的定子电路和转子电路，但如在以下更详细解释的，取而代之的是，这些部件可以是一对定子电路或一个定子电路，以及在其他类型的发电机中的无刷转子励磁电路。通常来讲，这两个多相电路可以在不同频率和/或AC电压处操作。
多相AC-AC变换器210耦合在在发电机的多项电路的第一个(例如，定子电路)与发电机的第二个多相电路(例如，转子绕组)之间，而多相变压器220具有耦合到发电机的第一多相电路的输入绕组以及耦合到单向整流器电路230的输出绕组。单向整流器电路230被配置为将来自变压器输出绕组的多相AC变换为直流，例如用于经由DC电网的配电。要注意的是，本文中使用的用来描述整流器电路的术语“单向”指的是整流器的DC输出仅可以在单个方向上流动。
在一些实施例中，图3中所示的所有的电气部件，即发电机130、多相AC-AC变换器201、变压器220和整流器电路230，可以被容纳在单个外壳中，例如在风里发电站塔上的壳体中或在塔本身中。在其他实施例中，诸如AC-AC变换器210、变压器220和整流器电路230之类的电气部件中的一些与发电机130共同定位，但可以被容纳在与发电机130分开的外壳中，例如在支撑风力驱动的叶片110与发电机130的塔处或附近的壳体中。
虽然图3图示了AC发电机130、AC-AC变换器210、变压器220以及整流器电路230之间的直接连接，在一些应用中，这些连接中的任意一个或多个可以通过保护设备和/或监视设备。相应地，应当理解的是，这些部件“耦合到”彼此，其中“耦合到”可以指的是直接的电气连接以及通过诸如开关或断路器之类的保护性设备、或通过监视设备、或通过并不实质上改变电压或电流的另一设备的电气连接。为了清楚起见，应当理解的是，用来描述本涡轮发电机系统的术语“耦合到”并不包含覆盖相对于典型风力驱动的发电机安装的大小的长距离的电气连接，例如超出几百米的距离。
图3中所示的双馈AC发电机130可以是多种不同的配置方式。在一些实施例中，例如，双馈AC发电机是具有滑环的绕线转子感应发电机。一个示例是图4中所示的双馈AC发电机130A。在其他实施例中，取而代之的是，可以使用双定子、鼠笼式感应发电机。一个示例是图5中所示的双馈AC发电机130B。另一实施例可以使用具有无刷励磁的绕线转子感应发电机——一个示例是图6中所示的双馈AC发电机130C。为了简化的目的，图3中所示的系统的操作在以下现对于具有转子电路和定子电路的双馈AC发电机进行描述。然而，应当理解的是，不同类型的多相电路可以用来替代转子和/或定子电路，取决于所使用的特定发动机。
因为双馈感应发电机130的输出电压由在发电机的转子与定子之间连接的AC-AC变换器210调节，变压器220的AC电压输出可以在量级上接近于恒定。其结果是，耦合到多相变压器220的输出绕组的单向整流器电路230可以是简易的(但高功率的)基于二极管的整流器，诸如多相桥整流器电路。可替代地，整流器电路230可以是晶体闸流管桥电路或可控制整流器拓扑。单向整流器电路230的DC输出可以供应中压或高压DC采集电网。在一些实施例中，相应地，可以将整流器230设计为输出在±25千伏(kV)与±100kV之间的DC电压。将理解的是，变压器220被配置为将来自AC发电机130的输出电压提高至合适的电压以用于有效的整流。
在一些实施例中，图3中所示的AC至AC变换器电路210是间接AC至AC变换器，其包括多相AC至DC变换器、多相DC至AC变换器、以及在多相AC至DC变换器与多相DC至AC变换器之间的DC环节。这在图7中示出，其图示了AC至AC变换器210与间接变换器拓扑之间的等效，该间接变换器拓扑包括多相AC至DC变换器710(即多相整流器)以及DC至AC变换器720(即多相逆变器)，而DC环节置于它们之间。在三相变换器中，在图2中所示的六开关逆变器拓扑可以用于AC至DC变换器710及DC至AC变换器720中的一者或两者。在其他多相系统中，可以容易地扩展六开关拓扑，例如以处理六或十二相。也可以使用其他变换器拓扑。
图3中所示的AC至AC变换器210被配置为将转子绕组的可变电压、可变频率的输出在多相变压器的输入绕组处变换为基本固定的频率输出。取决于针对涡轮发电机的操作条件，在转子电路处的频率可在宽范围上变化。在双馈感应发电机中，转子频率可以高至定子频率的大约30％。例如，如果定子频率是60Hz，转子品类可以低至1Hz或更低，并且高至大约18Hz。因为发电机系统300并不连接到AC电网，机器输出频率并不受AC传输电网的频率束缚。其结果是，在AC至AC变换器210的定子侧上的固定频率是设计选择。进而，因为发电机系统300并不连接到AC电网，频率控制并不需要特别紧。出于该原因，AC至AC变换器210的输出在本文中指的是具有“基本上”固定的频率——这应当被理解为意味着频率被控制但可以从标称固定频率操作点或多或少地变化，该变化或许能高至10-20％。
设置AC至AC变换器的固定频率中的该灵活性是比起图1中所示的常规AC连接的风力发电机系统的一个区别的优点。例如，可能的是将标称固定频率设置到如40Hz与大约600Hz之间的频率。然而，在一些系统中，可以特别有利的是将固定频率设置到大于约100Hz或甚至更高，因为更高的机器输出频率允许使用更小尺寸的变压器220，因而减小了成本并且允许更小的总设备尺寸。
图3中所示的配置的另一优点在于不存在由AC电网代码施行的VAR管理要求，因为发电机系统300完全与AC电网隔离。这意味着双馈感应发电机130、变换器210、和变压器220可以在尺寸上进行优化。例如，AC-AC变换器210可以是部分额定的，例如额定为小于涡轮功率的大约40％。在一些实施例中，与在常规系统中所需的50％额定值相比，可以将AC-AC变换器额定在低至涡轮功率的30％，最终的结果是更低的成本以及更高效率的操作。
可以合并来自上述类型的多个系统的输出以积聚由多个发电系统产生的功率。例如，所谓的风力发电厂可以包括如图3所示的多个风力驱动的发电系统，使得来自多个系统的DC输出直接束缚在一起和/或合并在附近的子电站中容纳的采集电路中。图8图示了一种可能的配置，在其中将来自多个系统300的DC总线直接束缚在一起并且馈送至子电站810。子电站810被配置为合并因而采集的DC功率，并且可以进一步被配置为将采集到的DC功率变换为另一DC电压或AC电压，以用于供应到配电网。
因为如上所述的发电机系统并不连接到AC电网并且不能通过单向整流器电路230从电网接收DC功率，需要功率源以在启动期间对系统提供功率。相应地，本发明的各种实施例包括备用功率源，其耦合到AC发电机并且被配置为在启动或重启期间对发电机系统提供功率。备用功率源可以是各种类型中的任意一种。在图9中示出了一个示例，在其中备用功率源905包括经由电池逆变器电路920被耦合到AC发电机130的电池910。在图10中示出了另一种可能性，在其中飞轮1010机械地耦合到AC发电机130。当然，这些方法的结合也是可能的。在图11中示出了另一可能的配置，在其中机械地耦合到AC发电机130的飞轮1010可以由电池1120与逆变器电路1110的组合进行供电。将理解的是，飞轮1010可以用来在正常操作的时间段期间对电池1120进行充电。
以上所述的系统还可以增加保护性设备或电路，诸如被设计为在电网故障的情况下控制机器场的电路，从而最小化发生在涡轮上的应力并且限制故障电流。在图12中示出了一个这样的电路，在其中整流器电路1210与晶体闸流管(thyristor)1220和撬棍(crowbar)电阻器1230合并。该电路被配置为在整流器电路的DC侧上发生故障的情况下，对转子电路去能(de-energize)。这通过点火晶体闸流管及耗散在撬棍电阻器中的能量而完成。作为另一示例，可以将例如电路断路器之类的保护性设备安装在变压器220的输出绕组与整流器电路230之间，从而在整流器电路的DC侧发生故障的情况下将发电机系统与DC电网隔离。被配置为对转子电路去能的电网故障保护电路(或其他多相电路)可以包括以上的任意一个，或者可以包括被配置为使用现有电路对转子电路去能的控制处理器，或者两者的组合。
将理解的是，以上所述的具体系统的其他变化和组合是可能的。例如，尽管上述系统在风力驱动的涡轮发电机的环境中进行了解释及说明，系统可以被适配用于其他基于涡轮的发电机系统，诸如潮汐发电厂。
本发明的各个实施例不仅扩展到像以上所述的那些的涡轮发电机系统，也扩展到用于操作这样的系统的方法。图11是图示了这样的实施例的示例的过程流程图，即用于直流(DC)功率生成的方法。如在框1110处所示，图示的方法包括提供双馈交流(AC)发电机，其具有第一多相电路(例如定子电路)和第二多相电路(例如转子电路)并且具有在第一多相电路与所述第二多相电路之间耦合的多相AC至AC变换器电路，使得双馈AC发电机和变换器电路被配置为提供基本上固定频率的电压输出。如在框1120处所示，来自固定频率的电压输出的电压水平例如使用与双馈AC发电机共同定位的变压器被充分地增大以向DC传输线提供功率。接下来，如在框1130处所示，使用与双馈AC发电机和变换器电路共同定位的整流器电路将所增大的电压变换为DC电压。整流器电路的输出被施加到DC传输线，如在框1140处所示。
以上所述的系统的多种变化也能够被应用至图13中所说明的方法。相应地，在各种实施例中，双馈AC发电机可以是以下项中的一项：具有滑环的绕线转子感应发电机；双定子、鼠笼式感应发电机；以及具有无刷励磁的绕线转子感应发电机。
在一些实施例中，增大来自固定频率的电压输出的电压水平包括提供多相变压器，其具有耦合到AC发电机的定子电路的输入绕组并且具有耦合到单向整流器电路的输出绕组。在这些实施例中的一些中以及在一些其他实施例中，将所增大的电压变换为直流(DC)电压包括提供单向整流器电路，其与AC至AC变换器电路和变压器共同定位，耦合到多相变压器的输出绕组，并且被配置为将来自变压器输出绕组的AC变换为直流(DC)。
如以上讨论的，AC至AC变换器电路可以是间接变换器，包括多相AC至DC变换器、多相DC至AC变换器、以及在多相AC至DC变换器与多相DC至AC变换器之间的DC环节。在一些实施例中，AC至AC变换器电路被配置为将转子绕组的可变电压、可变频率的输出在三相变压器的输入绕组处变换为基本固定的频率输出。该固定频率输出例如可以是在大约100Hz与大约600Hz之间的频率处。AC至AC变换器电路可以具有小于双馈AC发电机的功率额定值的大约40％的功率额定值。
在图13中说明的方法的一些实施例可以进一步包括提供备用功率源，其耦合到AC发电机并且被配置为在启动期间对涡轮发电机系统提供功率。在各种实施例中，该备用功率源可以包括以下项中的一项：经由电池逆变器电路耦合到AC发电机的电池；机械地耦合到AC发电机的飞轮；以及电池与飞轮的组合，其中电池被布置为对飞轮提供功率并且飞轮机械地耦合到AC发电机。
当然，应当理解的是，本发明并不由上述说明书所限制，其也不由所附附图限制。取而代之的是，本发明仅由下列权利要求及其法律等同物所限制。获取上述电路、系统、方法和其他变化和扩展，本领域技术人员将理解到上述说明书和所附附图表示本文教导的系统和装置的非限制性示例。由此，本发明并不由上述说明书及所附附图限制。取而代之的是，本发明仅由下列权利要求及其法律等同物所限制。

Claims (22)

1.一种涡轮发电机系统，包括：
双馈交流发电机，具有第一多相电路和第二多相电路；
多相AC至AC变换器电路，耦合在所述第一多相电路与所述第二多相电路之间，并且被配置为产生基本上固定频率的电压输出；
多相变压器，具有耦合到所述第一多相电路的输入绕组并且具有输出绕组，其中所述多相变压器被配置为增大来自所述多相AC至AC变换器电路的所述基本上固定频率的电压输出的电压，以便进行整流；
单向整流器电路，耦合到所述多相变压器的所述输出绕组并且被配置为将来自所述变压器的输出绕组的多相AC变换为直流；以及
备用功率源，所述备用功率源耦合到所述双馈交流发电机，并且被配置为在启动期间对所述涡轮发电机系统提供功率，其中所述备用功率源包括电池，所述电池经由电池逆变器电路耦合到所述双馈交流发电机，其中所述备用功率源还包括飞轮，所述飞轮机械地耦合到所述双馈交流发电机，其中所述电池被布置为对所述飞轮提供功率。
2.根据权利要求1所述的涡轮发电机系统，其中所述双馈交流发电机是以下项中的一项：
具有滑环的绕线转子感应发电机；
双定子绕组、鼠笼式感应发电机；
双定子绕组、同步磁阻发电机；以及
具有无刷励磁的绕线转子感应发电机。
3.根据权利要求1所述的涡轮发电机系统，其中所述多相AC至AC变换器电路是间接变换器，包括多相AC至DC变换器、多相DC至AC变换器、以及在所述多相AC至DC变换器与所述多相DC至AC变换器之间的DC环节。
4.根据权利要求1所述的涡轮发电机系统，其中所述多相AC至AC变换器电路被配置为将所述第二多相电路的可变电压、可变频率的输出在所述多相变压器的所述输入绕组处变换为基本上固定频率输出。
5.根据权利要求4所述的涡轮发电机系统，其中所述基本上固定频率输出是在40Hz与600Hz之间的频率处。
6.根据权利要求5所述的涡轮发电机系统，其中所述基本上固定频率输出是在大于100Hz的频率处。
7.根据权利要求1所述的涡轮发电机系统，其中所述多相AC至AC变换器电路具有小于所述双馈交流发电机的功率额定值的40％的功率额定值。
8.根据权利要求1所述的涡轮发电机系统，进一步包括电网故障保护电路，所述电网故障保护电路被配置为在所述单向整流器电路的DC侧上发生故障的情况下，对所述第二多相电路去能。
9.根据权利要求1所述的涡轮发电机系统，其中所述单向整流器电路经由保护设备被连接到所述多相变压器的所述输出绕组。
10.根据权利要求1所述的涡轮发电机系统，其中所述单向整流器电路是多相整流器电路。
11.根据权利要求1所述的涡轮发电机系统，其中至少所述多相AC至AC变换器电路、所述多相变压器、以及所述单向整流器电路被包围在单个壳体内或塔结构内。
12.一种发电系统，包括：
多个涡轮发电机系统，被配置为经由相应的DC总线提供直流功率；以及
采集电路，被连接到所述DC总线中的每个DC总线并且被配置为合并所提供的直流功率；
其中所述涡轮发电机系统中一个或多个的每一个涡轮发电机系统包括：
双馈交流发电机，具有第一多相电路和第二多相电路；
多相AC至AC变换器电路，耦合在所述第一多相电路与所述第二多相电路之间，并且被配置为产生基本上固定频率的电压输出；
多相变压器，具有耦合到所述第一多相电路的输入绕组并且具有输出绕组，其中所述多相变压器被配置为增大来自所述多相AC至AC变换器电路的所述基本上固定频率的电压输出的电压，以便整流；以及
单向整流器电路，耦合到所述多相变压器的所述输出绕组并且被配置为将来自所述变压器的输出绕组的多相AC变换为直流(DC)；以及
备用功率源，所述备用功率源耦合到所述双馈交流发电机，并且被配置为在启动期间对所述涡轮发电机系统提供功率，其中所述备用功率源包括电池，所述电池经由电池逆变器电路耦合到所述双馈交流发电机，其中所述备用功率源还包括飞轮，所述飞轮机械地耦合到所述双馈交流发电机，其中所述电池被布置为对所述飞轮提供功率。
13.根据权利要求12所述的发电系统，其中所述采集电路进一步包括变换器电路，所述变换器电路被配置为将所合并的直流功率变换为AC电压或与所合并的直流功率的直流电压不同的直流电压。
14.一种用于涡轮发电机系统的直流发电的方法，所述方法包括：
提供双馈交流发电机，所述双馈交流发电机具有第一多相电路和第二多相电路并且具有在所述第一多相电路与所述第二多相电路之间耦合的多相AC至AC变换器电路，使得所述双馈交流发电机和所述多相AC至AC变换器电路被配置为提供基本上固定频率的电压输出；
利用备用功率源来为所述双馈交流发电机提供功率，其中所述备用功率源包括电池，所述电池经由电池逆变器电路耦合到所述双馈交流发电机，其中所述备用功率源还包括飞轮，所述飞轮机械地耦合到所述双馈交流发电机，其中所述电池被布置为对所述飞轮提供功率；
充分地增大来自所述基本上固定频率的电压输出的电压水平，以便整流，以向DC传输线提供功率；
使用与所述双馈交流发电机和所述多相AC至AC变换器电路共同定位的单向整流器电路，将所增大的电压水平变换为直流电压；以及
向DC传输线施加所述直流电压。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述双馈交流发电机是以下项中的一项：
具有滑环的绕线转子感应发电机；
双定子绕组、鼠笼式感应发电机；
双定子、同步磁阻发电机；以及
具有无刷励磁的绕线转子感应发电机。
16.根据权利要求14所述的方法，其中增大来自所述基本上固定频率的电压输出的所述电压水平包括提供多相变压器，所述多相变压器具有耦合到所述双馈交流发电机的所述第一多相电路的输入绕组并且具有耦合到所述单向整流器电路的输出绕组。
17.根据权利要求16所述的方法，其中将所增大的电压变换为直流电压包括提供单向整流器电路，所述单向整流器电路与所述多相AC至AC变换器电路和所述多相变压器共同定位，耦合到所述多相变压器的所述输出绕组，并且被配置为将来自所述多相变压器输出绕组的AC变换为直流(DC)。
18.根据权利要求14所述的方法，其中所述多相AC至AC变换器电路是间接变换器，包括多相AC至DC变换器、多相DC至AC变换器、以及在所述多相AC至DC变换器与所述多相DC至AC变换器之间的DC环节。
19.根据权利要求14所述的方法，其中所述多相AC至AC变换器电路被配置为将转子绕组的可变电压、可变频率的输出在三相变压器的输入绕组处变换为基本上固定频率输出。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述基本上固定频率输出是在100Hz与600Hz之间的频率处。
21.根据权利要求14所述的方法，其中所述多相AC至AC变换器电路具有小于所述双馈交流发电机的功率额定值的40％的功率额定值。
22.根据权利要求14所述的方法，进一步包括提供备用功率源，所述备用功率源耦合到所述双馈交流发电机并且被配置为在启动期间对所述涡轮发电机系统提供功率。
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