CN109327164B - 功率分配系统 - Google Patents

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Abstract

一种功率分配系统包括：第一组功率转换器，其布置有相应成组功率输入，并且具有相应成组功率输出；以及至少一个控制器模块，其与第一组功率转换器通信地连接并且配置成可控地调整第一组功率转换器的功率转换，以及操作功率分配系统的方法。

Description

功率分配系统
技术领域
电功率系统(例如飞行器功率分配系统中发现的那些)使用功率生成系统或功率源(例如发电机)，用于生成向飞行器的系统和子系统供电的电力。当电力穿过电力汇流条以将功率从功率源输送到电力负载时，可控功率转换器确保输送到电力负载的功率满足对于负载或功率分配系统的设计功率标准。
背景技术
混合电推进系统将高电功率从发动机传递到飞行器上的远程位置(例如飞行器的尾端)。为了使越过距离的传输的损耗最小化，期望高压。但是，高压发电机通常包括高压绝缘等以防止电力故障，这可能增加功率系统和飞行器的重量。
发明内容
在一个方面，本公开涉及一种功率分配系统，该功率分配系统包括：第一组功率转换器，其布置有串联的相应成组功率输入，并且具有相应成组功率输出；以及至少一个控制器模块，其与第一组功率转换器通信地连接并且配置成可控地调整第一组功率转换器的功率转换，使得第一组功率转换器中的每个限制到预定功率量。
在另一方面，本公开涉及一种操作功率分配系统的方法，包括：通过串联布置的成组功率转换器获取大功率供应；通过成组功率转换器将大功率供应的一部分转换成相应成组功率转换器输出；通过成组功率传感器感测由功率转换器的子集转换的功率量；通过控制器模块比较相应的感测功率量与阈值功率值；以及当相应的感测功率量超过阈值功率值时通过控制器模块限制由功率转换器的子集转换的功率量，使得每个相应功率转换器获取限制到大功率供应的预定量。
在又一方面，本公开涉及一种操作功率分配系统的方法，包括：通过第一组功率转换器获取大于2千伏直流(DC)或1千伏交流(AC)相电压的高功率输出；以及通过第一组功率转换器将高功率输出动态转换成相应第一组低功率输出。动态转换使第一组功率转换器中的每个能够转换高功率输出的基本相等部分。
技术方案1.一种功率分配系统，包括：
第一组功率转换器，其布置有串联的相应成组功率输入，并且具有相应成组功率输出；以及至少一个控制器模块，其与所述第一组功率转换器通信地连接并且配置成可控地调整所述第一组功率转换器的功率转换使得所述第一组功率转换器中的每个限制到预定功率量。
技术方案2.根据技术方案1所述的功率分配系统，其中，所述功率分配系统还包括与所述成组功率输入串联连接地布置的成组功率源。
技术方案3.根据技术方案2所述的功率分配系统，其中，所述成组功率源是低压功率源。
技术方案4.根据技术方案3所述的功率分配系统，其中，所述功率分配系统还包括第二组功率转换器，其适合于将来自所述成组功率源的低压功率转换成供应至所述第一组功率转换器的高压功率。
技术方案5.根据技术方案4所述的功率分配系统，其中，所述第一组功率转换器适合于将高压功率动态转换成供应至所述相应成组功率输出的较低压的功率。
技术方案6.根据技术方案5所述的功率分配系统，其中，低压功率等于或小于540伏特直流(DC)并且所述高压功率等于或大于1080伏特DC。
技术方案7.根据技术方案5所述的功率分配系统，其中，低压功率等于或小于230伏特交流(AC)并且所述高压功率等于或大于460伏特AC。
技术方案8.根据技术方案4所述的功率分配系统，其中，供应至所述第一组功率转换器的功率的总量大于2千伏DC。
技术方案9.根据技术方案1所述的功率分配系统，其中，所述功率分配系统还包括成组功率传感器，其与所述第一组功率转换器的至少子集连接并且适合于感测由所述第一组功率转换器的相应子集转换的功率。
技术方案10.根据技术方案9所述的功率分配系统，其中，所述控制器模块与所述成组功率传感器通信地连接并且比较由所述第一组功率转换器的所述相应子集转换的感测功率与阈值功率值。
技术方案11.根据技术方案10所述的功率分配系统，其中，所述控制器模块配置成动态控制所述第一组功率转换器的所述相应子集以在所述转换的感测功率满足所述阈值功率值时限制转换的功率量。
技术方案12.根据技术方案11所述的功率分配系统，其中，所述阈值功率值对于所述第一组功率转换器中的每个是功率的预定相等量。
技术方案13.根据技术方案1所述的功率分配系统，其中，所述功率分配系统还包括一个发电机和一个第一功率转换器，所述发电机适合于生成低压功率并且与第二功率转换器连接，所述第二功率转换器适合于将来自所述发电机的低压功率转换成供应至所述第一功率转换器的高压功率。
技术方案14.一种操作功率分配系统的方法，包括：
通过串联布置的成组功率转换器获取大功率供应；
通过所述成组功率转换器将所述大功率供应的一部分转换成相应成组功率转换器输出；
通过成组功率传感器感测由所述功率转换器的子集转换的功率量；
通过控制器模块比较相应的感测功率量与阈值功率值；以及
当所述相应的感测功率量超过所述阈值功率值时通过所述控制器模块限制由所述功率转换器的子集所转换的所述功率量，使得每个相应功率转换器获取限制到所述大功率供应的预定量。
技术方案15.根据技术方案14所述的方法，其中，所述方法还包括通过串联布置的成组发电机生成所述大功率供应，其中所述大功率供应超过2千伏DC。
技术方案16.根据技术方案14所述的方法，其中，所述方法还包括向相应成组电动马达供应所述大功率供应的转换部分。
技术方案17.一种操作功率分配系统的方法，包括：
通过第一组功率转换器获取大于2千伏DC或1千伏AC相电压的高功率输出；以及
通过所述第一组功率转换器将所述高功率输出动态转换成相应第一组低功率输出；
其中所述动态转换使所述第一组功率转换器中的每个能够转换所述高功率输出的基本相等部分。
技术方案18.根据技术方案17所述的方法，其中，所述方法还包括在成组发电机中生成第二组低压功率供应并且在第二组功率转换器中将所述第二组低压功率供应转换成串联布置的成组高压功率供应，从而合计成所述高功率输出。
技术方案19.根据技术方案18所述的方法，其中，所述方法还包括通过成组功率传感器感测由所述第一组功率转换器转换的功率量，其中所述动态转换至少部分基于所述感测。
技术方案20.根据技术方案19所述的方法，其中，所述方法还包括通过控制器模块比较相应的感测功率量与阈值功率值，并且在所述相应的感测功率量超过所述阈值功率值时通过所述控制器模块限制由所述第一组功率转换器的至少子集转换的功率量。
附图说明
在附图中：
图1是根据本文所述的各个方面的直流功率分配系统的示意图。
图2是根据本文所述的各个方面用于另一直流功率分配系统的成组功率源的示意图。
图3是根据本文所述的各个方面用于图2的直流功率分配系统的成组功率转换器和电动马达的示意图。
图4是根据本文所述的各个方面的交流功率分配系统的示意图。
图5是根据本文所述的各个方面用于另一交流功率分配系统的成组功率源的示意图。
图6是根据本文所述的各个方面用于图5的交流功率分配系统的成组功率转换器和电动马达的示意图。
图7是展示根据所述的各个方面操作功率分配系统的方法的流程图。
部件清单
10功率分配系统
12发电机
14马达
16发电机绕组
18发电机输出
20功率输入
22第一功率转换器
24功率输出
26传输线
28第二功率转换器
30功率输入
32功率输出
34晶体管桥接器
36马达绕组
110功率分配系统
112成组发电机
114成组马达
118发电机输出
120功率输入
122第一功率转换器
126传输线
128第二功率转换器
130功率输入
132功率输出
140功率变压器
142整流构件
144功率输出
146连接器
150电容器
152传感器
154控制器模块
156处理器
158存储器
160控制器模块
162处理器
164存储器
166通信连接
210功率分配系统
212成组发电机
220功率输入
222第一功率转换器
224功率输出
226传输线
228第二功率转换器
230功率输入
232功率输出
250电容器
252传感器
270功率输入
272三相逆变器
274功率输出
276功率输入
278三相转换器
280功率输出
290晶体管桥接器
292晶体管桥接器
300方法
310获取步骤320转换步骤330感测步骤340比较步骤350限制步骤。
具体实施方式
本公开的所述方面针对与功率分配网络或系统关联的方法和设备。其中可使用这种方法和设备的一个示例性环境包括但不限于用于飞行器的功率分配系统。虽然该描述主要针对用于飞行器的功率分配系统，但是它也可适用于使用功率分配系统的任何商业或住宅环境，其中将输入功率接收、(在必要时)作用(例如转换或改变)并且分配到一个或多个电力负载。
虽然将描述“成组的”各种元件，但是将会理解，“组”可包括任何数量的相应元件，包括仅一个元件。也如本文所使用，虽然传感器可描述为“感测”或“测量”相应值，但是感测或测量可包括确定指示相应值或者与其相关的值，而不是直接感测或测量值本身。感测或测量的值还可提供给额外构件。例如，值可提供给控制器模块或处理器，且控制器模块或处理器可对该值执行处理，以确定代表值或者代表所述值的电特性。
虽然本文中可使用例如“电压”、“电流”和“功率”的用语，但是对本领域的技术人员明显的是，这些用语在描述电路或电路操作的方面时可为可互换的。连接参照(例如附连、联接、连接和接合)要广义地理解，并且可包括元件的集合之间的中间部件以及元件之间的相对移动，除非另外指示。因此，连接参照不一定表示两个元件直接连接并且相互处于固定关系。在非限制性示例中，连接或断开可选择性地配置、连接或者可连接以提供、启用、禁用(等等)相应元件之间的电连接。非限制的示例性功率分配母线连接或断开可通过切换、母线联络逻辑或者配置成启用或禁用母线下游的电力负载的供能的任何其他连接器来启用或操作。
如本文所使用的那样，“系统”或“控制器模块”可包括至少一个处理器和存储器。存储器的非限制性示例可包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪速存储器或者一种或多种不同类型的便携式电子存储器(例如光盘、DVD、CD-ROM等)或者这些类型的存储器的任何适当组合。处理器可配置成运行任何适当程序或可执行指令，其设计成执行各种方法、功能性、处理任务、计算等，以允许或实现技术操作或者本文所述的操作。程序可包括计算机程序产品，其可包括用于携带或具有存储于其上的机器可执行指令或数据结构的机器可读介质。这种机器可读介质可为可由通用或专用计算机或者具有处理器的其他机器访问的任何可用介质。大体上，这种计算机程序可包括例程、程序、对象、构件、数据结构、算法等，其具有执行特定任务或者实现特定抽象数据类型的技术效果。
示例性附图仅为了说明的目的，且所附的附图中反映的尺寸、位置、顺序和相对大小可改变。
如图1中所示，功率分配系统10大体上包括功率源(示为发电机12)和电力负载(示为马达14)。在本公开的一个非限制性方面，发电机12可包括成组功率生成绕组，示为交流(AC)发电机绕组16，当发电机12操作时，其在发电机输出18处生成、供应或者提供电功率。虽然示出具有AC发电机绕组16和AC输出18的发电机12，但是本公开的方面可包括其中例如，直流(DC)发电机可提供DC输出。在本公开的又一非限制性方面，功率源可包括另一功率供应源，例如蓄电池、太阳能电池、燃料电池等等。
由功率源或发电机12供应的功率可导电地提供或供应给具有功率输入20和功率输出24的第一功率转换器22。在这个意义上，功率源的功率输出18可与第一功率转换器22的功率输入20导电地连接。第一功率转换器22的功率输出24还可通过成组导体(例如传输线26、汇流条等等)与第二功率转换器28导电地连接。传输线26示为具有不连续空间，以示出它们可跨越任何距离、甚至到扩展范围(例如米、千米等等)，但是理解为已连接。
第二功率转换器28还包括与第一功率转换器22的功率输出24或者传输线26连接的功率输入30，以及与电力负载或马达14导电地连接的功率输出32。马达14的非限制性方面可包括逆变器(示为晶体管桥接器34)，其被启用或可控地可操作以将由马达14接收或者由第二功率转换器功率输出32供应的DC功率逆变成AC功率(其进一步供应给马达14的成组AC绕组36)。在一个非限制性示例中，晶体管桥接器34可包括电容器50(其跨过桥接器输入设置)，或者晶体管桥接器可为马达驱动器。
在功率分配系统10的操作期间，发电机12在发电机输出18处向第一功率转换器22的功率输入20生成或供应功率(例如AC功率)。在一个非限制性示例中，发电机12或功率源可配置成生成230伏特AC的功率。如本文所使用的那样，向第一功率转换器的功率输入20供应的功率的非限制性功率特性可称作“低”压功率。在非限制性示例中，230伏特AC可处于“低”压功率。
第一功率转换器22被启用或者可控地可操作以将在功率输入20接收的功率(例如低压AC功率)转换成另一个或者不同功率(其供应给功率输出24)。由第一功率转换器22允许的功率转换的非限制性示例可包括升高或降低功率转换、DC到AC功率转换、AC到DC功率转换、切换操作等或者其组合。在所示的示例中，第一功率转换器22可适合于将在功率输入20处接收的230伏特AC转换成1080伏特DC、2160伏特DC或者大于2160伏特DC功率(其被供应给功率输出24)。在这个意义上，第一功率转换器22的非限制性方面可包括AC到DC功率转换器，其具有被启用以便将AC功率整流成DC功率的整流电路。在另一非限制性方面，第一功率转换器22可为升压转换器，即，升高所转换功率的功率转换器。如本文所使用的那样，由第一功率转换器22的功率输出24提供的功率的非限制性功率特性可称作“高”压功率。在非限制性示例中，1080伏特、2160伏特或者大于2160伏特的DC电压可为“高”压功率。
由第一功率转换器22的功率输出24供应的高压功率通过传输线26提供给第二功率转换器28的功率输入30。第二功率转换器28可被启用或者可控地可操作以将在功率输入30处接收的功率(例如高压DC功率)转换成另一个或者不同功率(其被供应给功率输出32)。由第二功率转换器28允许的功率转换的非限制性示例可不同于由第一功率转换器22允许的功率转换。因此，由第二功率转换器28允许的功率转换的非限制性示例可包括升高或降低功率转换、DC到DC功率转换、切换操作等或者其组合。在所示的示例中，第二功率转换器28可适合于将在功率输入30处接收的1080伏特、2160伏特或者大于2160伏特DC转换成向功率输出32(“低压”功率输出)供应的30至540伏特DC功率。在这个意义上，第二功率转换器28的非限制性方面可包括DC到DC功率转换器，其降低转换成另一低压DC功率的功率。
由第二功率转换器28的功率输出32供应的低压DC功率被提供给功率负载或马达14，其中晶体管桥接器34可操作以将低压DC功率逆变成AC功率(其被提供给成组马达绕组36)。晶体管桥接器34操作的非限制性示例可包括例如向马达绕组36提供起动功率或者向马达绕组36提供运行或操作(即，非起动)功率。晶体管桥接器34的特定操作或者其控制与本公开没有密切关系。
图2和图3示出根据本公开的另一方面的另一功率分配系统110。功率分配系统110与功率分配系统10相似；因此，相似部件将采用增加100的相似标号来标识，其中要理解，功率分配系统10的相似部件的描述适用于功率分配系统110，除非另外说明。功率分配系统110与功率分配系统10相比的一个差异在于，功率分配系统110包括成组发电机112以及成组电力负载(例如成组电动马达116)。图2示出功率分配系统110的成组发电机112和第一功率转换器122，而图3示出功率分配系统110的成组第二功率转换器132以及成组电力负载或电动马达114。
如图2中所示，成组发电机112可向公共(例如单个)的第一功率转换器122的对应组的功率输入120提供其相应发电机功率输出118。第一功率转换器122可包括相应功率变压器140和整流构件142，其示意地示出并且按顺序布置有相应功率输入120。在这个意义上，一个功率变压器140和一个整流构件142的相应组可与相应发电机功率输出118、第一功率转换器122的相应功率输入120或者其组合相关联。本公开的非限制性方面可包括，其中功率变压器140可包括功率电子变压器、升高电压变压器、隔离变压器等或者其组合，并且其中整流构件142可包括整流器桥接器等等。功率变压器140和整流构件142的每个相应组可具有功率输出144，其中来自功率变压器140和整流构件142的相应组中的每一者的每个功率输出144通过导电连接器146串联连接。
因此，本公开的非限制性方面可被认为包括其中功率变压器140和整流构件142的相应组配置成或者可操作成在相应第一功率转换器输入120处接收低压发电机功率输出118、通过功率变压器140升高电压，并且通过整流构件142将升高的电压整流成高压DC功率输出144。成组高压功率输出144和连接器146的串联配置将高压DC功率输出合计成母线电压，其在第一功率转换器122的总功率输出处提供给传输线126。如图所示，本公开的非限制性方面可包括成组电容器150，其跨过整流构件142的至少子集的功率输出144设置。
虽然示出成组的四个发电机112，但是将会理解，本公开的方面可包括，其中可包括任何数量的发电机。在上述示例中，对于所示的1080或2160伏特DC(例如大于2千伏DC)下的组合功率输出，每个相应功率输出144可提供270伏特DC。本公开的非限制性方面可包括，其中例如组合功率输出124备选地作为功率来测量。可包括额外或备选的功率、电流或电压。虽然成组发电机112基本上相似地示出或者在额定功率、功率输出或电输出特性方面可基本上相似，但是本公开的非限制性方面可包括，其中可包括成组的不相似或者不类似的发电机112、备选功率源(例如蓄电池、太阳能电池、燃料电池等)或者其组合，以提供不相似的发电机输出118特性。在本公开的又一非限制性方面，可包括具有单组发电机绕组16的发电机12或者具有多组发电机绕组16的发电机12的任何组合或置换。另外，虽然示出单个第一功率转换器122，但是本公开的非限制性方面可包括，其中包括成组功率转换器122，每个功率转换器122具有至少一个功率变压器140、整流构件142或者其组合，并且与至少一个发电机12、功率源、发电机功率输出118等等关联。本公开的非限制性方面可包括成组电容器150，其跨过第二功率转换器(参见图2)的至少子集的功率输入130设置。
图3示出功率分配系统110的另一方面。如图所示，功率分配系统110可包括与相应成组功率负载(例如马达14)关联的成组第二功率转换器128。传输线126可与用于成组第二转换器(各自具有串联布置的独立的相应功率输入130)的功率输入30连接。
第二功率转换器128的至少子集可包括具有处理器156和存储器158的控制器模块154，其配置成允许或者可操作地控制相应第二功率转换器128的功率转换、操作或技术效果。第二功率转换器128的至少子集还可包括传感器152，包括但不限于电压传感器、电流传感器、功率传感器等等。传感器的非限制性方面可包括，其中传感器配置成或者适合于对于相应第二功率转换器128的功率输入130或功率输出或者相应第二功率转换器128中的至少一者来感测或测量所消耗功率、所转换功率、所输送功率或者其相关感测或测量。虽然传感器152示意地示为第二功率转换器128的子构件，但是本公开的非限制性方面可包括，其中传感器与成组第二功率转换器128中的至少一个关联，例如与功率输入130、功率输出132或者其组合并列(in-line)。
成组传感器152、成组控制器模块154或者其组合还可通过成组通信连接166连接到功率分配系统控制器模块160，其具有处理器162和存储器164。在这个意义上，成组传感器152、成组控制器模块154或者其组合可向总体系统控制器模块160(例如，其能可控地操作或者允许独立的第二功率转换器128的操作)传递指令、感测或测量的值等等。成组第二功率转换器128能可操作地将在功率输入30、130处接收的功率的至少子集转换成另一功率，其被提供给相应功率输出132，如本文所述的那样。
本公开的非限制性方面可包括，其中成组马达114的每个相应马达14可与独立的第二功率转换器128关联。在本公开的另一个非限制性方面，第二功率转换器128的子集可组合在单个功率转换器128中。另外，虽然示出独立的马达14，但是本公开的方面可结合或者包括在具有多组马达绕组36的马达中，其中多组马达绕组36的至少子集从第二功率转换器128接收功率。
在操作期间，可能期望确保成组马达114中的每个从传输线126接收功率的一致或预定量或供应。因此，可动态操作成组第二功率转换器128以可控地调整功率转换或者由相应第二功率转换器128转换的功率，以便在需要时限制所转换、所消耗或者另外使用的功率。本公开的非限制性方面可被认为包括，其中例如功率的预定量或供应在不同的马达14之间改变，或者其中对于每个相应马达14的功率的预定量或供应基本上相等。如本文所使用的那样，功率的“基本上相等的”供应可包括预定容差(包括但不限于百分之一容差)内的相等功率量。
因此，本公开的非限制性方面可被认为包括，其中在功率分配系统110的操作或者功率转换操作期间，传感器152可感测或测量与由相应第二功率转换器128接收、转换或消耗的功率相关的值。该感测或测量的值或者代表其的另一个值或信号可提供给相应第二功率转换器128的控制器模块154、系统控制器模块160或者其组合中的至少一个。相应第二功率转换器128的控制器模块154、系统控制器模块160或者其组合然后可确定感测值是否根据相应第二功率转换器128接收、转换或消耗的期望功率，以及在需要时生成或修改控制指令，以限制由相应第二功率转换器128接收、转换或消耗的功率。
如本文关于阈值所使用的用语“满足”意味着感测值等于或大于功率阈值或者处于功率阈值范围内(例如容差内)。将会理解，这种确定可易于改变成通过正/负比较或者真/假比较来满足。
在一个非限制性示例中，确定感测值是否根据期望功率可包括比较感测值以及与相应第二功率转换器128相关联的功率阈值。在其中例如感测值超过或满足功率阈值的情况下，控制器模块154、160可生成或修改控制指令以限制由相应第二功率转换器128接收、转换或消耗的功率。在另一非限制性示例中，确定感测值是否根据期望功率可包括比较来自成组传感器152的成组感测值，以及将值相互比较，或者成组感测值之间的合计或差异计算。例如，在一个非限制性情况下，用于顺序地上游第二功率转换器128的第一感测功率值可与用于下游第二功率转换器128的第二感测功率值比较，以确保相应上游和下游第二功率转换器128从传输线126接收期望或基本上相等的功率。
通过确保相应第二功率转换器128被限制到所接收的预定功率量，本文所述的功率分配系统110可确保、容许或允许系统110使得每个功率负载或电动马达14可在操作期间接收由传输线126供应的功率的预定或相等份额，而不管其他功率负载或电动马达14所期望的功率。当马达14通常期望额外功率以开始操作时，本文所述的操作在电动马达14起动操作期间可为特别相关的。
图4示出根据本公开的另一方面的另一功率分配系统210。功率分配系统210与功率分配系统10、110相似；因此，相似部件将采用增加200的相似标号来标识，其中要理解，功率分配系统10、110的相似部件的描述适用于功率分配系统210，除非另外说明。一个差异在于，功率分配系统210包括适合于在发电机12与电动马达14之间传送三相功率的成组传输线226。
如图所示，发电机12的功率输出18可提供给第一功率转换器222的功率输入220。第一功率转换器222可如本文所述操作。第一功率转换器222的功率输出224可与三相逆变器272的功率输入270连接，三相逆变器272适合于或配置成将第一功率转换器222的高压DC功率输出224逆变成高压三相功率输出274(其被提供给三相传输线226(利用相‘A’、‘B’和‘C’表示))。
三相传输线226还可与三相转换器278的功率输入276连接，三相转换器278适合于将由传输线226接收的高压三相功率整流成高压DC功率(其被提供给转换器功率输出280)。三相转换器功率输出280可与第二功率转换器228的功率输入230连接，第二功率转换器228如本文所述将高压DC功率转换成功率输出232处的低压DC功率。
图5和图6示出功率分配系统210的另外的方面。如图5所示，第一功率转换器222可包括与成组发电机112中的每个相应发电机12关联的功率变压器140和整流构件142，如本文所述的那样。如图所示，来自整流构件142的相应高压功率输出224可与三相逆变器272的相应高压功率输入270连接。每个高压功率输入270可包括电容器250，其跨过高压功率输入270设置。成组高压功率输入270可形成用于晶体管桥接器290的功率输入的基础，该晶体管桥接器启用、配置或者另外可操作以接收高压功率输入270的串联布置并且将高压功率输入270逆变成460伏特、920伏特、1千伏或以上的AC的高压多相功率输出274。如图所示，晶体管桥接器290可包括三相桥臂298、线路等等，其中成组桥臂298可代表高压多相功率输出274的相应相。在一个非限制性示例中，高压多相功率输出274可大于920伏特AC(例如1千伏AC相电压)。晶体管桥接器290的特定操作或者其控制与本公开没有密切关系。
现在转到图6，三相逆变器272的多相高压功率输出274可通过三相转换器278的高压功率输入276(在460伏特、920伏特、1000伏特或以上伏特AC的相电压下)接收。如图所示，三相转换器278可包括晶体管桥接器292，其被启用、配置或者另外可操作以接收多相高压功率输入276，并且将高压三相功率转换或整流成成组或一系列高压DC功率输出285。如图所示，晶体管桥接器292可包括三相桥臂299、线路等等，其中成组桥臂299可代表高压功率输入276的相应相。晶体管桥接器292的特定操作或者其控制与本公开没有密切关系。高压DC功率输出285可连接到第二功率转换器228的相应成组高压DC功率输入230，其可与本文所述的第二功率转换器128相似地操作。
虽然本公开的方面示出和描述功率分配系统210的三相功率传输，但是功率分配系统210的非限制性方面可包括，其中可基于本公开包括任何数量的相或桥臂298、299。例如，本公开的非限制性方面可包括三相四线输电、具有中性线或中性点的三相功率传输等等。在具有中性传输线的三相功率传输的非限制性示例中，将会理解，晶体管桥接器290、292的另一个桥臂298、299或者部分可被包括并且操作以提供中性线。设想了额外示例。
图7是示出展示如本文所述操作功率分配系统10、110、210的方法300的流程图。该方法可包括在310处通过串联布置的成组功率转换器(例如成组第二功率转换器22、122、222)获取大功率供应(例如由传输线26、126、226接收的高压功率)。随后，方法300可包括在320处通过成组功率转换器将大功率供应的一部分转换成相应成组功率转换器输出(例如第二功率转换器功率输出32、132、232)。方法300还可包括在330处通过成组功率传感器(例如传感器152、252)感测由功率转换器的子集转换的功率量。方法300然后可在340处通过控制器模块154、160、254、260比较相应的感测功率量与阈值功率值来操作。最后，方法300可在350处，当相应的感测功率量超过阈值功率值时通过控制器模块154、160、254、260限制功率转换器的子集转换的功率量，使得每个相应功率转换器获取被限制到大功率供应的预定量。
绘出的顺序仅为了便于说明，而决不意在限制方法300，因为要理解，该方法的部分可按照不同逻辑顺序进行，可包括额外或中间部分，或者该方法的所述部分可分为多个部分，或者该方法的所述部分可省略，而不会有损于所述方法。例如，所公开的方法300的非限制性方面可包括通过串联布置的成组发电机112、212生成大功率供应，其中大功率供应超过2千伏DC或1千伏AC相电压。方法300的另一个非限制性方面可包括向相应成组电动马达114、214供应大功率供应的转换部分。
在该方法的另一个非限制性方面，该方法可包括通过第一组功率转换器(例如成组第二功率转换器28、128、228)获取大于1080伏特DC、2160伏特DC(例如大于2千伏DC)、460伏特AC相电压、920伏特AC相电压或者大于1千伏AC相电压的高压功率输出，并且通过第一组功率转换器(例如成组第二功率转换器28、128、228)将高功率输出动态转换成相应第一组低功率输出(例如功率输出32、132、232)。在该示例性方法中，动态转换允许成组功率转换器中的每个转换高功率输出的基本相等部分。
额外或备选方法步骤还可包括在成组发电机112、212中生成第二组低压功率供应，并且在第二组功率转换器(例如第一组功率转换器22、122、222)中将第二组低压功率供应转换成串联布置的成组高压功率供应，从而合计成高功率输出。动态转换可至少部分基于通过传感器152、252的感测步骤。控制器模块154、160、254、260可比较相应的感测功率量与阈值功率值，并且在相应的感测功率量超过阈值功率值时通过控制器模块154、160、254、260限制由第一组功率转换器的至少子集转换的功率量。
除了上述附图所示之外的许多其他可能的方面和配置由本公开设想。另外，本公开的非限制性方面可包括，其中根据需要或期望可在功率分配系统中包括任何数量的功率发电机系统(例如三个发电机系统、四个发电机系统、五个发电机系统等)。另外，各种构件的设计和放置可重新布置，使得可实现多种不同并列配置。
本文所公开的方面提供一种用于功率分配系统的方法和设备，该功率分配系统配置或适合用于生成低压功率并且操作低压功率负载(例如电动马达)，同时通过高压传输线越过较长距离分配或传送功率。可在上述方面实现的一个优点在于，适应特殊功率分配需要可减少不必要或冗余功率分配构件的数量，同时提供相当水平的功率分配特性或冗余度。另外，通过利用高压DC输电，传输电缆重量可减小，从而导致功率分配系统的减小重量。
本公开的另一个优点在于，通过利用低压发电机和低压马达，相应发电机和马达无需高压绝缘，从而进一步减小重量和复杂度。
串联组合电压输出可使高压功率可用于消耗较高功率的功率负载(例如混合系统)，其例如为飞行器提供起飞、升高或推进辅助或者直接能量系统。
当设计飞行器构件时，要解决的重要因素是尺寸、重量和可靠性。上述功率分配系统导致更低重量、更小尺寸、增加性能并且因而增加可靠性的系统。更少数量的部件和减少的维护将导致更低产品成本和更低操作成本。减小的重量和尺寸与飞行期间的竞争优点相关。
就尚未描述的方面来说，各个方面的不同特征和结构可根据需要与其他方面组合使用。一个特征不可在全部方面示出并不意在理解为它不可那样，而是为了描述的简洁起见而进行。因此，不同方面的各种特征可根据需要来混合和匹配以形成新的方面，无论新的方面是否明确描述。本文所述特征的全部组合或置换由该公开涵盖。
该书面描述使用示例来描述本公开，包括最佳模式，并且还使本领域的技术人员能够实施本公开，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本公开可申请专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构元件，则意在使这些其它示例处于权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种功率分配系统，包括：
第一组功率转换器，其串联布置而限定功率转换器串且具有相应成组的单独功率输入和相应成组的单独功率输出；
总功率输入，其导电地连接到所述成组的单独功率输入；以及
至少一个控制器模块，其与所述第一组功率转换器通信地连接并且配置成可控地调整所述第一组功率转换器的功率转换使得所述第一组功率转换器中的每个限制到预定功率量。
2.根据权利要求1所述的功率分配系统，其特征在于，所述功率分配系统还包括与所述成组功率输入串联连接地布置的成组功率源。
3.根据权利要求2所述的功率分配系统，其特征在于，所述成组功率源是低压功率源。
4.根据权利要求3所述的功率分配系统，其特征在于，所述功率分配系统还包括第二组功率转换器，其适合于将来自所述成组功率源的低压功率转换成供应至所述第一组功率转换器的高压功率。
5.根据权利要求4所述的功率分配系统，其特征在于，所述第一组功率转换器适合于将高压功率动态转换成供应至所述相应成组的单独功率输出的较低压的功率。
6.根据权利要求5所述的功率分配系统，其特征在于，低压功率等于或小于540伏特直流(DC)并且所述高压功率等于或大于1080伏特DC。
7.根据权利要求5所述的功率分配系统，其特征在于，低压功率等于或小于230伏特交流(AC)并且所述高压功率等于或大于460伏特AC。
8.根据权利要求4所述的功率分配系统，其特征在于，供应至所述第一组功率转换器的功率的总量大于2千伏DC。
9.根据权利要求1所述的功率分配系统，其特征在于，所述功率分配系统还包括成组功率传感器，其与所述第一组功率转换器的至少子集连接并且适合于感测由所述第一组功率转换器的相应子集转换的功率。
10.根据权利要求9所述的功率分配系统，其特征在于，所述控制器模块与所述成组功率传感器通信地连接并且比较由所述第一组功率转换器的所述相应子集转换的感测功率与阈值功率值。
11.根据权利要求10所述的功率分配系统，其特征在于，所述控制器模块配置成动态控制所述第一组功率转换器的所述相应子集以在所述转换的感测功率满足所述阈值功率值时限制转换的功率量。
12.根据权利要求11所述的功率分配系统，其特征在于，所述阈值功率值对于所述第一组功率转换器中的每个是功率的预定相等量。
13.根据权利要求1所述的功率分配系统，其特征在于，所述功率分配系统还包括一个发电机和一个第一功率转换器，所述发电机适合于生成低压功率并且与第二功率转换器连接，所述第二功率转换器适合于将来自所述发电机的低压功率转换成供应至所述第一功率转换器的高压功率。
14.一种操作功率分配系统的方法，包括：
通过成组功率转换器获取大功率供应，所述成组功率转换器串联布置而限定功率转换器串且具有相应成组的单独功率输入，其导电地连接到总功率输入；
通过所述成组功率转换器将所述大功率供应的一部分转换成相应成组功率转换器输出；
通过成组功率传感器感测由所述功率转换器的子集转换的功率量；
通过控制器模块比较相应的感测功率量与阈值功率值；以及
当所述相应的感测功率量超过所述阈值功率值时通过所述控制器模块限制由所述功率转换器的子集所转换的所述功率量，使得每个相应功率转换器获取限制到所述大功率供应的预定量。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法还包括通过串联布置的成组发电机生成所述大功率供应，其中所述大功率供应超过2千伏DC。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法还包括向相应成组电动马达供应所述大功率供应的转换部分。
17.一种操作功率分配系统的方法，包括：
通过第一组功率转换器获取大于2千伏DC或1千伏AC相电压的高功率输出，所述第一组功率转换器串联布置而限定功率转换器串且具有相应成组的单独功率输入，其导电地连接到总功率输入；以及
通过所述第一组功率转换器将所述高功率输出动态转换成相应第一组低功率输出；
其中所述动态转换使所述第一组功率转换器中的每个能够转换所述高功率输出的相等部分。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在成组发电机中生成第二组低压功率供应并且在第二组功率转换器中将所述第二组低压功率供应转换成串联布置的成组高压功率供应，从而合计成所述高功率输出。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法还包括通过成组功率传感器感测由所述第一组功率转换器转换的功率量，其中所述动态转换至少部分基于所述感测。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法还包括通过控制器模块比较相应的感测功率量与阈值功率值，并且在所述相应的感测功率量超过所述阈值功率值时通过所述控制器模块限制由所述第一组功率转换器的至少子集转换的功率量。
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