CN112075020A - 逆变器系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种逆变器系统，该逆变器系统包括：开关，在闭合状态和断开状态之间交替，以分别导通或阻断通过所述开关的电流；以及开关控制器，控制所述开关在所述闭合状态与断开状态之间的操作。在第一操作模式下，所述控制器控制所述开关的操作，以将直流电转换成来自每个所述开关的相同相位输出的单个共同相位的交流电，以利用所述单个相位的交流电为受电系统的较高需求负载供电。在第二操作模式下，所述控制器控制所述开关的操作，以将所述直流电转换成多个不同相位的交流电，以利用所述多个不同相位的交流电为所述受电系统的较低需求负载供电。每个所述开关输出所述多个相位中的不同相位。

Description

逆变器系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年5月1日提交的美国临时申请No.62/665,169的优先权，该申请的全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本文公开的主题的实施例总体上涉及逆变器。
背景技术
逆变器将一个电力波形转换成另一个电力波形，例如，将直流电(DC)转换成交流电(AC)。常规逆变器包括多个半导体开关(例如，绝缘栅双极晶体管、功率MOSFET、和/或类似物)，其由驱动器电路以交替方式接通和断开，以产生输出交流电波形。一些受电系统包括为受电系统的不同负载供电的不同逆变器。例如，一些车辆可包括为推进车辆的牵引电机供电的逆变器，并可包括为辅助系统和/或部件供电的不同逆变器。
发明内容
在实施例中，一种逆变器系统包括：多个开关，在闭合状态和断开状态之间交替，以分别导通或阻断通过所述开关的电流。所述系统包括：多个开关控制器，控制所述开关在所述闭合状态与断开状态之间的操作。在第一操作模式下，所述开关控制器控制所述开关的操作，以将直流电转换成来自每个所述开关的相同相位输出的单个共同相位的交流电，以利用所述单个相位的交流电为受电系统的较高需求负载供电。在第二操作模式下，所述开关控制器控制所述开关的操作，以将所述直流电转换成多个不同相位的交流电，以利用所述多个不同相位的交流电为所述受电系统的较低需求负载供电。每个所述开关输出所述多个相位中的不同相位。
在实施例中，一种方法包括：在第一操作模式下，利用多个开关控制器，使多个开关在闭合状态与断开状态之间交替，以将供应至所述开关的直流电传导为来自每个所述开关的相同相位输出的单个共同相位的交流电。所述方法还包括：在不同的第二操作模式下，利用所述多个开关控制器，使所述开关在所述闭合状态与断开状态之间交替，以将所述直流电转换成多个不同相位的交流电。每个所述开关输出所述多个相位中的不同相位。在所述第一操作模式下产生的所述单个共同相位的交流电被供应至作为较高需求负载的受电系统；以及在所述第二操作模式下产生的所述多个不同相位的交流电被供应至作为较低需求负载的所述受电系统。
在实施例中，一种车辆逆变器系统包括：多个开关，在闭合状态与断开状态之间交替以分别导通或阻断通过所述多个开关的电流。所述系统包括：多个开关控制器，控制所述开关在所述闭合与断开状态之间的操作。在第一操作模式下，所述开关控制器控制所述开关的操作以将直流电转换成来自每个所述开关的相同相位输出的单个共同相位的交流电，以利用所述单个相位的交流电为车辆系统的推进产生负载供电。在第二操作模式下，所述开关控制器控制所述开关的操作以将直流电转换成多个不同相位的交流电，以利用所述多个不同相位的交流电为所述车辆系统的非推进产生负载供电。每个所述开关输出所述多个相位中的不同相位。
在本文描述的主题的实施例中，一种逆变器系统包括：多个开关，能够在闭合状态与断开状态之间控制，以分别导通或阻断通过所述开关的电流；以及多个开关控制器，控制所述开关在所述闭合状态与断开状态之间的操作。在第一操作模式下，所述开关控制器控制所述开关的操作以将第一直流电转换成来自所有所述开关的单个共同的第一电力输出，以利用所述第一电力输出为受电系统的较高需求负载供电。在第二操作模式下，所述开关控制器控制所述开关的操作以将所述第一直流电转换成多个第二电力输出，以利用所述第二电力输出为所述受电系统的一个或多个较低需求负载供电。每个所述开关输出不同的所述多个第二电力输出之一，所述第二电力输出具有不同的电压水平或与每个其他第二电力输出不同的波形。
附图说明
通过参照附图阅读以下非限制性实施例的描述，将更好地理解当前描述的主题，其中以下：
图1是根据一个实施例的受电系统的逆变器系统的示意图；
图2是根据一个实施例的逆变器系统在第一操作模式下操作的图示；
图3是根据一个实施例的逆变器系统在第二操作模式下操作的图示；
图4是根据一个实施例的受电系统的多个逆变器组的示意图；
图5是图4的多个逆变器组在第一操作模式下操作的图示；以及
图6是根据一个实施例的受电系统的逆变器系统的操作方法的流程图。
具体实施方式
在此描述的发明主题提供了一种逆变器系统，该逆变器系统可以用于为受电系统的一个或多个负载供电。逆变器系统在使用相同硬件的情况下，以不同的操作模式操作以对受电系统的不同负载供电。逆变器系统包括多个开关和多个开关控制器，所述多个开关控制器控制每个开关在断开状态和闭合状态之间的操作。在第一操作模式下操作时，逆变器系统的每个开关可以将来自电源的直流电转换成单个共同相位的交流电，以便为受电系统的较高需求负载供电。可替代地，在第二操作模式下操作时，同一逆变器系统的相同开关中的每个开关可以将直流电转换成多个不同相位的交流电，以便为受电系统的较低需求负载供电。
参考附图，在若干视图中，相似的附图标记表示相同或相应的部分。然而，在不同视图中包括类似元素并不意味着给定的实施例必须包括这些元素或本发明的所有实施例必须包括这些元素。
图1是受电系统10的一个实施例的示意图。受电系统10包括逆变器系统100和DC链路母线120。在一个实施例中，受电系统10可以是车辆或车辆电力系统(例如，汽车、采矿车辆、轨道车辆、船舶或其他自推进车辆)，并且逆变器系统100可以用于为负载(例如，牵引电机、辅助系统或部件、其他负载等)供电。可替代地，受电系统10可以是固定的发电系统。逆变器系统100包括彼此电耦接的多个开关102、104、106。在一个或多个实施例中，开关102、104、106可以以并联电连接或串联电连接而彼此电耦接。
在所示的实施例中，逆变器系统100是具有若干相位模块组件的多相位逆变器。例如，逆变器系统100可以是具有三个相位模块组件的三相逆变器。可选地，逆变器系统100可以具有任意数量的相位模块组件。在一个或多个实施例中，每个开关102、104、106可以是集成在壳体中的封装绝缘栅双极晶体管(IGBT)和反平行二极管、或另一种固态的基于半导体的器件。可选地，每个开关可以是功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、晶闸管等。在一个或多个实施例中，逆变器系统可以包括多个普通开关(例如，全部IGBT器件)、多个独特开关或者其中任意组合。在其他实施例中，基于半导体的器件(开关)可以是碳化硅(SiC)器件和/或氮化镓(GaN)器件。
DC链路母线120与电源118(例如，电池等)可操作地耦接，电源118以直流电(DC)的形式向DC链路母线120供电。逆变器系统100的每个开关102、104、106通过导电板、迹线、总线等与母线120可操作地耦接。DC链路母线120向每个开关102、104、106提供DC，开关102、104、106将DC转换成一相交流电。可选地，DC链路母线120还可以提供逆变器系统100与处于受电系统10外部的一个或多个系统、部件、电源等之间的电连接。
每个开关102、104、106可操作地与开关控制器112、114、116耦接。每个开关控制器112、114、116分别控制每个对应开关102、104、106的操作。可选地，开关控制器112、114、116可以包括栅极驱动器，或者在本文中也被称为栅极驱动器。开关控制器112、114、116控制开关102、104、106在断开状态与闭合状态之间的操作。例如，当在断开状态下操作时，开关是断开的并且阻断电流经由该开关传导，当在闭合状态下操作时，开关是闭合的并且电流经由该开关传导。
每个开关控制器112、114、116与主控制器140可操作地耦接。主控制器140可以包括硬件电路，该硬件电路包括和/或连接至一个或多个处理器(例如，一个或多个现场可编程门阵列、一个或多个微处理器、和/或一个或多个集成电路)，该一个或多个处理器结合主控制器执行本文所描述的操作。主控制器140控制每个开关控制器112、114、116在断开状态或闭合状态之间的操作。例如，主控制器140可以向开关控制器112、114、116中的一个或多个发送控制信号，所述控制信号指示每个开关何时断开或闭合。主控制器140可以由受电系统10的操作者手动操作，或者主控制器140可以由一个或多个处理器、操作系统等自主操作。可选地，逆变器系统100可以不包括开关控制器112、114、116，主控制器140可以控制每个开关102、104、106的操作。可选地，逆变器系统100可以由一个或多个附加控制器或替代控制器控制。
开关控制器112、114、116控制开关102、104、106的操作以在不同的操作模式下操作逆变器系统100。例如，开关102、104、106可以提供多个不同相位的交流电、单个共同相位的交流电、多个不同相位的直流电、单个共同相位的直流电或者其中的组合，以便为受电系统10的一个或多个负载供电。下面更详细地描述基于逆变器系统100的操作模式每个开关102、104、106输出的交流电或直流电。
逆变器系统100与主开关110可操作地耦接。例如，每个开关102、104、106可操作地与主开关110耦接，使得每个开关提供的AC或DC被导引经过主开关110。主开关110将每个开关102、104、106转换的AC或DC导引到较高需求负载122或较低需求负载124。例如，相对于较低需求负载124，较高需求负载122可需要一定量的功率来操作。
逆变器系统100可以基于较高需求负载122或较低需求负载124中的哪一个需要被供电而在不同模式下操作。在一个实施例中，当在第一操作模式下操作时，开关控制器112、114、116可以指引开关102、104、106中的一个或多个断开和/或闭合，以从开关102、104、106中的一个或多个提供AC来为受电系统10的较高需求负载122供电。可替代地，当在不同的第二操作模式下操作时，开关控制器112、114、116可以指引开关102、104、106中的一个或多个开关断开和/或闭合，以从开关102、104、106中的一个或多个提供AC来为受电系统10的较低需求负载124供电。主开关110可以基于逆变器系统100在第一操作模式或第二操作模式下操作，将AC从逆变器系统100导引到较高需求负载122或较低需求负载124。
可替代地，在一个实施例中，当在第一操作模式下操作时，开关控制器112、114、116可以指引开关102、104、106中的一个或多个断开和/或闭合，以从开关102、104、106中的一个或多个提供具有第一电压水平和第一功率水平的直流电输出，来为受电系统10的较高需求负载122供电。可替代地，当在不同的第二操作模式下操作时，开关控制器112、114、116可以指引开关102、104、106中的一个或多个断开和/或闭合，以从开关102、104、106中的一个或多个提供多个不同的直流电输出，来为受电系统10的较低需求负载124供电。多个直流电输出可以具有比在第一操作模式下操作的开关102、104、106的直流电输出的第一电压水平和第一功率水平低的电压水平和/或功率水平。
在一个实施例中，逆变器系统100可以被配置为具有约1.7千伏(kV)至约4.5kV的电压范围和约300安培(A)至约650A的电流范围。可选地，逆变器系统100可以具有不同的功率输出，使得电压范围大于4.5kV和/或小于1.7kV、和/或电流范围大于650A和/或小于300A。在一个或多个实施例中，多个逆变器系统可以耦接在一起以实现不同的功率范围。例如，多个逆变器系统各自可以被配置为具有约1.7kV的电压，并且所耦接的逆变器系统能够实现约3.3kV和1800A的功率输出。在另一个实施例中，逆变器系统可以被配置为在300A下输出约500kW与约1350kW之间。在一个替代性实施例中，逆变器系统可以额定在650A下输出约1000kW与约3000kW之间。可选地，一个或多个逆变器系统可以具有替代的功率输出和/或功率输出范围。
图2是根据一个实施例的逆变器系统100在第一操作模式下操作的图示。在第一操作模式下操作的逆变器系统100为受电系统10的较高需求负载122提供单个共同的第一电力输出。例如，该第一电力输出可以是直流电输出或单相交流电输出。在第一操作模式下，开关控制器112、114、116控制开关102、104、106的操作，以将来自DC链路母线120的第一直流电转换为来自各个开关102、104、106的相同相位输出的单个共同相位的第一电力输出，以用单个相位的交流电为较高需求负载122供电。曲线图A是示出供应至逆变器系统100的第一直流电的曲线图。曲线图B示出了由第一开关102转换的交流电，曲线图C示出了由第二开关104转换的交流电，曲线图D示出了由第三开关106转换的交流电。曲线图A至D中的每一个具有表示时间的水平轴和表示电压的垂直轴。可选地，曲线图B至D可以分别示出由第一开关、第二开关和第三开关转换的直流电输出。
如曲线图A所示，随着图1的DC链路母线120向逆变器系统100供应的直流电的时间，母线功率220的线基本恒定。曲线图B、C和D示出了由各个开关102、104、106输出的交流电的交流波形。分别如曲线图B、C和D所示，第一开关102将直流电转换为第一开关输出202，第二开关104将直流电转换为第二开关输出204，第三开关106将直流电转换为第三开关输出206。各个第一、第二和第三开关输出202、204、206彼此具有共同的相位。例如，从每个开关102、104、106输出的交流电的相位可以是相同的相位。附加地，第一、第二和第三开关输出具有共同的电压幅度和共同的周期(例如，随时间的共同波形)。
曲线图E示出了第一、第二和第三开关输出202、204、206组合成单个共同相位208的交流电。例如，各个开关输出202、204、206加在一起而形成单个共同相位208的AC。单个共同相位208的电压幅度可以是第一、第二或第三开关输出202、204、206各自的电压的三倍。附加地，单个共同相位208具有与各开关输出202、204、206的相位共同的相位。共同相位208的波形具有与各个开关输出202、204、206的周期共同的时间周期。当在第一操作模式下操作以对受电系统10的较高需求负载122供电时，主控制器140控制每个开关一起串联或并联操作，使得每个开关102、104、106将直流电转换成单个共同相位208的交流电。例如，当在第一操作模式下操作时，逆变器系统100提供的功率量大于由单个开关102、104、106各自提供的功率量。单个开关被堆叠在一起或者彼此协调地提供功率，以相对于不在第一操作模式下操作的逆变器系统100提供增加的电流量。在所示实施例中，逆变器系统100包括三个开关102、104、106，这三个开关102、104、106将DC转换成单个共同相位208的交流电，以为受电系统10的较高需求负载122供电。可选地，逆变器系统100可以包括任意数量的开关，这些开关可以将直流电转换成具有任意电压幅度的单个共同相位的交流电。
图3是根据一个实施例的逆变器系统100在第二操作模式下操作的图示。逆变器系统100使用相同的硬件在第二操作模式下操作，为受电系统10的较低需求负载124提供多个电力输出。例如，电力输出可以是不同相位的三相交流电，用于为较低需求负载124中的一个或多个供电，或者电力输出可以是直流电输出，该直流电输出的电压和/或功率水平低于在第一操作模式下操作的逆变器系统100的直流电输出的电压和/或功率水平。
在第二操作模式下，开关控制器112、114、116控制开关102、104、106的操作，以将来自DC链路母线120的直流电转换成多个不同相位的交流电，以用多个不同相位的交流电为较低需求负载124供电。曲线图A是示出供应至逆变器系统100的直流电的曲线图。曲线图B示出了由第一开关102转换的交流电，曲线图C示出了由第二开关104转换的交流电，曲线图D示出了由第三开关106转换的交流电。曲线图A至D中的每一个具有表示时间的水平轴和表示电压的垂直轴。可选地，曲线图B至D可以分别示出由第一开关、第二开关和第三开关转换的直流电输出。
图3的曲线图A对应于图2的曲线图A。曲线图A示出随着DC链路母线120向逆变器系统100供应的直流电的时间，母线功率220的线基本恒定。曲线图B、C和D示出由各个开关102、104、106输出的交流电的交流波形。分别如曲线图B、C和D所示，第一开关102将直流电转换为第一开关输出302，第二开关104将直流电转换为第二开关输出304，第三开关106将直流电转换为第三开关输出306。第一、第二和第三开关输出302、304、306具有基本上共同的电压幅度和共同的时间周期，但具有不同的相位。在所示出的示例中，输出302、304、306的相位彼此偏离六十度。例如，第一开关输出302在时间T＝0处开始相位，第二开关输出304在时间T1处开始相位，第三开关输出306在时间T2处开始相位。可选地，第一、第二和第三输出302、304、306的交流波形可以具有与每个其他输出302、304、306不同的电压幅度和/或不同的周期。
曲线图E示出第一、第二和第三开关输出302、304、306组合成多个不同相位308的交流电，其用于为受电系统10的较低需求负载124供电。当在第二操作模式下操作以为受电系统10的较低需求负载124供电时，主控制器140控制每个开关102、104、106作为独立的开关操作，使得每个开关102、104、106将直流电转换成多个不同相位308的交流电。例如，当在第二操作模式下操作时，逆变器系统100提供的功率量与单个开关102、104、106各自提供的功率量基本相同。在所示出的实施例中，逆变器系统100包括三个开关102、104、106，这三个开关将DC转换成三个不同相位308的交流电，以为受电系统10的较低需求负载124供电。可选地，逆变器系统100可以包括任意数量的开关，这些开关可以将直流电转换成任意数量的不同相位的交流电。
在使用相同硬件的情况下，逆变器系统100可以提供单个共同相位以为较高功率负载供电，并且可以提供多个不同的单个相位以为较低功率负载供电。例如，逆变器系统100可以将相同的硬件用于第一操作模式和第二操作模式这两种操作模式而在第一操作模式或第二操作模式下操作。在使用相同硬件的情况下，主控制器140控制每个开关控制器112、114、116在断开状态与闭合状态之间的操作，以在第一操作模式下操作逆变器系统100(例如，为受电系统的较高需求负载供电)或在第二操作模式下操作逆变器系统100(例如，为受电系统的较低需求负载供电)。可选地，主控制器140可以控制开关控制器112、114、116的操作以在任意数量的不同操作模式下操作逆变器系统。
在一个实施例中，较高需求负载122可以是受电系统10的推进产生负载，其推进受电系统10的车辆。例如，第一操作模式在本文中也可以被称为牵引逆变器模式。当在牵引逆变器模式下操作时，逆变器系统100可以提供单个共同相位的交流电，以为受电系统10供电来推进受电系统10的车辆。
在一个实施例中，较低需求负载124可以是受电系统10的非推进产生负载。例如，第二操作模式在本文中也可以被称为辅助逆变器模式。当在辅助逆变器模式下操作时，逆变器系统100可以提供多个不同相位308的交流电，以为受电系统10供电来操作受电系统10的一个或多个系统。例如，逆变器系统100在辅助逆变器模式下操作时提供的功率量可以小于在牵引逆变器模式下操作时的功率量。例如，操作较高需求负载122所需的来自逆变器系统100的功率量可以大于操作较低需求负载124所需的来自逆变器系统100的功率量。在为较高需求负载122供电的第一操作模式(例如，牵引逆变器模式)下操作的逆变器系统100的单个共同相位输出208具有的电压幅度，大于在为较低需求负载124供电的第二操作模式(例如，辅助逆变器模式)下操作的逆变器系统100的多个不同相位输出308的各个电压幅度。
在一个或多个实施例中，主控制器140或开关控制器112、114、116可以控制开关102、104、106在不同于第一操作模式或第二操作模式的操作模式下操作。例如，可以控制逆变器系统100在第三操作模式下操作，使得第一和第二开关102、104将直流电转换成单个相位输出，第三开关106将直流电转换成与第一和第二开关102、104的单个相位输出不同的相位输出。可选地，开关102、104、106中的一个或多个可以将DC转换成交流电，该交流电的波形具有相对于一个或多个其他开关提供的交流电可以是共同的或独有的相位、周期和/或电压幅度。
在一个或多个实施例中，逆变器系统100可以包括经由开关控制器控制的一个或多个开关，并且受电系统10可以包括多个不同的逆变器系统，所述多个不同的逆变器系统可以与各其他逆变器系统耦接而构建块。例如，每个逆变器系统可以包括单个开关和控制该开关操作的开关控制器，并且可以用壳体或底盘(例如，用散热器、外部插头等)容纳、保持或包含。逆变器系统可以与一个或多个附加逆变器系统耦接，每个逆变器系统可以与各其他逆变器系统协同操作。多个不同的逆变器系统可以被保持在共同的插座或机架内，或者可以彼此分开。
图4是根据一个实施例的受电系统10的多个逆变器组400A、400B、400C的示意图。逆变器组400A、400B、400C中的每组包括多个开关和多个开关控制器。例如，第一逆变器组400A包括开关102、104、106和控制每个开关102、104、106操作的开关控制器112、114、116。第二逆变器组400B包括开关402、404、406和控制每个开关402、404、406操作的开关控制器412、414、416。第三逆变器组400C包括开关502、504、506和控制每个开关502、504、506操作的开关控制器512、514、516。在所示实施例中，受电系统10还包括控制每个逆变器组400A、400B、400C的每个开关控制器的操作的主控制器440。可选地，逆变器组400A、400B、400C中的一个或多个可以由替代的控制器、方法或系统控制。主控制器440可以由受电系统10的操作者手动控制，和/或可以由主控制器440的一个或多个处理器等用主控制器440的固件或软件来自主控制。
当在第一操作模式下操作时，逆变器组400A、400B、400C中的每个逆变器组将来自DC链路母线120的第一直流电转换成单个共同相位的交流电，其不同于每个其他逆变器组400A、400B、400C转换的单个共同相位的交流电。可选地，每个逆变器组400A、400B、400C可以将第一直流电转换成直流电输出。图5示出图4的多个逆变器组中的每个逆变器组在第一操作模式下操作。第一逆变器组400A将直流电转换成来自第一逆变器组400A的每个开关102、104、106的第一单个共同相位502A的交流电。例如，从第一逆变器组400A的每个开关输出的AC的相位可以是相同相位。来自每个开关102、104、106的每个输出被加在一起以产生第一单个共同相位502A的交流电。附加地，第二组400B将第一直流电转换成来自第二逆变器组400B的每个开关402、404、406的不同的第二单个共同相位502B的交流电。例如，从第二逆变器组400B的每个开关输出的AC可以处于相同的相位。来自每个开关402、404、406的每个输出被加在一起以产生第二单个共同相位502B。
第三逆变器组400C将第一直流电转换成来自第三逆变器组400C的每个开关502、504、506的第三单个共同相位502C的交流电。第三单个共同相位502C不同于第一相位502A和第二相位502B。来自每个开关502、504、506的每个输出被加在一起以产生第三单个共同相位502C。例如，从第三逆变器组400C的每个开关输出的AC的相位可以是相同的相位。共同相位502A、502B、502C中的每个可以用于用各个不同的单个相位502A、502B、502C的交流电为受电系统10的较高需求负载122供电。
在所示出的实施例中，每个逆变器组400A、400B、400C包括将直流电分别转换成具有基本相同的电压幅度的每个单个共同相位502A、502B、502C的三个开关。例如，每个单个共同相位502A、502B、502C具有可以是每个逆变器组的每个开关的电压的三倍的电压。可选地，逆变器组400A、400B、400C中的一个或多个可以具有少于三个或多于三个的开关。例如，具有两个开关的逆变器组可以将直流电转换成具有两倍于每个开关的交流电电压的电压的共同相位交流电。可选地，具有四个开关的逆变器组可以将直流电转换成具有四倍于每个开关的交流电电压的电压的共同相位交流电。
此外，每个逆变器组400A、400B、400C将直流电转换成具有不同相位的交流电。在所示实施例中，输出502A、502B、502C的相位彼此偏离六十度。例如，第一逆变器组400A具有在时间T＝0开始相位的第一单个共同相位502A，第二逆变器组400B具有在时间T1开始相位的不同的第二单个共同相位502B，以及第三逆变器组400C具有在时间T2开始相位的第三单个共同相位502C。在所示实施例中，每个逆变器组400A、400B、400C的波形输出具有基本共同的电压幅度和共同的时间周期，但是具有不同的相位。可选地，第一、第二和第三逆变器组400A、400B、400C可以具有任意配置的任意数量的开关，使得逆变器组可以输出相对于彼此具有共同或独有的电压幅度、周期和/或相位的波形。
每个逆变器组400A、400B、400C还与主开关450可操作地耦接。例如，逆变器组400A、400B、400C中的每一个与主开关450可操作地耦接，使得每个开关提供的AC被导引通过主开关450。主开关450将每个逆变器组400A、400B、400C转换的不同的单相AC导引至受电系统10的一个或多个不同的较高需求负载(未示出)。
在使用相同硬件的情况下，每个逆变器组400A、400B、400C可以操作，以提供单个共同相位的电力输出来为较高功率负载供电，或者提供多个不同的单个相位的电力输出来为较低功率负载供电。例如，每个逆变器组400A、400B、400C可以将相同的硬件用于第一操作模式和第二操作模式两种操作模式而在第一操作模式下或者在第二操作模式下操作。在使用相同硬件的情况下，主控制器可以控制每个逆变器组的每个开关控制器在断开状态与闭合状态之间的操作，以在第一操作模式下操作每个逆变器组(例如，为受电系统的较高需求负载供电)和/或在第二操作模式下操作每个逆变器组(例如，为受电系统的较低需求负载供电)。
在一个或多个实施例中，一个或多个逆变器系统100可以与两个或更多个不同的受电系统(未示出)可操作地耦接。例如，第一逆变器系统可以与车组的第一车辆可操作地耦接，第二逆变器系统可以与车组的第二车辆可操作地耦接。第一逆变器系统可以在第一操作模式下操作，以便将直流电转换成单个共同相位的电力输出(例如，交流电或直流电)以为第一车辆的较高需求负载(例如，可以用于推进车辆的推进产生负载)供电。第二逆变器系统可以在第二操作模式下操作，以便将直流电转换为多个不同相位的电力输出(例如，交流电输出或直流电输出)，以为第二车辆的较低需求负载(例如，可以用于为车辆辅助系统供电的非推进产生负载)供电。可选地，第一和第二逆变器组均可以在相同的第一或第二操作模式下操作。可选地，第一和第二逆变器组的操作可以由共同的主控制器控制，或者第一和第二逆变器组中的每一个可以由不同的主控制器控制。
此外，每个逆变器系统100可以具有相对于每个其他逆变器组的共同配置。例如，每个系统可以具有共同形状、尺寸、材料等的壳体(未示出)。此外，每个系统可以具有共同数量的散热器，其中每个散热器具有共同的品牌、型号、额定值、共同的位置、尺寸、形状等。例如，逆变器系统可以彼此互换使用，以基于需要被供电的受电系统的不同负载为受电系统的不同负载供电。
图6是根据一个实施例的操作受电系统的逆变器系统的方法的流程图600。在602，确定受电系统的较高需求负载是否需要被供电。较高需求负载可以是可用于推进受电系统的车辆的推进产生负载。可选地，较高需求负载可以是可以用于操作车辆或车辆系统的一个或多个系统的不同负载。可选地，较高需求负载可以是任意受电系统的任意可替代负载。如果需要对较高需求负载供电，则该方法的流程进行到604。可替代地，如果较高需求负载不需要被供电，则该方法的流程进行到608。
在604，逆变器系统的多个开关被多个开关控制器控制以便以第一操作模式操作逆变器系统。可选地，第一操作模式可以被称为牵引逆变器模式，其为受电系统的推进产生负载提供电力。开关控制器和/或主控制器控制每个开关在闭合状态与断开状态之间操作，以将第一直流电传导为来自所有开关的单个共同相位的第一电力输出，以利用第一电力输出为较高需求负载供电。该第一电力输出可以是单个相位的交流电或者可以是具有第一电压和第一功率水平的直流电输出。例如，当在第一操作模式下操作时，每个开关输出具有与来自每个其他开关的每个其他输出共同相位的电力。在606，每个开关输出被加在一起形成单个共同相位的逆变器系统，以利用单个共同相位的电力输出为受电系统的较高需求负载供电。
在608，确定受电系统的较低需求负载是否需要被供电。较低需求负载可以是受电系统的非推进产生负载。此外，较低需求负载可以是受电系统的负载，其需要的功率量小于为受电系统的较高需求负载供电所需的功率量。如果需要为较低需求负载供电，则该方法的流程进行到610。可替代地，如果较低需求负载不需要被供电，则该方法的流程进行到614，其中，不采取动作并且逆变器系统不用于为受电系统的负载供电。
在610，逆变器系统的多个开关被多个开关控制器控制以在第二操作模式下操作逆变器系统。可选地，第二操作模式可被称为辅助逆变器模式，其为受电系统的非推进产生负载供电。开关控制器和/或主控制器控制每个开关在闭合状态与断开状态之间操作，以将直流电传导为多个第二电力输出。所述多个第二电力输出可以是不同相位的三相交流电或者可以是具有比第一电力输出的直流电输出的第一电压和第一功率水平低或少的电压和/或功率水平的各个直流电输出。例如，当在第二工作模式下操作时，每个开关输出的电力输出相对于每个其他开关输出具有不同的相位。在612，来自每个开关的不同的电力输出(例如，AC输出或DC输出)被用于以多个不同相位的交流电对受电系统的较低需求负载供电。
可选地，多个开关和多个开关控制器可以被包括在单个逆变器组中，并且受电系统可以包括多个不同的逆变器组。不同的逆变器组中的每一个可以包括多个开关和多个开关控制器。此外，不同的逆变器组中的每个逆变器组可以将直流电转换成多个不同的单个相位的交流电或直流电输出。例如，第一组可以将直流电转换为第一单个共同相位的交流电，第二组可以将直流电转换为具有与第一组不同相位的不同的第二单个共同相位的交流电。
在本文所描述的主题的实施例中，一种逆变器系统包括在闭合状态与断开状态之间交替的多个开关，以分别导通或阻断电流经由所述多个开关的传导。该系统包括多个开关控制器，这些开关控制器控制所述多个开关在闭合状态与断开状态之间的操作。在第一操作模式下，开关控制器控制开关的操作以将直流电转换成来自每个开关的相同相位输出形成的单个共同相位的交流电，以利用所述单个相位的交流电为受电系统的较高需求负载供电。在第二操作模式下，开关控制器控制开关的操作，以将直流电转换成多个不同相位的交流电，以利用该多个不同相位的交流电为受电系统的较低需求负载供电。每个开关输出多个相位中的不同相位。
可选地，所述多个开关和所述多个开关控制器被包括在所述受电系统的多个逆变器组中的单个逆变器组中。每个所述逆变器组将直流电转换成相对于每个其他逆变器组的不同的单个相位的交流电，以利用所述多个不同的单个相位的交流电为所述受电系统的较高需求负载供电。
可选地，所述多个逆变器组中的第一逆变器组将直流电转换成来自所述第一逆变器组的每个开关的第一单个共同相位的交流电，所述多个逆变器组中的第二逆变器组将所述直流电转换成来自第二逆变器组的每个开关的不同的第二单个共同相位的交流电。
可选地，所述多个开关以并联电连接或串联电连接而彼此电耦接。
可选地，所述较高需求负载是推进受电系统的车辆的推进产生负载，所述较低需求负载是非推进产生负载。
可选地，当所述开关将直流电转换成来自每个开关的相同相位输出的单个共同相位的交流电时，所述逆变器系统在牵引逆变器模式下操作。
可选地，当所述开关将直流电转换成多个不同相位的交流电时，所述逆变器系统在辅助逆变器模式下操作。
可选地，所述逆变器系统还包括用于控制所述多个开关控制器操作的主控制器。主控制器指引所述多个开关控制器控制所述开关在闭合与断开状态之间的操作。
可选地，来自每个所述开关的所述相同相位输出被加在一起以用于所述较高需求负载的单个共同相位。
在本文所描述的主题的实施例中，一种方法包括：在第一操作模式下，利用多个开关控制器，使多个开关在闭合状态与断开状态之间交替，以将供应至所述开关的直流电传导为来自每个所述开关的相同相位输出的单个共同相位的交流电。所述方法还包括：在不同的第二操作模式下，利用所述多个开关控制器，使所述开关在所述闭合状态与断开状态之间交替，以将所述直流电转换成多个不同相位的交流电。每个所述开关输出所述多个相位中的不同相位。在所述第一操作模式下产生的所述单个共同相位的交流电被供应至作为较高需求负载的受电系统；以及在所述第二操作模式下产生的所述多个不同相位的交流电被供应至作为较低需求负载的所述受电系统。
可选地，所述多个开关和所述多个开关控制器被包括在所述受电系统的多个逆变器组中的单个逆变器组中。每个所述逆变器组将直流电转换成相对于每个其他逆变器组的不同的单个相位的交流电，以用所述多个不同的单个相位的交流电为所述受电系统的较高需求负载供电。
可选地，所述多个逆变器组中的第一逆变器组将直流电转换成来自第一逆变器组的每个开关的第一单个共同相位的交流电，所述多个逆变器组中的第二逆变器组将直流电转换成来自第二逆变器组的每个开关的不同的第二单个共同相位的交流电。
可选地，所述多个开关以并联电连接或串联电连接而彼此电耦接。
可选地，所述较高需求负载是推进所述受电系统的车辆的推进产生负载，所述较低需求负载是非推进产生负载。
可选地，所述方法还包括当所述多个开关将直流电转换成来自每个所述开关的相同相位输出的单个共同相位的交流电时以牵引逆变器模式操作。
可选地，该方法还包括当所述开关将直流电转换成多个不同相位的交流电时以辅助逆变器模式操作。
可选地，该方法还包括利用主控制器控制所述开关控制器的操作。所述主控制器指引所述开关控制器控制所述开关在闭合与断开状态之间的操作。
可选地，来自每个所述开关的相同相位输出被加在一起以用于所述较高需求负载的单个共同相位。
在本文所描述的主题的实施方式中，一种车辆逆变器系统包括：多个开关，在闭合状态与断开状态之间交替以分别导通或阻断通过所述多个开关的电流。所述系统包括：多个开关控制器，控制所述开关在所述闭合与断开状态之间的操作。在第一操作模式下，所述开关控制器控制所述开关的操作以将直流电转换成来自每个所述开关的相同相位输出的单个共同相位的交流电，以利用所述单个相位的交流电为车辆系统的推进产生负载供电。在第二操作模式下，所述开关控制器控制所述开关的操作以将直流电转换成多个不同相位的交流电，以利用所述多个不同相位的交流电为所述车辆系统的非推进产生负载供电。每个所述开关输出所述多个相位中的不同相位。
可选地，来自每个所述开关的相同相位输出被加在一起以用于较高需求负载的单个共同相位。
可选地，车辆逆变器系统还包括用于控制多个开关控制器操作的主控制器。主控制器指引多个开关控制器控制开关在闭合与断开状态之间的操作。
在本文所描述的主题的实施例中，一种逆变器系统包括：多个开关，能够在闭合状态与断开状态之间控制，以分别导通或阻断通过所述开关的电流；以及多个开关控制器，控制所述开关在所述闭合状态与断开状态之间的操作。在第一操作模式下，所述开关控制器控制所述开关的操作以将第一直流电转换成来自所有所述开关的单个共同的第一电力输出，以利用所述第一电力输出为受电系统的较高需求负载供电。在第二操作模式下，所述开关控制器控制所述开关的操作以将所述第一直流电转换成多个第二电力输出，以利用所述第二电力输出为所述受电系统的一个或多个较低需求负载供电。每个所述开关输出不同的所述多个第二电力输出之一，所述第二电力输出具有不同的电压水平或与每个其他第二电力输出不同的波形。
可选地，所述第一电力输出是单相交流电，所述第二电力输出是用于为一个或多个较低需求负载中的单个较低需求负载供电的不同相位的三相交流电，或者所述第一电力输出是具有第一电压和第一功率水平的直流电输出，所述第二电力输出是具有比所述第一电力输出的直流电输出的第一电压水平和第一功率水平低的电压水平和功率水平的相应直流电输出。
可选地，来自所有所述开关的单个共同的第一电力输出被加在一起为较高需求负载供电。
可选地，来自所有所述开关的电流被加在一起以用于单个共同的第一电力输出，以用该第一电力为所述受电系统的较高需求负载供电。
可选地，主控制器被配置为控制所述多个开关控制器的操作。所述主控制器指引所述多个开关控制器控制所述开关在闭合和断开状态之间的操作。
可选地，所述较高需求负载是推进受电系统的推进产生负载，所述较低需求负载是非推进产生负载。
在实施例中，如图1所示的受电系统是船舶或包括船舶，该船舶包括逆变器系统100和DC链路母线120。逆变器系统100被配置为转换送至或来自DC链路母线120的电力。所述船舶包括一个或多个电负载，所述电负载被配置为从所述母线和/或所述逆变器系统接收电力(例如，转换的电力)。此类负载可以包括辅助电机。此类负载还可以包括一个或多个牵引电机，其意指(在船舶的背景下)具有足够大的功率输出且单独或协同地布置/耦接、以沿着航向推进船舶移动的一个或多个电机。例如，一个或多个牵引电机可以可操作地耦接到螺旋桨驱动系统，使得当牵引电机接收指定的电力(在幅度和波形方面)时，它使螺旋桨旋转(例如，直接或通过轴/驱动/齿轮系统)用于轮船推进。其他负载可以包括泵、液压致动器等。
在实施例中，如图1所示的受电系统是轨道车辆或包括轨道车辆(例如，机车)，该轨道车辆包括逆变器系统100和DC链路母线120。逆变器系统100被配置为转换送至或来自DC链路母线120的电力。所述轨道车辆包括一个或多个电负载，所述电负载被配置为从所述母线和/或所述逆变器系统接收电力(例如，转换的电力)。这样的负载可以包括辅助电机。此类负载还可以包括一个或多个牵引电机，其意指具有足够大的功率输出且单独或协同地布置/耦接、以沿着路线推进轨道车辆移动的一个或多个电机。例如，一个或多个牵引电机可以可操作地耦接到各自的轴轮对(例如，通过大齿轮)，使得当牵引电机接收指定的电力(在幅度和波形方面)时，它使轴轮对的轮轴和轮旋转以使车辆沿轨道移动。其他负载可以包括泵、液压致动器、压缩机等。
应当理解，以上描述旨在是说明性的而非限制性的。例如，上述实施例(和/或其方面)可以彼此组合使用。此外，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本发明主题的教导而不偏离其范围。虽然本文所述的材料的尺寸和类型旨在限定本发明的主题的参数，但它们决不是限制性的，而是示例性实施例。在浏览以上描述后，许多其他实施例对于本领域普通技术人员将是显见的。因此，本发明主题的范围应参考所附权利要求以及这些权利要求所限制的等同物的全部范围来确定。在所附权利要求中，术语“包括”和“其中”用作相应术语“包含”和“其中”的简明英语等同物。此外，在随附权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，并且不旨在对其对象强加数字要求。另外，随附权利要求的限制不以装置加功能形式编写，并且不旨在基于35U.S.C§112(f)来解释，除非直到这样的权利要求限制明确地使用短语“用于...的装置”，之后为没有进一步结构的功能性陈述。
此书面描述使用示例来公开发明主题的若干实施例，包括最佳模式，并且还使得本领域的普通技术人员能够实践发明主题的实施例，包括制作和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。本发明主题的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域普通技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求的字面语言没有差异的结构元素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质差异的等同结构元素，则这样的其他示例旨在处于权利要求的范围内。
如在此所使用的，以单数形式列举并且以词语“一”或“一个”开始的元素或步骤应当被理解为不排除所述元素或操作的复数，除非这种排除被明确陈述。此外，对本发明的“一个实施例”的引用不旨在被解释为排除包含所记载的特征的附加实施例的存在。此外，除非明确相反地陈述，实施例“包括”、“包含”、或“具有”一个或多个具有特定性质的元素可以包括不具有该性质的附加此类元素。

Claims (20)

1.一种逆变器系统，包括：
多个开关，被配置为在闭合状态和断开状态之间交替，以分别导通或阻断通过所述开关的电流；以及
多个开关控制器，被配置为控制所述开关在所述闭合状态与所述断开状态之间的操作，
其中，在第一操作模式下，所述开关控制器被配置为控制所述开关的操作，以将直流电转换成来自每个所述开关的相同相位输出的单个共同相位的交流电，以利用所述单个相位的交流电为受电系统的较高需求负载供电，以及
其中，在第二操作模式下，所述开关控制器还被配置为控制所述开关的操作，以将所述直流电转换成多个不同相位的交流电，以利用所述多个不同相位的交流电为所述受电系统的较低需求负载供电，每个所述开关输出所述多个相位中的不同相位。
2.根据权利要求1所述的逆变器系统，其中，
所述多个开关和所述多个开关控制器被包括在所述受电系统的多个逆变器组中的单个逆变器组中，
每个所述逆变器组被配置为将所述直流电转换成相对于每个其他逆变器组的不同的单个相位的交流电，以利用所述不同的单个相位的交流电为所述受电系统的较高需求负载供电。
3.根据权利要求2所述的逆变器系统，其中，
所述多个逆变器组中的第一逆变器组被配置为将所述直流电转换成来自所述第一逆变器组的每个所述开关的第一单个共同相位的交流电，
所述多个逆变器组中的第二逆变器组被配置为将所述直流电转换成来自所述第二逆变器组的每个所述开关的不同的第二单个共同相位的交流电。
4.根据权利要求1所述的逆变器系统，其中，所述多个开关被配置为以并联电连接或串联电连接而彼此电耦接。
5.根据权利要求1所述的逆变器系统，其中，
所述较高需求负载是推进所述受电系统的车辆的推进产生负载，
所述较低需求负载是非推进产生负载。
6.根据权利要求1所述的逆变器系统，还包括主控制器，所述主控制器被配置为控制所述多个开关控制器的操作，
其中，所述主控制器被配置为指引所述多个开关控制器控制所述开关在所述闭合状态与所述断开状态之间的操作。
7.根据权利要求1所述的逆变器系统，其中，来自每个所述开关的所述相同相位输出被加在一起以用于所述较高需求负载的所述单个共同相位。
8.一种方法，包括：
在第一操作模式下，利用多个开关控制器，使多个开关在闭合状态与断开状态之间交替，以将供应至所述开关的直流电传导为来自每个所述开关的相同相位输出的单个共同相位的交流电；以及
在不同的第二操作模式下，利用所述多个开关控制器，使所述开关在所述闭合状态与所述断开状态之间交替，以将所述直流电转换成多个不同相位的交流电，其中，每个所述开关输出所述多个相位中的不同相位；
其中，在所述第一操作模式下产生的所述单个共同相位的交流电被供应至作为较高需求负载的受电系统；以及
在所述第二操作模式下产生的所述多个不同相位的交流电被供应至作为较低需求负载的所述受电系统。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，
所述多个开关和所述多个开关控制器被包括在所述受电系统的多个逆变器组中的单个逆变器组中，
每个所述逆变器组被配置为将所述直流电转换成相对于每个其他逆变器组的不同的单个相位的交流电，以利用所述不同的单个相位的交流电为所述受电系统的较高需求负载供电。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，
所述多个逆变器组中的第一逆变器组被配置为将所述直流电转换成来自所述第一逆变器组的每个所述开关的第一单个共同相位的交流电，
所述多个逆变器组中的第二逆变器组被配置为将所述直流电转换成来自所述第二逆变器组的每个所述开关的不同的第二单个共同相位的交流电。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述多个开关被配置为以并联电连接或串联电连接而彼此电耦接。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，
所述较高需求负载是推进所述受电系统的车辆的推进产生负载，
所述较低需求负载是非推进产生负载。
13.根据权利要求8所述的方法，还包括利用主控制器控制所述开关控制器的操作，
其中，所述主控制器被配置为指引所述多个开关控制器控制所述多个开关在所述闭合状态与断开状态之间的操作。
14.根据权利要求8所述的方法，其中，来自每个所述开关的所述相同相位输出被加在一起以用于所述较高需求负载的所述单个共同相位。
15.一种逆变器系统，包括：
多个开关，能够在闭合状态与断开状态之间控制，以分别导通或阻断通过所述开关的电流；以及
多个开关控制器，被配置为控制所述开关在所述闭合状态与所述断开状态之间的操作，
其中，在第一操作模式下，所述开关控制器被配置为控制所述开关的操作以将第一直流电转换成来自所有所述开关的单个共同的第一电力输出，以利用所述第一电力输出为受电系统的较高需求负载供电，以及
其中，在第二操作模式下，所述开关控制器还被配置为控制所述开关的操作以将所述第一直流电转换成多个第二电力输出，以利用所述第二电力输出为所述受电系统的一个或多个较低需求负载供电，每个所述开关输出不同的所述多个第二电力输出之一，所述第二电力输出具有一个或多个不同的电压水平或与每个其他第二电力输出不同的波形。
16.根据权利要求15所述的逆变器系统，其中：
所述第一电力输出是单相交流电，所述第二电力输出是用于为所述一个或多个较低需求负载中的单个较低需求负载供电的不同相位的三相交流电；或
所述第一电力输出是具有第一电压水平和第一功率水平的直流电输出，所述第二电力输出是具有比所述第一电力输出的直流电输出的所述第一电压水平和所述第一功率水平低的电压水平和功率水平的相应直流电输出。
17.根据权利要求15所述的逆变器系统，其中，来自所有所述开关的单个共同的第一电力输出被加在一起以为所述较高需求负载供电。
18.根据权利要求15所述的逆变器系统，其中，来自所有所述开关的电流被加在一起以用于所述单个共同的第一电力输出，以用所述第一电力为所述受电系统的较高需求负载供电。
19.根据权利要求15所述的逆变器系统，还包括主控制器，所述主控制器被配置为控制所述多个开关控制器的操作，
其中，所述主控制器被配置为指引所述多个开关控制器控制所述开关在所述闭合状态与所述断开状态之间的操作。
20.根据权利要求15所述的逆变器系统，其中，
所述较高需求负载是推进所述受电系统的推进产生负载，
所述较低需求负载是非推进产生负载。
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