CN117477617A - 蓄能器设备及相关联方法 - Google Patents

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Abstract

一种蓄能器模块(EAM)，该蓄能器模块(EAM)能够经由第一传输线路和第二传输线路并联电联接在电源和电负载之间，以从电源接收DC电压。EAM包括电力转换器，电力转换器具有电感器、开关级和电容器，电感器在第一端联接到第一传输线路，并且在第二端联接到节点，开关级包括降压支路和升压支路，电容器串联电联接在升压支路和第二传输线路之间。控制器模块被构造为控制开关级在对电容器充电的充电模式和向第一传输线路提供电流的放电模式中的一个模式下操作。

Description

蓄能器设备及相关联方法
技术领域
本公开涉及用于操作具有发电系统的蓄能器模块以改进电力系统的瞬态响应的方法和设备。
背景技术
电力系统(诸如飞行器配电系统中发现的那些)采用发电系统或电源(诸如发电机)来生成电力，从而为飞行器的系统和子系统供电。当电力穿过电母线以将电力从电源输送到电负载时，分散在整个电力系统中的配电节点确保输送到电负载的电力满足负载的设计电力标准。例如，配电节点可以进一步提供升压或降压电力转换、直流(DC)到交流(AC)电力转换、或AC到DC电力转换、或涉及频率或相位变化的AC到AC电力转换、或切换操作，以取决于例如可用的配电供应、电负载功能的临界性或飞行器操作模式(例如起飞、巡航或地面操作)，选择性地启用或禁用到特定电负载的电力传输。在一些情况下，电系统还可以包括蓄电器单元，以补充发电机输出电力，从而在发动机故障期间提供瞬态性能和电启动。
附图说明
在附图中：
图1示出了根据本文描述的各个方面的包括蓄能器模块的配电系统的示例示意图。
图2示出了根据本文描述的各个方面的图1的配电系统的更详细的示意图。
图3示出了根据本文描述的各个方面的图2的配电系统的另一个示意图，其中蓄能器模块在放电模式下操作。
图4示出了根据本文描述的各个方面的图2的配电系统的另一个示例示意图，其中蓄能器模块在充电模式下操作。
图5是表示根据本文描述的各个方面的操作配电系统的方法的图。
具体实施方式
本公开的所述方面涉及用于飞行器的电力分配系统或配电节点，其能够将电力(例如从燃气涡轮发动机驱动的发电机)生产和分配到飞行器的电负载。应当理解，虽然本公开的方面被示出或描述为在飞行器环境中原位使用，但本公开不限于此，并且对于非飞行器应用(例如其他移动应用和非移动工业、商业和住宅应用)中的电力系统具有普遍适用性。
虽然将描述“一组”各种元件，但应当理解，“一组”可以包括任何数量的相应元件，包括仅一个元件。除非另有说明，否则连接引用(例如附接、联接、连接和接合)将被广义地解释，并且可以包括元件集合之间的中间构件和元件之间的相对移动。因此，连接引用不一定推断出两个元件直接连接并且彼此存在固定关系。在非限制性示例中，可以选择性地构造连接或断开连接，以提供、启用、禁用等各个元件之间的电连接。在非限制性示例中，连接或断开连接可以被选择性地构造为在相应元件之间提供、启用、禁用等电连接。非限制性示例配电总线连接或断开连接可以通过开关、总线连接逻辑或被构造为启用或禁用总线下游的电负载的激励的任何其他连接器来启用或操作。
如本文所用，虽然传感器可以被描述为“感测”或“测量”相应值，但感测或测量可以包括确定指示相应值或与相应值有关的值，而不是直接感测或测量值本身。感测的或测量的值可以进一步提供给附加部件。例如，该值可以被提供给控制器模块或处理器，并且控制器模块或处理器可以对该值进行处理，以确定代表值或代表所述值的电特性。本公开的非限制性方面涉及控制或调节从电源到电负载的电力的输送、供应、提供等。
如本文所用，“系统”或“控制器模块”可以包括至少一个处理器和存储器。存储器的非限制性示例可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存或一种或多种不同类型的便携式电子存储器、或这些类型的存储器的任何合适组合。处理器可以被构造为运行任何合适的程序或可执行指令，这些程序或可执行指令被设计为执行各种方法、功能、处理任务、计算等，以启用或实现本文所述的技术操作或操作。
尽管本文描述为包括独立元件，但在非限制性方面中，这种控制器和模块可以合并在包括公共装置(诸如单个处理器或微控制器)的一个或多个装置上。这种控制器或模块的非限制性示例可以被构造成或适于运行、操作或以其他方式执行程序代码以影响操作或功能结果，包括执行各种方法、功能、处理任务、计算、比较、感测或测量值等，以启用或实现本文描述的技术操作或操作。操作或功能结果可以基于一个或多个输入、存储的数据值、感测或测量的值、真或假指示等。虽然描述了软件或“程序代码”，但可操作或可执行指令集的非限制性示例可以包括具有进行特定任务或实施特定抽象数据类型的技术效果的例程、程序、对象、部件、数据结构、算法等。在另一个非限制性示例中，控制器模块还可以包括可由处理器访问的数据存储部件，包括存储器，无论是过渡存储器、易失性或非瞬态存储器、或非易失性存储器。存储器的附加非限制性示例可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存或一种或多种不同类型的便携式电子存储器、闪存驱动器、通用串行总线(USB)驱动器等，或这些类型的存储器的任何合适组合。在一个示例中，程序代码可以以可由处理器访问的机器可读格式存储在存储器内。附加地，存储器可以存储可由处理器在提供指令、控制或操作以影响功能或可操作结果时访问的各种数据、数据类型、感测或测量的数据值、输入、生成或处理的数据等，如本文描述的。
该程序可包括计算机程序产品，该计算机程序产品可包括机器可读介质，用于承载或具有存储在其上的机器可执行指令或数据结构。这种机器可读介质可以是任何可用介质，其可以由通用或专用计算机或具有处理器的其他机器访问。通常，这样的计算机程序可以包括具有进行特定任务或实施特定抽象数据类型的技术效果的例程、程序、对象、部件、数据结构、算法等。在另一个非限制性示例中，控制模块可以包括将第一值与第二值进行比较，并且基于该比较的满足来操作或控制附加部件的操作。例如，当感测、测量或提供的值与另一个值(包括存储或预定的值)进行比较时，该比较的满足可以导致可由控制器模块控制的动作、功能或操作。
本公开的方面可用于任何电路环境，包括向负载输送电力的电源。这种电路环境的一个非限制性示例可以是飞行器电力系统架构，其使得能够从涡轮发动机的至少一个线轴产生电力，并且通过电力转换器将电力输送到一组电负载。典型的电力转换器是将输入电压转换为指定输出电压的电源或电力处理电路。控制器可以与电力转换器相关联，以通过选择性地控制其中采用的开关的导通时段来控制其操作。电力转换器采用的开关通常是半导体开关器件(例如，MOSFET)。尽管本文使用各种半导体开关器件(诸如MOSFET)来描绘和描述各种非限制性方面，但其他方面不限于此。其他非限制性方面可以包括任何期望的开关器件，其可以响应于电信号而在低电阻状态和高电阻状态之间切换状态。例如，各个方面中的开关器件可以包括但不限于任何期望类型的开关元件，包括例如，晶体管、栅极换向晶闸管、场效应晶体管(FET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、MOSFET等。
对于传统电力系统，越来越需要支持脉动电负载，由于脉动负载的快速切换，导致系统更加复杂和昂贵。特别地，典型的脉动负载(例如，相控SCR负载和开关模式电源(SMPS)负载)例如可能需要或要求来自发电系统(例如，发电机)的负载电流，该负载电流可以随机地或重复地变化，从而随着负载电流转换速率的增加而导致更大的输出阶跃。在这种情况下，例如由于与发电机相关联的惯性或其他物理特性，负载所要求或所需的电流(即，负载电流需求)的变化率可能超过由发电机提供的源电流(例如，可用源电流)的可用变化率。负载电流需求和可用源电流之间的这种差异可能导致负载输入电压与施加的负载成比例地降低或下降。由脉冲负载引起的这些电压降低可能导致谐波失真或瞬态电压脉冲。
作为响应，通常采用传统的有源整流方案，因为它们提高了控制带宽，从而提高了瞬态响应。然而，有源整流具有一些缺点，例如由于一直存在开关损耗而降低了效率。附加地，有源整流方案通常需要附加的栅极驱动器件和半导体开关器件来处理大的全负载电流，导致系统成本和复杂性增加。此外，当在短路条件下操作时，这种有源整流可能导致增加的控制电路复杂性。
与有源整流和其他技术相比，通过提供与发电机系统协作的蓄能器模块以在瞬态高需求时段期间向负载提供电流，本文公开的方面可以提供更简单、更低成本和更有效的解决方案。例如，在一些情况下，本文公开的方面可以向具有发电机带宽之外的AC分量的负载提供电流。附加地，与二极管整流和其他传统技术相比，本文公开的方面可以提供改进的性能和瞬态响应。
示例性附图仅用于说明的目的，并且在所附附图中反映的尺寸、位置、顺序和相对大小可以变化。
图1示出了配电系统100的非限制性方面的简单示意图。电源110可以经由一组导电的配电总线22电联接到电负载120。蓄能器模块(EAM)140可以分别经由第一传输线路141和第二传输线路142联接到配电总线22。EAM 140可以与电负载120并联电联接。第一电流116可以被布置为在第一传输线路141中流动。电源110可以经由配电总线22向电负载120输出或提供第二电流117。如图所示，电源110和EAM 140可以经由配电总线22向负载协作地提供负载电流119。如将在本文中更详细地描述的，尽管图1将第一电流116示意性地描绘为具有指示电流流动方向的特定方向的箭头，但在各方面中，第一电流116可以被布置为在与图1中所示的方向相对的方向上(例如，朝向EAM 140)选择性地流动。无论电负载120的类型如何，电源110都可以被构造、适配、选择等，以向电负载120提供电力。在这个意义上，电力可以包括不同的电特性，包括但不限于电压电平、电流量、电力类型(例如，AC或DC)、频率或其组合。
图2示出了根据本文描述的非限制性方面的另一个配电系统100的更详细示意图，该配电系统100联接到电负载120，以经由该组配电总线22向其提供负载电流119。配电系统100可以包括电源110和EAM 140。EAM 140可以包括电力转换器150和控制器模块170。在非限制性方面中，电源110可以包括AC发电机115、原动机或发电机驱动器114(例如，电动机)、DC电源109(例如，电池、整流器等)、激励器113和整流器130。DC电源109可以电联接到激励器113以向其提供DC电压Vin。激励器113可以电联接到发电机115以向发电机115的转子绕组提供励磁电流。发电机驱动器114可以联接到发电机115以驱动发电机115，从而在发电机115的输出处产生AC电压Vac。
如图所示，AC输入电压Vac可以是三相AC输入电压Vac。然而，其他方面不限于此，并且AC输入电压Vac可以包括任何期望数量的相(包括单相)，并且具有任何期望频率。AC电压Vac可以经由配电总线22提供给整流器130的输入。整流器130被构造为将AC输入电压Vac转换或整流为整流或DC电压Vr。整流器130可以将整流器130的输出处的DC电压Vr提供给配电总线22。
EAM 140可以与整流器130电联接，以从整流器130接收整流DC电压Vr。例如，一对配电总线22导体可以联接在整流器130的输出处，以从整流器130接收整流电压Vr，并且第一和第二传输线路141、142可以联接到相应的配电总线22。以这种方式，可以跨第一和第二传输线路141、142限定整流电压。
如图所示，整流器130可以是二极管型整流器130。然而，其他方面不限于此，并且整流器130可以单独地或与其他装置组合地使用传统整流器装置(诸如晶闸管或半导体二极管)来布置，以将AC输入电压Vac转换为整流DC电压Vr。附加地，在各种非限制性方面中，整流器130可以可选地被构造为单相整流器或多相整流器(例如，三相整流器)，并且可以根据需要进一步被构造为提供半波或全波整流。
电力转换器150的操作可以由控制器模块170控制。如将在本文中更详细地描述的，基于从控制器模块170接收的控制信号(未示出)，电力转换器150可以在充电模式和放电模式中的一种模式下选择性地操作。在非限制性方面中，当电力转换器150在放电模式下操作时，第一电流116将在第一传输线路141中朝向电负载120流动，如图2中描绘的。相反，在非限制性方面中，当电力转换器150在充电模式下操作时，第一电流116将在第一传输线路141中朝向电力转换器150(即，在与图2中描绘的相对的方向上)流动。
虽然图2描绘了联接到单个相应电负载120的单个电源110和EAM 140，但其他方面不限于此。在非限制性方面中，在不脱离本公开的范围的情况下，可以包括一个或多个电源110、EAM 140、电负载120或其组合。该图示仅是配电系统100的一个非限制性示例构造。虽然本文在脉动电负载的上下文中描述了电负载120，但可以设想，如本文描述的方面不受电负载类型的限制。在各种非限制性方面中，电负载120可以可选地包括但不限于电阻负载、电阻器-电容器负载、电感负载、开关负载、脉动负载及其组合。电负载120可以在至少两种不同的操作模式下消耗电力：正常(或连续)操作和瞬态操作时段，在正常(或连续)操作中消耗的电力的量或数量通常是可预测和一致的，在瞬态操作时段中电力的量通常是暂时的、脉动的或临时的。瞬态操作时段可以源自特定的负载操作条件。
附加地，尽管图2通过非限制性示例描绘了具有激励器113的特定布置，该激励器113被布置为向发电机115的转子绕组提供励磁电流，但其他方面不限于此。在其他非限制性方面中，在不脱离本公开的范围的情况下，电源110可以包括分流或自激型激励器113，或者可以包括传统的励磁升压系统(EBS)、永磁发电机(PMG)、辅助绕组型等。附加地或替代地，非限制性方面还可以包括自动电压调节器(未示出)，以向激励器定子提供DC输出。
虽然图2中示出的控制器模块170靠近电力转换器150和电负载120，但情况并非必须如此。在非限制性方面中，电力转换器150可以设置成靠近电负载120，而控制器模块170可以设置成远离电负载120和电力转换器150。
在一些情况下，电负载120可能在高电力瞬态电流需求下操作。例如，电负载120可能在需要负载电流119的快速上升速率的情况下操作，这可能暂时超过电源110供应电负载120所需的全部电流量的能力。这种瞬态负载电流需求(例如，当负载电流需求的增加快于第二电流117的上升时)可能导致电负载120处的整流DC电压Vr的不期望的下降、降低或减少。电压下降可能导致不期望的后果，包括但不限于电负载120的性能降低，导致电负载120在预期功能之外操作。
然而，如本文将更详细地描述的，在超过电源110供应电负载120所需的全部电流量的能力的这种高电力瞬态电流需求事件期间，EAM 140的各方面可由控制器模块170控制以在放电模式下选择性地操作，从而提供第一电流116以增强或补充第二电流117。EAM 140可以使电力系统100能够在事件期间供应电负载120所需的全部电流量。在非限制性方面中，当EAM 140在放电模式下操作时，第一电流117将在图2中描绘的方向上(即，朝向电负载120)在第一传输线路141中流动。
相反，在一些情况下，电负载120的操作可能表现出与负载电流的快速下降相关联的瞬态电流需求，这可能暂时超过电源110及时减少提供给电负载120的第二电流117的能力。这种瞬态负载电流需求(例如，当负载电流需求的降低快于电源110提供的第二电流117的下降时)可能导致不期望的后果，包括但不限于电负载120的性能降低，导致电负载120在预期功能之外操作。
然而，如本文将更详细地描述的，在这种瞬态电流需求事件期间，当负载电流需求的降低快于第二电流117的下降时，EAM 140的各方面可由控制器模块170控制以在充电模式下选择性地操作，在充电模式下第二电流117的一部分被提供给EAM 140作为第一电流116。例如，基于从控制器模块170接收的控制信号(未示出)，电力转换器150可以在充电模式下选择性地操作以接收第一电流116，从而对电力转换器150中的电力存储装置(未示出)充电。当电力转换器150在充电模式下操作时，第一电流116将在与图2中描绘的相对的方向上(即，朝向电力转换器150)在第一传输线路141中流动。
在其他情况下，电负载120可以在电源110的能力范围内操作，以及时供应电负载120所需的全部电流量(即，当第二电流117在所有频率下至少等于负载电流119时)。在这种情况下，当电力转换器150中的电力存储装置(未示出)被完全充电时，EAM 140的操作可以由控制器模块170进一步控制，以在第一电流116切断的开路或中性模式下选择性地操作。
图3示出了图2的EAM 140的非限制性方面的更详细示意图。如图所示，控制器模块170可以经由一组控制线路173通信地联接到电力转换器150，以控制其操作。控制器模块170可以包括处理器172和存储器174。一组传感器可以经由一组通信线路175与控制器模块170通信地联接。在非限制性方面中，该组传感器可以包括第一传感器161、第二传感器162和第三传感器163。电力转换器150可以包括电联接到电容器C1和电感器L1的开关级156。例如，电感器L1可以在第一端在节点154处联接到开关级156，并且在第二端联接到第一传输线路141。在非限制性方面中，电容器C1、电感器L1和开关级156可以协作地限定DC-DC转换器155。DC-DC转换器155可以并联电联接在第一传输线路141和第二传输线路142之间。应当理解，虽然图3描绘了联接到地180的第二传输线路142，但不需要是这种情况。在其他非限制性方面中，在不脱离本文公开的情况下，第二传输线路可以相对于地浮动。
在非限制性方面中，DC-DC转换器155可以是降压-升压DC-DC转换器，例如双向降压-升压转换器。在非限制性方面中，DC-DC转换器155可以是半桥型DC-DC转换器。例如，开关级156可以包括高侧开关或升压支路158和低侧开关或降压支路159。升压支路158和降压支路159可以在节点154处联接在一起。电容器C1可以串联电联接在升压支路158和第二传输线路142之间。降压支路159可以串联电联接在节点154和第二传输线路142之间。例如，在一些非限制性方面中，第二传输线路142可以可选地联接到地180，降压支路159因此可以串联电联接在节点154和地180之间，而电容器C1可以串联电联接在升压支路158和地180之间。跨电容器C1的第一电压V1可以等于或基于整流DC电压Vr。
该组传感器161、162、163的非限制性示例可以包括以各种组合布置、适配或以其他方式构造的电流传感器、电压传感器等，以感测或测量相应的预定参数，诸如电力、电压、电流或其组合的量。该组传感器161、162、163可以经由相应的通信线路175通信地联接到控制器模块170，以向控制器模块170提供指示相应感测参数的值的对应信号。通信线路175可以是有线或无线通信线路。例如，如图所示，在非限制性方面中，第一传感器161可以包括被布置为感测跨电容器C1的第一电压V1的电压传感器。第二传感器162可以包括被布置为感测第一电流116的电流传感器。在非限制性方面中，第一电流116可以是通过电感器L1的电流。第三传感器163可以包括被布置为感测配电总线22中的负载电流119的电流传感器。
例如，控制器模块170可以经由相应的通信线路175接收指示跨电容器C1的第一电压V1的值的第一信号161a、指示第一电流116的值的第二信号162a和指示负载电流119的值的第三信号163a中的一个或多个。在其他方面中，一个或多个传感器可以用于感测期望的预定参数或值(例如但不限于电力、电压、电流、频率或其组合的量)，并向控制器模块170提供指示相应感测参数的对应信号。
存储器174可以与该组传感器160通信地联接。在这个意义上，该组传感器160可以提供或者控制器模块170可以获得指示预定感测参数的相应信号。在一个非限制性方面中，控制器模块170可以可选地进一步与远离EAM 140的另一个电力或系统控制器176通信地联接。在一个非限制性示例中，系统控制器176可以被适配、启用或以其他方式构造为可控地操作控制器模块170或EAM 140的各方面。例如，系统控制器176可以包括与EAM 140、电源110或电负载120相关的操作特性值的附加信息。例如，在飞行器环境的非限制性示例中，系统控制器176可以包括与和飞行器的飞行阶段或环境操作特性有关的控制方案方面相关的操作特性值的附加信息，其可以影响电负载120的激励。
在非限制性方面中，控制器模块170可以被构造为基于感测或测量的参数的值来控制开关级156的操作。例如，在一个非限制性方面中，控制器模块170可以被构造为基于第一电压V1的测量值、第一电流116的测量值和负载电流119的测量值来控制开关级156的操作。
附加地或替代地，在非限制性方面中，控制器模块170可以被构造为基于一个测量参数的值与另一个测量参数的值的比较或其之间的差来控制开关级156的操作。
电力控制电路105的非限制性方面可以包括操作，其中例如预定参数可以由该组传感器161、162、163感测或测量，并经由通信线路175提供给控制器模块170。控制器模块170、处理器172或系统控制器176可以被构造为确定预定参数的相应值。在一些方面中，控制器模块170、处理器172或系统控制器176可以被构造为确定一个测量参数的值与另一个测量参数的值的比较或其之间的差。
基于所确定的感测或测量参数的相应值，控制器模块170可以被构造为通过可切换地控制升压支路158和降压支路159的占空比来在充电模式和放电模式中的一种模式下选择性地操作开关级156。
EAM 140在充电模式下操作时的第一电流116的方向与EAM 140在放电模式下操作时的第一电流116的方向相对。因此，EAM 140在给定时间只能在充电模式或放电模式中的一种模式下操作。当EAM 140在放电模式下操作时，第一电流的方向朝向电负载120，因此负载电流119可以是第二电流117和第一电流116之和。当EAM 140在充电模式下操作时，第一电流116的方向与放电模式相反(即，远离电负载120)，并且第一电流116可以等于负载电流119和第二电流117之间的差。当EAM 140在充电模式下操作时，开关级156可以被布置为经由升压支路158从第一传输线路141向电容器C1选择性地提供第一电流116。
当EAM 140在放电模式下操作时，开关级156可以被布置为基于存储在电容器C1中的能量经由节点154将第一电流116(例如，注入电流)选择性地提供或注入到第一传输线路141。在非限制性方面中，第一电流116可以包括低频AC分量。
控制器模块170可以被构造为经由控制线路173向开关级156提供信号(例如，一个或多个栅极信号)，以在放电模式下可切换地操作开关级156。
控制器模块170可以进一步被构造为经由控制线路173向开关级156提供信号(例如，一个或多个栅极信号)，以在充电模式下可切换地操作开关级156。响应于开关级156在充电模式下操作，DC-DC转换器155可以经由节点154从第一传输线路141向电容器C1提供第一电流116。
图4示出了EAM 140的非限制性方面的更详细示意图。除了在该非限制性方面中，升压支路158被示出为包含第一半导体开关器件156a(例如，MOSFET器件)，并且降压支路159被示出为包含第二半导体开关器件156b(例如，MOSFET器件)，图4中描绘的EAM 140类似于关于图3描述的布置。其他非限制性方面可以包括任何期望的开关器件，该开关器件可以响应于经由控制线路173来自控制器模块170的信号而在低电阻状态和高电阻状态之间切换状态。例如，在各个方面中的第一和第二半导体开关器件156a、156b可以包括但不限于任何期望类型的开关元件，包括例如晶体管、栅极换向晶闸管、场效应晶体管(FET)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)。
第一半导体开关器件156a可以包括第一源极端子S1、第一栅极端子G1和第一漏极端子D1。同样地，第二半导体开关器件156b可以包括第二源极端子S2、第二栅极端子G2和第二漏极端子D2。如图所示，第一半导体开关器件156a的漏极端子D1电联接到第二半导体开关器件156的第二源极端子S2，以限定节点154。在非限制性方面中，节点154可以作为输出中性或单相AC输出节点或端子操作。相应的第一和第二半导体开关器件156a、156b的栅极端子G1、G2可以经由控制线路173通信地联接到控制器模块170。在其他非限制性方面中，相应的第一和第二半导体开关器件156a、156b的栅极端子G1、G2可以通信地联接到响应于控制器模块170的栅极驱动器器件或电路(未示出)。
控制器模块170可以被构造为分别向栅极端子G1、G2选择性地提供一个或多个栅极信号158a、159a。例如，栅极信号158a、159a可以由控制器模块170通过控制线路173提供。第一和第二半导体开关器件156a、156b可以响应于相应栅极信号158a、159a而在ON或导通状态与OFF或非导通状态之间选择性地操作。第一和第二半导体开关器件156a、156b可以以预定频率在ON或导通状态与OFF或非导通状态之间交替地操作或切换，从而在节点154处提供正弦波形输出或AC电压。
第一半导体开关器件156a的第一源极端子S1可以联接到电容器C1的第一端(例如，阳极端)。第二半导体开关器件156b的第二漏极端子D2可以联接到电容器C1的第二端(例如，阴极端)。在各方面中，可以向第一源极端子S1提供正DC电压，并且可以向第二漏极端子D2提供负DC电压。在非限制性方面中，第二漏极端子可以联接到地180。
取决于第一和第二半导体开关器件156a、156b的占空比和负载DC链路电压，DC-DC转换器155可以在降压模式或升压模式中的一种模式下选择性地操作。在非限制性方面中，例如，第一和第二半导体开关器件156a、156b可以使开关级156能够升高或降低第一电压V1。DC-DC转换器155在给定时间可以仅在降压模式或升压模式中的一种模式下操作。
在另一个非限制性示例中，EAM 140可以包括一组能量存储部件或能量“贮存器”，例如但不限于电容器、电感器或其组合(未示出)。在该示例中，该组能量存储部件可以用于协作地将第一电流116供应给电负载，以补充来自电源110的第二电流117。
图5示出了表示操作配电系统100的方法800的流程图，诸如本文关于EAM 140所解释的。方法800开始于步骤810，将EAM 140的第一传输线路141和第二传输线路142联接到一组电力总线，该组电力总线联接到电负载120。联接第一和第二传输线路141、142可以包括将EAM 140与电负载120并联电联接。
电力转换器150可以包括开关级156。在非限制性方面中，开关级156可以包括被布置为限定降压支路159和升压支路158的第一和第二半导体开关器件156a、156b，降压支路159可以在节点154处电串联联接在第二传输线路142和升压支路158之间。电力转换器150还可以包括串联电联接在第二传输线路142和升压支路158之间的电容器C1。EAM 140可以包括电感器L1，电感器L1在第一端联接到第一传输线路143，并且在第二端联接到节点154。EAM 140可以包括控制器模块170，控制器模块170通信地联接到开关级156，并且通信地联接到该组传感器160。在非限制性方面中，控制器模块170可以经由该组控制线路173联接到开关级156，并且经由该组通信线路175联接到该组传感器160。
接下来，方法800可以包括，在步骤830处，由控制器模块170接收指示跨电容器C1的第一电压V1的值的第一信号161a、指示第一电流116的值的第二信号162a和指示负载电流119的值的第三信号163a。
方法800可以通过由控制器模块170基于第一信号161a、第二信号162a、第三信号163a控制开关级156的操作而在步骤840处继续。在非限制性方面中，控制开关级156的操作可以包括在充电模式和放电模式中的一种模式下选择性地操作EAM 140。在一些非限制性方面中，当在充电模式下操作时，EAM 140可以被布置为向电容器C1选择性地提供第一电流116。在非限制性方面中，当在放电模式下操作时，EAM 140可以被布置为向电负载120选择性地提供第一电流116。
所描绘的顺序仅用于说明目的，并不意味着以任何方式限制方法800，因为应当理解，该方法的部分可以以不同的逻辑顺序进行，可以包括附加的或中间的部分，或者可以将该方法的所描述部分分成多个部分，或者可以省略该方法的所描述部分而不减损所描述的方法。
除了以上图中所示的之外，本公开还设想了许多其他可能的方面和构造。附加地，可以重新布置各种部件的设计和放置，使得可以实现许多不同的内联(in-line)构造。
本文公开的方面提供了用于操作配电系统的方法和设备。技术效果是，上述方面使得电力控制器能够调节电容器C1的DC含量，并且使用从电容器C1提供的能量将AC负载电流注入到输出负载，同时电容器C1电压的平均值保持被调节。这可以从负载电流中去除高频含量，与传统技术的负载电流调节相比，这改进了负载电流调节。
与传统二极管整流器拓扑结构相比，本公开的上述方面提供的一个优点是，可以实现提高DC发电瞬态性能的简单且成本较低的解决方案。附加地，本文所述的方面提供了优于传统有源整流技术的改进的效率，因为开关部分的开关动作仅在瞬态电压降低或减小期间产生损耗。附加地，与传统的有源整流技术相比，本文所述的方面提供了改进的电磁干扰性能，因为PWM信号可以包含在电力转换器外壳内。例如，对于一组给定的高电力瞬态需求，本文所述的方面最小化给定电力转换器上的应力，或最小化电力转换器的设计或额定电力特性。
在另一个非限制性优点中，如本文所解释的，本公开允许或实现电保护，以防止电力转换器因瞬态电流需求而过载。因此，本公开的方面可以使电力系统设计者能够最小化电力转换器的体积、重量和成本，以实现竞争优势。重量和尺寸的减少与飞行期间的竞争优势相关。
在尚未描述的范围内，各个方面的不同特征和结构可以根据需要彼此组合使用。不能在所有方面中示出的一个特征并不意味着被解释其不能有，而是为了描述的简洁而这样做。因此，可以根据需要混合和匹配不同方面的各种特征以形成新的方面，无论新的方面是否被明确描述。本公开涵盖本文描述的特征的组合或置换。
本书面描述使用示例来公开本公开的方面，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本公开的方面，包括制作和使用任何装置或系统以及进行任何结合的方法。本公开的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求的文字语言没有区别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的文字语言没有实质性差异的等同结构元件，则这些其他示例意图落入权利要求的范围内。
1.一种能够并联电联接在电源(110)和负载(120)之间的蓄能器模块(EAM)(140)，所述EAM(140)包括：第一传输线路(141)和第二传输线路(142)，所述第一传输线路(141)和所述第二传输线路(142)能够联接到相应的配电总线(22)，所述配电总线将所述电源(110)联接到所述负载(120)以从其接收DC电压(Vr)；电力转换器(150)，所述电力转换器(150)包括：电感器(L1)，所述电感器(L1)在第一端联接到所述第一传输线路(141)，并且在第二端联接到节点(154)；开关级(156)，所述开关级(156)布置为限定降压支路(159)和升压支路(158)，所述降压支路(159)和所述升压支路(158)在所述节点(154)处电联接并且与所述电感器(L1)并联电联接，所述降压支路(159)进一步电联接到所述第二传输线路(142)；电容器(C1)，所述电容器(C1)串联电联接在所述升压支路(158)和所述第二传输线路(142)之间；以及控制器模块(170)，所述控制器模块(170)被构造为接收指示跨所述电容器(C1)的第一电压(V1)的第一信号(161a)、指示通过所述电感器(L1)的第一电流(116)的第二信号(162a)、以及指示所述配电总线(22)中的至少一个中的负载电流(119)的第三信号(163a)，其中所述控制器模块(170)通信地联接到所述开关级(156)，以基于所述第一信号(161a)、所述第二信号(162a)和所述第三信号(163a)来选择性地控制其操作。
2.根据前述条项所述的EAM(140)，其中，所述开关级(156)能够由所述控制器模块(170)选择性地控制，以在充电模式和放电模式中的一种模式下操作。
3.根据任何前述条项所述的EAM(140)，其中，当所述开关级(156)在所述充电模式下操作时，所述电力转换器(150)布置为向所述电容器(C1)提供所述第一电流(116)。
4.根据任何前述条项所述的EAM(140)，其中，当所述开关级(156)在所述放电模式下操作时，所述电力转换器(150)布置为从所述电感器(L1)向所述第一传输线路(141)提供所述第一电流(116)。
5.根据任何前述条项所述的EAM(140)，其中，当所述开关级(156)在所述放电模式下操作时，所述负载电流(119)等于所述第一电流(116)和所述第二电流(117)之和。
6.根据任何前述条项所述的EAM(140)，其中，当所述开关级(156)在所述充电模式下操作时，通过所述电感器(L1)将所述第一电流(116)提供给所述EAM(140)。
7.根据任何前述条项所述的EAM(140)，其中，当所述开关级(156)在所述充电模式下操作时，所述第一电流(116)等于所述负载电流(119)和所述第二电流(117)之间的差。
8.根据任何前述条项所述的EAM(140)，其中，所述控制器模块(170)被构造为当所述负载电流(119)的上升速率大于所述第二电流(117)的上升速率时，在所述放电模式下可控地操作所述开关级(156)。
9.根据任何前述条项所述的EAM(140)，其中，所述控制器模块(170)被构造为当所述负载电流(119)的下降速率快于所述第二电流(117)的下降速率时，在所述充电模式下可控地操作所述开关级(156)。
10.根据任何前述条项所述的EAM(140)，其中，所述电力转换器(150)包括双向降压-升压电力转换器(150)。
11.一种操作蓄能器模块(EAM)的方法，所述方法包括：经由第一传输线路(141)和第二传输线路(142)，将蓄能器模块(EAM)(140)并联电联接在电源(110)和电负载(120)之间，所述蓄能器模块(EAM)包括通信地联接到控制器模块(170)的电力转换器(150)；在所述电力转换器(150)处从所述电源(110)接收DC电压，其中所述电力转换器(150)包括电感器(L1)、开关级(156)和电容器(C1)，所述电感器(L1)在第一端联接到所述第一传输线路(141)，并且在第二端联接到节点(154)，所述开关级(156)布置为限定降压支路(159)和升压支路(158)，所述降压支路(159)和所述升压支路(158)在所述节点(154)处电联接并且与所述电感器(L1)并联电联接，所述升压支路(159)进一步电联接到所述第二传输线路(142)，所述电容器(C1)串联电联接在所述升压支路(158)和所述第二传输线路(142)之间；由所述控制器模块(170)接收指示跨所述电容器(C1)的第一电压(V1)的第一信号(161a)、指示通过所述电感器(L1)的第一电流(116)的第二信号(162a)、以及指示提供给所述电负载(120)的负载电流(119)的第三信号(163a)；以及由所述控制器模块(170)基于所述第一信号(161a)、所述第二信号(162a)和所述第三信号(163a)控制所述开关级(156)的操作。
12.根据任何前述条项所述的方法，其中，由所述控制器模块(170)控制所述开关级(156)的操作包括在充电模式和放电模式中的一种模式下选择性地操作所述开关级(156)。
13.根据任何前述条项所述的方法，其中，当所述开关级(156)在所述充电模式下操作时，所述电力转换器(150)布置为向所述电容器(C1)提供所述第一电流(116)。
14.根据任何前述条项所述的方法，其中，当所述开关级(156)在所述放电模式下操作时，所述电力转换器(150)布置为从所述电感器(L1)向所述第一传输线路(141)提供所述第一电流(116)。
15.根据任何前述条项所述的方法，其中，当所述开关级(156)在所述放电模式下操作时，所述负载电流(119)等于所述第一电流(116)和所述第二电流(117)之和。
16.根据任何前述条项所述的方法，其中，当所述开关级(156)在所述充电模式下操作时，通过所述电感器(L1)将所述第一电流(116)提供给所述EAM(140)。
17.根据任何前述条项所述的方法，其中，当所述开关级(156)在所述充电模式下操作时，所述第一电流(116)等于所述负载电流(119)和所述第二电流(117)之间的差。
18.根据任何前述条项所述的方法，其中，所述控制器模块(170)被构造为当所述负载电流(119)的上升速率快于所述第二电流(117)的上升速率时，在所述放电模式下可控地操作所述开关级(156)。
19.根据任何前述条项所述的方法，其中，所述控制器模块(170)被构造为当所述负载电流(119)的下降速率快于所述第二电流(117)的下降速率时，在所述充电模式下可控地操作所述开关级(156)。
20.根据任何前述条项所述的方法，其中，所述电力转换器(150)包括双向降压-升压电力转换器(150)。

Claims (10)

1.一种能够并联电联接在电源和负载之间的蓄能器模块(EAM)，其特征在于，所述EAM包括：
第一传输线路和第二传输线路，所述第一传输线路和所述第二传输线路能够联接到相应的配电总线，所述配电总线将所述电源联接到所述负载以从其接收DC电压；
电力转换器，所述电力转换器包括：
电感器，所述电感器在第一端联接到所述第一传输线路，并且在第二端联接到节点；
开关级，所述开关级布置为限定降压支路和升压支路，所述降压支路和所述升压支路在所述节点处电联接并且与所述电感器并联电联接，所述降压支路进一步电联接到所述第二传输线路；以及
电容器，所述电容器串联电联接在所述升压支路和所述第二传输线路之间；以及控制器模块，所述控制器模块被构造为接收指示跨所述电容器的电压的第一信号、指示通过所述电感器的第一电流的第二信号、以及指示所述配电总线中的至少一个中的负载电流的第三信号，其中所述控制器模块通信地联接到所述开关级，以基于所述第一信号、所述第二信号和所述第三信号来选择性地控制其操作。
2.根据权利要求1所述的EAM，其特征在于，其中，所述开关级能够由所述控制器模块选择性地控制，以在充电模式和放电模式中的一种模式下操作。
3.根据权利要求2所述的EAM，其特征在于，其中，当所述开关级在所述充电模式下操作时，所述电力转换器布置为向所述电容器提供所述第一电流。
4.根据权利要求2所述的EAM，其特征在于，其中，当所述开关级在所述放电模式下操作时，所述电力转换器布置为从所述电感器向所述第一传输线路提供所述第一电流。
5.根据权利要求4所述的EAM，其特征在于，其中，当所述开关级在所述放电模式下操作时，所述负载电流等于所述第一电流和所述第二电流之和。
6.根据权利要求2所述的EAM，其特征在于，其中，当所述开关级在所述充电模式下操作时，通过所述电感器将所述第一电流提供给所述EAM。
7.根据权利要求6所述的EAM，其特征在于，其中，当所述开关级在所述充电模式下操作时，所述第一电流等于所述负载电流和所述第二电流之间的差。
8.根据权利要求2所述的EAM，其特征在于，其中，所述控制器模块被构造为当所述负载电流的上升速率大于所述第二电流的上升速率时，在所述放电模式下可控地操作所述开关级。
9.根据权利要求2所述的EAM，其特征在于，其中，所述控制器模块被构造为当所述负载电流的下降速率快于所述第二电流的下降速率时，在所述充电模式下可控地操作所述开关级。
10.一种操作蓄能器模块(EAM)的方法，其特征在于，所述方法包括：
经由第一传输线路和第二传输线路，将所述EAM并联电联接在电源和电负载之间，所述EAM包括通信地联接到控制器模块的电力转换器；
在所述电力转换器处从所述电源接收DC电压，其中所述电力转换器包括电感器、开关级和电容器，所述电感器在第一端联接到所述第一传输线路，并且在第二端联接到节点，所述开关级布置为限定降压支路和升压支路，所述降压支路和所述升压支路在所述节点处电联接并且与所述电感器并联电联接，所述升压支路进一步电联接到所述第二传输线路，所述电容器串联电联接在所述升压支路和所述第二传输线路之间；
由所述控制器模块接收指示跨所述电容器的电压的第一信号、指示通过所述电感器的第一电流的第二信号、以及指示提供给所述电负载的负载电流的第三信号；以及
由所述控制器模块基于所述第一信号、所述第二信号和所述第三信号控制所述开关级的操作。
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