CN118316311A - 基于固态变压器的串联连接dc配电 - Google Patents

Abstract

本公开的示例包括一种电力系统，该电力系统包括配置为接收DC电力的多个转换器，该多个转换器包括多个初级绕组和多个次级绕组，其中该多个初级绕组的每个初级绕组串联联接，并且该多个次级绕组的每个次级绕组配置为联接到至少一个负载。

Description

基于固态变压器的串联连接DC配电

相关申请的交叉引用

本申请要求2022年11月4日提交的题为“SERIES CONNECTED DC DISTRIBUTIONBASED ON SOLID STATE TRANSFORMER”的美国临时申请序列号63/382，358和2022年11月4日提交的题为“SERIES CONNECTED DC DISTRIBUTION BASED ON SOLID STATETRANSFORMER”的美国临时申请序列号63/382,359的优先权。

技术领域

根据本公开的至少一个示例总体上涉及配电。

背景技术

诸如不间断电源(UPS)之类的电力设备可用于向一个或多个负载供电。公用电网可以将电力分配给多个电力设备。在一些示例中，公用电网可以将AC电力分配给电力设备。在各种示例中，AC电力可以在被提供给电力设备之前被转换成DC电力。

发明内容

根据本公开的至少一个方面，提供了一种电力系统，其包括配置为接收DC电力的多个转换器，该多个转换器包括多个初级绕组和多个次级绕组，其中该多个初级绕组的每个初级绕组串联联接，并且该多个次级绕组的每个次级绕组配置为联接到至少一个负载。

在一些示例中，电力系统包括至少一个AC/DC转换器。在各种示例中，至少一个AC/DC转换器配置成向多个转换器提供DC电力。在至少一个示例中，电力系统包括多个旁路开关，每个旁路开关与多个初级绕组的相应初级绕组并联联接。在一些示例中，转换器是固态变压器。在各种示例中，转换器是初级转换器，电力系统还包括多个次级转换器。在各种示例中，电力系统包括多个支路，每个支路包括初级转换器和次级转换器，每个支路配置为联接到相应的负载。在至少一个示例中，电力系统包括联接到多个次级绕组的每个次级绕组和至少一个负载的每个负载的公共总线。

在至少一个示例中，多个支路包括具有第一次级转换器的第一支路和具有第二次级转换器的第二支路，该电力系统还包括至少一个控制器，该控制器配置成控制第一次级转换器经由第二次级转换器从第一支路向第二支路提供电流。在一些示例中，电力系统包括第一AC/DC转换器和第二AC/DC转换器，其中多个转换器串联联接在第一AC/DC转换器和第二AC/DC转换器之间。在各种示例中，电力系统包括至少一个控制器，其中该至少一个控制器配置成控制第一AC/DC转换器从第一AC电源汲取AC电力，并控制第二AC/DC转换器从第二AC电源汲取AC电力。在至少一个示例中，转换器是初级转换器，电力系统还包括多个次级转换器、第三AC/DC转换器和第四AC/DC转换器，多个次级转换器串联联接在第三AC/DC转换器和第四AC/DC转换器之间。

根据本公开的至少一个方面，提供了一种操作包括具有多个初级绕组和多个次级绕组的多个转换器的电力系统的方法，该方法包括通过多个初级绕组的第一初级绕组接收初级DC电流，通过多个初级绕组的第一初级绕组向多个初级绕组的第二初级绕组提供初级DC电流，所述多个初级绕组串联连接，并且由所述多个次级绕组的每个次级绕组向一个或多个相应负载提供相应的感应DC电流，每个感应DC电流由所述初级DC电流感应。

在一些示例中，电力系统还包括至少一个AC/DC转换器，该方法还包括由至少一个AC/DC转换器接收AC电力，并且由至少一个AC/DC转换器向第一初级绕组提供初级DC电流，初级DC电流源自AC电力。在各种示例中，电力系统还包括多个旁路开关，多个旁路开关的每个旁路开关联接到多个初级绕组的相应初级绕组，该方法还包括操作多个旁路开关的第一旁路开关，使得初级DC电流绕过多个初级绕组的第一初级绕组。

在至少一个示例中，转换器是初级转换器，并且其中电力系统包括多个支路，该多个支路具有包括第一次级转换器的第一支路和包括第二次级转换器的第二支路，该方法还包括由第一次级转换器经由第二次级转换器从第一支路向第二支路提供电流。在一些示例中，电力系统包括第一AC/DC转换器和第二AC/DC转换器，多个转换器串联联接在第一AC/DC转换器和第二AC/DC转换器之间，该方法还包括控制第一AC/DC转换器从第一AC电源汲取AC电力，以及控制第二AC/DC转换器从第二AC电源汲取AC电力。

根据本公开的至少一个方面，提供了一种其上存储有用于操作电力系统的计算机可执行指令序列的非暂时性计算机可读介质，该电力系统包括AC/DC转换器和具有串联连接的多个初级绕组和多个次级绕组的多个转换器，该计算机可执行指令序列包括指令，该指令指示至少一个处理器控制AC/DC转换器向第一转换器的第一初级绕组提供初级DC电流，控制第一转换器向多个初级绕组的第二初级绕组提供初级DC电流，以及控制多个转换器通过多个次级绕组的每个次级绕组向一个或多个相应负载提供相应的感应DC电流，每个感应DC电流由初级DC电流感应。

在一些示例中，电力系统还包括至少一个AC/DC转换器，指令还指示至少一个处理器控制至少一个AC/DC转换器接收AC电力并将初级DC电流提供给第一初级绕组，初级DC电流源自AC电力。在各种示例中，转换器是初级转换器，并且电力系统包括多个支路，多个支路具有包括第一次级转换器的第一支路和包括第二次级转换器的第二支路，这些指令还指示至少一个处理器控制第一次级转换器，以经由第二次级转换器从第一支路向第二支路提供电流。在至少一个示例中，电力系统包括第一AC/DC转换器和第二AC/DC转换器，多个转换器串联联接在第一AC/DC转换器和第二AC/DC转换器之间，指令还指示至少一个处理器控制第一AC/DC转换器从第一AC电源汲取AC电力，并控制第二AC/DC转换器从第二AC电源汲取AC电力。

根据本公开的至少一个示例总体上涉及配电。诸如不间断电源(UPS)之类的电力设备可用于向一个或多个负载供电。公用电网可以将电力分配给多个电力设备。在一些示例中，公用电网可以将AC电力分配给电力设备。在各种示例中，AC电力可以在被提供给电力设备之前被转换成DC电力。

根据本公开的至少一个方面，提供了一种电力系统，其包括配置为接收DC电力的多个转换器，该多个转换器包括多个初级绕组和多个次级绕组，其中该多个初级绕组的每个初级绕组串联联接，并且该多个次级绕组的每个次级绕组配置为联接到至少一个负载。

在一些示例中，电力系统包括至少一个AC/DC转换器。在各种示例中，至少一个AC/DC转换器配置成向多个转换器提供DC电力。在至少一个示例中，电力系统包括多个旁路开关，每个旁路开关与多个初级绕组的相应初级绕组并联联接。在一些示例中，转换器是固态变压器。在各种示例中，转换器是初级转换器，电力系统还包括多个次级转换器。在至少一个示例中，电力系统包括多个支路，每个支路包括初级转换器和次级转换器，每个支路配置为联接到相应的负载。

在一些示例中，多个支路包括第一支路，该第一支路具有联接到一个或多个第一负载的第一初级转换器和第一次级转换器，该电力系统还包括至少一个控制器，该控制器配置为将第一初级转换器控制为电压源转换器。在各种示例中，至少一个控制器配置成控制电压源转换器向一个或多个第一负载提供恒定电压。在至少一个示例中，多个支路包括第一支路，该第一支路具有联接到一个或多个第一负载的第一初级转换器和第一次级转换器，该电力系统还包括至少一个控制器，该控制器配置为将第一次级转换器控制为电流源转换器。

在一些示例中，至少一个控制器配置为控制电流源转换器向一个或多个第一负载提供恒定电流。在各种示例中，电力系统包括联接到多个初级转换器和多个次级转换器的AC/DC转换器。在至少一个示例中，该电力系统包括至少一个控制器，其中该至少一个控制器配置为控制AC/DC转换器从第一AC电源或第二AC电源中的至少一个汲取AC电力，并向多个初级转换器提供初级DC电流，以在每个初级转换器的相应次级绕组中感应相应的负载电流。在一些示例中，所述至少一个控制器还配置为响应于确定相应的负载电流低于负载电流需求，控制相应的次级转换器从第一AC电源或第二AC电源中的至少一个汲取补充电流以提供给相应的负载，并且响应于确定相应的负载电流高于负载电流需求，将相应的负载电流的至少一部分返回到第一AC电源或第二AC电源中的至少一个。

根据至少一个示例，提供了一种操作包括具有多个初级绕组和多个次级绕组的多个转换器的电力系统的方法，该方法包括由多个初级绕组的第一初级绕组接收初级DC电流，由多个初级绕组的第一初级绕组向多个初级绕组的第二初级绕组提供初级DC电流，所述多个初级绕组串联连接，并且由所述多个次级绕组的每个次级绕组向一个或多个相应负载提供相应的感应DC电流，每个感应DC电流由所述初级DC电流感应。

在一些示例中，转换器是初级转换器，并且电力系统还包括多个支路，每个支路包括初级转换器和次级转换器，并且配置为联接到相应的负载，该方法还包括将每个初级转换器作为电压源转换器来操作。在各种示例中，该方法包括操作每个电压源转换器来向一个或多个相应负载提供恒定电压。在至少一个示例中，转换器是初级转换器，并且电力系统还包括多个支路，每个支路包括初级转换器和次级转换器，并且配置为联接到相应的负载，该方法还包括将每个次级转换器作为电流源转换器操作。在一些示例中，该方法包括控制每个电流源转换器向一个或多个相应负载提供恒定电流。

根据至少一个示例，提供了一种其上存储有用于操作电力系统的计算机可执行指令序列的非暂时性计算机可读介质，该电力系统包括AC/DC转换器和具有串联连接的多个初级绕组和多个次级绕组的多个转换器，该计算机可执行指令序列包括指令，该指令指示至少一个处理器控制AC/DC转换器向第一转换器的第一初级绕组提供初级DC电流，控制第一转换器向多个初级绕组的第二初级绕组提供初级DC电流，并且控制多个转换器通过多个次级绕组的每个次级绕组向一个或多个相应负载提供相应的感应DC电流，每个感应DC电流由初级DC电流感应。

附图说明

下面参照附图讨论至少一个实施例的各个方面，附图不打算按比例绘制。附图被包括进来以提供对各个方面和实施例的说明和进一步理解，并且被包含在说明书中并构成说明书的一部分，但是不旨在作为任何特定实施例的限制的定义。附图与说明书的其余部分一起用于解释所描述和要求保护的方面和实施例的原理和操作。在附图中，各个附图中示出的每个相同或几乎相同的组件由相同的数字表示。为了清楚起见，不是每个部件都在每个图中标出。在附图中:

图1示出了根据示例的电力系统的框图；

图2示出了根据示例的操作电力系统的过程；

图3示出了根据示例的电力系统的示意图；

图4示出了根据另一例子的电力系统的示意图；

图5示出了根据示例的单端电力系统的示意图；

图6示出了根据示例的双端电力系统的示意图；

图7示出了根据另一示例的电力系统的框图；和

图8示出了根据另一示例的电力系统的框图。

具体实施方式

在此讨论的方法和系统的例子在应用上不限于在下面的描述中阐述的或者在附图中示出的构造和部件布置的细节。这些方法和系统能够在其他实施例中实现，并且能够以各种方式实践或执行。这里提供的具体实现的例子仅仅是为了说明的目的，而不是为了限制。具体而言，结合任何一个或多个示例讨论的动作、组件、元素和特征不旨在被排除在任何其他示例中的类似角色之外。

此外，这里使用的措辞和术语是为了描述的目的，不应该被认为是限制性的。本文以单数形式提及的系统和方法的实例、实施例、组件、元件或动作的任何引用也可涵盖包含多个的实施例，且本文以复数形式提及的任何实施例、组件、元件或动作的任何引用也可涵盖仅包含单数的实施例。单数或复数形式的引用不旨在限制当前公开的系统或方法、它们的组件、动作或元素。这里使用的“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“涉及”及其变体意味着包含其后列出的项目及其等同物以及附加项目。

对“或”的引用可以被解释为包含性的，使得使用“或”描述的任何术语可以表示单个、多于一个和所有描述的术语中的任何一个。此外，在本文件和通过引用并入本文的文件之间术语使用不一致的情况下，并入特征中的术语使用是对本文件的补充；对于不可调和的差异，以本文件中的术语用法为准。

如上所述，公用电网可用于向一个或多个负载配电。例如，公用电网可以向具有多个耗电设备的数据中心供电，例如配电单元、信息技术设备、服务器、温度控制设备等等。在一些示例中，耗电设备可以消耗来自公用电网的AC电力。在其他示例中，AC/DC转换器可用于将AC电网电力转换成DC电力，并将DC电力提供给耗电设备(以下称为“负载”)。在其他示例中，公用电网可以向负载提供DC电力，并且负载可以消耗来自公用电网的DC电力。

在向负载提供AC电力的示例中，AC电力可以被分配给并联连接负载的任意数量的支路。可以实现各种设备和/或装置来促进电力系统中的AC电力分配，例如功率因数校正(PFC)电路、AC谐波滤波电路等等。因为所有的支路都承受相同的全AC电压，所以每个支路都可以承受全AC电压。

在DC电力被提供给负载的示例中，DC电力可以被分配给任意数量的串联连接负载。DC负载可能不需要PFC电路，也不需要谐波滤波电路，并且由于支路串联连接，每个支路的额定值可能仅承受全电源电压的一部分(例如，与支路数量成反比)。DC配电的其他方面包括更简单的电压控制，因为DC电压的幅度和极性可以保持静态；降低接地和屏蔽要求；更低的电晕损失；消除与电感和电容相关的低效率；由于没有集肤效应，减少了隔热要求；电池和电容器(和/或超级电容器)等储能资源的可能性；减少电力传导电缆的数量和长度；并且在其它方面中，由于输电线中没有电感而降低了电压降。

因此，在一些示例中，配电系统可以受益于DC配电而不是AC配电。本公开的示例提供了一种DC配电系统，其配置为向任意数量的串联连接负载支路配电。每个负载支路包括第一转换器(例如，固态变压器)、一个或多个负载以及可选的第二转换器(例如，固态变压器)。每个第一转换器可以包括相应的第一变压器，每个第二转换器可以包括相应的第二变压器。在各种示例中，负载支路串联连接，因为每个相应的第一变压器的初级绕组串联连接。因为串联连接的初级绕组串联连接，所以每个支路可以被提供大致相同的电流。然而，可选的第二转换器可以使得到每个负载支路的电流能够被修改。在一个示例中，可选的第二转换器可以实现两个或更多负载支路之间的电流共享，使得一个支路中的电流可以不同于另一个支路中的电流。在另一个示例中，第一转换器可以作为电压源转换器操作，并且可选的第二转换器可以作为电流源转换器操作，该电流源转换器从公用电网汲取额外的或更少的电流。因此，本公开的示例提供了一种具有多个串联连接负载支路的DC配电系统，其中可以独立控制到每个负载支路的电流量。

图1示出了根据示例的电力系统100的框图。电力系统100包括第一AC电源102a、第一主DC/AC转换器104a和一个或多个负载支路106(“支路106”)，负载支路106被任意示为包括第一负载支路106a、第二负载支路106b和第三负载支路106n。在其他示例中，支路106可以包括更多或更少的支路。在一些示例中，电力系统100可以可选地包括一个或多个附加的可选部件，包括第二AC电源102b、第二初级DC/AC转换器104b、第一次级DC/AC转换器108a和/或第二次级DC/AC转换器108b。

第一负载支路106a包括第一初级旁路开关110a和第一初级转换器112a，并且配置为联接到一个或多个第一负载114a(“第一负载114a”)。在一些示例中，第一负载支路106a可以可选地包括第一次级转换器116a和第一次级旁路开关118a。第二负载支路106b包括第二初级旁路开关110b和第二初级转换器112b，并且配置为联接到一个或多个第二负载114b(“第二负载114b”)。在一些示例中，第二负载支路106b可以可选地包括第二次级转换器116b和第二次级旁路开关118b。第三负载支路106n包括第三初级旁路开关110n和第三初级转换器112n，并且配置为联接到一个或多个第三负载114n(“第三负载114n”)。在一些示例中，第三负载支路106n可以可选地联接到第三次级转换器116n和第三次级旁路开关118n。电力系统100还包括至少一个控制器120(“控制器120”)。

第一AC电源102a联接到第一初级AC/DC转换器104a和第一次级AC/DC转换器108a。第二AC电源102b联接到第二初级AC/DC转换器104b和第二次级AC/DC转换器108b。第一初级AC/DC转换器104a在第一连接处联接到第一AC电源102a，并且在第二连接处联接到第一初级旁路开关110a和第一初级转换器112a。如下文更详细讨论的，在一些示例中，第一初级AC/DC转换器104a也可以在第二连接处联接到第一次级转换器116a和第一次级旁路开关118a。第二初级AC/DC转换器104b在第一连接处联接到第二AC电源102b，并且在第二连接处联接到第三初级旁路开关110c和第三初级转换器112n。如下面更详细讨论的，在一些示例中，第二初级AC/DC转换器104b也可以在第二连接处联接到第三次级转换器116n和第三次级旁路开关118n。

第一次级AC/DC转换器108a在第一连接处联接到第一AC电源102a，并且联接到第一次级转换器116a和第一次级旁路开关118a。第二次级AC/DC转换器108b在第一连接处联接到第二AC电源102b，并且联接到第三次级转换器116n和第三次级旁路开关118n。

第一初级旁路开关110a在第一连接处联接到第一初级AC/DC转换器104a，在第二连接处联接到第二初级旁路开关110b和第二转换器112b，并且与第一转换器112a并联联接。第二初级旁路开关110b在第一连接处联接到第一初级旁路开关110a和第一初级转换器112a，在第二连接处联接到第三初级旁路开关110n和第三初级转换器112n，并且与第二初级转换器112b并联联接。第三初级旁路开关110n在第一连接处联接到第二初级旁路开关110b和第二初级转换器112b，在第二连接处联接到第二初级AC/DC转换器104b，并且与第三初级转换器112n并联联接。

第一初级转换器112a在第一连接处联接到第一初级AC/DC转换器104a，在第二连接处联接到第二初级转换器112b，在第三连接处联接到第一负载114a和第一次级转换器116a，并且与第一初级旁路开关110a并联联接。第二初级转换器112b在第一连接处联接到第一初级旁路开关110a和第一初级转换器112a，在第二连接处联接到第三初级旁路开关110n和第三初级转换器112n，在第三连接处联接到第二负载114b和第二次级转换器116b，并且与第二初级旁路开关110b并联联接。第三初级转换器112n在第一连接处联接到第二初级旁路开关110b和第二初级转换器112b，在第二连接处联接到第二初级AC/DC转换器104b，在第三连接处联接到第三负载114n和第三次级转换器116n，并且与第三初级旁路开关110n并联联接。

在各种示例中，每个初级转换器112是或包括固态变压器，该固态变压器具有与初级旁路开关110中的相应一个并联连接的初级绕组，以及连接到负载114中的相应一个的次级绕组。在一些示例中，每个初级转换器112包括连接到初级绕组和/或次级绕组的一个或多个开关器件。在各种示例中，每个初级转换器112可以是双向的；因此，为了便于解释而非限制，绕组可以被称为初级和次级。

第一负载114a联接到第一初级转换器112a和第一次级转换器116a。第二负载114b联接到第二初级转换器112b和第二次级转换器116b。第三负载114n联接到第三初级转换器112n和第三次级转换器116n。

第一次级转换器116a在第一连接处联接到第一次级AC/DC转换器108a，在第二连接处联接到第二次级转换器116b和第二次级旁路开关118b，在第三连接处联接到第一初级转换器112a和第一负载114a，并且与第一初级旁路开关118a并联联接。第二次级转换器116b在第一连接处联接到第一次级转换器116a和第一初级旁路开关118a，在第二连接处联接到第三次级转换器116n和第三次级旁路开关118n，在第三连接处联接到第二初级转换器112b和第二负载114b，并且与第二次级旁路开关118b并联联接。第三次级转换器116n在第一连接处联接到第二次级转换器116b和第二次级旁路开关118b，在第二连接处联接到第二次级AC/DC转换器108b，在第三连接处联接到第三初级转换器112n和第三负载114n，并且与第三次级旁路开关118n并联联接。

在各种示例中，每个次级转换器116是或包括固态变压器，该固态变压器具有与相应的一个次级旁路开关118并联连接的初级绕组，以及连接到相应的一个负载114的次级绕组。在一些示例中，每个次级转换器116包括连接到初级绕组和/或次级绕组的一个或多个开关器件。在各种示例中，每个次级转换器116可以是双向的；因此，为了便于解释而非限制，绕组可以被称为初级和次级。

第一次级旁路开关118a在第一连接处联接到第一次级AC/DC转换器108a，在第二连接处联接到第二次级转换器116b和第二次级旁路开关118b，并且与第一次级转换器116a并联联接。第二次级旁路开关118b在第一连接处联接到第一次级转换器116a和第一次级旁路开关118a，在第二连接处联接到第三次级转换器116n和第三次级旁路开关118n，并且与第二次级转换器116b并联联接。第三次级旁路开关118n在第一连接处联接到第二次级转换器116b和第二次级旁路开关118b，在第二连接处联接到第二次级AC/DC转换器108b，并且与第三次级转换器116n并联联接。

控制器120可以通信地联接到一个或多个部件104-118。为了说明清楚，没有示出通信连接。如上所述，电力系统100的一个或多个部件可以是可选部件。因此，在省略了可选部件的示例中，上述连接可以被改变，就好像被省略的部件被短路、开路、另一部件或连接等代替一样。

在一些示例中，可选的第二AC电源102b、可选的第二初级AC/DC转换器104b和可选的第二次级AC/DC转换器108b可以省略。第二AC电源102b可以提供冗余电源，以解决例如第一AC电源102a的故障。AC电源102a、102b可以各自是公用电网；如果一个公用电网不可用，另一个公用电网可用作冗余备用电源。因此，尽管可选的第二AC电源102b、可选的第二初级AC/DC转换器104b和可选的第二次级AC/DC转换器108b可以被包括在需要冗余的地方，但是在一些例子中它们可以被省略。

在一些示例中，可以省略可选的第一次级AC/DC转换器108a、可选的次级转换器116、可选的旁路开关118和可选的第二次级AC/DC转换器108b。次级转换器116可以使得提供给支路106的电流彼此不同。在一个示例中，次级转换器116配置成使得能够在支路106之间共享电流。在另一个示例中，次级转换器116作为电流源转换器操作，以从第一AC电源102a和/或第二AC电源102b汲取补充电流或将补充电流返回到第一AC电源102a和/或第二AC电源102b。在其他示例中，如果例如每个支路106汲取的电流在阈值偏差范围(例如，5-10％)内近似相等，则次级转换器116(以及，通过扩展，第一次级AC/DC转换器108a、次级旁路开关118和第二次级AC/DC转换器108b)可以被省略。

图2示出了根据示例的操作电力系统100的过程200。提供了控制器120执行过程200的例子。在一些示例中，可以执行过程200，其中省略或包括第二AC电源102b、第二初级AC/DC转换器104b和第二初级AC/DC转换器104b。类似地，在各种示例中，可以执行过程200，其中省略或包括第一次级AC/DC转换器108a、第二次级AC/DC转换器108b、次级转换器116和次级旁路开关118。出于示例的目的，提供了包括各种部件的过程200的一些示例，并且提供了省略各种部件的过程200的一些示例。

在动作202，控制器120确定是否应该绕过任何支路106。例如，如果支路106中的一个正在进行维护，控制器120可以确定该支路应该被绕过，使得该支路可以被安全地工作。在另一个例子中，如果支路106之一正经历部件故障，控制器120可以确定该支路应该被绕过，直到故障已经被解决。在另一个示例中，如果连接到一个支路106的一个负载114没有汲取电力，则控制器120可以确定该支路应该被绕过，直到相应的负载再次汲取电力。在其他示例中，控制器120可以响应于一个或多个其他条件来确定一个或多个支路106应该被绕过。如果控制器120确定一个或多个支路106应该被绕过(202是)，则过程200继续到动作204。否则，如果控制器120确定没有支路106应该被绕过(202否)，则过程200继续到动作206。

在动作204，控制器120操作旁路开关110、118中的一个或多个来绕过要被绕过的支路106中的一个或多个。例如，如果控制器120在动作202确定第一支路106a应该被绕过，则控制器120可以控制第一初级旁路开关110a处于闭合和导通位置。在包括第一次级转换器116a的示例中，控制器120还可以控制第一次级旁路开关118a处于闭合和导通位置。闭合旁路开关110a、118a使得电流能够分别绕过转换器112a、116a，使得电流不被传送到第一支路106a，但是仍然可以被提供到第二支路106b和第三支路106n。剩余的旁路开关110b、110n、118b、118n可以保持断开和不导通。在各种示例中，控制器120可以确定没有支路106将被绕过，因此可以不控制旁路开关110、118中的任何一个闭合和导通。

在动作206，控制器120操作一个或多个AC/DC转换器104、108，以向转换器112、116中的至少一个提供电力。在各种示例中，控制器120可以至少控制第一初级AC/DC转换器104a从第一AC电源102a汲取AC电力，将AC电力转换成DC电力，并且将DC电力提供给初级转换器112，而不管包括或省略了哪些可选部件。来自第一AC电源102a的电流可以串联提供给初级转换器112的每个串联连接初级绕组，这些初级绕组不被绕过。在包括第二AC电源102b的示例中，控制器120还可以控制第二初级AC/DC转换器104b从第二AC电源102b汲取AC电力，将AC电力转换成DC电力，并将DC电力提供给初级转换器112。在包括次级转换器116的示例中，控制器120还可以控制第一次级AC/DC转换器108a和/或第二次级AC/DC转换器108n，以分别将电流返回到AC电源102a、102b，或者在其他支路106之间共享电流，如下面更详细讨论的。

在动作208，控制器120操作一个或多个转换器来向一个或多个相应的负载提供电力。例如，控制器120可以操作包括在或联接到初级转换器112中的一个或多个开关器件，以从一个或多个AC/DC转换器104a、104b、108a、108b提取DC电力，将DC电力转换成AC电力，将AC电力提供给初级绕组以在次级绕组中感应电流，将感应电流转换成DC电流，并将电流提供给负载114。在一些示例中，控制器120可以控制初级转换器112从AC电源102a、102b中的一个或两个汲取电力。例如，控制器120可以控制一个或多个支路106仅从第一AC电源102a汲取电力，并且可以控制剩余的一个或多个支路106仅从第二AC电源102b汲取电力。在另一个例子中，控制器120可以控制所有的支路106仅从AC电源102a、102b中的一个汲取电力。在多个初级转换器112从一个AC电源接收电力的示例中，AC电源可以串联地向初级转换器112的相应初级绕组提供电流，使得每个初级绕组的电流基本相等。

在可选动作210，控制器120可以可选地控制次级转换器116来控制到各个支路106的电流。在例如省略次级转换器116的情况下，可以不执行可选动作210。如果包括次级转换器116并且执行动作210，则控制器120可以控制次级转换器116通过平衡支路106之间的电流来解决支路106之间的电流需求差异。如上所述，电流可以串联提供给初级转换器112的多个初级绕组。因此，提供给串联连接的初级绕组的电流可以大致相等，如果连接到串联连接的初级绕组的负载114的电流需求大致相等，即在彼此的阈值偏差内，这是可以接受的。然而，如果负载114的电流需求超过阈值偏差，则控制器120可以控制次级转换器116来平衡支路106之间的电流。

阈值偏差可以表示为具有最高电流需求的串联支路和具有最低电流需求的串联支路之间的百分比差。例如，阈值偏差可以是百分比，例如5％、7.5％、10％或其他值。如果串联支路的电流需求差小于阈值偏差，则控制器120可以不控制次级转换器116来平衡电流。相反，如果差值超过阈值偏差，控制器120可以控制次级转换器116来平衡电流。如下面更详细讨论的，在一个示例中，平衡电流包括在两个或更多个支路106之间共享电流。在另一个示例中，平衡电流包括将次级转换器116作为电流源转换器操作，以将补充电流注入到可能需要额外电流的各个支路106。在其他示例中，可以实施其他方案来改变支路106之间的电流量。

图3示出了根据一个示例的电力系统300的示意图。电力系统300可以示出电力系统100的一种实施方式，并且类似的部件被相应地标记。例如，电力系统300包括AC电源102a、102b，初级AC/DC转换器104a、104b，支路106a、106b、106n，次级AC/DC转换器108a、108b，初级旁路开关110a、110b、110n，初级转换器112a、112b、112n，负载114a、114b、114n，次级转换器116a、116b、116n，次级旁路开关118a,118b,118n和控制器120。

初级转换器112a、112b、112n中的每一个分别包括一个或多个开关器件302a、302b、302n的初级侧组，初级绕组304a、304b、304n，次级绕组306a、306b、306n，以及一个或多个开关器件308a、308b、308n的次级侧组。次级转换器116a、116b、116n中的每一个分别包括初级侧的一组一个或多个开关器件310a、310b、310n，初级绕组312a、312b、312n，次级绕组314a、314b、314n，以及次级侧的一组一个或多个开关器件316、316b、316n。因此，初级转换器112和次级转换器116中的每一个可以是或包括具有初级绕组和次级绕组的相应固态变压器。在各种示例中，初级转换器112a、112b、112n和次级转换器116a、116b、116n可以是双向的；因此，术语“初级绕组”和“次级绕组”可以是为了方便而使用，而不是暗示限制。

一个或多个开关器件302a、302b、302n的初级侧组的每组开关器件与初级旁路开关110a、110b、110n中相应的一个并联联接，并且联接到初级绕组304a、304b、304n中相应的一个。如上所述，控制器120可以操作一个或多个开关器件302a、302b、302n的初级侧组，以将DC电流转换成AC电流，以提供给初级绕组304a、304b、304n中相应的一个。初级绕组304a、304b、304n经由相应一个或多个开关器件302a、302b、302n的初级侧组彼此串联联接。初级绕组304a、304b、304n分别感应联接到次级绕组306a、306b、306n。如上所述，控制器120可以操作一个或多个开关器件308a、308b、308n的次级侧组，以将来自次级绕组306a、306b、306n的感应AC电流转换成DC电流，以提供给负载114a、114b、114n。

初级侧的一组一个或多个开关器件310a、310b、310n的每组开关器件与次级旁路开关118a、118b、118n中相应的一个并联联接，并且联接到初级绕组312a、312b、312n中相应的一个。如上所述，控制器120可以操作初级侧的一组一个或多个开关器件310a、310b、310n，以将DC电流转换成AC电流，以提供给初级绕组312a、312b、312n中的相应一个。初级绕组312a、312b、312n分别感应联接到次级绕组314a、314b、314n。如上所述，控制器120可以操作次级侧的一组一个或多个开关器件316a、316b、316n，以将来自次级绕组314a、314b、314n的感应AC电流转换成DC电流，以提供给例如一个或多个其他支路106，从而支持电流共享。次级绕组314a、314b、314n经由一个或多个开关器件316a、316b、316n的相应次级侧组彼此串联联接。

在各种示例中，次级转换器116可以是双向的。例如，次级转换器116可以从AC电源102a、102b中的一个或两个汲取电流，以将补充电流注入到相应的一个支路106。因此，虽然次级转换器116的某些绕组被标识为初级或次级绕组，但是在其他示例中，被标识为初级绕组的绕组可以表现为次级绕组，反之亦然。

如上所述，可以控制次级转换器116来支持支路106之间的电流共享。图4示出了根据实施电流共享的示例的电源系统100的示意图。为了说明清楚，省略了一些参考数字。在图4所示的例子中，支路106从AC电源102中的一个或两个汲取总电流400。总电流400被串联提供给初级绕组304a、304b、304n，从而在次级绕组306a、306b、306n中感应出提供给负载114a、114b、114n的电流。然而，支路106a、106b、106n之间的电流需求可能不同，因此总电流400可能不会向支路106a、106b、106n中的一个或多个提供适当量的电流。例如，尽管提供给第一支路106a的第一电流402可以向第一支路106a提供适量的电流，但是第二支路106b可能不会从总电流400接收足够的电流，并且第三支路106n可能从总电流400接收太多的电流。

因此，控制器120可以控制次级转换器116b、116n在支路106b、106n之间共享电流。例如，控制器120可以控制第三次级转换器116n将第二电流404从第三负载114n分流出去，而是与第二次级转换器116b共享该电流。控制器120可以控制第二次级转换器116b从第三次级转换器116n汲取共享电流，并将共享电流提供给第二负载114b，从而补充由总电流400感应的电流，以将第三电流406提供给第二负载114b。因此，在串联提供的电流不适合支持负载114a、114b、114n的情况下，次级转换器116b、116n可以被操作来支持电流共享。

如上所述，次级转换器116可以附加地或替代地被控制为电流源转换器，以根据需要向支路106提供补充电流。图5示出了根据一个示例的电力系统100的示意图，其中控制器120控制初级转换器112作为电压源转换器操作，并且控制次级转换器116作为电流源转换器操作。在图示的例子中，电力系统100可以被认为是单端系统，因为省略了第二AC电源102b。此外，省略了可选的AC/DC转换器104b、108a、108b。

在各种示例中，控制器120将初级转换器112作为电压源转换器操作，并将次级转换器116作为电流源转换器操作。控制器120将初级转换器112作为电压源转换器来操作，以在每个支路106处保持期望的电压。第一AC电源102a向串联连接的初级转换器112提供电流。因为初级绕组304a、304b、304n串联连接，所以初级转换器112从第一AC电源102a接收相同的电流。如果支路106之间的电流需求不同，单独控制每个支路106的电流可能是有利的。

在一些示例中，控制器120将转换器112作为电流源转换器操作，以向每个支路106提供期望的电流。例如，如果提供给第一初级转换器112a的电流低于第一负载114a的期望电流，则控制器120可以控制第一次级转换器116a从第一AC电源102a汲取额外的电流，以补充提供给第一初级转换器112a的电流。控制器120可以控制第一次级转换器116a，以保持恒定的、期望的电流流向第一负载114a。在另一示例中，如果提供给第二初级转换器112b的电流高于第二负载114b的期望电流，则控制器120可以控制第二次级转换器116b从第二初级转换器112b汲取过量电流，从而绕过第二负载114b。控制器120可以控制第二次级转换器116a，以保持恒定的期望电流流向第二负载114a。

因此，控制器120可以控制作为电压源转换器的初级转换器112和作为电流源转换器的次级转换器116，以向每个负载114提供期望的电压和电流。尽管图5出于示例的目的示出了单端电源系统，但是在其他示例中，相同的原理可以适用于双端电源系统。例如，图6示出了根据一个示例的电力系统100的示意图，其中控制器120控制初级转换器112作为电压源转换器操作，并且控制次级转换器116作为电流源转换器操作。在图示的例子中，电力系统100可以被认为是双端系统，因为包括了第二AC电源102b。例如，在第一AC电源102a变得不可用的情况下，第二AC电源102b可以提供冗余电源。

如以上关于动作210所讨论的，如果支路106之间的电流需求超过阈值偏差，则控制器120可以控制次级转换器116来平衡支路106之间的电流。在其他示例中，控制器120可以配置成控制次级转换器116来平衡支路106之间的电流，而不管电流需求的不平衡有多显著或不显著。然而，电力系统100的设计者可以预先知道电流需求可能不同的程度，并且可以基于预期偏差来决定是否包括次级转换器116。例如，如果电流需求可能超过阈值偏差，则设计者可以选择实现次级转换器116，并且控制器120可以使用次级转换器116来平衡电流。相反，如果电流需求不可能超过阈值偏差，则设计者可以选择省略次级转换器116。

在上面讨论的示例中，初级转换器112a-112n中的每一个和次级转换器116a-116n中的每一个(例如，在包括次级转换器116a-116n的情况下)联接到负载114a-114n中的单个相应一个。例如，第一初级转换器112a和第一次级转换器116a可以联接到第一负载114a，第二初级转换器112b和第二次级转换器116b可以联接到第二负载114b，等等。在其他示例中，负载114a-114n可以并联联接。

例如，图7示出了根据一个示例的电力系统700的框图。在一些示例中，电力系统700基本上类似于电力系统100，并且包括相同的部件，这些部件被相应地标记。然而，电力系统700的部件可以不同地布置。例如，初级转换器112a-112n的输出和次级转换器116a-116n的输出在公共总线702处联接在一起，公共总线702又联接到并联联接的所有负载114a-114n。因此，在该示例中，转换器112a-112n、116a-116n中的每一个都联接到负载114a-114n中的每一个。

类似地，图8示出了根据另一示例的电力系统800的框图。电力系统800类似于电力系统100，并且相似的部件被相应地标记。电力系统800的部件与电力系统100的部件的不同之处在于，电力系统800包括第一组负载114a-1、114b-1、114n-1(“第一组负载114-1”)和第二组负载114a-2、114b-2、114n-2(“第二组负载114-2”)，而不是负载114a-114n。

此外，电力系统800的连接不同于电力系统100的连接。第一组负载114-1彼此并联联接。第二组负载114-2彼此并联联接。初级转换器112a-112n的输出在第一公共总线802处联接在一起，第一公共总线802又联接到第一组负载114-1中的每个负载。次级转换器116a-116n的输出在第二公共总线804处联接在一起，第二公共总线804又联接到第二组负载114-2中的每个负载。电力系统800与电力系统700的不同之处至少在于，在电力系统700中，所有负载114a-114n都联接到转换器112a-112n、116a-116n中的每一个，而在电力系统800中，初级转换器112a-112n联接到第一组负载114-1而不是第二组负载114-2，次级转换器116a-116n联接到第二组负载114-2而不是第一组负载114-1。

电力系统700、800的实现提供了几个优点(在一些示例中，这些优点也可以应用于上述其他电力系统配置)。例如，电力系统700、800可以提供便利的电力可扩展性。如果电力系统700、800上的电力汲取增加，则可以容易地添加额外的电力转换器来按比例增加电力系统700、800的电力输出。例如，在电力系统700中，额外的初级电力转换器可以联接到初级转换器112a-112n，和/或额外的次级电力转换器可以联接到次级转换器116a-116n，以增加可以提供给负载114a-114n的电力总量。类似地，在电力系统800中，附加的初级电力转换器可以联接到初级转换器112a-112n，以按比例增加到第一组负载114-1的电力输出，和/或附加的次级电力转换器可以联接到次级转换器116a-116n，以按比例增加到第二组负载114-2的电力输出。

电力系统700、800的另一个优点包括冗余。例如，如果电力系统700中的初级转换器112a-112n中的任何一个发生故障，则相应的初级旁路开关110a-110n可以闭合以绕过发生故障的初级转换器，从而中断从发生故障的初级转换器提供电力。使用第一初级转换器112a作为例子，如果第一初级转换器112a发生故障，则第一初级旁路开关110a可以闭合以绕过第一初级转换器112a。第一初级转换器112a因此可以停止向负载114a-114n供电。然而，剩余的初级转换器112b-112n保持联接到负载114a-114n，并且可以继续为负载114a-114n供电。因此，电力系统700可以是冗余的，因为即使一个电力转换器发生故障，故障转换器所连接的负载也可以继续从剩余的电力转换器接收电力。在各种示例中，转换器112、116的数量(例如，冗余转换器112、116的数量)可以根据期望的冗余水平、电力转换器的可用性、期望的空间量和/或功率效率等而变化。

尽管前述示例是针对第一初级转换器112a提供的，但是类似的原理适用于剩余的初级转换器112b-112n和次级转换器116a-116n。此外，尽管前述示例是针对电力系统700提供的，但是类似的原理适用于电力系统800。例如，当剩余的初级转换器112a-112n继续为第一组负载114-1供电时，初级转换器112a-112n中的任何一个可以被绕过，并且当剩余的次级转换器116a-116n继续为第二组负载114-2供电时，次级转换器116a-116n中的任何一个可以被绕过。

在各种示例中，部件可以被添加到(或者可以存在但未明确示出)上述各种拓扑中。例如，在电力系统700、800的一些实施方式中，可以在公共转换器输出总线和相应负载之间实施额外的DC/DC转换器。例如，在电力系统700中，至少一个附加的DC/DC转换器(未明确示出)可以联接在转换器112a-112n、116a-116n和负载114a-114n之间。例如，在电力系统800中，至少一个第一附加DC/DC转换器(未明确示出)可以联接在初级转换器112a-112n和第一组负载114-1之间，并且至少一个第二附加DC/DC转换器(未明确示出)可以联接在次级转换器116a-116n和第二组负载114-2之间。在一些示例中，可以为电力系统700、800中的每个负载114实现额外的DC/DC转换器。在各种示例中，控制器120可以将每个额外的DC/DC转换器作为电流源转换器来操作，以控制提供给每个相应负载的电流量。在其他示例中，可以不实现一个或多个额外的DC/DC转换器。

各种控制器，例如控制器120，可以执行上述各种操作。使用存储在相关联的存储器和/或存储装置中的数据，控制器120还执行存储在一个或多个非暂时性计算机可读介质上的一个或多个指令，控制器120可以包括和/或耦合到该一个或多个非暂时性计算机可读介质，这可以产生被操纵的数据。在一些示例中，控制器120可以包括一个或多个处理器或其他类型的控制器。在一个示例中，控制器120是或包括至少一个处理器。在另一个例子中，除了通用处理器之外，或者代替通用处理器，控制器120使用专用集成电路来执行上述操作的至少一部分，该专用集成电路被定制为执行特定操作。如这些示例所示，根据本公开的示例可以使用硬件和软件的许多特定组合来执行这里描述的操作，并且本公开不限于硬件和软件组件的任何特定组合。本公开的示例可以包括被配置为执行上述方法、过程和/或操作的计算机程序产品。计算机程序产品可以是或包括一个或多个控制器和/或处理器，其被配置为执行指令以执行上述方法、过程和/或操作。

因此，已经描述了至少一个实施例的几个方面，应当理解，本领域技术人员将容易想到各种变更、修改和改进。这些变更、修改和改进旨在成为本公开的一部分，并且在本公开的精神和范围内。因此，前面的描述和附图仅仅是示例性的。

Claims (20)

1.一种电力系统，包括:

多个转换器，配置为接收DC电力，所述多个转换器包括多个初级绕组和多个次级绕组，其中，

所述多个初级绕组的每个初级绕组串联联接，并且

所述多个次级绕组的每个次级绕组配置为联接到至少一个负载。

2.根据权利要求1所述的电力系统，还包括至少一个AC/DC转换器。

3.根据权利要求2所述的电力系统，其中，所述至少一个AC/DC转换器配置为向所述多个转换器提供DC电力。

4.根据权利要求1所述的电力系统，还包括多个旁路开关，每个旁路开关与多个初级绕组的相应初级绕组并联联接。

5.根据权利要求1所述的电力系统，还包括公共总线，其联接到所述多个次级绕组的每个次级绕组和所述至少一个负载的每个负载。

6.根据权利要求1所述的电力系统，其中，所述转换器是初级转换器，所述电力系统还包括多个次级转换器。

7.根据权利要求6所述的电力系统，其中，所述电力系统包括多个支路，每个支路包括初级转换器和次级转换器，每个支路配置为联接到各自的负载。

8.根据权利要求7所述的电力系统，所述多个支路包括具有第一次级转换器的第一支路和具有第二次级转换器的第二支路，所述电力系统还包括至少一个控制器，其配置为控制所述第一次级转换器经由所述第二次级转换器从所述第一支路向所述第二支路提供电流。

9.根据权利要求1所述的电力系统，还包括第一AC/DC转换器和第二AC/DC转换器，其中所述多个转换器串联联接在第一AC/DC转换器和第二AC/DC转换器之间。

10.根据权利要求9所述的电力系统，还包括至少一个控制器，其中所述至少一个控制器配置为控制所述第一AC/DC转换器从第一AC电源汲取AC电力，并控制所述第二AC/DC转换器从第二AC电源汲取AC电力。

11.根据权利要求9所述的电力系统，其中，所述转换器是初级转换器，所述电力系统还包括多个次级转换器、第三AC/DC转换器和第四AC/DC转换器，所述多个次级转换器串联联接在所述第三AC/DC转换器和所述第四AC/DC转换器之间。

12.一种操作电力系统的方法，该电力系统包括具有多个初级绕组和多个次级绕组的多个转换器，该方法包括:

由多个初级绕组的第一初级绕组接收初级DC电流；

由多个初级绕组的第一初级绕组向多个初级绕组的第二初级绕组提供初级DC电流，多个初级绕组串联连接；和

由多个次级绕组的每个次级绕组向一个或多个相应负载提供相应的感应DC电流，每个感应DC电流由初级DC电流感应出。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述电力系统还包括至少一个AC/DC转换器，所述方法还包括:

由所述至少一个AC/DC转换器接收AC电力；和

由所述至少一个AC/DC转换器向所述第一初级绕组提供所述初级DC电流，所述初级DC电流源自所述AC电力。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述电力系统还包括多个旁路开关，所述多个旁路开关的每个旁路开关联接到所述多个初级绕组的相应初级绕组，所述方法还包括操作所述多个旁路开关的第一旁路开关，使得所述初级DC电流绕过所述多个初级绕组的第一初级绕组。

15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述转换器是初级转换器，并且其中所述电力系统包括多个支路，所述多个支路具有包括第一次级转换器的第一支路和包括第二次级转换器的第二支路，所述方法还包括由所述第一次级转换器经由所述第二次级转换器从所述第一支路向所述第二支路提供电流。

16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述电力系统包括第一AC/DC转换器和第二AC/DC转换器，所述多个转换器串联联接在所述第一AC/DC转换器和所述第二AC/DC转换器之间，所述方法还包括:

控制第一AC/DC转换器从第一AC电源汲取AC电力；和

控制第二AC/DC转换器从第二AC电源汲取AC电力。

17.一种非暂时性计算机可读介质，其上存储有用于操作电力系统的计算机可执行指令序列，该电力系统包括AC/DC转换器和具有串联连接的多个初级绕组和多个次级绕组的多个转换器，该计算机可执行指令序列包括指示至少一个处理器执行以下操作的指令:

控制所述AC/DC转换器以向第一转换器的第一初级绕组提供初级DC电流；

控制所述第一转换器以向所述多个初级绕组的第二初级绕组提供初级DC电流；和

控制所述多个转换器，以通过所述多个次级绕组的每个次级绕组向一个或多个相应负载提供相应的感应DC电流，每个感应DC电流由所述初级DC电流感应出。

18.根据权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述电力系统还包括至少一个AC/DC转换器，所述指令还指示所述至少一个处理器控制所述至少一个AC/DC转换器接收AC电力并将所述初级DC电流提供给所述第一初级绕组，所述初级DC电流源自所述AC电力。

19.根据权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述转换器是初级转换器，并且其中所述电力系统包括多个支路，所述多个支路具有包括第一次级转换器的第一支路和包括第二次级转换器的第二支路，所述指令进一步指示所述至少一个处理器控制所述第一次级转换器，以经由所述第二次级转换器从所述第一支路向所述第二支路提供电流。

20.根据权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述电力系统包括第一AC/DC转换器和第二AC/DC转换器，所述多个转换器串联联接在所述第一AC/DC转换器和所述第二AC/DC转换器之间，所述指令进一步指示所述至少一个处理器:

控制第一AC/DC转换器从第一AC电源汲取AC电力；和

控制第二AC/DC转换器从第二AC电源汲取AC电力。