用于功率轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)和方法技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)涉及用于功率轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)和方法。提供多級(jí)逆變器(22)。該多級(jí)逆變器(22)包括多個(gè)橋(60)，每個(gè)橋配置成接收輸入DC電力(32)的相應(yīng)的部分并且將該相應(yīng)部分轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的轉(zhuǎn)換的AC電力(44)。該多級(jí)逆變器(22)還包括至少一個(gè)橋控制器(42)，用于采用方形波形模式操作多個(gè)橋(60)中的至少一個(gè)。該多級(jí)逆變器(22)進(jìn)一步包括多個(gè)變壓器(48)，每個(gè)變壓器耦合于相應(yīng)的橋(60)并且配置成增加轉(zhuǎn)換的AC電力(44)的相應(yīng)部分的電壓水平。這些多個(gè)變壓器(48)進(jìn)一步包括二次繞組(70)，其與其它二次繞組(70)串聯(lián)耦合以組合轉(zhuǎn)換的AC電力(44)的相應(yīng)增加的電壓水平部分。該多級(jí)逆變器(22)還包括電網(wǎng)轉(zhuǎn)換器(52)，其配置成提供輸出電力(34)用于電網(wǎng)(36)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
用于功率轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)和方法
本專利技術(shù)的實(shí)施例大體涉及用于在流體渦輪機(jī)中產(chǎn)生高壓電力的系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
流體渦輪機(jī)(例如風(fēng)力渦輪機(jī)和海洋流體動(dòng)力設(shè)備等)從例如風(fēng)和水等流體的動(dòng)能產(chǎn)生電，其被傳輸?shù)诫娋W(wǎng)用于分配。例如，風(fēng)力渦輪機(jī)典型地包括：轉(zhuǎn)子部件，其將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；和同步發(fā)電機(jī)，其將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為具有變化頻率和低電壓的交流(AC)電力。由該同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的AC電力在傳輸?shù)揭粋€(gè)或多個(gè)電網(wǎng)用于進(jìn)一步分配之前通過功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。在一個(gè)常規(guī)的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，將低電壓和變化頻率的AC電力經(jīng)由低壓電纜饋送到設(shè)置在風(fēng)力渦輪機(jī)的塔內(nèi)的AC-DC轉(zhuǎn)換器。在非限制示例中，該低壓電纜包括能夠傳輸具有低于1000伏電壓的電力的電纜。該AC-DC轉(zhuǎn)換器將變化頻率的AC電力轉(zhuǎn)換為直流(DC)電力。該DC電力經(jīng)由DC鏈路傳輸給逆變器，并且該逆變器提供固定頻率脈沖寬度調(diào)制的AC電力作為輸出。此外，濾波該固定頻率脈沖寬度調(diào)制的AC電力來產(chǎn)生固定頻率正弦AC電力。該正弦AC電力被輸送到升壓變壓器，其將該低壓AC電力轉(zhuǎn)換為高壓AC電力。在這樣的實(shí)施例中，對(duì)于DC電力的脈沖寬度調(diào)制使用逆變器可導(dǎo)致效率損失并且另外需要笨重且昂貴的濾波器來產(chǎn)生正弦AC電力。此外，用于輸送低壓AC電力到AC/DC轉(zhuǎn)換器的低壓電纜是大、沉重并且昂貴的。另外，變壓器大且笨重。此外，在其中安裝了離岸AC/DC轉(zhuǎn)換器以從各種風(fēng)力渦輪機(jī)收集AC電力并且將該AC電力轉(zhuǎn)換為適于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)腄C電力的實(shí)施例中，產(chǎn)生了額外成本。因此，需要有改進(jìn)的并且不太昂貴的系統(tǒng)來解決上述問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
在一個(gè)實(shí)施例中，提供多級(jí)逆變器。該多級(jí)逆變器包括多個(gè)橋，每個(gè)橋配置成接收輸入DC電力的相應(yīng)部分并且將該輸入DC電力的該相應(yīng)部分轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換的AC電力的相應(yīng)部分。該多級(jí)逆變器還包括至少一個(gè)橋控制器，用于采用方形波形模式操作多個(gè)橋中的至少一個(gè)。該多級(jí)逆變器進(jìn)一步包括多個(gè)變壓器，每個(gè)變壓器耦合于相應(yīng)的橋并且配置成增加該相應(yīng)橋的轉(zhuǎn)換AC電力的相應(yīng)部分的電壓水平，其中多個(gè)變壓器的每個(gè)包括一次繞組和二次繞組，該一次繞組耦合于相應(yīng)的橋，該二次繞組與該一次繞組配對(duì)并且與其它二次繞組串聯(lián)耦合以組合轉(zhuǎn)換的AC電力的相應(yīng)增加的電壓水平部分。該多級(jí)逆變器還包括電網(wǎng)轉(zhuǎn)換器，其電耦合于多個(gè)變壓器的串聯(lián)連接的二次繞組并且配置成提供輸出電力以用于電網(wǎng)。在另外一個(gè)實(shí)施例中，提供功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括功率源。該系統(tǒng)還包括多級(jí)逆變器。該多級(jí)逆變器包括多個(gè)橋，每個(gè)橋配置成接收輸入DC電力的相應(yīng)部分并且將該輸入DC電力的該相應(yīng)部分轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換的AC電力的相應(yīng)部分。該多級(jí)逆變器還包括至少一個(gè)橋控制器，用于采用方形波形模式操作多個(gè)橋中的至少一個(gè)。該多級(jí)逆變器進(jìn)一步包括多個(gè)變壓器，每個(gè)變壓器耦合于相應(yīng)的橋并且配置成增加該相應(yīng)橋的轉(zhuǎn)換的AC電力的相應(yīng)部分的電壓水平，其中多個(gè)變壓器的每個(gè)包括一次繞組和二次繞組，該一次繞組耦合于相應(yīng)的橋，該二次繞組與該一次繞組配對(duì)并且與其它二次繞組串聯(lián)耦合以組合轉(zhuǎn)換的AC電力的相應(yīng)增加的電壓水平部分。該多級(jí)逆變器還包括電網(wǎng)轉(zhuǎn)換器，其電耦合于多個(gè)變壓器的串聯(lián)連接的二次繞組并且配置成提供輸出電力用于電網(wǎng)。在再另一個(gè)實(shí)施例中，提供用于功率轉(zhuǎn)換的方法。該方法包括將輸入DC電力分成輸入DC電力的多個(gè)部分。該方法還包括將輸入DC電力的每個(gè)相應(yīng)部分轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換的AC電力的相應(yīng)部分，其中使用方形波形模式來轉(zhuǎn)換該輸入DC電力的這些部分中的至少一些。該方法進(jìn)一步包括增加轉(zhuǎn)換的AC電力的相應(yīng)部分的電壓。該方法還包括串聯(lián)組合增加的電壓來提供組合的AC電力。該方法進(jìn)一步包括轉(zhuǎn)換該組合的AC電力來提供輸出電力用于電網(wǎng)。附圖說明當(dāng)下列詳細(xì)說明參照附圖(其中類似的符號(hào)在整個(gè)附圖中代表類似的部件)閱讀時(shí)，本專利技術(shù)的這些和其他特征、方面和優(yōu)勢(shì)將變得更好理解，其中：圖1是根據(jù)本專利技術(shù)的實(shí)施例的包括功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)的部分圖示。圖2是根據(jù)本專利技術(shù)的實(shí)施例描繪耦合于多相功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的每個(gè)相的多個(gè)多級(jí)逆變器的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的框圖表示。圖3是根據(jù)本專利技術(shù)的實(shí)施例的耦合于單相的多級(jí)逆變器的框圖表示。圖4是根據(jù)本專利技術(shù)的實(shí)施例描繪多級(jí)逆變器的各種部件之間的耦合的多級(jí)逆變器的詳細(xì)圖示。圖5是根據(jù)本專利技術(shù)的實(shí)施例在相應(yīng)的二次繞組的輸出處具有由多級(jí)逆變器中的多個(gè)橋產(chǎn)生的采用方形波形模式的增加的電壓的轉(zhuǎn)換AC電力的各種部分的示范性圖形表示。圖6是根據(jù)本專利技術(shù)的實(shí)施例由多級(jí)逆變器中的多個(gè)橋采用方形波形模式產(chǎn)生的組合的轉(zhuǎn)換AC電力的示范性圖形表示。圖7是根據(jù)本專利技術(shù)的實(shí)施例由電網(wǎng)轉(zhuǎn)換器從方形波形模式產(chǎn)生的正弦波形的示范性圖形表示。圖8是代表根據(jù)本專利技術(shù)的實(shí)施例用于功率轉(zhuǎn)換的方法所牽涉的步驟的流程圖。具體實(shí)施方式本專利技術(shù)的實(shí)施例包括多級(jí)逆變器。該多級(jí)逆變器包括多個(gè)橋，其中每個(gè)橋接收輸入DC電力的相應(yīng)部分并且將該相應(yīng)部分轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的轉(zhuǎn)換的AC電力。該多級(jí)逆變器還包括至少一個(gè)橋控制器，其采用方形波形模式控制多個(gè)橋中的至少一個(gè)的操作。該多級(jí)逆變器進(jìn)一步包括多個(gè)變壓器，其中這些多個(gè)變壓器的每個(gè)包括電耦合于相應(yīng)的橋的一次繞組。該一次繞組與二次繞組配對(duì)，該二次繞組與其它二次繞組串聯(lián)電耦合。該一次繞組接收轉(zhuǎn)換的AC電力的相應(yīng)部分并且將其輸送給該二次繞組，這導(dǎo)致該轉(zhuǎn)換的AC電力的相應(yīng)部分的電壓水平增加。該轉(zhuǎn)換的AC電力的相應(yīng)部分由串聯(lián)連接的二次繞組組合以形成組合的AC電力。該組合的AC電力被輸送到電網(wǎng)轉(zhuǎn)換器，(其電耦合于串聯(lián)連接的二次繞組)并且為電網(wǎng)提供輸出電力。如本文使用的，術(shù)語“一”不表示數(shù)量的限制，而是表示存在引用的項(xiàng)目中的至少一個(gè)，并且術(shù)語“耦合的”或“耦合”包括任何合適類型的耦合并且還包括直接耦合和間接耦合兩者。盡管使用單線圖用于示例目的，圖中的電氣線路的每個(gè)典型地代表兩個(gè)或三個(gè)物理線路/電纜，這取決于上下文。圖1是根據(jù)本專利技術(shù)的實(shí)施例的為了示例目的示出為風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)10(其包括功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)12)的功率源的部分圖示。該風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)10包括塔14、附連在該塔14頂部的吊艙16和機(jī)械耦合于該吊艙16的轉(zhuǎn)子18。該吊艙16包括設(shè)置在該風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)10的該吊艙16內(nèi)的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)12。該功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)12從該轉(zhuǎn)子18接收機(jī)械能并且將該機(jī)械能轉(zhuǎn)換為適于經(jīng)由高壓電纜20在電網(wǎng)中傳輸?shù)妮敵鲭娏Α＠纾瑢?duì)于離岸風(fēng)力應(yīng)用，具有帶有兩個(gè)電纜20(一個(gè)是正的并且另一個(gè)是負(fù)的)的DC輸出電力將通常是可取的。對(duì)于一些應(yīng)用，輸出電力將包括多相電力，其中每個(gè)相存在電纜20。圖2是根據(jù)本專利技術(shù)的實(shí)施例描繪多個(gè)多級(jí)逆變器22(每個(gè)耦合于多相功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)12的相應(yīng)的相)的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)12的框圖表示。為了示例目的，在圖2示出三個(gè)相，但可使用其他數(shù)量的相。例如，在其中輸出電力包括DC輸出電力或單相輸出電力的實(shí)施例中，可使用單個(gè)多級(jí)逆變器22。轉(zhuǎn)子18將機(jī)械功率24輸送到功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)12。在風(fēng)力渦輪機(jī)示例中，功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)12包括發(fā)電機(jī)26，其接收機(jī)械功率24并且將該機(jī)械功率24轉(zhuǎn)換為源功率，其示出為源功率28。該源功率28被輸送到發(fā)電機(jī)整流器30，其耦合于發(fā)電機(jī)26。該發(fā)電機(jī)整流器30將該源功率28轉(zhuǎn)換為輸入DC電力32。在例如風(fēng)力渦輪機(jī)實(shí)施例的實(shí)施例中，其中功率源包括AC功率源，發(fā)電機(jī)整流器可包括AC-DC型整流器。在本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種多級(jí)逆變器(22)，包括：多個(gè)橋(60)，每個(gè)橋配置成接收輸入DC電力(32)的相應(yīng)部分，并且將所述輸入DC電力(32)的所述相應(yīng)部分轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換的AC電力(44)的相應(yīng)部分；至少一個(gè)橋控制器(42)，用于采用方形波形模式操作所述多個(gè)橋(60)中的至少一個(gè)；多個(gè)變壓器(48)，每個(gè)變壓器耦合于相應(yīng)的橋(60)并且配置成增加所述相應(yīng)的橋(60)的轉(zhuǎn)換的AC電力(44)的所述相應(yīng)部分的電壓水平，其中所述多個(gè)變壓器(48)的每個(gè)包括一次繞組(68)和二次繞組(70)，所述一次繞組(68)耦合于所述相應(yīng)的橋(60)，所述二次繞組(70)與所述一次繞組(68)配對(duì)并且與其它二次繞組(70)串聯(lián)耦合以組合所述轉(zhuǎn)換的AC電力(44)的相應(yīng)的增加的電壓水平部分；以及電網(wǎng)轉(zhuǎn)換器(52)，其電耦合于所述多個(gè)變壓器(48)的串聯(lián)連接的二次繞組(70)并且配置成提供輸出電力(34)用于電網(wǎng)(36)。

【技術(shù)特征摘要】
2011.03.30 US 13/0752241.一種多級(jí)逆變器（22），包括：多個(gè)橋（60），每個(gè)橋配置成接收輸入DC電力（32）的相應(yīng)部分，并且將所述輸入DC電力（32）的所述相應(yīng)部分轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換的AC電力（44）的相應(yīng)部分；至少一個(gè)橋控制器（42），用于采用方形波形模式操作所述多個(gè)橋（60）中的至少一個(gè)；多個(gè)變壓器（48），每個(gè)變壓器耦合于相應(yīng)的橋（60）并且配置成增加所述相應(yīng)的橋（60）的轉(zhuǎn)換的AC電力（44）的所述相應(yīng)部分的電壓水平，其中所述多個(gè)變壓器（48）的每個(gè)包括一次繞組（68）和二次繞組（70），所述一次繞組（68）耦合于所述相應(yīng)的橋（60），所述二次繞組（70）與所述一次繞組（68）配對(duì)并且與其它二次繞組（70）串聯(lián)耦合以組合相應(yīng)的轉(zhuǎn)換的AC電力（44）的電壓；電網(wǎng)轉(zhuǎn)換器（52），其電耦合于所述多個(gè)變壓器（48）的串聯(lián)連接的二次繞組（70）并且配置成提供輸出電力（34）用于電網(wǎng)（36）；以及電網(wǎng)控制器（54），配置成控制所述電網(wǎng)轉(zhuǎn)換器（52）的操作，其中所述電網(wǎng)轉(zhuǎn)換器作為AC-AC轉(zhuǎn)換器操作并且所述電網(wǎng)控制器配置成提供控制信號(hào)（56）以控制所述輸出電力的頻率。2.如權(quán)利要求1所述的多級(jí)逆變器（22），其中所述橋控制器（42）配置成提供控制信號(hào)（46）以至少部分地采用占空比模式操作所述橋（60）中的至少一個(gè)并且采用方形波形模式操作剩余橋中的至少一些。3.如權(quán)利要求1所述的多級(jí)逆變器（22），其中所述橋控制器（42）配置成提供控制信號(hào)（46）以全部采用方形波形模式操作所述橋（60）的全部。4.如權(quán)利要求1所述的多級(jí)逆變器（22），其中所述多個(gè)變壓器（48）中的至少一個(gè)包括與所述多個(gè)變壓器（48）中另外的變壓器不同的匝數(shù)比的一次繞組（68）和相應(yīng)的二次繞組（70）。5.如權(quán)利要求4所述的多級(jí)逆變器（22），其中所述不同的匝數(shù)比產(chǎn)生多級(jí)凈輸出電壓（86）。6.一種功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（12），包括：功率源；以及多級(jí)逆變器（22），其包括：多個(gè)橋（60），每個(gè)橋配置成接收輸入DC電力（32）的相應(yīng)部分并且將所述輸入DC電力（...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：R·N·拉朱，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：通用電氣公司，
類型：發(fā)明
國別省市：