具有有源和无源整流器的发电机系统的制作方法
【专利说明】具有有源和无源整流器的发电机系统
[0001]相关文献的交叉引用
[0002]本申请要求于2012年12月5日提交的第13/705，509号美国专利申请的优先权，该申请通过引用并入本文。
【背景技术】
[0003]本发明的实施方式涉及电力系统，具体地，涉及具有有源整流器的电力系统。
[0004]发电机可用于为诸如远程通信站的远程装置产生直流(DC)或者交流(AC)电力。这样的站点对电力的需求可根据通信业务量而变化。在一段时段，诸如通信业务的负载可能较大，从而需要较多电力；而在另一时段，通信业务较少，从而需要较少电力。将所供给的DC电压和/或功率保持在所需范围内所需的运行条件会导致发电机在低效的运行点运行。
【附图说明】
[0005]本文参考附图进行描述，其中，各图中相同的附图标号表示相同的零部件，并且附图中:
[0006]图1是示出了根据一种实施方式的电力系统的框图。
[0007]图2是示出了根据另一种实施方式的电力系统的框图。
[0008]图3是示出了根据一种实施方式的电力系统的电源的燃料消耗量的图表。
[0009]图4是示出了根据一种实施方式的具有复合型整流器的电力系统的框图。
[0010]图5是示出了根据另一种实施方式的具有第二电源的电力系统的框图。
[0011]图6是示出了根据另一种实施方式的电力系统的框图。
[0012]图7-图10是示出了用于根据不同实施方式的电力系统的整流器的实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0013]以下将参考附图对本发明的实施方式进行描述。虽然将对特定的实施方式进行描述，但是以下权利要求的范围不局限于这些实施方式。相反，可对本发明进行替代、修改、组入绝绝口寸寸ο
[0014]图1是示出了根据一种实施方式的电力系统的框图。在本实施方式中，系统10包括可控交流电源12、有源整流器16和控制器22。系统10耦接至负载20。
[0015]可控交流电源12配置为产生交流(AC)输出14。例如，交流电源12可以为发动机和发电机或发电机组，诸如柴油发电机或火花点火燃料发电机。在另一种实例中，电源12可以为耦接至发电机的燃气轮机、风轮机、水力、蒸汽机、汽轮机、斯特林(Stirling)发动机、或者其他外或内燃机或者旋转或线性电源。形成可控AC功率输出14的发电机组的发电机可以为，但不局限于，有刷交流发电机、永磁发电机、或其他同步或异步交流发电机。电源12的可控在于输出14是可控的。例如，输出14的功率、电压、电流、频率、速度等等是可控的。
[0016]有源整流器16被配置为对电源12的输出14进行整流处理。具体地，有源整流器16被配置为从交流(AC)输出14生成直流(DC)输出18。将整流获得的直流输出18供给负载20。
[0017]虽然输出18使用术语直流，但是输出18可以、但不必为纯直流输出。也就是说，输出18可包括经过整流的电源内的电压和电流变化。此外，要注意的是，负载20可直接利用DC输出18或者可包括附加的电源调整电路，诸如电感、电容、调节器、电源开关、和/或逆变器，从而进一步调整待使用的DC输出18。
[0018]控制器22耦接至电源12、有源整流器16、和负载20。虽然控制器22示为直接耦接，但是控制器22也可通过其他元件、通过传感器、通过通信接口、隔离电路等等间接地耦接至这些元件，或者可与其他元件分离或整合。
[0019]控制器22被配置成用于响应目标输出而调整电源12的参数和有源整流器16的参数的至少一个。例如，这些参数可包括电源12的速度、适于AC电源输出14的目标输出、有源整流器16的占空比等等。因此，控制器22可被配置为调整电源12和有源整流器16的一者或两者的运行，从而实现所需效率与电压和电流输出。
[0020]在一种实施方式中，控制器22耦接至负载20。控制器22被配置为监视负载的一个或多个参数。例如，控制器22可被配置为监视电流、电压、功率、或与负载20相关的其他参数。因此，控制器22可响应于负载20而调整电源12和有源整流器16的参数。
[0021]控制器22可为任何种类的电路。控制器22可为处理器、微型控制器、专用集成电路、可编程逻辑设备、这些装置的组合等等。
[0022]图2是示出了根据另一种实施方式的电力系统的框图。在本实施方式中，系统40包括发电机组42，所述发电机组42包括发动机44和发电机46。发电机46为三相或单相发电机。发动机44被配置为驱动发电机46以生成AC输出14。发动机44和发电机46耦接至控制器22。因此，控制器22被配置为调整发动机44和/或发电机46的参数及输出14ο
[0023]在本实施方式中，作为一种实施例，负载包括电信设备48。例如，电信设备48可包括位于蜂窝式通信塔的无线通信设备。在一种实施方式中，电信设备48可位于偏避区域，诸如山上或深林中。也就是说，系统40和设备48可与基本上连续的电源大体隔离，诸如电源主线。这可能增加招聘工作人员或获得必要供应到通信塔位置的成本和复杂性。此外，一些位置可能无法通向公用电源或通向可靠的公用电源。因此，发电机组42基本上位于与电信设备48相同的位置。
[0024]在一种实施方式中，系统40具有可提供设备48所需的峰值功率的额定功率。然而，在诸如夜间的非高峰时段，或者在装配期间，即未完全填入期间，额定功率将比所需的更大。当供给相对较小的电力时，被配置为生成峰值功率的定速发电机组将低效地运行。定速发电机组的速度可被降低。然而，对应的输出电压、频率等等可能超过可接受范围。
[0025]在需要低电力的这种情况中，控制器22可被配置为降低发动机44的速度。因此，输出14会下降低于通过无源整流器能够维持可接受操作的阈值。然而，控制器22还可以被配置为调整有源整流器16的操作，以将降低的输出14升高至适于输出18的可接受范围。换言之，为了降低后的电力需求，可在更有效的操作点操作发动机44。因此，可使用较宽的发电机组速度范围，即使该速度范围将导致在无源整流时输出18不同于可接受值。
[0026]在一种实施方式中，输出18可耦接至电池系统50。电池系统50可为用于设备48的备用电源组。因此，系统40不仅可将电力供给设备48，还可以被配置为给电池系统50充电。在降低速度流或完成电池充电期间，发动机的速度将降至通过有源整流器将交流电压升高至适当的充电电压级的最低速度。
[0027]虽然已经对远程布置的电信设备48设置进行描述，但是当没有远程布置时，其他电信设备48设置也可包括系统40。例如，系统40可为提供给设备48的备用电源。也就是说，系统40可用作公用主电源的备用设备。
[0028]此外，虽然以上将蜂窝式通信设备作为电信设备48进行描述，但是其他类型的通讯设备也可耦接至系统40。例如，有线或光通信设备可耦接至系统40。此外，虽然描述了通讯设备由系统40供电，但是诸如光、监测系统、加热和冷却系统等等的其他设备也可由系统40供电。
[0029]图3是示出了根据一种实施方式的电力系统的电源的燃料消耗量的图表70。曲线70示出了对应于发动机转速72和扭矩74输出的不同燃料消耗量等值线。例如，等值线78为比等值线76更高的燃料消耗量等值线。曲线80和曲线82表示恒功率曲线。
[0030]因此，对于给定输出功率82，上述发动机44和发电机46可在点86处或附近运行，以使得燃料效率最高。同理，对于输出功率80，上述发动机44和发电机46可在点84处运行。虽然点84的燃料效率较低，但却是沿