具有有源和无源整流器的发电机系统的制作方法_2

文档序号:9402304阅读:来源:国知局
着输出功率曲线80的可达到的最高效率,并且该最高效率是在适于所需功率输出的发动机44的操作参数内能够达到的较高效率。
[0031]速度轴上的速度范围88示出了机组能够获得的更窄的速度范围,这由于仅使用无源整流器来调整DC输出18所导致的。因此,功率曲线80上更高效的运行点84将不会发生在受限的速度范围88内,从而导致低效率。也就是说,为了在将产生所需输出电压的可得速度范围88内获得曲线80所表示的输出功率,可能需要燃料消耗量等值线78附近的低效操作点。
[0032]在一种实施方式中,对于某些运行条件,控制器22被配置为降低发动机的速度,以实现最小运行速度。例如,曲线90表示适于给定扭矩的最小速度。最小运行速度不必为实际最小速度,而是可以为适应老化、燃料变化、或其他适于发电机组42和/或系统10的运行条件的最小速度。对于一系列会落入范围92内的输出功率18,最高效率的操作点将具有最小速度。因此,如果负载的特定需求在与范围92相关的输出功率曲线内,控制器22能够以相应的最小速度运行发动机。
[0033]在范围92外,在较高的输出功率处,控制器22可被配置为以适于目标输出功率的最高效率操作发动机44。不管控制器22以最低速度还是以最高效率设定点操作电源42,有源整流器都可被控制为提供所需的输出电压和电流18。如上所述,如果控制器22在低电力运行期间降低发动机44的速度,则可通过有源整流器16升高来自发电机46的较低的输出电压。同理,如果发动机44的速度增至高于速度范围88,则可能产生比所需电压更高的输出电压,可通过控制器22控制有源整流器16以将输出电压降低至低于所需级别的某一范围内。
[0034]在一种实施方式中,控制器22可被配置为调整电源42的参数,以使得电源42的输出处于第一级,如果进行无源整流,所述第一级小于需要用以达到目标输出电压和/或电流的第二级。控制器还被配置为在电源42以第一级运行时调整有源整流器的参数,以使所述参数达到目标输出。也就是说,如果电源42 (无论是发动机44、发电机46或其它)被控制为在范围88 (当进行无源整流时,该范围能够提供所需输出)外运行时,可通过适当地控制有源整流器16使得系统40依然能够提供所需输出。
[0035]虽然曲线图70中所示的燃料效率图基本上具有一个高效孤岛(曲线76),但是其他发动机44及其他电源可具有多个局部效率最大值。例如,适于不同发动机44运行状态的气门驱动、涡轮增压器驱动等的变化,可产生多种局部效率峰值曲线。
[0036]返回参照图2,在另一种实施方式中,电信设备48可运行高压直流系统。例如,在一种实施方式中,所需输出18可为+/-200V。有源整流器16可被配置为将输出14提升至较高的直流电压。要注意的是,在其他电信设备的实施方式中,需要-48V的额定直流输出18。在另一种实施方式中,电源42的发电机46可被配置为生成高交流电压。有源整流器16可被配置为将电压降低至所需级,不管是高压直流电压还是低压直流电压。
[0037]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。在本实施方式中,系统110包括复合型整流器112。复合型整流器112为能够以无源整流模式或有源整流模式操作的整流器。在无源模式中,输出14无源地整流成输出18。同理,在有源模式中,输出14有源地整流成输出18。控制器22被配置为响应于阈值而在整流模式之间进行切换。
[0038]在一种实施方式中,阈值为可控交流电源的操作点,其中,在该操作点处无源整流模式的效率基本等于有效整流模式的效率。例如,有源整流器可具有比无源整流器更高的损耗。然而,有源整流器可允许电源42以更多高效的工作方式运行,而当使用无源整流器时这是被禁止的。电源42的效率的提高补偿了有源整流器的低效率。例如,有源整流器可允许发动机44减速至低于无源整流器可能具有的值,诸如利用轻负载情况。较慢的速度可能产生相对高的效率,其可弥补有源整流器的相对效率损失。
[0039]在高负载情况中,有源整流器的相对效率可能导致较高损失。因此,复合型整流器112可切换到无源整流模式。因此,无源整流器的高效率可导致较少损失。通常而言,传统的有源升压整流拓扑中,当以低速度或低输出交流电压输出操作交流电源时,有源整流具有更高的使用效率,反之,无源整流通常在较高的速度、较高的交流电压输出、和较高的功率输出时效率更高。
[0040]用于在有源整流模式和无源整流模式之间转换的阈值可基于除了效率以外的其他因素。在一种实施方式中,可应用使无源整流输出在指定参数范围内的发动机速度范围。例如,如果适于给定功率的发动机速度将超过有效整流的速度范围之外,则可转换为以无源整流模式操作。同理,如果发动机的速度在有效整流的速度范围之内,则可切换到以有源整流模式操作。
[0041]在一种实施方式中,控制器22可耦接至存储器114。存储器114可包括任何类型的数据存储系统。例如,存储器114可包括与控制器22整合的闪速存储器、离散的通过存储器总线耦接至控制器22的存储器、诸如硬盘的大容量存储器、可移动的存储装置以及这些装置和系统的组合等等。
[0042]存储器114可被配置为存储用于电源42的效率消息。例如,效率信息可为燃料效率信息。效率信息还可以包括有源和无源整流模式效率。效率信息还可以包括与发电机46相关的效率信息。因此,控制器22可被配置为存取效率信息,以使得系统110的总效率最优化,即使一些元件以相对低的效率级运行。
[0043]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。上述各种系统可用作第一电源。然而,在一种实施方式中,上述系统可用作其他电源的补充。在本实施方式中,系统130包括第二电源132。二级电源132的输出134耦接至输出18。因此,直流输出134和18可合并成输出136,以向负载20供电。这种运行方式通常相当于并联。在一种实施方式中,电源132可并入一个或多个电池、光伏板、风轮机、燃料电池或其他直流电源。在另一种实施方式中,电源132可被配置为,诸如具有开关或继电器、允许有源整流器16的输出18独立地提供电力给负载20、与电源32并联、给电源132充电、或者提供电力给负载20和电源132或给二者充电。
[0044]在本实施方式中,控制器22被配置为用有源整流器16的输出18增补第二电源132,以使得与供给全部组合输出136时相比,可控交流电源12、第二电源132或二者的组合以更大的效率运行。例如,当负载20需要较低的电力时,可控交流电源12可在效率相对较低的运行点操作。用电源32增补有源整流器6的输出18或者单独地操作电源132可允许控制器22以更高效的操作点对负载供电。
[0045]虽然以低电力用作示例,但是其他情况也可用于控制输出134和输出18之间的均衡。例如,操作条件、操作环境、燃料供给等等可用于调整输出18和134的均衡。无论调整输出18和134的激励是什么,输出18都可用于增补第二电源132的电力,反之亦然。
[0046]第二电源132可为各种不同的电源。例如,第二电源132可为其他发电机组或其他可控电源、主电源、基于电池的电力系统等等。第二电源可包括,但是不局限于,光伏板、一个或多个其他发电机组、水力发电、地热、风轮机、燃料电池、或二级电池。
[0047]图6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150包括有源整流器152。有源整流器152包括无源整流器54和直流-直流变换器56。在本实施方式中,控制器22被配置成用于控制直流-直流变换器56的转换。因此,由于电源12的控制,无源整流器154的输出可在特定范围外变化;然而,可通过控制器22控制直流-直流变换器156,以升高或降低
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