高频双向AC电力传输制造技术

一种方法可以涉及在配备有生成电力的风力涡轮机的系留飞行器和被配置为互连所生成的电力到配电网络中的地面站之间传送电力。电力可以使用高压、高频的AC电信号传送，并且在地面站和飞行器上的变压器可以缩放AC电压以在各自的位置使用。然后在地面站和飞行器中的转换器可以转换变换后的电压为DC。AC电压可以通过系绳以部分地基于该系绳的多个导电路径之间的内部电容的系绳的谐振频率传送。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
除非在本文中另外指示，否则在本部分中描述的材料不是本申请中的权利要求的现有技术，并且并不因为被包括在本部分中就被承认为是现有技术。
技术介绍
电力生成系统将化学能/或机械能(例如，动能)转换为用于诸如公用系统的各种应用的电能。作为一个例子，风能系统可以将风动能转换成电能。风能系统可以使用具有耦合到发电机的转子的涡轮机。入射风转动转子，转子转动轴，然后发电机可以使用轴的运动通过相对于彼此移动一个或多个绕组和/或磁体诱发通过绕组中的一个的磁通量中的振荡——由此产生绕组上的振荡电压——以生成电力。电力传输和分配系统使用导电线网络分配电能。通常地，电能从发电站输送给能源消费者。为了有效地通过网络输送电能，这样的网络通常携带高电压交流(AC)电信号。因为导电线上传输的电力一般与电流和电压的乘积成比例，并且导电线中耗散的电力一般与电流的平方成比例。因此，对于给定的传输电力，增加电压10倍使得电流减小10倍，而耗散电力降低100倍。此外，AC传输线路使用变压器使得在各种变电站缩放电压电平。变压器具有围绕共同的磁芯缠绕的感应耦合绕组，每个绕组的端部分别提供用于输入信号和输出信号的引线。由于电感耦合绕组中磁通量和感应电动势之间的关系，在一个绕组上(例如，使用输入引线)施加的AC电压通过该芯和另一绕组生成变化的磁通量，其接着导致另一绕组的引线两端上与磁通量成比例的电压。因为通过每个绕组的磁通量与围绕共同磁芯的每个绕组的圈数成比例，所以缩放每个绕组的匝数允许相对于输出缩放输入的AC电压。因此，使用AC电压，可以方便地在高压下长距离传输电能，并且然后在各分配点使用变压器缩放(“降低”)到较低电压。
技术实现思路
本文公开一种系统，其中配备风力涡轮机的用于生成电力的系留飞行器通过系绳将电力传送至被配置为连接(或互连)所生成的电力到配电网络的地面站。此外，系绳用于在诸如起飞和/或着陆操作期间，当飞行器本身不生成电力时从地面站向飞行器传送电力。可以使用高压、高频AC电信号通过系绳传送电力，并且在地面站和飞行器上的变压器可以在各自的位置缩放AC电压以供使用。AC电压可以在部分地基于该系绳的多个导电路径之间的内部电容以系绳的谐振频率通过系绳传送。在一个方面，一种系统包括飞行器、系绳和地面站。该飞行器可包括螺旋桨、机械耦合到螺旋桨的马达-发电机、电耦合到马达-发电机的DC总线、变压器以及与电耦合到变压器的转换器。马达-发电机可被配置为交替地：(i)使用来自DC总线的能量移动螺旋桨，从而生成在飞行器上的推力；以及(ii)通过螺旋桨的运动生成电能，并且使用所生成的电能供给DC总线。系绳可以耦合到飞行器。系绳可以包括第一导电路径和第二导电路径，被配置为通过第一导电路径传导相对于第二导电路径上的电压而周期性变化的电压来传送AC电压。地面站可以经由系绳耦合到飞行器。地面站和飞行器上的DC总线可以被配置为经由系绳在彼此之间传送电力。系绳可以具有在第一导电路径和第二导电路径之间的内部系绳电容。变压器可以被配置为在通过系绳传送的AC电压和降低的AC电压之间变换。转换器可以被配置为在降低的AC电压和供给DC总线的DC电压之间进行转换。在另一方面，公开了一种方法。该方法可以包括将电力转换为高频AC电压。该方法可以包括将高频AC电压变换为高压传输电平。该方法可以包括通过系绳传送变换后的高频AC电压到飞行器。该方法可以包括经由布置在飞行器上的变压器将高频AC电压从高压传输电平变换到更低的电压电平。该方法可以包括将由变压器变换到更低的电压电平的变换后的高频AC电压转换到DC电压。该方法可以包括从转换后的DC电压汲取电力为飞行器供电。在另一方面，公开了一种方法。该方法可以包括由耦合到位于飞行器上的风力涡轮机的发电机生成电力。该方法可以包括将生成的电力转换为高频AC电压。该方法可以包括使用飞行器上的变压器将高频AC电压变换为高压传输电平。该方法可以包括通过系绳将变换后的高频AC电压传送到地面站。另一方面，本公开的一些实施例提供了用于由耦合到位于飞行器上的风力涡轮机的发电机生成电力的机制。本公开的一些实施例提供了用于将生成的电力转换为高频AC电压的方法。本公开的一些实施例提供了使用飞行器上的变压器将高频AC电压变换为高压传输电平的方法。本公开的一些实施例提供通过系绳将变换后的高频AC电压传送到地面站的方法。通过参考附图的适当部分阅读下面的详细描述，对本领域的普通技术人员，这些以及其他方面、优点和替代将变得显而易见。附图说明图1描绘了根据示例性实施例的机载风力涡轮机(AWT)。图2是示出了根据示例性实施例的使用AWT的系统的部件的简化框图。图3A是根据示例性实施例的使用AC信号将飞行器连接到地面站的简化框图。图3B是在图3A中显示的系统中的系绳电压和电流的图形表示。图4A是根据示例性实施例的使用AC信号经由谐振网络连接飞行器到地面站的简化框图。图4B是根据示例性实施例的使用AC信号经由另一谐振网络连接飞行器到地面站的简化框图。图5A是为系留飞行器供电的示例过程的流程图。图5B是用于分配由系留飞行器上的机载风力涡轮机生成的电力的示例过程的流程图。图6描绘了根据示例性实施例的非瞬时计算机程序产品。具体实施方式本文描述了示例的方法和系统。应当理解的是，“示例”一词在本文中用于表示“用作示例、实例或说明”。本文中被描述为“示例”或“示例性”的任何实施例或特征不必被解释为比其他实施例或特征优选或有利。更一般地，本文所描述的实施例并不意味着是限制性的。将容易理解所公开的方法和系统的某些方面可以以各种不同的配置布置和组合，所有这些涵盖于本文中。I.概述实施例涉及在风能系统中使用的飞行器，如机载风力涡轮机(AWT)系统。特别是，实施例可以涉及在其中电能在配备了由螺旋桨驱动的发电机的飞行器和地面站之间传送的AWT系统。在飞行器上生成的电力可以通过在连接该飞行器和地面站的导电系绳上携带的AC电信号进行传送。作为背景，AWT系统可包括飞行器，其沿着路径飞行同时由系绳连接到地面站。在飞行时，AWT使用耦合到发电机的转子(螺旋桨)将风能转换成电能。为生成电力，飞行器和风力运动的组合引起转子转动，其提供扭矩给轴使发电机中的磁体/绕组转动，由此生成电力。AWT也可以通过施加扭矩到螺旋桨来使用螺旋桨生成对飞行器的推力，这可以通过马达-发电机组合来执行。在一些情况下，AWT可以生成推力和/或操纵飞行器上的翼型件，以使飞行器：从地面站起飞，在海拔范围内大体沿路线飞行，并降落在地面站。在飞行时，依据所涉及的机动，AWT交替地从风动能生成电能和消耗电能向螺旋桨供电以生成推力。当风力条件不利于发电时，飞行器可在它的地面站(或停留地)内/或上休息。一旦条件有利于发电，则地面站还可以部署(或发射)飞行器。此外，当部署了飞行器而风力不利于发电时，飞行器可以返回到地面站。AWT由用来在AWT和地面站之间携带电能和可选地传输通信信号的系绳连接到地面站。在实践中，当AWT被用于生成电能时，如在侧风飞行中，系绳可以用于从AWT向地面站传送电能。当AWT被用于生成推力时，如在起飞和/或着陆中，系绳可用于从地面站向AWT传送电能。在一些实施中，在这样的风力发电系统中的飞行器配备有多个AWT(即耦合到马达本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，包括：飞行器，包括：螺旋桨、机械耦合到所述螺旋桨的马达‑发电机、电耦合到所述马达‑发电机的DC总线、变压器、以及电耦合到所述变压器的转换器，其中，所述马达‑发电机被配置为交替地：(i)使用来自DC总线的能量移动螺旋桨，从而生成飞行器上的推力，以及(ii)从所述螺旋桨的运动生成电能，并且使用所产生的电能供给DC总线；耦合到所述飞行器的系绳，其中，所述系绳包括第一导电路径和第二导电路径，被配置为通过所述第一导电路径传导相对于所述第二导电路径上的电压而周期性变化的电压以传送AC电压；以及经由系绳耦合到所述飞行器的地面站，其中，地面站和飞行器的DC总线被配置为经由系绳在彼此之间传送电力，其中，所述系绳具有第一导电路径和第二导电路径之间的内部系绳电容，其中，所述变压器被配置为在通过所述系绳传送的AC电压和降低的AC电压之间进行变化，以及其中，所述转换器被配置为在降低的AC电压和供给DC总线的DC电压之间进行转换。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.31 US 14/144,6671.一种系统，包括：飞行器，包括：螺旋桨、机械耦合到所述螺旋桨的马达-发电机、电耦合到所述马达-发电机的DC总线、变压器、以及电耦合到所述变压器的转换器，其中，所述马达-发电机被配置为交替地：(i)使用来自DC总线的能量移动螺旋桨，从而生成飞行器上的推力，以及(ii)从所述螺旋桨的运动生成电能，并且使用所产生的电能供给DC总线；耦合到所述飞行器的系绳，其中，所述系绳包括第一导电路径和第二导电路径，被配置为通过所述第一导电路径传导相对于所述第二导电路径上的电压而周期性变化的电压以传送AC电压；以及经由系绳耦合到所述飞行器的地面站，其中，地面站和飞行器的DC总线被配置为经由系绳在彼此之间传送电力，其中，所述系绳具有第一导电路径和第二导电路径之间的内部系绳电容，其中，所述变压器被配置为在通过所述系绳传送的AC电压和降低的AC电压之间进行变化，以及其中，所述转换器被配置为在降低的AC电压和供给DC总线的DC电压之间进行转换。2.如权利要求1所述的系统，还包括耦合到第一导电路径和第二导电路径中的至少一个的至少一个电感器，并且其中所述至少一个电感器和系绳电容组合引起通过系绳传送的AC电压以谐振频率谐振电振荡，其中，谐振频率至少部分地基于所述系绳电容和所述至少一个电感器。3.如权利要求2所述的系统，其中，所述通过系绳传送的AC电压以基于谐振频率的频率周期性地通过零点，以及其中，所述转换器被配置为使用零电压开关以在降低的AC电压和DC电压之间进行转换。4.如权利要求2所述的系统，还包括耦合在第一导电路径和第二导电路径之间与系绳电容并行的至少一个电容器，使得谐振频率基于所述系绳电容、所述至少一个电感器、以及所述至少一个电容器。5.如权利要求2所述的系统，其中，谐振频率高于约2千赫兹。6.如权利要求1所述的系统，还包括连接到所述转换器的电流源，以及其中，由于第一导电路径和第二导电路径的所述系绳电容在反转电流源的极性时经由转换器充电，使得跨第一导电路径和第二导电路径的在系绳电容上充电的电压响应于给定的极性反转在正值和负值之间变化。7.如权利要求1所述的系统，其中，所述转换器被配置为以超过大约2千赫兹的频率提供降低的AC电压，以及其中，所述变压器被配置为以超过约2千伏的电压提供通过系绳传送的AC电压。8.如权利要求1所述的系统，其中，所述飞行器还包括耦合在所述DC总线与马达-发电机之间的马达驱动，其中，所述马达驱动被配置为：(i)从所述DC总线汲取马达-发电机用来移动螺旋桨的能量，并从而生成推力，以及(ii)将经由马达-发电机从所述螺旋桨的运动生成的电能供给DC总线。9.如权利要求1所述的系统，其中，地面站被配置为，(i)从配电网接收电力；(ii)将接收到的电力转换为高频AC电压；(iii)变换高频AC电压为高电压传输电平；及(iv)通过系绳传送变换后的高频AC电压到飞行器。10.如权利要求1所述的系统，其中，所述地面站被配置为：(i)从飞行器接收通过系绳传送的高频AC电压；(i...

【专利技术属性】
技术研发人员：A戈斯林，LF凯西，
申请(专利权)人：谷歌公司，
类型：发明
国别省市：美国;US