减少并行模块化转换器系统内的循环电流和相位间失衡技术方案

本申请公开了减少并行模块化转换器系统内的循环电流和相位间失衡。公开了一种系统和方法，用于给交通工具提供功率，具有更低的循环电流和相位间的失衡。所述系统可以包括多个并行模块转换器，用于将每个电负载优先化并且分配给一个或多个并行模块化转换器模块。所述系统还可以包括负载平衡器，用于确保所述并行模块化转换器模块的性能(即，阻抗)的差异不产生循环电流或相位间的失衡。所述负载平衡器可以监测所述多个并行模块化转换器模块的输出并且修改输入，以均衡和/或同步所述输出。

【技术实现步骤摘要】

本公开的实施方式总体上涉及功率管理，并且具体而言，涉及一种用于控制并行模块化转换器系统内的相位间失衡并减少循环电流的系统和方法。
技术介绍
现代交通工具使用大量电子设备、电动机、加热器以及其他电气驱动设备。电动机尤其普遍存在于现代交通工具(包括飞机)内，并且给从液压泵到舱室通风机的所有东西提供动力。传统上，这些电动机中的每个电动机由单独的电动机控制器驱动。每个电动机控制器被定尺寸为能够传送向全功率下的其相应电动机供电所需要的最大电流量持续延长的时间段(并且出于安全起见，通常包括一些额外容量)，而不过热或发生故障。结果，每架飞机携带过量的电动机控制器，每个控制器具有过大的尺寸并且大部分时间未充分利用。换言之，电动机控制器包括足够的容量，以使全功率的电动机运行更长的时间段加上安全裕度，但是电动机很少(如果有的话)以全容量运行。这是因为电动机本身内建有某种安全裕度，并且因为在大部分时间，电动机在更低需求的状态下操作(例如，舱室通风机并非始终“打开”)。此外，一些电动机仅仅偶尔或者在特定的航段期间使用，在剩余的时间不使用。结果，飞机的重型昂贵的电动机控制器的很多定额设备需要以闲置或者明显低于其额定功率输出的方式度过其大部分使用寿命，。因此，需要一种系统架构，该系统架构能够使用多个、模块化、可分配的、动态可重新配置的并行电动机控制器，这些控制器可以单独地或者与其他并行电动机控制器同时工作，以满足功率控制需要。系统应在必要时能够将一个或多个并行控制器分配给飞机内的每个活动的电负载，以满足现有功率需求。系统应能够使用这种并行控制器，同时尽可能最小化相位间的失衡并且减少循环电流。本公开的实施方式主要涉及这种系统。
技术实现思路
应理解的是，提供这个
技术实现思路
以通过简化的形式介绍下面在具体实施方式中进一步描述的概念的选择。这个
技术实现思路
并非旨在用于限制所要求的主题的范围。本公开的实施方式涉及与模块化配电相关的系统和方法以及用于电负载的功率转换系统。该系统可以包括连接的多个并行模块化转换器模块(“模块”)，以形成并行模块化转换器(“转换器”)。系统和方法可以同时并且并行地操作多个模块，同时保持每个模块的大体上相等的输出。讨论的特征、功能以及优点可以在本公开的各种实施方式中单独实现，或者可以在其他实施方式中合并，参照以下描述和附图，可以看出其进一步细节。附图说明图1是描述根据本公开的一些实施方式的在高压DC输入应用中的并行模块化转换器内使用的并行模块化转换器模块(“模块”)的电气原理图；图2是描述根据本公开的一些实施方式的在AC输入应用中的并行模块化转换器内使用的模块的电气原理图；图3A至图3C是描述根据本公开的一些实施方式的在高压DC电流机构内使用多个模块的并行模块转换器(“转换器”)的电气原理图；图4是描述根据本公开的一些实施方式的输出配置的电气原理图；图5是描述根据本公开的一些实施方式的在高压DC输入应用内具有共享控制器的替换模块的电气原理图；图6A至图6C是描述根据本公开的一些实施方式的在高压DC输入应用内的替换转换器的电气原理图；图7是描述根据本公开的一些实施方式的功率切换网络的电气原理图；图8是描述根据本公开的一些实施方式的并行模块化转换器的电气原理图；图9A至图9C是描述根据本公开的一些实施方式的替换转换器的电气原理图；图10是描述根据本公开的一些实施方式的转换器的总体系统架构的电气原理图；图11是描述根据本公开的一些实施方式的图10的控制切换网络和功率切换网络的详细电气原理图；图12是描述根据本公开的一些实施方式的分配功率的方法的流程图；图13是描述根据本公开的一些实施方式的用于给多个模块重新分配负载的方法的流程图；图14是描述根据本公开的一些实施方式的用于均衡并行模块之间的电流的方法的流程图；图15是描述根据本公开的一些实施方式的针对具有负载平衡器的转换器的总体系统架构的电气原理图。在本公开中显示的每个示图显示了所提出的实施方式的一个方面的变化，并且仅仅详细讨论不同之处。具体实施方式本公开的实施方式总体上涉及功率分配和功率转换系统，并且更具体而言，涉及一种并行模块化转换器，用于分配电负载，无需在每个电负载上具有单独的控制器。转换器可以使用负载平衡器来监测至并行模块转换器内的每个并行模块化转换器模块的输入和输出，以和输出电流匹配。此外，这可以造成减少循环电流和相位间失衡。为了简化和阐明解释，在本文中将本公开描述为用于在飞机上分配功率的系统。然而，本领域技术人员会认识到，本公开不受此限制。系统还可以供(例如而非限制性地)汽车、其他类型的交通工具使用并且用在配电网络内。本公开可以用于通过减少所需要的控制器的数量，消除过量的控制器容量并且减少或消除循环电流和相位间失衡，来在多种情况下改善控制并且降低配电的成本和费用。在后文中描述为构成本公开的各种元件的材料和部件旨在说明性的，而非进行限制。执行与在本文中描述的材料和部件相同或相似的功能的很多合适的材料和部件旨在包含在本公开的范围内。在本文中未描述的这种其他材料和部件可以包括但不限于在形成本公开之后开发的材料和部件。如上所述，传统的配电系统的问题在于，通常每个电负载具有单独的控制器以用于配电目的。不幸的是，这造成过量的控制器容量，这是因为每个单独控制器必须针对必要的电器可以消耗的最大符合来进行额定。此外，在大部分情况下，即使(1)电负载本身(例如，电动机)可以具有某种固有的安全裕度，并且(2)很多电负载通常以低于全功率使用和/或仅仅间歇性使用，控制器也实际上被设计为提供某种安全裕度。为此，本公开的实施方式涉及模块化功率控制器的网络系统，所述模块化功率控制器可以单独地或者并行使用，以满足现有功率需求。由于在飞机内的每个电负载很少(如果有的话)同时打开，所以系统可以被设计有这样的容量，即，该容量与标称或平均功耗(加上某种安全裕度)更密切相关，而非“最糟糕的状况”。结果，所需要的部件的数量、部件重量、尺寸以及成本可以减小，系统效率可以改善，并且可以提供改进的系统冗余。例如，如果发生电动机控制器故障，那么系统可以被重新配置为将负载分配给运行的电动机控制器，提高了可靠性。此外，如果负载促使系统以全容量操作，那么即使在某些情况下以更低的容量工作但是所有负载依然被供电。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种并行模块转换器(300)，包括：第一并行模块化转换器模块(415‑1)，用于提供第一交流电流AC输出并且连接至模块通信总线；第二并行模块化转换器模块(415‑2)，用于提供第二AC输出并且连接至所述模块通信总线；主要逻辑控制器(320)，用于将第一负载(420)分配给所述第一并行模块化转换器模块(415‑1)和所述第二并行模块化转换器模块(415‑2)中的一个或多个，所述模块通信总线(140)连接所述第一并行模块化转换器模块和所述第二并行模块化转换器模块；主要通信控制器(315)，连接至所述模块通信总线和所述主要逻辑控制器，以在所述主要逻辑控制器和所述主要通信控制器之间路由消息；以及负载平衡器(1505)，连接至所述第一并行模块化转换器模块和所述第二并行模块化转换器模块的输入和输出。

【技术特征摘要】
2014.09.30 US 14/502,350;2014.12.15 US 14/570,1651.一种并行模块转换器(300)，包括：
第一并行模块化转换器模块(415-1)，用于提供第一交流电流
AC输出并且连接至模块通信总线；
第二并行模块化转换器模块(415-2)，用于提供第二AC输出
并且连接至所述模块通信总线；
主要逻辑控制器(320)，用于将第一负载(420)分配给所述第
一并行模块化转换器模块(415-1)和所述第二并行模块化转换器模
块(415-2)中的一个或多个，所述模块通信总线(140)连接所述
第一并行模块化转换器模块和所述第二并行模块化转换器模块；
主要通信控制器(315)，连接至所述模块通信总线和所述主要
逻辑控制器，以在所述主要逻辑控制器和所述主要通信控制器之间
路由消息；以及
负载平衡器(1505)，连接至所述第一并行模块化转换器模块和
所述第二并行模块化转换器模块的输入和输出。
2.根据权利要求1所述的并行模块转换器，其中，所述主要逻辑控制
器使用功率切换网络(325)并行放置所述第一并行模块化转换器模
块和所述第二并行模块化转换器模块，并且将所述第一负载分配给
所述第一并行模块化转换器模块和所述第二并行模块化转换器模
块；并且
其中，所述负载平衡器修改所述第一并行模块化转换器模块的
输入，以使所述第一并行模块化转换器模块的输出和所述第二并行
模块化转换器模块的输出相等。
3.根据权利要求2所述的并行模块转换器，进一步包括：
第三并行模块化转换器模块(415-3)，用于提供第三AC输出
信号并且连接至所述模块通信总线，
其中，所述主要逻辑控制器使用所述功率切换网络并行放置所
述第一并行模块化转换器模块、所述第二并行模块化转换器模块以
及所述第三并行模块化转换器模块，并且将所述第一负载分配给所
述第一并行模块化转换器模块、所述第二并行模块化转换器模块以
及所述第三并行模块化转换器模块，并且
其中，所述负载平衡器修改所述第一并行模块化转换器模块、
所述第二并行模块化转换器模块以及所述第三并行模块化转换器模
块中的一个或多个的输入，以使所述第一并行模块化转换器模块、
所述第二并行模块化转换器模块以及所述第三并行模块化转换器模
块的输出相等。
4.根据权利要求3所述的并行模块转换器，其中，所述负载平衡器修
改用于所述第一并行模块化转换器模块、所述第二并行模块化转换
器模块以及所述第三并行模块化转换器模块中的一个或多个的电动
机控制算法，以使得所述第一并行模块化转换器模块、所述第二并
行模块化转换器模块以及所述第三并行模块化转换器模块的输出电
流平衡。
5.根据权利要求4所述的并行模块转换器，其中，所述电动机控制算
法包括磁场定向控制算法，并且所述负载平衡器修改用于所述第一
并行模块化转换器模块、所述第二并行模块化转换器模块以及所述
第三并行模块化转换器模块中的一个或多个的脉宽调制PWM信号。
6.根据权利要求1所述的并行模块转换器，进一步包括：
电动机控制系统(1020)，用于给所述第一并行模块化转换器模
块和所述第二并行模块化转换器模块提供一个或多个电动机控制算
法；以及
控制切换网络(1025)，用于将所述一个或多个电动机控制算法
连接至所述第一并行模块化转换器模块和所述第二并行模块化转换
器模块，
其中，所述第一并行模块化转换器模块和所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：马修·J·克罗拉克，高立军，刘生义，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US