高度冗余的直流电压网络制造技术

本发明专利技术涉及一种具有直流电压子网和储能器的直流电压网络(1)。为了改善直流电压网络而提出，直流电压网络(1)具有至少三个直流电压子网(10)、至少三个储能网络(13)、至少九个电力变换器(20)和至少三个储能器(4)，其中，每个直流电压子网(10)与每个储能网络(13)通过至少一个电力变换器(20)连接，其中，每个储能网络(13)分别与储能器(4)中的至少一个连接，使得相应的储能网络(13)具有相应的储能器(4)的电压，其中，每个直流电压子网(10)能够通过至少一个馈电装置(5)与至少一个交流电压网络(6)连接。本发明专利技术还涉及一种具有这种直流电压网络(1)的交通工具，特别是船舶。此外，本发明专利技术涉及一种用于控制这种直流电压网络(1)的方法。

Highly redundant DC voltage network

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高度冗余的直流电压网络
本专利技术涉及一种具有直流电压子网和储能器的直流电压网络。本专利技术还涉及一种具有这种直流电压网络的交通工具。此外，本专利技术涉及一种用于控制这种直流电压网络的方法。
技术介绍
目前，变频器正在扩展成越来越大的联合系统，除了仅调节马达的传统功能之外，它们还能够实现电网馈电(例如在风力涡轮机的情况中)，或甚至形成整个直流电压网络(也称为DC电网)。在此，考虑一种直流电压网络，在其中有电气装置(诸如负载和电源)交换电能。借助于来自交流电压网络的一个或多个变流器来实现对直流电压网络的电能供应。直流电压网络的典型应用实例是在船舶或车辆、特别是轨道车辆内的能量供应。在直流电压系统的帮助下，电能被分配给各个负载。在此，即使在发生故障的情况中，总会有现有的驱动器和装置的一部分还在正常运行。这称为冗余。在船舶验收中的动力定位3(DP3)的情况中，需要最高的冗余度。在此，今天的船舶分为三个区域(也称为区段)，船舶就具有了三个独立的系统。这里需要三个独立的配电盘，它们又由三个独立的电源供电。目前，直流电压网络配备有保护装置和分离器，以便能够在发生故障时断开故障源并维持其他负载的运行。然而，在短路的情况下，不能排除连接到直流电压网络的电气部件被损坏的情况。这种损坏可能导致相应电气元件的故障。为了防止这种情况，部分地使用应当减少短路的破坏作用的快速开关。
技术实现思路
本专利技术的目的是对直流电压网络进行改进。该目的通过一种直流电压网络实现，其具有至少三个直流电压子网、至少三个储能网络、至少九个电力变换器、至少三个储能器，其中，每个直流电压子网通过至少一个电力变换器与每个储能网络连接，其中，每个储能网络分别与储能器中的至少一个连接，使得相应的储能网络具有相应的储能器的电压，其中，每个直流电压子网能够通过至少一个馈电装置与至少一个交流电压网络连接。该目的还通过一种具有这种类型的直流电压网络的交通工具、特别是船舶来实现。此外，该目的通过一种用于控制这样的直流电压网络的方法实现，其中，在直流电压网络中出现故障时，根据故障的位置关闭电力变换器中的至少一个。本专利技术的其他有利设计方案在从属权利要求中给出。本专利技术基于以下知识：当在直流电压网络中形成三个各自具有至少一个储能器的储能网络时，直流电压网络的冗余度被提高到在船舶验收中已知的等级DP3，甚至提高到更高的等级。由此能够可靠地执行与电气装置(包括负载和电源)的能量交换。直流电压网络可以用于工业应用、安全能量供应应用中，也就像在交通工具上的应用，尤其是对船舶、飞机或车辆(例如客车或卡车)的能量供应。借助于船舶的实例来讨论安全相关的方面。即使以下内容未涉及各个具体的安全要求，对于上述其他
中的许多应用，安全性问题也非常重要。每个直流电压子网通过至少九个电力变换器中的一个，特别是恰好一个连接到每个储能网络。这种布置是矩阵的形式。被证明为特别有利的是，至少九个电力变换器是相同的。各个储能网络仅通过直流电压子网相互连接。(例如船舶上)能量供应网络的运行中最薄弱的环节是产能装置，即柴油发动机，因为它们具有较高的机械复杂性，而因此具有最低的可靠性。通过电池支持的变换器来替代柴油发动机作为能源，已经显著地提高了可靠性。除电池外，还可以使用其他储能器。采用3x3矩阵布置方式，不仅得到了明显更加可靠的变换器作为能源(或者对于发电机故障的情况至少作为备用电源，这取决于运行方案)，而且在储能器发生故障的情况下，仍然可以使用所有三个直流电压子网来供电。换句话说，由于矩阵布置方式，冗余度高于具有已知通常的三通道能力的冗余度。这种布置方式还使得即使在DP3的情况中，船舶网络中的能量流也不再通过三相AC总线实现，而是通过DC总线实现。这还具有降低能量转换级数以及布线开销的优点。在从供电网络的能量供给发生故障时，可以借助于储能器维持与电气装置的能量交换。储能网络可以是直流电压网络或交流电压网络。直流电压网络的使用特别适合于具有直流电压的能量存储。也就是说，在运行期间，这些存储器在端子处具有直流电压。这种类型的储能器的典型代表是电池和电容器(例如双层电容器，例如超级电容器)。这些至少三个的直流电压子网和至少三个的储能网络借助于电力控制器彼此连接。DC/DC电压变换器、特别是双向DC/DC电压变换器(也称为DCP)，或者变流器可以用作为电力控制器。变流器在直流侧和交流侧之间传输能量。双向变流器特别适用于直流电压网络，因为它们允许能量在两个方向上流动，即从交流电压侧到直流电压侧以及从直流电压侧到交流电压侧。这些电力控制器布置在直流电压子网和储能网络之间，并允许在这些网络之间受控的能量交换。通过电力控制器可以将储能器直接与储能网络连接。然后，通过与储能网络的电力控制器进行电压的设定，特别是用于功率调节。因此，在DC储能网络中的电池和/或超级电容器，或者在AC直流电压网络中的旋转的存储器能够进行充电或放电。通过创建三个电池区段(它们具有带有储能器的储能网络并且与多个电力变换器连接)，直流电压可在所有三个可能的电池区段根据需要来实现。为该布置方式补充附加的电力变换器，从而得到矩阵布置方式，该布置方式允许从每个电池为三个直流电压子网中的每一个馈电。在此，能量流有利地通过电力变换器在两个方向上工作，以对电池充电。因此，如上所述，不仅获得了在柴油发动机故障时可用的针对不太可靠的柴油发动机的备用，而且更是获得了一种三通道冗余供电系统，该系统由于3×3矩阵布置方式而满足监管当局的要求。此外，使得直流子系统和直流电压网络的各个区段之间的能量传递成为可能。在所有子网中，可以使用电力控制器根据需要控制或调节电压。在储能网络中，根据连接在那里的储能器的运行模式来调节电压。由此，功率分配器具有多种功能。一方面，该功能是各个子网的安全分离，例如在发生故障时。此外，功率分配器调节或控制子网之间的电力交换。此外，以如下的方式调节储能网络上的电压，即，根据需要对储能器进行充电或放电。该系统实现了对在仅使用少量部件的情况下的可靠性的显著改进，因为例如可以省去电池充电设备。当一个子网中发生短路时，另外两个子网可以继续运行。也就是说，电池缓冲仍然存在。这在“船舶驱动装置”的使用中尤为重要，并将在船舶验收期间进行检验。当使用开关而不是电力控制器时，开关故障会导致系统不再安全运行。在电力控制器故障时，总是还有至少一个直流电压子网可以为连接的负载供电。因此例如可以在船舶的情况中提供一半的驱动功率。特别有利的是，直流电压网络为孤岛电网。例如，在船舶上或车辆中、特别是在轨道车辆中就是这种情况。通过从储能器提供能量，可以减轻大型负载的载荷，尤其是通过大型负载的开关造成的载荷。例如由于直流电压的下降或短期过电压对另外的组件的影响可以通过电力控制器的高动态性完全地、或至少大部分地避免。在船舶上使用时，高冗余度确保了可靠的机动性。在本专利技术的一个有利设计方案中，电力变换器各自具有直流电压变换器，并且储能器的电压是直流电压。直流电压变换器通常被称为DC/DC变换器。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流电压网络(1)，具有/n-至少三个直流电压子网(10)，/n-至少三个储能网络(13)，/n-至少九个电力变换器(20)，和/n-至少三个储能器(4)，/n其中，每个所述直流电压子网(10)通过至少一个所述电力变换器(20)与每个所述储能网络(13)连接，其中，每个所述储能网络(13)分别与所述储能器(4)中的至少一个连接，使得相应的所述储能网络(13)具有相应的所述储能器(4)的电压，其中，每个所述直流电压子网(10)能够通过至少一个馈电装置(5)与至少一个交流电压网络(6)连接。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170524 EP 17172817.31.一种直流电压网络(1)，具有
-至少三个直流电压子网(10)，
-至少三个储能网络(13)，
-至少九个电力变换器(20)，和
-至少三个储能器(4)，
其中，每个所述直流电压子网(10)通过至少一个所述电力变换器(20)与每个所述储能网络(13)连接，其中，每个所述储能网络(13)分别与所述储能器(4)中的至少一个连接，使得相应的所述储能网络(13)具有相应的所述储能器(4)的电压，其中，每个所述直流电压子网(10)能够通过至少一个馈电装置(5)与至少一个交流电压网络(6)连接。


2.根据权利要求1所述的直流电压网络(1)，其中，所述电力变换器(20)分别具有直流电压变换器，并且所述储能器(4)的电压是直流电压。


3.根据权利要求1所述的直流电压网络(1)，其中，所述电力变换器(20)分别具有变流器，并且所述储能器(4)的电压是交流电压。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的直流电压网络(1)，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯蒂安·格里奇，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE