用于功率转换的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及用于功率转换的系统和方法。提供多级逆变器(22)。该多级逆变器(22)包括多个桥(60)，每个桥配置成接收输入DC电力(32)的相应的部分并且将该相应部分转换为相应的转换的AC电力(44)。该多级逆变器(22)还包括至少一个桥控制器(42)，用于采用方形波形模式操作多个桥(60)中的至少一个。该多级逆变器(22)进一步包括多个变压器(48)，每个变压器耦合于相应的桥(60)并且配置成增加转换的AC电力(44)的相应部分的电压水平。这些多个变压器(48)进一步包括二次绕组(70)，其与其它二次绕组(70)串联耦合以组合转换的AC电力(44)的相应增加的电压水平部分。该多级逆变器(22)还包括电网转换器(52)，其配置成提供输出电力(34)用于电网(36)。

【技术实现步骤摘要】
用于功率转换的系统和方法
本专利技术的实施例大体涉及用于在流体涡轮机中产生高压电力的系统。
技术介绍
流体涡轮机(例如风力涡轮机和海洋流体动力设备等)从例如风和水等流体的动能产生电，其被传输到电网用于分配。例如，风力涡轮机典型地包括：转子部件，其将风的动能转换为机械能；和同步发电机，其将机械能转换为具有变化频率和低电压的交流(AC)电力。由该同步发电机产生的AC电力在传输到一个或多个电网用于进一步分配之前通过功率转换系统进行调整。在一个常规的功率转换系统中，将低电压和变化频率的AC电力经由低压电缆馈送到设置在风力涡轮机的塔内的AC-DC转换器。在非限制示例中，该低压电缆包括能够传输具有低于1000伏电压的电力的电缆。该AC-DC转换器将变化频率的AC电力转换为直流(DC)电力。该DC电力经由DC链路传输给逆变器，并且该逆变器提供固定频率脉冲宽度调制的AC电力作为输出。此外，滤波该固定频率脉冲宽度调制的AC电力来产生固定频率正弦AC电力。该正弦AC电力被输送到升压变压器，其将该低压AC电力转换为高压AC电力。在这样的实施例中，对于DC电力的脉冲宽度调制使用逆变器可导致效率损失并且另外需要笨重且昂贵的滤波器来产生正弦AC电力。此外，用于输送低压AC电力到AC/DC转换器的低压电缆是大、沉重并且昂贵的。另外，变压器大且笨重。此外，在其中安装了离岸AC/DC转换器以从各种风力涡轮机收集AC电力并且将该AC电力转换为适于远距离传输的DC电力的实施例中，产生了额外成本。因此，需要有改进的并且不太昂贵的系统来解决上述问题。
技术实现思路
在一个实施例中，提供多级逆变器。该多级逆变器包括多个桥，每个桥配置成接收输入DC电力的相应部分并且将该输入DC电力的该相应部分转换为转换的AC电力的相应部分。该多级逆变器还包括至少一个桥控制器，用于采用方形波形模式操作多个桥中的至少一个。该多级逆变器进一步包括多个变压器，每个变压器耦合于相应的桥并且配置成增加该相应桥的转换AC电力的相应部分的电压水平，其中多个变压器的每个包括一次绕组和二次绕组，该一次绕组耦合于相应的桥，该二次绕组与该一次绕组配对并且与其它二次绕组串联耦合以组合转换的AC电力的相应增加的电压水平部分。该多级逆变器还包括电网转换器，其电耦合于多个变压器的串联连接的二次绕组并且配置成提供输出电力以用于电网。在另外一个实施例中，提供功率转换系统。该系统包括功率源。该系统还包括多级逆变器。该多级逆变器包括多个桥，每个桥配置成接收输入DC电力的相应部分并且将该输入DC电力的该相应部分转换为转换的AC电力的相应部分。该多级逆变器还包括至少一个桥控制器，用于采用方形波形模式操作多个桥中的至少一个。该多级逆变器进一步包括多个变压器，每个变压器耦合于相应的桥并且配置成增加该相应桥的转换的AC电力的相应部分的电压水平，其中多个变压器的每个包括一次绕组和二次绕组，该一次绕组耦合于相应的桥，该二次绕组与该一次绕组配对并且与其它二次绕组串联耦合以组合转换的AC电力的相应增加的电压水平部分。该多级逆变器还包括电网转换器，其电耦合于多个变压器的串联连接的二次绕组并且配置成提供输出电力用于电网。在再另一个实施例中，提供用于功率转换的方法。该方法包括将输入DC电力分成输入DC电力的多个部分。该方法还包括将输入DC电力的每个相应部分转换为转换的AC电力的相应部分，其中使用方形波形模式来转换该输入DC电力的这些部分中的至少一些。该方法进一步包括增加转换的AC电力的相应部分的电压。该方法还包括串联组合增加的电压来提供组合的AC电力。该方法进一步包括转换该组合的AC电力来提供输出电力用于电网。附图说明当下列详细说明参照附图(其中类似的符号在整个附图中代表类似的部件)阅读时，本专利技术的这些和其他特征、方面和优势将变得更好理解，其中：图1是根据本专利技术的实施例的包括功率转换系统的风力涡轮机系统的部分图示。图2是根据本专利技术的实施例描绘耦合于多相功率转换系统的每个相的多个多级逆变器的功率转换系统的框图表示。图3是根据本专利技术的实施例的耦合于单相的多级逆变器的框图表示。图4是根据本专利技术的实施例描绘多级逆变器的各种部件之间的耦合的多级逆变器的详细图示。图5是根据本专利技术的实施例在相应的二次绕组的输出处具有由多级逆变器中的多个桥产生的采用方形波形模式的增加的电压的转换AC电力的各种部分的示范性图形表示。图6是根据本专利技术的实施例由多级逆变器中的多个桥采用方形波形模式产生的组合的转换AC电力的示范性图形表示。图7是根据本专利技术的实施例由电网转换器从方形波形模式产生的正弦波形的示范性图形表示。图8是代表根据本专利技术的实施例用于功率转换的方法所牵涉的步骤的流程图。具体实施方式本专利技术的实施例包括多级逆变器。该多级逆变器包括多个桥，其中每个桥接收输入DC电力的相应部分并且将该相应部分转换为相应的转换的AC电力。该多级逆变器还包括至少一个桥控制器，其采用方形波形模式控制多个桥中的至少一个的操作。该多级逆变器进一步包括多个变压器，其中这些多个变压器的每个包括电耦合于相应的桥的一次绕组。该一次绕组与二次绕组配对，该二次绕组与其它二次绕组串联电耦合。该一次绕组接收转换的AC电力的相应部分并且将其输送给该二次绕组，这导致该转换的AC电力的相应部分的电压水平增加。该转换的AC电力的相应部分由串联连接的二次绕组组合以形成组合的AC电力。该组合的AC电力被输送到电网转换器，(其电耦合于串联连接的二次绕组)并且为电网提供输出电力。如本文使用的，术语“一”不表示数量的限制，而是表示存在引用的项目中的至少一个，并且术语“耦合的”或“耦合”包括任何合适类型的耦合并且还包括直接耦合和间接耦合两者。尽管使用单线图用于示例目的，图中的电气线路的每个典型地代表两个或三个物理线路/电缆，这取决于上下文。图1是根据本专利技术的实施例的为了示例目的示出为风力涡轮机系统10(其包括功率转换系统12)的功率源的部分图示。该风力涡轮机系统10包括塔14、附连在该塔14顶部的吊舱16和机械耦合于该吊舱16的转子18。该吊舱16包括设置在该风力涡轮机系统10的该吊舱16内的功率转换系统12。该功率转换系统12从该转子18接收机械能并且将该机械能转换为适于经由高压电缆20在电网中传输的输出电力。例如，对于离岸风力应用，具有带有两个电缆20(一个是正的并且另一个是负的)的DC输出电力将通常是可取的。对于一些应用，输出电力将包括多相电力，其中每个相存在电缆20。图2是根据本专利技术的实施例描绘多个多级逆变器22(每个耦合于多相功率转换系统12的相应的相)的功率转换系统12的框图表示。为了示例目的，在图2示出三个相，但可使用其他数量的相。例如，在其中输出电力包括DC输出电力或单相输出电力的实施例中，可使用单个多级逆变器22。转子18将机械功率24输送到功率转换系统12。在风力涡轮机示例中，功率转换系统12包括发电机26，其接收机械功率24并且将该机械功率24转换为源功率，其示出为源功率28。该源功率28被输送到发电机整流器30，其耦合于发电机26。该发电机整流器30将该源功率28转换为输入DC电力32。在例如风力涡轮机实施例的实施例中，其中功率源包括AC功率源，发电机整流器可包括AC-DC型整流器。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多级逆变器(22)，包括：多个桥(60)，每个桥配置成接收输入DC电力(32)的相应部分，并且将所述输入DC电力(32)的所述相应部分转换为转换的AC电力(44)的相应部分；至少一个桥控制器(42)，用于采用方形波形模式操作所述多个桥(60)中的至少一个；多个变压器(48)，每个变压器耦合于相应的桥(60)并且配置成增加所述相应的桥(60)的转换的AC电力(44)的所述相应部分的电压水平，其中所述多个变压器(48)的每个包括一次绕组(68)和二次绕组(70)，所述一次绕组(68)耦合于所述相应的桥(60)，所述二次绕组(70)与所述一次绕组(68)配对并且与其它二次绕组(70)串联耦合以组合所述转换的AC电力(44)的相应的增加的电压水平部分；以及电网转换器(52)，其电耦合于所述多个变压器(48)的串联连接的二次绕组(70)并且配置成提供输出电力(34)用于电网(36)。

【技术特征摘要】
2011.03.30 US 13/0752241.一种多级逆变器（22），包括：多个桥（60），每个桥配置成接收输入DC电力（32）的相应部分，并且将所述输入DC电力（32）的所述相应部分转换为转换的AC电力（44）的相应部分；至少一个桥控制器（42），用于采用方形波形模式操作所述多个桥（60）中的至少一个；多个变压器（48），每个变压器耦合于相应的桥（60）并且配置成增加所述相应的桥（60）的转换的AC电力（44）的所述相应部分的电压水平，其中所述多个变压器（48）的每个包括一次绕组（68）和二次绕组（70），所述一次绕组（68）耦合于所述相应的桥（60），所述二次绕组（70）与所述一次绕组（68）配对并且与其它二次绕组（70）串联耦合以组合相应的转换的AC电力（44）的电压；电网转换器（52），其电耦合于所述多个变压器（48）的串联连接的二次绕组（70）并且配置成提供输出电力（34）用于电网（36）；以及电网控制器（54），配置成控制所述电网转换器（52）的操作，其中所述电网转换器作为AC-AC转换器操作并且所述电网控制器配置成提供控制信号（56）以控制所述输出电力的频率。2.如权利要求1所述的多级逆变器（22），其中所述桥控制器（42）配置成提供控制信号（46）以至少部分地采用占空比模式操作所述桥（60）中的至少一个并且采用方形波形模式操作剩余桥中的至少一些。3.如权利要求1所述的多级逆变器（22），其中所述桥控制器（42）配置成提供控制信号（46）以全部采用方形波形模式操作所述桥（60）的全部。4.如权利要求1所述的多级逆变器（22），其中所述多个变压器（48）中的至少一个包括与所述多个变压器（48）中另外的变压器不同的匝数比的一次绕组（68）和相应的二次绕组（70）。5.如权利要求4所述的多级逆变器（22），其中所述不同的匝数比产生多级净输出电压（86）。6.一种功率转换系统（12），包括：功率源；以及多级逆变器（22），其包括：多个桥（60），每个桥配置成接收输入DC电力（32）的相应部分并且将所述输入DC电力（...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·N·拉朱，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：