具有DC链的电气系统技术方案

一种具有DC链的电气系统和方法。该系统包括其输出连接到DC链的可控整流器、连接到可控整流器的电源、储存电能的部件、连接在DC链和储存电能的部件之间的适配为双向转换电力的至少一个DC到DC转换器、电机、连接在DC链和电机之间的适配为双向转换电力的至少一个DC到AC转换器。可控整流器包括在DC链的电压在第一电压范围时控制DC链的DC电压的部件。至少一个DC到DC转换器适配为在DC链的电压在第二电压范围中时通过对储存电能的部件充电或者在DC链的电压在第三电压范围中时通过对储存电能的部件放电来控制DC链的DC电压，第二电压范围具有比第一电压范围高的电压值，第三电压范围具有比第一电压范围低的电压。

Electrical system with DC chain

An electrical system and method having a DC chain. The system includes the output connected to the rectifier, DC chain to the power adapter, controllable rectifier and electric energy storage components, connected between DC chain and energy storage components for bidirectional conversion power of at least one DC to DC converter, motor, and the motor is connected between the DC chain. With at least one DC power bidirectional conversion to AC converter. A controlled rectifier includes a component that controls the DC voltage of the DC chain when the voltage of the DC chain is in the first voltage range. At least one DC to DC converter adapted to the voltage at the DC chain in second when the charging voltage range of energy storage components or voltage in the DC chain in third by DC in the voltage range of voltage on the discharge unit to store electrical energy to control the DC chain, second with voltage than the first voltage range high voltage range value of the third voltage range with a voltage lower than the first voltage range.

【技术实现步骤摘要】
具有DC链的电气系统
本专利技术涉及电气系统，特别是涉及具有电源、一个或更多个能量存储器以及连接到公用DC链的一个或更多个负载的电气系统。
技术介绍
在具有DC链的电气系统中，电源向用于驱动负载的电机被连接至其的DC链产生电力。在这样的电气系统中，电源例如是利用诸如柴油发动机的主电源被驱动的发电机。柴油发动机转动该发电机并且发电机输出被整流并且被供给到DC链。连接到DC链的电机通常通过使用DC到AC转换器，即逆变器，被连接到DC链。这样的逆变器从DC链获得电力并且以期望的方式来控制电机。在具有DC链的电气系统中，连接到DC链的电机通常被这样的使用:电机需要大致周期性地被加速和减速。可以使用再生制动来执行电机的减速。在再生制动中，逆变器以这样的方式被控制:制动电力被反馈到DC链。通过使用负载的动能来将电力反馈到DC链的能力提高了能源效率，因为从主电源需要更少的电力。使用DC链的电气系统可以具有多个逆变器驱动电机。此外,最大的电机的额定功率与主电源的容量相比可能相当大，并且连接到DC链的负载的暂时功耗可以比主电源的容量高。出于那个原因并且为了进一步提高系统的效率，DC链通常被配备有诸如电池、电容器或者超级电容器的电存储器部件。这样的电存储器部件通过使用可以双向转换电力的DC到DC转换器被连接到DC链。能量存储器可以被用于储存然后可以被用于向连接到DC链的负载供电的能量。因此，再生电力可以同时被其他设备使用或者被储存到电存储器部件。在供给到DC链的再生电力比其它负载的功耗高并且能量存储器是满的或者供给到能量存储器的电力不能被增加的情况下，供给到DC链的再生电力不得不被消耗。电力的消耗可以利用被连接到DC链并且将电力供给到将过多的能量消耗为热量的电阻元件的制动斩波器来被执行。上述具有DC链的电气系统与不同的柴油机发电的或者混合电动车辆或者诸如越野矿用卡车、翻斗车、轮式装载机、挖掘机以及钻孔设备的工作机器一起被使用或者可以被使用。使用这样的电气系统的进一步的应用包括集装箱搬运机械、不同的海上应用和道路卡车以及公共汽车。连接到公用DC链的各个装置的控制通过使用诸如PLC的高级控制器结构来被执行。控制器通过使用诸如过程现场总线或者CAN的通信协议来被连接到系统中的每个装置。高级控制器通过使用所测量的DC链的DC电压和系统的电力平衡来分别地控制系统的每个转换器。关于已知的系统的问题涉及DC链电压的电压控制。因为高级控制器通过使用通信接口被连接到系统，控制延迟可能导致整个系统的跳闸。如果例如一个负载的电力突然被中断，系统中的电力平衡被打乱。由于高级控制器的电力平衡控制器中的通信延迟，控制器没有足够的时间对突然改变的情形作出反应并且相应地调整用于系统的其它转换器的参考值，并且整个电气系统可能崩溃。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种以克服上述问题的方法以及用于实施该方法的系统。本专利技术的目的通过特征在于独立权利要求中所陈述的方法和系统来被实现。本专利技术的优选的实施例被公开在从属权利要求中。本专利技术是基于使用控制DC链的DC电压的单独转换器的思想。电压控制的职责根据DC电压被给予不同的转换器。每个转换器类型具有不同的电压控制区域。每个转换器在DC电压和设置电压区域的基础上确定它们是否应该控制DC电压。本专利技术的方法和系统的一个优点是大大提高对电压中扰动的动态响应。动态控制不再来源于高级控制器，因为每个转换器在设置电压限制的基础上分别动作。该方法和系统通过使故障时间最小化来进一步提高操作的安全性。甚至更进一步地，系统中的能量捕获比已知系统中的更好并且提高整体能源效率，因为对变化的情形的反应时间更快。高级控制器仍然可以向分离的转换器给出指令。这些指令可以被用于转换器的设置参考值和一些特殊的情形下的对转换器的直接命令。然而，DC链电压控制通过单独的转换器来被执行。【附图说明】在下文中，参考附图通过优选的实施例来更详细地说明本专利技术，其中:图1示出了具有DC链的电气系统的主电路的示例；图2是示出了本专利技术的一个实施例的流程图；以及图3示出了本专利技术的实施例的操作的示例。【具体实施方式】图1示出了具有DC链I的电气系统。正如所知的，DC链包括用于连接装置的一对导电轨、电缆或者类似的结构。在图1的示例中，发电机G被连接到形成电源的用于通过可控整流器2供电的系统。发电机充当图1的系统中的主电源，发电机可以是柴油发电机并且因此该系统变为柴油机发电的系统。图1的系统还包括被连接用于驱动电机M的DC到AC转换器3。DC到AC转换器是可以以期望的方式被用于控制电机的逆变器。例如，电机M可以是驱动车辆的车轮的牵引电机。牵引逆变器3利用由发电机G产生的电力高效地驱动牵引电机。此外，DC到DC转换器4被连接到DC链。转换器4被连接到用于储存电能的部件5。这样的部件5例如可以是一个或更多个电池、电容器或者超级电容器。如果需要的话，DC到DC转换器4能够对电存储器部件5充电。通常在具有DC链中可获得的过多的能量时电能被储存。如果连接到DC链的装置的功耗比来自AC到DC转换器2的电力供给高，则DC到DC转换器也能够向DC链供给电力。如果发电机G和可控整流器2不连接，则可以使用能量存储器5作为主电源。在一些应用中，DC到DC转换器4可以作为主电源被使用并且来自该主电源的电力被用于对能量存储器充电。根据本专利技术，可控整流器2、11或者4包括在DC链的电压处于第一电压范围(区域O)时控制DC链的DC电压的部件。DC链电压可以通过利用来自主电源或者来自能量存储器的能量在第一电压范围中被控制。第一电压范围通常是具有超过和低于DC链的额定电压的电压值的电压范围，即DC链和连接到DC链的装置的额定电压在第一电压范围内。也作为转换器的可控整流器2与发电机一起工作，使得在电力值要被改变时，整流器相应地控制发电机。整流器的控制器通常是比例积分(proportional integral, PI)控制器。在DC链电压处于第一电压范围时，DC到DC转换器4工作，以根据由高级控制系统给出的参考来对能量存储器充电或者放电。能量存储器的充电或者放电完全可以由高级控制器来控制。例如，甚至在第一电压范围中，高级控制器可以控制能量存储器以最大功率放电，以及从主电源获取其余的需要的电压。此外，在DC链的电压处于第二电压范围(区域I)时，DC到DC转换器4被适配为控制DC链的DC电压。第二电压范围大于第一电压范围(区域O)。因此，在第二电压范围中的DC链的电压大于第一电压范围时，DC链电压通过利用DC到DC转换器4被控制。由于在第二电压范围中DC链的电压需要被降低，如果能量存储器没有被充满电，则DC到DC转换器4为了使能量的产生和消耗平衡而对能量存储器5充电。在DC链的电压处于第一电压范围(区域O)时，AC到DC转换器控制DC电压。如果电压增加到第二电压范围(区域I)，DC到DC转换器负责电压控制。同时，AC到DC转换器2在电压从第一范围(区域O)增加到第二范围(区域I)时减少至DC链的电力。基本上，这表示AC到DC转换器在DC链的电压比第一电压范围(区域O)的上限高时不向DC链产生任何电力。如果DC到DC转换器能够在第二电压范围(区域I)中将足够的电力从DC链供给到存储部件5并且因此本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有DC链的电气系统，包括：可控整流器，连接到所述可控整流器的电源，所述可控整流器的输出被连接到所述DC链，用于储存电能的部件，连接在所述DC链和所述用于储存电能的部件之间的至少一个DC到DC转换器，所述至少一个DC到DC转换器被适配为双向地转换电力，电机，连接在所述DC链和所述电机之间的至少一个DC到AC转换器，所述至少一个DC到AC转换器被适配为双向地转换电力，其中，所述可控整流器包括在所述DC链的电压处于第一电压范围(区域0)时用于控制所述DC链的DC电压的部件，其特征在于，所述至少一个DC到DC转换器被适配为在所述DC链的电压处于第二电压范围(区域1)中时通过对所述用于储存电能的部件充电或者在所述DC链的电压处于第三电压范围(区域?1)中时通过对所述用于储存电能的部件放电来控制所述DC链的DC电压，所述第二电压范围具有比所述第一电压范围(区域0)高的电压值，所述第三电压范围具有比所述第一电压范围(区域0)低的电压，以及所述至少一个DC到AC转换器被适配为在所述DC链的电压处于第四电压范围(区域3)中时通过降低由所述电机产生的所生成的电力或者在所述DC链的电压处于第五电压范围(区域?3)中时通过降低由所述电机获取的驱动电力来控制所述DC链的DC电压，所述第四电压范围具有比所述第二电压范围(区域1)高的电压值，所述第五电压范围具有比所述第三电压范围(区域?1)低的电压值。...

【技术特征摘要】
2012.07.09 EP 12175493.11.一种具有DC链的电气系统,包括: 可控整流器， 连接到所述可控整流器的电源，所述可控整流器的输出被连接到所述DC链， 用于储存电能的部件， 连接在所述DC链和所述用于储存电能的部件之间的至少一个DC到DC转换器，所述至少一个DC到DC转换器被适配为双向地转换电力，电机， 连接在所述DC链和所述电机之间的至少一个DC到AC转换器，所述至少一个DC到AC转换器被适配为双向地转换电力，其中， 所述可控整流器包括在所述DC链的电压处于第一电压范围(区域O)时用于控制所述DC链的DC电压的部件，其特征在于，所述至少一个DC到DC转换器被适配为在所述DC链的电压处于第二电压范围(区域I)中时通过对所述用于储存电能的部件充电或者在所述DC链的电压处于第三电压范围(区域-1)中时通过对所述用于储存电能的部件放电来控制所述DC链的DC电压，所述第二电压范围具有比所述第一电压范围(区域O)高的电压值，所述第三电压范围具有比所述第一电压范围(区域O)低的电压，以及 所述至少一个DC到AC转换器被适配为在所述DC链的电压处于第四电压范围(区域3)中时通过降低由所述电机产生的所生成的电力或者在所述DC链的电压处于第五电压范围(区域-3)中时通过降低由所述电机获取的驱动电力来控制所述DC链的DC电压，所述第四电压范围具有比所述第二电压范围(区域I)高的电压值，所述第五电压范围具有比所述第三电压范围(区域-1)低的电压值。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括连接到所述DC链的制动斩波器，其中，所述制动斩波器被适配为在所述DC链的电压处于第六电压范围(区域2)中时通过消耗来自所述DC链的电力来控制所述DC链的电压，所述第六电压范围具有比所述第二电压范围(区域I)高的电压值和比所述第四电压范围(区域3)低的电压值。3.如权利要求1或者2所述的系统，其特征在于，所述系统包括连接到所述转换器装置的闻级控制器。4.如权利要求1，2或者3所述的系统，其特征在于，在所述DC链的电压处于所述第二、第六或者第四电压范围时，所述可控整流器被适配为将对所述DC链的供电降低到最小值。5.如前面的权利要求1-4中的任一项所述的系统，其特征在于，在所述DC链的电压低于所述第一电压范围的电压时，所述可控整流器被适配为以它的最大功率将电力供给到所述DC链。6.如前面的权利要求1-5中的任一项所述的系统，其特征在于，所述系统是柴油机发电的系统，其中，连接到所述可控整流器的电源是由柴油发动机驱动的发电机。7.如前面的权利要求1-5中的任一项所述的系统，其特征在于，连接到所述可控整流器的电源是所述用于储存电能的部件的一个或更多个电能存储器。8.如前面的权利要求1-7中的任一项所述的系统，其特征在于，连接到所述DC链的每个转换器包括用于测量DC链电压以自...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤哈·科卡里，图奥莫·莱皮宁，泰穆·龙凯宁，
申请(专利权)人：ABB公司，
类型：发明
国别省市：