[发明专利]控制直流电网的两个核之间的功率传送以及为交流发动机提供功率的组合装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于控制直流电网的两个核(core)之间的功率传送以及用于为交流发动机提供功率的组合装置。

本发明的技术领域特别涉及装载在飞行器上的直流电网。然而，本发明的装置也能够被用于任何类型的机载电网(船舶、机动车辆等)，以及甚至不是机载的电网，例如在与固定电网(直流局域电网、铁路等)相应的固定应用领域。

为了使说明书简单，我们将其限制到机载航空领域。

在该说明书的剩余部分，术语“直流电网”以及“直流电流电网”具有相同的意义，因此能够交替使用。

背景技术

在机载电网中通过直流连接传送能量的优点主要是由于电力电子学的发展，特别是由于飞机上的机载机电致动器的数量的增加。这些致动器中的大多数(由静态转换器控制并提供功率)，实际上需要直流电压级(stage)的存在。然而，这种级是使用交-直流转换从传统的交流电网获得的。

有可能用集中式的直流电压配电取代所有这样使用的转换单元：该配电可以是全部直流配电(高压直流或HVDC电网)或部分直流配电(组合的交-直流电网)。

然而，特别是考虑到确保这些电网的稳定性而与被供电负载的类型无关的需要，这种直流电网的实施提出了新的技术问题。

为了为连接至这种直流电网的每个设备获得足够好的电压质量以及为了过滤由该设备所生成的谐波，可以使用滤波器，例如置于设备的输入端的LC型滤波器(L：电感；C：电容)。在当前的直流电网中，所连接的负载(charge)通常由电力电子设备和控制电子设备所控制，该负载在滤波器的截至频率范围内吸收接近常量的功率。在所连接的设备的调节是动态有效的情况下，这种现象就甚至更为显著。然而，置于直流电源和调节的静态转换器之间的输入滤波器，在强大的冲击下能够突然发生振荡。L/C之比越高(当通过长的电缆长度连接设备时，尤其如此)，滤波器电容端的电压振荡越大。

在说明书末尾所引用的文件[1]显示由通过静态转换器充电的滤波器构成的任何系统(其在滤波器的动态范围内吸收恒定的功率)是潜在地不稳定的系统。

当前的交流电网的结构由通过电线将所有设备连接到一个单一的集中式的“核”所构成，电线可以非常长，从而具有相当大的阻抗。

“核”是源-负载互连节点(其包括保护性的元件和接触元件)，其电压(在该情况下为直流)由外部元件来稳定。核可以连接至能量源：交流发电机+整流器组(“连接的核”)。它也可仅连接至电源(存储元件)或非常简单地连接至一个或多个其他核(“非连接的核”)。

考虑到上述的潜在不稳定性现象，使用非常长的线缆的倾向加重了该现象，因此在交流电网的结构上模拟直流电网的结构是既不充分也不合理的。

引用的文件[2]和[3]描述了旨在减小该不稳定性的风险的现有技术的两个解决方案。

这两个文件中的第一个描述了在首创的MEA(多电飞机，“More Electric Aircraft”)的领域中的飞机上的配电系统。大部分负载(包括致动器)被通过使用双向功率转换器进行调节，该双向功率转换器基于直流总线来控制和调节功率。在该文件中分析了在相当大的干扰的情况下的稳定性的损失，以显示非线性稳定性分析方法的用处。

这两个文件中的第二个描述了一种用于分布式电力系统的有源直流总线调节器，其补偿直流总线上的谐波和无功电流，并且主动衰减直流电力系统中的振荡。

本发明旨在结合两种独特的功能：

a)通过在两个核之间接入一种电力和控制电子设备来减小不稳定性的风险，这两个核置于其中安装有电网的系统的不同区域中，因此这两个核分开相当大距离，该电力和控制电子设备能够控制这些核之间的功率传送，同时确保处于正常模式以及降级模式(电源损失、过多的功率在核上，等)下的该功率的质量和可用性，以及

b)为交流发动机提供功率

发明内容

本发明涉及一种能够组合两种功能的装置：

a)控制直流电网的两个核(节点)之间的功率传送；以及

b)可控地为交流发动机提供功率，

特征在于其包括：

-由两个三相逆变器构成的组件，每个三相逆变器由连接至所述发动机的三个切换单元构成，该发动机具有连接至该两个三相逆变器的三个定子绕组，以及

-用于控制该组件的模块，其确保可调节的直流功率传送和两个核中之一的直流电压的稳定和对所述发动机的控制。

有利地，每个切换单元由两个电压单向而电流双向开关构成。每个开关可包括以反并联结构与二极管相结合的晶体管。

本发明的装置具有以下优点：