CN104979852A - 配电*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种配电***。所述***包括连接至AC发电机的第一AC母线和第二AC母线。第一有源整流器/逆变器有电连接至所述第一AC母线的AC输入端子。第二有源整流器/逆变器具有电连接至所述第二AC母线的AC输入端子。第一DC接口电连接至所述第一有源整流器/逆变器的DC输出端子，并且第二DC接口电连接至所述第二有源整流器/逆变器的DC输出端子。所述第一DC接口和所述第二DC接口包括反向阻断装置。第三有源整流器/逆变器作为驱动器操作，并且具有DC输入端子，所述DC输入端子通过***式DC母线并联电连接至所述第一DC接口和所述第二DC接口的DC输出端子。可任选地形成船舶推进器T1的一部分的电动机电连接至所述第三有源整流器/逆变器的AC输出端子。

Description

配电***
技术领域
本发明涉及配电***，并且更具体地涉及船舶配电和推进***。术语“船舶船只(marine vessel)”意图包括轮船、钻探设备以及任何其他表面行进的船只或平台、或可潜水的(水下)船只。
背景技术
船舶配电和推进***是众所周知的。在典型布置中，使用一系列功率转换器将直流(AC)母线接合至一系列电动机，例如，推进电机或推进器。每个功率转换器可为“有源前端”(AFE)转换器，所述AFE转换器带有具有连接至AC母线的AC端子的AC电源侧有源整流器/逆变器(或“前端”电桥)和连接至电动机的电机侧有源整流器/逆变器。AC电源侧有源整流器/逆变器的交流(DC)输出端通过DC链路来连接至电机侧有源整流器/逆变器的DC输入端。可将谐波滤波器连接至每个AC电源侧整流器/逆变器的AC输入端子。在正常操作中，AC电源侧整流器/逆变器将作为有源整流器操作以便向DC链路供电，并且电机侧有源整流器/逆变器将作为逆变器操作以便向电动机供电。在某些情况下，如对于在电动机作为发电机操作并且电力通过功率转换器供应给AC母线的情况下的再生制动而言，反向操作通常是可能的。
每个有源整流器/逆变器将通常具有常规拓扑。
在一些布置中，电动机可通过多个并联功率转换器来接合至AC母线。
一系列原动机(例如，柴油机)连接至向AC母线供电的单独发电机。
AC母线可配备有带有断路器和相关联的控件的保护性开关设备。
船舶推进***通常将包括由母线结线(busbar tie)互连的第一(或端口)AC母线和第二(或右舷)AC母线。一些船舶推进***使用通过多个母线结线而互连的多个AC母线区段或组，以提高电力可用性。
船舶船只有时使用动态定位(DP)***进行操作，在所述DP***中，使用推进电机和/或推进器来维持船只位置在参考点附近并且稳定其与如风和水流的环境力相反的航向。用于带有DP***的船舶船只的准则是由多个认证机构(例如，挪威船级社(DNV))设定，并且对在故障情况期间必须可操作的推进电机和推进器的数目和位置(例如，船首或船尾)设有某些要求。例如，在具有位于船舶船只的船尾的两个推进电机以及两个或三个船首推进器(例如，隧道推进器)的布置中，准则且尤其是有关DNV船级符号DYNPOS AUTR的那些准则要求船舶船只在船尾处具有一个可操作的推进电机，并且具有一个可操作的船首推进器(如果所述推进器的额定功率与在船尾处的所述可操作的推进电机相同)或两个可操作的船首推进器(如果所述推进器的组合额定功率与在船尾处的所述可操作的推进电机相同)。
对于使用三个船首推进器的船舶推进***，为了符合DNV船级符号DYNPOS-AUTR，船首推进器中的一个必须由具有这样的设计的两个不同AC母线部分供电：所述设计确保即使总功率损耗在这个船首推进器连接到的AC母线部分中的任一AC母线部分上发生，这个船首推进器也维持电力而不发生任何断电。
发明内容
本发明提供一种配电***，所述配电***包括：
a.第一直流(AC)母线；
b.第二AC母线；
c.第一有源整流器/逆变器，所述第一有源整流器/逆变器具有：电连接至第一AC母线的AC输入端子，以及DC输出端子；
d.第二有源整流器/逆变器，所述第二有源整流器/逆变器具有：电连接至第二AC母线的AC输入端子，以及DC输出端子；
e.第一交流(DC)接口，所述第一DC接口包括反向阻断装置并且具有：电连接至第一有源整流器/逆变器的DC输出端子的DC输入端子，以及DC输出端子；
f.第二DC接口，所述第二DC接口包括反向阻断装置并且具有：电连接至第二有源整流器/逆变器的DC输出端子的DC输入端子，以及DC输出端子；
g.第三有源整流器/逆变器，所述第三有源整流器/逆变器具有：可任选地通过DC母线并联电连接至第一DC接口的DC输出端子和第二DC接口的DC输出端子的DC输入端子，以及AC输出端子；以及
h.电连接至第三有源整流器/逆变器的AC输出端子的电动机。
应当指出，在配电***的两个或更多个部件之间的电连接不必须为直接连接，并且电连接可由***式部件做出，或包括所述***式部件。
第一DC接口和第二DC接口可具有任何合适的构造，并且用于在一些操作状况范围内维持在第一有源整流器/逆变器和第二有源整流器/逆变器与第三有源整流器/逆变器之间的电连接。
每个DC接口可具有任何合适反向阻断装置，以便在第一有源整流器/逆变器和第二有源整流器/逆变器中的一个无法供应电力的情况下提供与所述第一有源整流器/逆变器或所述第二有源整流器/逆变器的自动断开连接，并且防止故障(例如，短路)在第一有源整流器/逆变器和第二有源整流器/逆变器之间的传播。在一个布置中，每个反向阻断装置可包括一个或多个二极管、或具有合适反向耐压性能的其他类型的电力半导体(例如，具有反向阻断动作的晶闸管、IGBT、IGCT、GTO和IEGT)。
在一个布置中，每个DC接口包括在第一DC输入端子与第一DC输出端子之间的第一DC电路线路以及在第二DC输入端子与第二DC输出端子之间的第二DC电路线路。如果每个反向阻断装置包括电力半导体装置，第一串一个或多个串联的电力半导体装置可定位在每个第一DC电路线路中，其中每个阳极电连接至第一DC输入端子并且每个阴极电连接至DC输出端子。第二串一个或多个串联的电力半导体装置可定位在每个第二DC电路线路中，其中每个阳极电连接至第二DC输出端子并且每个阴极电连接至第二DC输入端子。一般地说，每个反向阻断装置的第一部分可定位在每个第一DC电路线路中以提供允许从第一DC输入端子到第一DC输出端子的功率流并且防止从第一DC输出端子到第一DC输入端子的功率流的反向阻断动作，并且每个反向阻断装置的第二部分可定位在每个第二DC电路线路中以提供允许从第二DC输出端子到第二DC输入端子的功率流并且防止从第二DC输入端子到第二DC输出端子的功率流或反之亦然的反向阻断作用。换句话说，每个反向阻断装置的第一部分和第二部分适于防止在相反方向上通过每个DC接口的第一DC电路线路和第二DC电路线路的功率流。第三有源整流器/逆变器的第一DC输入端子可任选地通过DC母线电连接至第一DC接口的第一DC输出端子和第二DC接口的第一DC输出端子。第三有源整流器/逆变器的第二DC输入端子可任选地通过DC母线电连接至第一DC接口的第二DC输出端子和第二DC接口的第二DC输出端子。
监测电路可被提供用于对反向阻断装置的故障检测。例如，监测电路可定位在每个电力半导体装置或每串一个或多个串联的电力电子装置之上。
在每个DC电路线路中的适当位置处、即在DC输入端子中的一个与DC输出端子中的相应一个之间，每个DC接口也可包括以下部件的一个或多个：
DC熔断器，例如用于防止可任选的DC母线上的短路；
断路器；
共模电感器滤波器。
对于正常操作，必须闭合第一DC接口和第二DC接口中的断路器，以使得在第一AC母线或第二AC母线中的电力损耗不会导致电动机的电力损耗。当配电***将会使用来自AC母线中的仅仅一个(即，通过第一有源整流器/逆变器和第二有源整流器/逆变器中的仅仅一个)的电力来操作时，断路器可打开。这个操作模式用于异常状况，并且并不符合DNV船级符号DYNPOS AUTR或类似的要求。
共模电感器滤波器可任选地具有在耦合绕组上的阻尼电阻器。换句话说，共模电感器滤波器可具有电连接至DC接口的第一DC电路线路的第一绕组、电连接至DC接口的第二DC电路线路的第二绕组、以及电连接至阻尼电阻器的耦合绕组。当DC电路线路中的DC电流基本上相等且相反时，这种共模电感器滤波器将会允许电流流动。然而，如果DC电路线路中的DC电流失衡，共模电感器滤波器将会增加显著阻抗以限制在第一有源滤波器/逆变器和第二有源滤波器/逆变器之间的可能循环电流。
在一个布置中，第一有源整流器/逆变器可为用于将第二电动机接合至第一AC母线的第一功率转换器的一部分和/或第二有源整流器/逆变器可为用于将第三电动机接合至第二AC母线的第二功率转换器的一部分。每个功率转换器可为“有源前端”(AFE)转换器。具体地说，第一功率转换器可包括第一有源整流器/逆变器和第四有源整流器/逆变器，所述第四有源整流器/逆变器具有：通过与第一DC接口的DC输入端子并联的DC链路电连接至第一有源整流器/逆变器的DC输出端子的DC输入端子，以及电连接至第二电动机的AC输出端子。
第二功率转换器可包括第二有源整流器/逆变器和第五有源整流器/逆变器，所述第五有源整流器/逆变器具有：通过与第二DC接口的DC输入端子并联的DC链路电连接至第二有源整流器/逆变器的DC输出端子的DC输入端子，以及电连接至第三电动机的AC输出端子。
因此，将会容易了解，第一DC接口电连接至在第一功率转换器的有源整流器/逆变器之间的DC链路和/或第二DC接口电连接至在第二功率转换器的有源整流器/逆变器之间的DC链路。
第二电动机可通过与第一功率转换器并联的一个或多个另外的功率转换器电连接至第一AC母线。类似地，第三电动机可通过与第二功率转换器并联的一个或多个另外的功率转换器电连接至第二AC母线。每个另外功率转换器可为如本说明书中所述AFE转换器。期望的是，处于基本上额定的功率的第二电动机和/或第三电动机操作将需要所有并联的功率转换器。在一些情况下，例如当第二电动机和/或第三电动机不以额定功率操作时，可不需要另外的功率转换器，以使得第二电动机可仅仅使用第一功率转换器来操作和/或第三电动机可仅仅使用第二功率转换器来操作。在一些其他情况下，第二电动机和/或第三电动机可仅仅使用另外的功率转换器来操作，以使得第二电动机可与第一功率转换器分离和/或第三电动机可与第二功率转换器分离。一个实例可为第一有源功率转换器和第二有源功率转换器中的一个或两个用于通过DC接口来向第一电动机提供电力的情况。
接触器可位于第一功率转换器与第二电动机之间，以便选择性地将第一DC接口与用于第二电动机的另外的功率转换器分离。类似地，接触器可位于第二功率转换器与第三电动机之间，以便选择性地将第二DC接口与用于第三电动机的另外的功率转换器分离。
例如，配电***中采用的有源整流器/逆变器可具有任何合适拓扑，如使用脉宽调制策略而完全受控和调节的具有一系列半导体功率开关装置(如IGBT、IGCT和IEGT)的两电平或三电平中性点箝位拓扑或多电平拓扑。
第一有源整流器/逆变器和第二有源整流器/逆变器可包括DC输出电容器、AC侧谐波滤波器、以及用于为DC输出电容器预先充电并且启动和停止有源整流器/逆变器的AC侧接触器中的一个或多个。
第三有源整流器/逆变器(以及可任选的第四有源整流器/逆变器和第五有源整流器/逆变器)可包括DC输入电容器和AC侧滤波器电感器中的一个或两个。
在正常操作中，第一有源整流器/逆变器和第二有源整流器/逆变器将会作为整流器操作，并且第三有源整流器/逆变器将会作为逆变器操作，即以使得功率流的方向为从第一AC母线和第二AC母线到第一电动机。在正常操作期间，通过用于将第二电动机和第三电动机接合至AC母线接合的每个功率转换器(即，第一率转换器和第二功率转换器以及任何另外的功率转换器)的功率流将在相同方向。然而，通过每个功率转换器的功率流的方向也能可任选地反向，例如，在其中第二电动机和/或第三电动机作为发电机操作以向AC母线供应电力的再生制动期间。由于提供了反向阻断动作的反向阻断装置，因此不可能使通过第一DC接口和第二DC接口的功率流的方向反向。如果需要第一电动机作为发电机操作，可任选的动态制动单元可提供为配电***的一部分。例如，这种动态制动单元可以常规方式来连接至第三整流器/逆变器的DC输入端子。
第一AC母线和第二AC母线可具有任何合适的相数，但是三相将会是典型的。
母线结线可用于将第一AC母线和第二AC母线选择性地连接在一起。
第一AC母线和第二AC母线可被分成单独区段。到AC母线的以及在单独母线区段之间的所有连接可包括保护性开关装置(例如，断路器)、或用于分离目的的其他保护电路。
至少一个AC发电机通常将会电连接至第一AC母线和第二AC母线中的每个。AC发电机将AC电力提供至AC母线，并且具有相关联的原动机(例如，涡轮机或柴油机)。可提供任何合适数目的AC发电机。每个AC发电机可具有相关联的电压控制器或调压器，如自动调压器(AVR)。
在配电***中采用的每个电动机可具有任何合适的构造和类型(即感应、同步、永磁等)，并且具有任何合适的相数。
如本说明书中所述配电***可为船舶配电和推进***。在这种情况下，每个电动机可用于驱动推进器，例如，多叶片螺旋桨或管道泵喷射器。例如，每个电动机可位于船舶船只的船体内(例如，作为通过具有尾轴管压盖的轴线驱动推进器的舷内推进电机)、悬浮在船舶船只的船体下的舱中、或同轴地在潜艇的船体外侧。每个电动机可形成用于为船舶船只提供主推进力的推进电机或如船首推进器或船尾推进器的推进器的一部分。
将会容易了解，特定船舶船只可根据其推进要求具有任何合适数目和配置的电动机(以及相关联的接合功率转换器)。
基本配电***可具有不同操作模式。
例如，在正常或无故障状态期间，电力可从第一AC母线和第二AC母线通过第一有源整流器/逆变器和第二有源整流器/逆变器以及第一DC接口和第二DC接口来供应至DC母线。换句话说，DC母线将从第一AC母线和第二AC母线两者接收电力。
控制***可被用来控制通过第一有源整流器/逆变器和第二有源整流器/逆变器的功率流。通常，通过第一有源整流器/逆变器和第二有源整流器/逆变器的功率流将基本上是相同的，但是控制***也可根据情况分配不同的功率流。控制***也可用于控制通过第三有源整流器/逆变器到第一电动机的功率流。例如，有源整流器/逆变器可被控制来提供所需扭矩以将第一电动机保持在期望旋转速度。
在正常操作期间，母线结线可打开或闭合。打开母线结线通常用于实现最大电力可用性，因为它最小化由于AC母线区段中的一个中的故障而造成的影响。如果母线结线是打开的，第一AC母线和第二AC母线携载的AC电压则可具有不同量级、相位、或频率，由于第一有源整流器/逆变器和第二有源整流器/逆变器的操作，这种情况是可能的。
如果故障在第一AC母线、第一有源整流器/逆变器以及第一DC接口中的一个或多个上发生，那么第一电动机将通过第一DC接口中的反向阻断装置的反向阻断动作来与第一AC母线自动分离而不需要打开第一DC接口中的断路器，并且所增加的电力将继续从仅仅第二AC母线流向DC母线。类似地，如果故障在第二AC母线、第二有源整流器/逆变器以及第二DC接口中的一个或多个上发生，那么第一电动机将通过第二DC接口中的反向阻断装置的反向阻断动作来与第二AC母线自动分离，并且所增加的电力将继续从仅仅第一AC母线流向DC母线。例如由于电力半导体装置或其他反向阻断装置的瞬时反向阻断动作，第一电动机的自动分离在无显著延迟的情况下发生。将第一电动机分离表示它在故障状况期间可继续操作。
包括一个或多个另外的电动机和接合功率转换器(例如，第一电动机和/或第二电动机、以及AFE转换器)的配电***的布置也可具有不同操作模式。
例如，在正常或无故障操作期间，如果第一电动机不需要进行操作，第二电动机和/或第三电动机就可使用相应并联的AFE转换器以通常方式来操作。
如果需要操作第一电动机，第一DC接口可与第二电动机分离和/或第二DC接口可与第三电动机分离(例如，通过致动每个接触器)，以使得第二电动机和/或第三电动机仅仅通过另外的功率转换器接收电力。换句话说，第二电动机将不再通过第一功率转换器接收电力，并且第三电动机将不再通过第二功率转换器接收电力。第一功率转换器和第二功率转换器通常将不用于向第二电动机和第三电动机两者以及第一电动机同时供应电力。为了操作第一电动机，电力可从第一AC母线和第二AC母线通过第一功率转换器和第二功率转换器的第一有源整流器/转换器和第二有源整流器/转换器以及第一DC接口和第二DC接口来供应至DC母线。第一电动机在正常和故障状况期间的操作如上所述。
在船舶配电和推进***的情况下，第一电动机可为船首推进器，当船舶船只基本上固定或低速移动时，所述船首推进器不用于船舶推进，而仅用于动态定位(DP)。第二电动机和第三电动机可为位于船舶船只的船尾处的推进电机，并且通常将会使用所有可用AFE转换器以便达到最大船舶船只速度，即，当第二电动机和第三电动机基本上以额定功率操作时。
如果另外的船首推进器例如通过接合AFE转换器来连接至第一AC母线和第二AC母线中的每个，本发明的船舶配电和推进***则可符合DYNPOS AUTR要求。例如，如果在第二AC母线2b上存在故障，船舶船只将会在船尾处具有一个可操作的推进电机(即，第二推进电机PM1)以及两个可操作的船首推进器(即，将通过第一有源整流器/逆变器和第一DC接口从第一AC母线接收电力的船首推进器T1和连接至第一AC母线的另外的船首推进器)。将会容易了解，由于第二AC母线上的故障，第三电动机和连接至第二AC母线的另外的船首推进器将被禁用。
附图说明
图1为示出根据本发明的第一船舶配电和推进***的示意图；以及
图2为示出根据本发明的第二船舶配电和推进***的示意图。
具体实施方式
虽然以下描述涉及船舶配电和推进***，但是将会容易了解，本发明的配电***并不限于船舶应用。
图1中示出根据本发明的船舶配电和推进***的第一布置。所述***包括第一AC母线2a和第二AC母线2b。
AC发电机G1电连接至相关联的原动机(例如，未示出的柴油机)并向第一AC母线2a供应AC电力。AC发电机G2同样电连接至相关联的原动机(例如，未示出的柴油机)并向第二AC母线2b供应AC电力。发电机G1、G2通过具有断路器和相关联的控件的保护性开关设备4、或其他开关装置电连接至相应AC母线。将会容易了解，***可根据发电和配电要求而具有任何合适数目的AC发电机和任何合适母线配置。
AC母线2a、2b通过母线结线6互连。
***包括形成接合至AC母线2a、2b的推进器(例如，船首推进器T1)的一部分的电动机。
第一有源整流器/逆变器组件8a电连接至第一AC母线2a，并且第二有源整理器/逆变器组件8b电连接至第二AC母线2b。有源整流器/逆变器组件8a、8b通过具有断路器和相关联的控件的保护性开关设备10、或其他开关装置电连接至相应AC母线2a、2b。
例如，有源整流器/逆变器组件中的每个包括有源整流器/逆变器12a、12b，所述有源整流器/逆变器12a、12b具有任何合适的拓扑，如使用脉宽调制策略而完全受控和调节的具有一系列半导体功率开关装置(如IGBT、IGCT和IEGT)的两电平或三电平中性点箝位拓扑或多电平拓扑。每个有源整流器/逆变器12a、12b的DC输出端子电连接至包括DC输出电容器16a、16b的DC链路14a、14b。每个有源整流器/逆变器12a、12b的AC输入端子通过接触器18a、18b电连接至相应AC母线2a、2b，所述接触器18a、18b可被致动来为DC输出电容器16a、16b预先充电并且可被致动以启动和停止有源整流器/逆变器。每个有源整流器/逆变器组件包括AC侧谐波滤波器20a、20b。
每个有源整流器/逆变器组件8a、8b的DC链路14a、14b电连接至相应DC接口组件22a、22b。
每个DC接口组件22a、22b包括在第一DC输入端子与第一DC输出端子之间的第一DC电路线路、和在第二DC输入端子与第二DC输出端子之间的第二DC电路线路。第一DC接口组件22a的每个DC电路线路包括用于防止DC母线34、断路器26a、共模电感器滤波器28a以及一串一个或多个串联的二极管30a上的短路的DC熔断器24a。类似地，第二DC接口组件22b的每个DC电路线路包括DC熔断器24b、断路器26b、共模电感器滤波器28b以及一串一个或多个串联的二极管30b。每个DC接口组件22a、22b中的串联的二极管30a、30b使得相应组件与第一有源整流器/逆变器组件8a和第二有源整流器/逆变器组件8b自动断开连接，如果所述第一有源整流器/逆变器组件8a和第二有源整流器/逆变器组件8b无法供电的话。自动断开连接瞬时发生并且是二极管30a、30b的反向阻断动作的结果。二极管30a、30b的反向阻断动作也防止了故障(例如，短路)在有源整流器/逆变器组件8a、8b之间的传播。
每个串联的二极管30a、30b连接至监测电路32a、32b以便进行故障检测。
每个共模电感器滤波器28a、28b包括在耦合绕组上的阻尼电阻器(如图1所示)，并且增加显著阻抗以限制在有源整流器/逆变器组件8a、8b之间的可能循环电流。
DC接口组件22a、22b并联至公共DC母线34。具体来说，DC母线34包括：第一DC电路线路，所述第一DC电路线路连接至每个DC接口组件22a、22b的第一DC输出端子；以及第二DC电路线路，所述第二DC电路线路连接至每个DC接口组件的第二DC输出端子。
第三有源整流器/逆变器组件36包括有源整流器/逆变器38，所述有源整流器/逆变器38作为电机驱动器操作，并且具有电连接至DC母线34的DC输入端子和电连接至船首推进器T1的电动机的AC输出端子。例如，有源整流器/逆变器38可具有任何合适的拓扑，如使用脉宽调制策略而完全受控和调节的具有一系列半导体功率开关装置(如IGBT、IGCT和IEGT)的两电平或三电平中性点箝位拓扑或多电平拓扑。有源整流器/逆变器38的DC输入端子电连接至包括DC输入电容器42的DC链路40。
形成船首推进器T1的一部分的电动机可为任何合适的类型和构造。
在正常或无-故障状态期间，电力可从第一AC母线2a和第二AC母线2b通过第一有源整流器/逆变器组件8a和第二有源整流器/逆变器组件8b以及第一DC接口组件22a和第二DC接口组件22b来供应至DC母线34。换句话说，DC母线34将从第一AC母线2a和第二AC母线2b两者接收电力。
控制***(未示出)将会控制通过第一有源整流器/逆变器组件8a和第二有源整流器/逆变器组件8b的功率流。通常，通过第一有源整流器/逆变器组件8a和第二有源整流器/逆变器组件8b的功率流将基本上是相同的，但是控制***也可根据情况分配不同的功率流。控制***也可用于控制通过有源整流器/逆变器组件36到电动机的功率流。各种有源整流器/逆变器可被控制以提供所需扭矩将电动机保持在期望旋转速度，以使得船首推进器T1提供期望推力以例如用于船舶船只的动态定位(DP)。
母线结线6可在正常操作期间被打开或闭合，并且通常将在故障状况期间是打开的。
如果故障发生在第一AC母线2a、第一有源整流器/逆变器组件8a和第一DC接口组件22a中的一个或多个上，电动机将通过在第一DC接口组件中的串联连接的二极管30a的瞬时逆转阻断作用而与第一AC母线自动隔离，并且增加的功率将继续仅从第二AC母线流动至DC母线34或反之亦然。因此，船首推进器T1将在故障状况期间使用通过第二有源整流器/逆变器组件8b、第二DC接口组件22b以及DC母线34从第二AC母线2b供应的电力继续操作。
图2中示出根据本发明的船舶配电和推进***的第二布置。第二布置类似第一布置，并且类似部分已给予相同参考符号。在图2中的单独部件未给予参考符号的情况下，则可假设它们与图1所示第一布置中的对应部件相同，所述单独部件例如形成第一DC接口组件22a和第二DC接口组件22b的一部分、有源整流器组件36以及第一有源整流器/逆变器组件8a和第二有源整流器/逆变器组件8b的AC供应侧部件中的一些的那些部件。
在第二布置中，第一有源整流器/逆变器组件8a形成功率转换器100c的一部分，所述功率转换器100c用于将形成第一船尾--安装推进电机PM1的一部分的另外的电动机接合至第一AC母线2a。第二有源整流器/逆变器组件8a形成功率转换器100d的一部分，所述功率转换器100d用于将形成第二船尾--安装推进电机PM2的一部分的另外的电动机接合至第二AC母线2b。
形成第一推进电机PM1的一部分的电动机通过三个并-联的功率转换器组件100a、100b和100c来接合至第一AC母线2a。类似地，形成第二推进电机PM2的一部分的电动机通过三个并联的功率转换器组件100d、100e和100f来接合至第二AC母线2b。功率转换器组件100a-f通过具有断路器和相关联的控件的保护性开关设备102、或其他开关装置电连接至相应AC母线2a、2b。
每个功率转换器组件100a-f包括与上述有源整流器/逆变器组件8a、8b相同的有源整流器/逆变器组件104a-f。因此，将会容易了解，每个功率转换器组件100a-f为“有源前端”(AFE)转换器。每个有源整流器/逆变器106a-f的DC输出端子电连接至包括DC输出电容器110a-f的DC链路108a-f。
每个功率转换器组件100a-f还包括了有源整流器/逆变器112a-f，所述有源整流器/逆变器112a-f作为电机驱动器操作，并且具有电连接至DC链路108a-f的DC输入端子以及电连接至相应推进电机PM1、PM2的电动机的AC输出端子。每个DC链路108a-f包括DC输入电容器114a-f。例如，有源整流器/逆变器112a-f可具有任何合适的拓扑，如使用脉宽调制策略而完全受控和调节的具有一系列半导体功率开关装置(如IGBT、IGCT和IEGT)的两电平或三电平中性点箝位拓扑或多电平拓扑。
第一DC接口组件22a和用于功率转化器组件100c的有源整流器/逆变器112c都并联连接至DC链路108c。类似地，第二DC接口组件22b和用于功率转化器组件100d的有源整流器/逆变器112d都并联连接至DC链路108d。
功率转换器组件100c通过接触器116电连接至形成第一推进电机PM1的一部分的电动机，并且功率转换器组件100d通过接触器118电连接至形成第二推进电机PM2的一部分的电动机。
虽然未在图2中示出，将会容易了解，一个或多个另外的电动机(例如，形成推进器或推进电机的一部分的每个)可通过一个或多个类似的功率转换器组件来接合至AC母线2a、2b。
在正常或无-故障操作期间，并且如果并不需要船首推进器T1，第一推进电机PM1和第二推进电机PM2将以通常方式通过功率转换器组件100a-f从第一AC母线2a和第二AC母线2b接收电力。接触器116、118将会闭合。
如果需要船首推进器T1例如用于DP，那么接触器116、118打开，并且形成船首推进器的一部分的电动机将通过功率转换器组件100c、100d的有源整理器/逆变器组件104c、104d从第一AC母线2a和第二AC母线2b接收电力。第一推进电机PM1和第二推进电机PM2也可操作，但非以完全的额定功率进行操作，因为它们仍可通过剩余的功率转换器组件从第一AC母线2a和第二AC母线2b接收电力。它们将不通过功率转换器组件100c、100d接收电力。
如果故障在第一AC母线2a、功率转换器组件100a-c以及第一DC接口组件22a中的一个或多个上发生，形成船首推进器T1的一部分的电动机就可通过第一DC接口组件中的串联的二极管30a的瞬时反向阻断动作来与第一AC母线2a分离，并且所增加的电力将继续从第二AC母线2b流向DC母线34、或反之亦然。因此，船首推进器T1将在故障状况期间使用通过功率转换器组件100d的有源整流器/逆变器组件104d、第二DC接口组件22b以及DC母线34从第二AC母线2b供应的电力继续操作。连接至无-故障AC母线的推进电机也可继续正常操作。
如果另外的船首推进器(未示出)例如通过接合AFE转换器来连接至第一AC母线和第二AC母线中的每个，船舶船只则可符合DYNPOS-AUTR要求。例如，如果在第二AC母线2b上存在故障，船舶船只将会在船尾处具有一个可操作的推进电机(即，第一推进电机PM1)以及两个可操作的船首推进器、即将从第一AC母线接收电力的船首推进器T1和连接至第一AC母线的另外的船首推进器(未示出)。

Claims (15)

1.一种配电***(例如，船舶配电和推进***)，所述配电***包括：
第一直流(AC)母线(2a)；
第二AC母线(2b)；
第一有源整流器/逆变器(12a)，所述第一有源整流器/逆变器(12a)具有：AC输入端子，所述AC输入端子电连接至所述第一AC母线(2a)，以及交流(DC)输出端子；
第二有源整流器/逆变器(12b)，所述第二有源整流器/逆变器(12b)具有：AC输入端子，所述AC输入端子电连接至所述第二AC母线(2b)，以及DC输出端子；
第一DC接口(22a)，所述第一DC接口(22a)包括反向阻断装置并且具有：DC输入端子，所述DC输入端子电连接至所述第一有源整流器/逆变器(12a)的所述DC输出端子，以及DC输出端子；
第二DC接口(22b)，所述第二DC接口(22b)包括反向阻断装置并且具有：DC输入端子，所述DC输入端子电连接至所述第二有源整流器/逆变器(12b)的所述DC输出端子，以及DC输出端子；
第三有源整流器/逆变器(38)，所述第三有源整流器/逆变器(38)具有：DC输入端子，所述DC输入端子可任选地通过DC母线(34)并联电连接至所述第一DC接口(22a)的所述DC输出端子和所述第二DC接口(22b)的所述DC输出端子，以及AC输出端子；以及
电动机(T1)，所述电动机(T1)电连接至所述第三有源整流器/逆变器(38)的所述AC输出端子。
2.根据权利要求1所述的配电***，其中每个反向阻断装置包括提供反向阻断动作的一串一个或多个串联电力半导体装置，例如，二极管(30a、30b)。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的配电***，其中所述第一DC接口(22a)和所述第二DC接口(22b)中的一个或两个进一步包括以下项的一个或多个：
DC熔断器(24a、24b)，
断路器(26a、26b)，以及
共模电感器滤波器(28a、28b)。
4.根据任一前述权利要求所述的配电***，所述配电***进一步包括：
第二电动机(PM1)，所述第二电动机(PM1)通过第一功率转换器(100c)电连接至所述第一AC母线(2a)，所述第一功率转换器(100c)包括：所述第一有源整流器/逆变器(12a；106c以及第四有源整流器/逆变器(112c)；
所述第四有源整流器/逆变器(112c)具有：
DC输入端子，所述DC输入端子通过与所述第一DC接口(22a)并联的DC链路(14a；108c)电连接至所述第一有源整流器/逆变器(12a；106c)的所述DC输入端子，以及AC输出端子，所述AC输出端子电连接至所述第二电动机(PM1)。
5.根据权利要求4所述的配电***，其中所述第二电动机(PM1)通过与所述第一功率转换器(100c)并联的一个或多个另外的功率转换器(100a、100b)电连接至所述第一AC母线(2a)。
6.根据权利要求4或权利要求5所述的配电***，所述配电***进一步包括在所述第一功率转换器(100c)与所述第二电动机(PM1)之间的接触器(116)。
7.根据任一前述权利要求所述的配电***，所述配电***进一步包括：
第三电动机(PM2)，所述第三电动机(PM2)通过第二功率转换器(100d)电连接至所述第二AC母线(2b)，所述第二功率转换器(100d)包括：
所述第二有源整流器/逆变器(12b；106d)，以及第五有源整流器/逆变器(112d)；
所述第三有源整流器/逆变器(112d)具有：
DC输入端子，所述DC输入端子通过与所述第二DC接口(22b)并联的DC链路(14b；108d)电连接至所述第二有源整流器/逆变器(12b；106d)的DC输入端子，以及
AC输出端子，所述AC输出端子电连接至所述第三电动机(PM2)。
8.根据权利要求7所述的配电***，其中所述第三电动机(PM2)通过与所述第二功率转换器(100d)并联的一个或多个另外的功率转换器(100e、100f)电连接至所述第二AC母线(2b)。
9.根据权利要求7或权利要求8所述的配电***，所述配电***进一步包括在所述第二功率转换器(100d)与所述第三电动机(PM2)之间的接触器(118)。
10.根据任一前述权利要求所述的配电***，所述配电***进一步包括用于选择性地连接所述第一AC母线(2a)和所述第二AC母线(2b)的母线结线(6)。
11.根据任一前述权利要求所述的配电***，所述配电***进一步包括电连接至所述第一AC母线(2a)的至少一个AC发电机(G1)和电连接至所述第二AC母线(2b)的至少一个AC发电机(G2)。
12.一种操作配电***的方法，所述配电***包括：
第一AC母线(2a)；
第二AC母线(2b)；
第一有源整流器/逆变器(12a)，所述第一有源整流器/逆变器(12a)具有：
AC输入端子，所述AC输入端子电连接至所述第一AC母线(2a)，以及DC输出端子；
第二有源整流器/逆变器(12b)，所述第二有源整流器/逆变器(12b)具有：
AC输入端子，所述AC输入端子电连接至所述第二AC母线(2b)，以及
DC输出端子；
第一DC接口(22a)，所述第一DC接口(22a)包括反向阻断装置并且具有：
DC输入端子，所述DC输入端子电连接至所述第一有源整流器/逆变器(12a)的所述DC输出端子，以及
DC输出端子；
第二DC接口(22b)，所述第二DC接口(22b)包括反向阻断装置并且具有：
DC输入端子，所述DC输入端子电连接至所述第二有源整流器/逆变器(12b)的所述DC输出端子，以及
DC输出端子；
第三有源整流器/逆变器(38)，所述第三有源整流器/逆变器(38)具有：
DC输入端子，所述DC输入端子可任选地通过DC母线(34)并联电连接至所述第一DC接口(22a)的所述DC输出端子和所述第二DC接口(22b)的所述DC输出端子，以及
AC输出端子；以及
电动机(T1)，所述电动机(T1)电连接至所述第三有源整流器/逆变器(38)的所述AC输出端子；
所述方法包括在以下模式中的一个模式下操作所述配电***的步骤：
正常或无故障模式，其中电力是从所述第一AC母线(2a)和所述第二AC母线(2b)两者通过所述第一DC接口(22a)和所述第二DC接口(22b)、所述可任选的DC母线(34)以及所述第三有源整流器/逆变器(36)来供应至所述电动机(T1)的；以及
故障模式，其中电力仅从所述第一AC母线(2a)和所述第二AC母线(2b)中的一个通过相应所述第一DC接口(22a)和所述第二DC接口(22b)、所述可任选的DC母线(34)以及所述第三有源整流器/逆变器(36)来供应至所述电动机(T1)。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述配电***进一步包括：
第二电动机(PM1)，所述第二电动机(PM1)通过第一功率转换器(100c)并且通过与所述第一功率转换器(100c)并联的一个或多个另外的功率转换器(100a、100b)电连接至所述第一AC母线(2a)，所述第一功率转换器(100c)包括：
所述第一有源整流器/逆变器(12a；106c)，以及
第四有源整流器/逆变器(112c)，所述第四有源整流器/逆变器(112c)具有：
DC输入端子，所述DC输入端子通过与所述第一DC接口(22a)并联的DC链路(14a；108c)电连接至所述第一有源整流器/逆变器(12a；106c)的所述DC输出端子，以及
AC输出端子，所述AC输出端子电连接至所述第二电动机(PM1)；
所述方法包括在以下模式中的一个模式下操作所述配电***的步骤：
第一正常或无故障模式，其中电力未供应至所述电动机(T1)，并且其中电力是从所述第一AC母线(2a)通过所述第一功率转换器(100c)和所述一个或多个另外的功率转换器(100a、100b)来供应至所述第二电动机(PM1)；
第二正常或无故障模式，其中电力是从所述第一AC母线(2a)和所述第二AC母线(2b)两者通过所述第一DC接口(22a)和所述第二DC接口(22b)、所述可任选的DC母线(34)以及所述第三有源整流器/逆变器(36)来供应至所述电动机(T1)，并且其中电力是从所述第一AC母线(2a)通过所述一个或多个另外的功率转换器(100a、100b)来供应至所述第二电动机(PM1)；以及
故障模式，其中电力仅从所述第一AC母线(2a)和所述第二AC母线(2b)中的一个通过相应所述第一DC接口(22a)和所述第二DC接口(22b)、所述可任选的DC母线(34)以及所述第三有源整流器/逆变器(36)来供应至所述电动机(T1)。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述配电***进一步包括：
第三电动机(PM2)，所述第三电动机(PM2)通过第二功率转换器(100d)电连接至所述第二AC母线(2b)，所述第二功率转换器(100d)包括：
所述第二有源整流器/逆变器(12b；106d)，以及
第五有源整流器/逆变器(112d)，所述第三有源整流器/逆变器(112d)具有：
DC输入端子，所述DC输入端子通过与所述第二DC接口(22b)并联的DC链路(14b；108d)电连接至所述第二有源整流器/逆变器(12b；106d)的所述DC输出端子，以及
AC输出端子，所述AC输出端子电连接至所述第三电动机(PM2)；
所述方法包括在以下模式中的一个模式下操作所述配电***的步骤：
第一正常或无故障模式，其中电力未供应至所述电动机(T1)，并且其中电力是从所述第一AC母线(2a)通过所述第一功率转换器(100c)和所述一个或多个另外的功率转换器(100a、100b)来供应至所述第二电动机(PM1)，和/或电力是从所述第二AC母线(2b)通过所述第二功率转换器(100d)和所述一个或多个另外的功率转换器(100e、100f)来供应至所述第三电动机(PM2)；
第二正常或无故障模式，其中功率是从所述第一AC母线(2a)和所述第二AC母线(2b)两者通过所述第一DC接口(22a)和所述第二DC接口(22b)、所述可任选的DC母线(34)以及所述第三有源整流器/逆变器(36)来供应至所述电动机(T1)，并且其中电力是从所述第一AC母线(2a)通过所述一个或多个另外的功率转换器(100a、100b)来供应至所述第二电动机(PM1)和/或电力是从所述第二AC母线(2b)通过所述一个或多个另外的功率转换器(100d、100e)来供应至所述第三电动机(PM2)；以及
故障模式，其中电力仅从所述第一AC母线(2a)和所述第AC母线(2b)中的一个通过相应所述第一DC接口(22a)和所述第二DC接口(22b)、所述可任选的DC母线(34)以及所述第三有源整流器/逆变器(36)来供应至所述电动机(T1)。
15.根据权利要求14所述的方法，其中在故障模式期间，电力被供应至通过所述一个或多个另外的功率转换器电连接至无故障AC母线的所述第二电动机(PM1)和所述第三电动机(PM2)中的任何一个。
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