[发明专利]包括解耦滤波器和固态功率控制器的发电和配电系统

说明书

技术领域

这里所公开的主题总体上涉及发电和配电系统的领域。

背景技术

混合动力车辆可以包括与配电系统集成在一起的发电系统（EPGS）。所述配电单元可以包括一个或更多固态电力控制器（SSPC）。固态电力控制器（SSPC）被用在例如军事或航空航天应用的配电系统中，以作为针对传统的电机械断路器的替换方案。SSPC可以向各种电负载配电并且对其进行保护。与电机械装置相比，SSPC提供相对较快的响应时间，并且可以消除关断瞬间的电弧放电和接通瞬间的反跳。与电机械装置相比，SSPC在反复的故障隔离期间也不会受到严重损坏。SSPC的重量和尺寸可以相对较小。SSPC便于进行先进的保护和诊断，从而允许高效的配电体系结构和包装技术。但是SSPC内的开关装置在把电流限制到由于其内部电阻而升高的电流水平期间可能会产生过多热量，因此可能需要相对复杂的热管理技术，这可能会增加配电系统的复杂度、成本和重量。

2010年3月10日提交的并且受让给Hamilton Sundstrand Corp.的美国专利申请12/720703，其被全文合并在此以作参考，讨论了利用SSPC输出与DC负载之间的馈电线的电感，通过SSPC的固态开关的脉冲宽度调制（PWM）而执行的电流限制。在某些应用中（比如飞机应用），DC总线电压可以相对较低（大约270Vdc），并且所述馈电线可能由于其相对较长的长度而具有相当大的电感。但是在其他应用中（比如军用陆上车辆），DC总线电压可能相对较高（超过600Vdc），并且所述馈电线可能相对较短并且具有相对较低的电感。这样的高电压和低馈电线电感状况可能会妨碍利用SSPC开关的PWM进行电流限制，即使在非常高的开关频率下也是如此。

发明内容

根据本发明的一方面，一种发电系统（EPGS）包括：被配置成经由配电模块为直流（DC）负载供电的发电机，所述配电模块包括固态电力转换器（SSPC）；连接在所述发电机与所述配电模块之间的解耦滤波器，所述解耦滤波器包括与电阻器和固态开关并联连接的电感器，所述电阻器与固态开关串联连接；其中，在SSPC中的电流限制状况期间，所述解耦滤波器的固态开关被配置成打开，并且在SSPC中不存在电流限制状况期间，所述解耦滤波器的固态开关被配置成闭合。

根据本发明的另一方面，提供一种用于操作发电系统（EPGS）的解耦滤波器的方法，所述EPGS包括配电模块，所述配电模块包括固态电力转换器（SSPC），所述方法包括：由发电机经由所述配电模块的SSPC为直流（DC）负载供电，其中所述解耦滤波器连接在所述发电机与所述配电模块之间，并且其中所述解耦滤波器包括与电阻器和固态开关并联连接的电感器，所述电阻器与固态开关串联连接；在SSPC中的电流限制状况期间，打开所述解耦滤波器的固态开关；以及在SSPC中不存在电流限制状况期间，闭合所述解耦滤波器的固态开关。

通过在下面结合附图所做的描述，本发明的其他方面、特征和技术将变得更加明显。

附图说明

下面将参照附图，其中相同的元件在几幅图中被赋予相同的附图标记：

图1示出了包括永磁体发电机的发电和配电系统的实施例。

图2示出了包括感应式发电机的发电和配电系统的实施例。

图3示出了包括绕线磁极式同步发电机的发电和配电系统的实施例。

图4示出了解耦滤波器的实施例。

图5示出了SSPC的实施例。

具体实施方式

提供了用于包括SSPC的发电和配电系统的解耦滤波器以及用于操作包括SSPC的发电和配电系统的解耦滤波器的方法的实施例，在下面详细讨论了其示例性实施例。使用所述解耦滤波器允许在可能具有相对较低的馈电线电感的高电压DC发电和配电系统中将SSPC技术应用于DC负载的分配和保护，所述DC负载包括恒定电力负载，比如DC-DC转换器、出口逆变器以及电机驱动器。在增加的DC总线电压水平下的电流限制能力可以得到改进，并且电容性负载的软启动期间的浪涌电流可以受到控制。还可以减少在任一条负载通道中的过载状况期间各负载通道之间的相互作用。还可以改进在一条或更多条负载通道处的电流限制状况期间调节点（POR）处的电压调节和系统总线上的电力质量。还可以降低各个负载的前端处的滤波要求，并且可以去除各个负载处的预充电功能，导致减小的总体系统重量、尺寸和成本。最后，通过把高电压、高电流DC电力包含在电力转换单元（PCU）内可以提高系统安全性。