[发明专利]电力系统

说明书

本发明题为“电力系统。”本发明提供了具有可变电压DC总线15的电力系统10、10i以及控制此类总线15的电压设置的方法。一个电力系统10,10i包括：可变电压DC总线15；数量N≥2个电机G1‑G4；M1‑M4，每个电机G1‑G4；M1‑M4经由对应数量N个转换器21‑24，31‑34中的一个转换器连接到可变电压DC总线15，每个电机G1‑G4；M1‑M4和对应的转换器21‑24，31‑34具有索引n＝(1，...，N)；以及控制器17，该控制器被配置成为可变电压DC总线17选择电压设置V_{dc_bus}，并且向转换器21‑24,31‑34提供控制信号以根据所选择的电压设置V_{dc_bus}控制可变电压DC总线17的电压设置。该控制器17被配置为选择大于或等于总线15的最小电压要求V_{dc_min}的电压设置V_{dc_bus}。该控制器17被配置为使用N个电机G1‑G4；M1‑M4中的每个电机的当前操作速度来确定最小电压要求V_{dc_min}。

技术领域

本公开涉及具有可变电压DC总线的电力系统以及用于控制可变电压DC总线的电压设置的方法。该电力系统可特别适用于但不限于用于飞行器、船舶或火车中。

背景技术

随着减少碳排放需求的增加和电气技术的发展，对混合动力电动平台和所谓的“更电动的”平台的兴趣不断增加。混合动力平台使用内燃机(例如往复式引擎或气体涡轮引擎)和电机两者来提供推进动力。更电动的平台主要或唯一地使用内燃机用于推进动力，但是增加了对先前通常还未被供电的动力系统的电力利用。更电动的平台还可以使用电机来促进例如引擎启动或在气体涡轮中的引擎轴之间传递机械动力。

这些平台通常将需要利用高压(HV)配电总线来将电力递送到推进和/或非推进负载。飞行器、船舶和火车尤其如此，它们通常远大于(例如)汽车并且具有需要较高电压的较高功率要求。

许多提出的设计使用固定电压DC总线。存在与固定总线电压相关联的一些优点，包括相对简单的设计和操作。然而，存在许多缺点。出现这些缺点中的一些缺点是因为固定电压必须基于最大负载功率要求来额定，这导致总线在比一些或甚至大部分时间所需的电压高得多的电压下运行。虽然高电压有利地降低了配电布线中的电阻损耗，但其可增加转换器电路中的半导体开关损耗并且在安全性和部件寿命方面具有影响。

一种替代方法是使用可变电压DC总线。在使用中，必要时可增大可变电压总线的电压设置以满足高功率要求，而在其他时间可减小电压设置以减少半导体损耗、部件磨损等。虽然该方法清楚地提供了一些优点，但在复杂性和提供对总线电压的控制的需要方面存在折衷。

欧洲专利申请公布EP 2385602 A2描述了具有可变电压DC总线的电力系统。该DC总线由多个同步发电机和相关联的整流器供应电流，该同步发电机和相关联的整流器的输出端串联连接。整流器在其设计上是完全或基本上无源的，并且DC总线上的电压的量值取决于发电机转子的旋转速度。

Seang Shen Yeoh等人的论文“Variable-Voltage Bus Concept for AircraftElectrical Power System”(IEEE工业电子汇刊，第66卷，第7期，2019年7月)描述了一种具有两条总线的飞行器电力系统：一条用于为敏感电气负载供电的固定电压DC总线和一条用于为可变功率电阻负载供电的单独可变电压DC总线，具体地讲，是一种电气防冰系统。该论文描述了可变电压总线上的电压的动态控制。

发明内容

本发明涉及具有可变电压DC总线的电力系统以及控制此类总线的电压设置的方法。该电力系统可包括在载具中，特别是但不排他地包括在飞行器、船舶诸如小艇或轮船、或火车中，并且可形成载具的推进系统的一部分。