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CN120153566A - 模块化多电平转换器及使用该转换器的电力系统 - Google Patents

模块化多电平转换器及使用该转换器的电力系统 Download PDF

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CN120153566A
CN120153566A CN202380075888.2A CN202380075888A CN120153566A CN 120153566 A CN120153566 A CN 120153566A CN 202380075888 A CN202380075888 A CN 202380075888A CN 120153566 A CN120153566 A CN 120153566A
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CN
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power
converter
modular multilevel
output terminal
distribution device
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CN202380075888.2A
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姜南淑
曹永濠
金相见
安相俊
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Hd Korea Shipbuilding & Offshore Engineering Co ltd
HD Hyundai Heavy Industries Co Ltd
Original Assignee
Hd Korea Shipbuilding & Offshore Engineering Co ltd
HD Hyundai Heavy Industries Co Ltd
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Publication date
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Abstract

本发明涉及一种模块化多电平转换器和使用该模块化多电平转换器的电力系统。该模块化多电平转换器可包括：第一转换器单元以及第二转换器单元，所述第一转换器单元具有根据预设相位的支路，该支路具有上臂和下臂，并且上臂和下臂中的每一个具有多个串联连接的子模块，以将输入至输入端子的直流电力转换为具有相位的交流电力，并通过第一输出端子输出该交流电力；所述第二转换器单元将输入至输入端子的直流电力转换为电压电平低于从第一转换器输出的交流电力的电压电平的交流电力，并通过第二输出端子输出该交流电力。

Description

模块化多电平转换器及使用该转换器的电力系统
技术领域
本说明书中公开的实施例涉及模块化多电平转换器和使用该转换器的电力系统。
背景技术
通常，模块化多电平转换器(Modular Multilevel Converter,MMC)通过多个换流阀子模块单元之间的级联连接来实现高压输出。模块化多电平转换器无需与开关元件直接级联连接，且对元件的触发一致性要求低。此外，模块化多电平转换器具有优异的可扩展性、低开关频率、低运行损耗和高质量的输出电压波形。
因此，已经出现在船的电力系统中使用模块化多电平转换器的需求。
发明内容
技术问题
本说明书中公开的实施例提供了一种使用模块化多电平转换器的电力系统。
本说明书中公开的实施例提供了一种用于降低运行大型电力推进船的成本的电力系统。
本说明书中公开的实施例提供了一种在运行大型电力推进船时易于与多个能源互通协作的电力系统。
本说明书中公开的实施例提供一种用于有效利用船上的有限空间的电力系统。
本公开要解决的技术问题不限于上述问题，本公开所属领域的技术人员将通过以下描述清楚地理解本文未提及的任何其他技术问题。
技术方案
根据本说明书中公开的实施例，模块化多电平转换器可包括：第一转换器设备，其具有根据预设相位的支路(leg)，该支路具有上臂(upper arm)和下臂(lower arm)，并且上臂和下臂中的每一个包括多个串联连接的子模块，以便将输入到输入端子的直流(DC)电力转换为具有相位的交流(AC)电力，并通过第一输出端子输出该AC电力；以及第二转换器设备，其将被输入到输入端子的DC电力转换为电压电平低于从第一转换器设备输出的AC电力的电压电平的AC电力，并通过第二输出端子输出AC电力。
在实施例中，第二转换器设备可包括第一低压转换器设备或第二低压转换器设备中的至少一个，其中，第一低压转换器设备由以全桥方式与第一转换器设备的支路的上臂串联连接的多个附加的子模块组成，彼此相邻的多个附加的子模块彼此并联连接，并且多个附加的子模块将输入端子的DC电力转换为电压电平低于从第一转换器设备输出的AC电力的电压电平的AC电力；第二低压转换器设备由以全桥方式与第一转换器设备的支路的下臂串联连接的多个附加的子模块组成，彼此相邻的多个附加的子模块彼此并联连接，并且多个附加的子模块将输入端子的DC电力转换为电压电平低于从第一转换器设备输出的AC电力的电压电平的AC电力。
在实施例中，模块化多电平转换器还可以包括控制第一低压转换器设备和第二低压转换器设备的电力转换的控制器。
在实施例中，第一转换器设备可以是当AC电力输入到第一输出端子时，将输入到第一输出端子的AC电力转换为预设的DC电力，并且将预设的DC电力输出到输入端子的双向转换器。
在实施例中，第一转换器设备和第二转换器设备可将输入端子的DC电力转换为具有不同电压电平的三相AC电力并输出该三相AC电力。
根据本说明书中公开的实施例，电力系统可包括：第一模块化多电平转换器，其具有多个输出端子；推进电机，其从多个输出端子中的第一输出端子接收AC电力，低压交流(LVAC)配电装置，其从多个输出端子中的第二输出端子接收AC电力，以及中压直流(MVDC)配电装置，其向第一模块化多电平转换器提供DC电力。
在实施例中，通过第二输出端子输出的AC电力的电压电平可低于通过第一输出端子输出的AC电力的电压电平。
在实施例中，通过MVDC配电装置提供给第一模块化多电平转换器的DC电力可由储能系统、燃料电池系统或发电机的至少一个直接或间接地产生。
在实施例中，电力系统还可包括第二模块化多电平转换器，其电连接发电机和MVDC配电装置，并且该第二模块化多电平转换器包括至少一个输出端子。
在实施例中，第二模块化多电平转换器可具有用于向MVDC配电装置输出DC电力的第三输出端子，和用于向服务负载配电装置输出AC电力的第四输出端子。
在实施例中，第二模块化多电平转换器可具有用于向MVDC配电装置输出DC电力至第五输出端子，以及用于向服务负载配电装置输出DC电力的第六输出端子。
在实施例中，通过第六输出端子输出的DC电力的电压电平能够低于通过第五输出端子输出的DC电力的电压电平。
在实施例中，第二输出端子和LVAC配电装置能够通过隔离变压器电连接。
在实施例中，隔离变压器可以是双绕组变压器和三绕组变压器之一。
在实施例中，电力系统还能够包括连接到MVDC配电装置并与另一电力系统交换DC电力的母联。
有利效果
本说明书中公开的实施例可提供一种使用模块化多电平转换器的电力系统。
本说明书中公开的实施例可提供一种用于降低运行大型电力推进船的成本的电力系统。
本说明书中公开的实施例可提供一种在运行大型电力推进船时易于与多个能源互通协作的电力系统。
本说明书中公开的实施例可提供一种用于有效利用船上的有限空间的电力系统。
此外，可提供通过本公开直接或间接理解的多种效果。
附图说明
图1是示意性说明根据本说明书中公开的实施例的模块化多电平转换器的示意图。
图2是根据本说明书中公开的实施例的模块化多电平转换器的子模块的示意电路图。
图3是示意性说明根据本说明书中公开的实施例的模块化多电平转换器的示意图。
图4a至图4c是根据本说明书中公开的实施例的模块化多电平转换器和使用该转换器的电力系统的示意图。
图5a至图5b是电力系统的示意图，在该电力系统中，根据本说明书中公开的实施例的具有单个输出端子的模块化多电平转换器被放置于MVDC配电装置和推进电机之间。
图6a至图6c是电力系统的示意图，在该电力系统中，根据本说明书中公开的实施例的模块化多电平转换器被附加地放置于MVDC配电装置和发电机之间。
图7a和图7b是电力系统的示意图，在该电力系统中，根据本说明书中公开的实施例的具有多个输出端子的模块化多电平转换器被放置于MVDC配电装置和推进电机之间。
图8a至图8c是电力系统的示意图，在该电力系统中，根据本说明书中公开的实施例的模块化多电平转换器被附加地放置于MVDC配电装置和发电机之间。
图9a和图9b是电力系统的示意图，在该电力系统中，根据本说明书中公开的实施例的具有多个输出端子的模块化多电平转换器被放置于MVDC配电装置和推进电机之间。
图10a至图10c是电力系统的示意图，在该电力系统中，根据本说明书中公开的实施例的模块化多电平转换器被附加地放置于MVDC配电装置和发电机之间。
图11a至图11e是电力系统的示意图，在该电力系统中，根据本说明书中公开的实施例的模块化多电平转换器被放置于MVAC配电装置和推进电机之间。
图12是示出根据本说明书中公开的实施例的模块化多电平转换器和整流器的示意图。
图13a至图13c是电力系统的示意图，在该电力系统中，根据本说明书中公开的实施例的模块化多电平转换器被放置于MVDC配电装置和发电机之间。
图14a至图14j是电力系统的示意图，在该电力系统中，根据本说明书中公开的实施例的模块化多电平转换器被附加地放置于MVDC配电装置和推进电机之间。
图15a至图15d示意性示意了根据本说明书中公开的实施例的电力系统，在该电力系统中，必要负载(essentialload)和服务负载(service load)的电网彼此分离。
关于附图的描述，相同或相似的组件可以用相同或相似的附图标记来标记。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本公开的示例性实施例。在向每个附图中的组件添加附图标记时，应注意，尽管相同的组件在另一附图中出现，但它们包括相同的附图标记。在描述本说明书中公开的实施例时，当与已知功能或配置相关联的详细描述可能使本公开的主题不必要地难以理解时，将省略其详细描述。
在描述本公开的示例性实施例的要素时，本文可使用术语第一、第二、A、B、(a)、(b)等。这些术语仅用于将一个元件与另一元件区分，但不限制相应元件而不考虑相应元件的性质、顺序和优先级。此外，除非另有定义，本公开使用的所有术语(包括技术和科学术语)应按本公开所属领域的习惯进行解释。应当理解，本公开使用的术语应解释为包括与其在本公开的文本及相关领域中意义一致的意义，除非本文明确定义，否则不应解释为理想化或过于形式化的意义。
在下文中，将参考附图详细描述本说明书中公开的实施例。
图1是示出具有单个输出端子的模块化多电平转换器的示意图。
参考图1，具有单个输出端子的模块化多电平转换器可包括多个子模块(submodule,SM)单元(CELL)，并且可通过将输入直流电力(例如，中压直流电(medium-voltage direct current,MVDC))转换为具有相位的交流电力(例如，低压交流电(low-voltage alternating current,LVAC))并通过单个输出端子来输出交流电力来驱动负载(例如，推进电机等)。
图2是模块化多电平转换器的子模块的示意电路图。
参考图2，子模块(SM)可以以半波桥或全波桥方式实现，并且也可以以其他电路实现。子模块(SM)可在控制器的控制下执行开关操作。
作为参考，图2所示的子模块可以配备在图1的具有单个输出端子的模块化多电平转换器中，但不限于此，并且还可配备在随后将参考图3、图4a和图4b描述的具有多个输出端子的模块化多电平转换器中。
图3是示出根据本说明书中公开的实施例的具有多个输出端子的模块化多电平转换器(100)的示意图。也就是说，可理解为图1所示的模块化多电平转换器具有单个输出端子，但图3所示的模块化多电平转换器具有多个输出端子。
参考图3，模块化多电平转换器(100)可包括第一转换器设备(110)以及第二转换器设备(121、122)。
例如，第一转换器设备(110)可将输入到输入端子的DC电力转换为具有相位的AC电力，并且可将AC电力输出到输出端子。例如，第一转换器设备(110)可具有根据预设的相位的多个支路。在这种情况下，多个支路中的每一个都可具有上臂和下臂，并且上臂和下臂中的每一个都可包括多个子模块(SM)。在下文中，在对图4a的描述中将对此进行更详细的描述。
作为参考，在图3中，为方便起见，示出了将电机作为负载的示例，但从模块化多电平转换器接收电力的负载的类型并不局限于电机。除电机以外的其他类型负载可从模块化多电平转换器接收电力。
同时，与来自第一转换器设备(110)的每个支路的AC电力分隔的，第二转换器设备(121和122)可将输入到输入端子的DC电力转换为电压电平低于从第一转换器设备(110)输出的AC电力的电压电平的电力(AC电力或DC电力)。
例如，第二转换器设备可包括第一低压转换器设备(121)和第二低压转换器设备(122)中的至少一个。作为参考，为了更好地理解，图3示出了第一低压转换器设备(121)和第二低压转换器设备(122)两者，但这并不排除第二转换器设备仅位于第一转换器设备(110)的上端或下端之一的事实。换句话说，第一低压转换器设备(121)可仅位于第一转换器设备(110)的上端，或者第二低压转换器设备(122)可仅位于第一转换器设备(110)的下端。
例如，第一低压转换器设备(121)可将来自输入端子的DC电力转换为电压电平低于从第一转换器设备(110)输出的AC电力的电压电平的电力，并且可输出具有该电压电平的电力。
例如，第二低压转换器设备(122)可将来自输入端子的DC电力转换为电压电平低于从第一转换器设备(110)输出的AC电力的电压电平的AC电力，并且可输出具有该电压电平的AC电力。
也就是说，根据本说明书中公开的实施例的模块化多电平转换器(100)可具有多个输出端子(对应于第一转换器设备的第一输出端子和对应于第二转换器设备的第二输出端子)，从而同时提供低压电力和中压电力。
作为参考，取决于第二转换器设备的结构，从第二转换器设备的输出端子(即辅助输出端子)输出的电力的类型可以不同。其中，具有输出AC电力的辅助输出端子的模块化多电平转换器随后将参考图4a进行描述。
图4a是示出根据本说明书中公开的实施例的具有多个输出端子的模块化多电平转换器(100)的示意图。
参考图4a，模块化多电平转换器(100)可包括第一转换器设备(110)和第二转换器设备(120)。在这种情况下，模块化多电平转换器(100还可以包括控制器(130)。
例如，第一转换器设备(110)可以根据预设相位具有支路(L1、L2、L3)。支路(L1、L2、L3)可分别具有上臂(UA1、UA2、UA3)以及下臂(LA1、LA2、LA3)。上臂(UA1、UA2、UA3)和下臂(LA1、LA2、LA3)可各自具有串联连接的多个子模块(SM)，以将输入的DC电力转换为具有相位的AC电力。
例如，输入到第一转换器设备(110)的DC电力可以是中压DC电力(MVDC)。第一转换器设备(110)可将DC电力转换为AC电力以驱动负载。在这种情况下，经转换的AC电力可以是三相AC电力。
作为参考，在图4a中，为方便起见，示出了电机作为负载的示例，但从模块化多电平转换器接收电力的负载的类型并不局限于电机。除电机以外的其他类型负载可从模块化多电平转换器接收电力。
在这种情况下，第一至第三支路(L1、L2、L3)可分别具有上臂(UA1、UA2、UA3)以及下臂(LA1、LA2、LA3)。分别包括在第一至第三支路(L1、L2、L3)中的上臂(UA1、UA2、UA3)以及下臂(LA1、LA2、LA3)可具有串联连接的“N”个子模块(SM)(其中“N”为自然数)。一个支路的上臂或下臂的电压可以是输入到输入端子的中压DC电力(MVDC)的电压(Vmvdc)。接地(gnd)与DC电力端子的上端和下端之间的电压可显示为0.5Vmvdc。
例如，第一转换器设备(110)可将输入到输入端子的DC电力转换为具有相位的AC电力，并且可将AC电力输出到输出端子。
作为参考，参照图2来描述子模块，因此将省略冗余描述。
同时，与来自第一转换器设备(110)的每个支路(L1、L2、L3)的AC电力分隔的，第二转换器设备(120)可将输入到输入端子的DC电力转换为电压电平低于从第一转换器设备(110)输出的AC电力的电压电平的AC电力。
例如，第二转换器设备(120)可包括第一低压转换器设备(121)和第二低压转换器设备(122)。
例如，第一低压转换器设备(121)可使用以全桥配置方式配置的多个附加子模块来实现。每个附加子模块可与分别对应于第一转换器设备(110)的支路(L1、L2、L3)的上臂(UA1、UA2、UA3)中的每个串联连接。此外，与上臂(UA1、UA2、UA3)串联连接的每个附加子模块可彼此并联连接。在这种情况下，第一低压转换器设备(121)可将来自输入端子的DC电力转换为电压电平低于从第一转换器设备(110)输出的AC电力的电压电平的AC电力，并且可输出具有该电压电平的AC电力。
例如，第二低压转换器设备(121)可使用以全桥配置方式配置的多个附加子模块来实现。每个附加子模块可与分别对应于第一转换器设备(110)的支路(L1、L2、L3)的下臂(L1、L2、L3)中的每个串联连接。此外，与下臂(L1、L2、L3)串联连接的每个附加子模块可彼此并联连接。第二低压转换器设备(121)可将来自输入端子的DC电力转换为电压电平低于从第一转换器设备(110)输出的AC电力的电压电平的AC电力，并且可输出具有该电压电平的AC电力。
因此，根据本说明书中公开的实施例的模块化多电平转换器(100)可同时提供低压AC电力和中压AC电力。换句话说，根据本说明书中公开的实施例的模块化多电平转换器(100)可具有多个输出端子(第一输出端子和第二输出端子)。
根据本说明书中公开的实施例的模块化多电平转换器(100)还可以包括控制器(130)。控制器(130)可控制第一转换器设备(110)和第二转换器设备(120)的电力转换操作。
例如，控制器(130)可控制第二转换器设备(120)的第一低压转换器设备(121)和第二低压转换器设备(122)的开关操作。第一低压转换器设备(121)和第二低压转换器设备(122)的每个开关电路可在控制器(130)的控制下，通过执行开关操作将相应上臂或相应下臂的电力转换为电压电平低于第一转换器设备(110)的AC电力的电压电平的AC电力，并输出经转换的AC电力。
在这种情况下，控制器(130)可由至少一个处理单元和存储器组成。例如，处理单元可包括中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等，并且可具有多个核。存储器可以是易失性存储器(例如随机存取存储器(RAM)等)、非易失性存储器(例如只读存储器(ROM)、闪存等)或其组合。
图4b是根据本说明书中公开的另一实施例的模块化多电平转换器的示意图。
参考图4b，根据本说明书中公开的另一实施例的模块化多电平转换器(200)可包括第一转换器设备(210)、第二转换器设备(220)和控制器(230)。
例如，图4b所示的第一转换器设备(210)可具有与图4a所示的第一转换器设备(110)相同的配置。例如，第一转换器设备(210)可以是双向转换器。在第一转换器设备(210)为双向转换器的情况下，当来自发电机的中压AC电力输入到图4a中的输出端子时，第一转换器设备(210)可向图4a中的输入端子输出中压DC电力。低压DC电力可以指小于1500V的DC电力。中压DC电力可以指大于1500V且小于100kV的DC电力。
换句话说，图4a中的模块化多电平转换器(100)可以接收DC电力，可通过第一输出端子输出AC电力，并且可通过第二输出端子输出AC电力。图4b中的模块化多电平转换器(200)可接收输入的AC电力，可通过第一输出端子(位置对应于4a中的输入端子)输出DC电力，并且可通过第二输出端子(位置对应于图4a中的第二输出端子)输出AC电力。
第一转换器设备(210)、第二转换器设备(220)和控制器(230)的每一个的配置和操作与图4a的描述中的那些相同，因此省略对配置和操作的描述。
图4c是根据本说明书中公开的实施例的使用具有多个输出端子的模块化多电平转换器的电力系统的示意图。
例如，根据本说明书中公开的实施例的使用具有多个输出端子的模块化多电平转换器的电力系统可通过辅助输出端子提供与需要低压AC电力的低压负载相对应的低压AC电力，而无需传统的变压器，如图4c所示。
通过这种方式，可以在不安装额外变压器的情况下将低压AC电力提供给低压负载，从而降低成本，并减少设备的重量和体积。
图5a和图5b是根据本说明书中公开的实施例的使用模块化多电平转换器(MMC)的电力系统的示意图。
作为参考，与图1所示的模块化多电平转换器一样，图5a至图5b所示的模块化多电平转换器(10)可以是具有单个输出端子的模块化多电平转换器。
作为参考，如图5a和图5b所示，具有单个输出端子的模块化多电平转换器10可用于中压直流(MVDC)配电装置(20)和推进电机(30)之间，而常规的逆变器/转换器或模块化多电平转换器可用于MVDC配电装置(20)和其他设备(例如，发电机、大型电机等)之间。
参考图5a和5b，根据本说明书中公开的实施例的使用具有单个输出端子的模块化多电平转换器(10)的电力系统可包括MVDC配电装置(20)、模块化多电平转换器(10)和推进(propulsion,Prop.)电机(30)。在这种情况下，模块化多电平转换器(10)可放置在MVDC配电装置(20)和推进电机(30)之间。
当在MVDC配电装置(20)和推进电机(30)之间使用通用转换器而不是模块化多电平转换器(10)时，转换器需要处理的电力的容量变得过大，并且需要高规格元件处理电力的容量，这不可避免地会导致零件供应和成本方面的问题。
另一方面，模块化多电平转换器包括多个子模块。因此，即使当模块化多电平转换器连接到大容量的电力(配电装置)时，每个子模块需要处理的容量也会减少。
因此，通用规格的元件能够通过在需要大容量的电力的推进电机的大型电力推进船中使用模块化多电平转换器来使用，从而确保在零件供应和价格方面的竞争力。
此外，由于模块化多电平转换器能够根据情况通过灵活添加或移除子模块来使用，因此模块化多电平转换器在可扩展性方面具有优势。
此外，通过将MVDC配电装置应用于大型电力推进船，可更容易地与其他能源(电源)互通协作，并且系统的稳健性可以得到改善。
同时，如图5a和图5b所示，当位于MVDC配电装置(20)和推进电机(30)之间的模块化多电平转换器(10)具有单个输出端子时，可能需要附加的逆变器向服务负载或与之对应的LVAC配电装置(LVAC)供电。
例如，如图5a所示，电力能够从MVDC配电装置(20)通过DC/AC电力转换设备(40)被传送到LVAC配电装置(LVAC)。
另一个实例是，如图5b所示，电力可首先从MVDC配电装置(20)通过DC/DC电力转换设备(40)被传送到LVDC配电装置(LVDC)，其次，电力可从LVDC配电装置(LVDC)通过DC/AC电力转换设备被传送到LVAC配电装置(LVAC)。
此外，可以额外包括供电电源。例如，如图5a和图5b所示，可额外包括储能系统(ESS)、燃料电池系统(SOFC)、柴油发电机(DG)和轴带发电机(shaft generator)的至少一部分。
例如，大型电机的容量(例如，数百千瓦到几兆瓦)可能小于推进电机的容量(例如，10兆瓦或更多)。在这种情况下，大型电机可根据线路类型进行不同的连接。当大型电机被连接到MVDC时，电压从Aft转移到Fwd时增加电压的步骤可以被省略。因此，考虑到大容量中压电机的尺寸小于大容量低压电机的尺寸，可使用中压电机，从而减小电机的尺寸。
例如，可使用电力转换设备将电源提供的电力转移到MVDC配电装置(20)。在这种情况下，如图5a和图5b所示，可使用一般的逆变器或转换器作为电力转换设备，但不限于此。可使用具有单个输出端子或多个输出端子的模块化多电平转换器。
图6a至图6c示出了实施例，其中具有单个输出端子或多个输出端子的模块化多电平转换器(50)被额外放置在MVDC配电装置(20)和发电机(DG)(60)之间，在电力系统中，如图5a和图5b所描绘的具有单个输出端子的模块化多电平转换器(10)被放置在MVDC配电装置(20)和推进电机(30)之间。
作为参考，如图6a至图6c所示，具有单个输出端子的模块化多电平转换器(10)可用于MVDC配电装置(20)和推进电机(30)之间，而一般的逆变器/转换器或模块化多电平转换器可用于MVDC配电装置(20)和除发电机(60)外的其他设备(例如，储能系统、大型电机等)之间。
首先，参考图6a，可以看到，具有单个输出端子的模块化多电平转换器(50)被额外放置在MVDC配电装置(20)和发电机(60)之间。如上所述，模块化多电平转换器包括多个子模块。因此，即使当模块化多电平转换器连接到大容量的电源(发电机)时，每个子模块需要处理的容量也会减少。
此外，参考图6b，可以看到，具有多个输出端子的模块化多电平转换器(50)被额外放置在MVDC配电装置(20)和发电机(60)之间。在这种情况下，可以看出，具有多个输出端子的模块化多电平转换器(50)的主输出端子(中压DC电力输出端)向MVDC配电装置(20)传输电力，而辅助输出端子(低压AC电力输出端)向服务负载(LVAC)传输电力。例如，图6b所示的具有多个输出端子的模块化多电平转换器(50)可与图4b所示的模块化多电平转换器(200)的结构和操作相同/类似。
在这种情况下，为防止事故，具有多个输出端子的模块化多电平转换器(50)和服务负载(LVAC)可通过隔离变压器电连接。在这种情况下，隔离变压器可以是双绕组变压器或三绕组变压器。作为参考，可能需要两个双绕组变压器，也可能需要一个三绕组变压器。
此外，参考图6c，可以看到，具有多个输出端子的模块化多电平转换器(50)被额外放置在MVDC配电装置(20)和发电机(60)之间。在这种情况下，可以看到，具有多个输出端子的模块化多电平转换器(50)的主输出端子(中压DC电力输出端)向MVDC配电装置(20)传输电力，而辅助输出端子(低压DC电力输出端)向服务负载(LVDC)传输电力。
此外，根据本说明书中公开的实施例的电力系统可额外包括用于与另一电力系统交换电力的母联(bus tie)。
例如，母联可位于第一电力系统和第二电力系统之间，并且母联可包括用于控制第一电力系统和第二电力系统之间的连接和断开的母联断路器。在这种情况下，母联断路器可以是如图5a所示的固态断路器(SSCB)，但不限于此，也可以是机械断路器。
作为参考，在下面给出的描述中，本领域技术人员将容易理解与上述参考图1至图6c给出的描述相同的描述，因此将省略这些描述。
图7a和图7b是根据本说明书中公开的实施例的使用具有多个输出端子的模块化多电平转换器(10)的电力系统的示意图。在这种情况下，类似于图4a所示的模块化多电平转换器(100)，图7a至图7b所示的模块化多电平转换器可以是具有多个输出端子的模块化多电平转换器。此外，多个输出端子中的第一输出端子可输出用于驱动推进电机(30)的中压AC电力，并且其第二输出端子可输出低压AC电力。
作为参考，如图7a和图7b所示，具有多个输出端子的模块化多电平转换器(10)可用于MVDC配电装置(20)和推进电机(30)之间，而一般的逆变器/转换器或模块化多电平转换器可用于MVDC配电装置(20)和其他设备(例如，储能系统、大型电机等)之间。
参考图7a和图7b，使用具有多个输出端子的模块化多电平转换器(10)的电力系统可包括MVDC配电装置(20)，LVAC配电装置(LVAC)(70)，模块化多电平转换器(10)和推进(Prop.)电机(30)。在这种情况下，模块化多电平转换器(10)可放置在MVDC配电装置(20)和推进电机(30)之间。
与使用如图5a和图5b所示的具有单个输出端子的模块化多电平转换器的电力系统不同，如图7a和图7b所示的电力系统的模块化多电平转换器(10)具有多个输出端子，因此不需要额外的单独的逆变器来向服务负载或与其对应的LVAC配电装置(70)供电。相应地，电力系统可实现得更小、更简单，从而减少所需部件的数量，从而提高生产率，且易于管理和维护。
例如，储能系统(ESS)、燃料电池系统(SOFC)、柴油发电机(DG)和轴带发电机的至少一部分可用作向MVDC配电装置(20)供电的电源。
例如，储能系统(ESS)和燃料电池系统(SOFC)可直接产生DC电力，为MVDC配电装置(20)供电。也就是说，可能不需要单独的AC/DC转换过程。
另一个实例是，柴油发电机(DG)和轴带发电机可间接产生DC电力，用于供应MVDC配电装置(20)。也就是说，可能需要单独的过程将柴油发电机(DG)和轴带发电机产生的AC电力转换为DC电力。
此外，为防止事故，具有多个输出端子的模块化多电平转换器(10)和服务负载(70)可通过隔离变压器电连接。在这种情况下，隔离变压器可以是双绕组变压器或三绕组变压器。
图8a至图8c示出了实施例，其中具有单个输出端子或多个输出端子的模块化多电平转换器(50)在电力系统中被额外放置在MVDC配电装置(20)和发电机(60)之间，在该电力系统中，如图7a和图7b的具有多个输出端子的模块化多电平转换器(10)被放置在MVDC配电装置(20)和推进电机(30)之间。
作为参考，如图8a至图8c所示，具有多个输出端子的模块化多电平转换器(10)可用于MVDC配电装置(20)和推进电机(30)之间，而一般的逆变器/转换器或模块化多电平转换器可用于MVDC配电装置(20)和除发电机外的其他设备(例如，储能系统、大型电机等)之间。
首先，参考图8a，可以看到，具有单个输出端子的模块化多电平转换器(50)被额外放置在MVDC配电装置(20)和发电机(60)之间。如上所述，模块化多电平转换器(50)包括多个子模块。因此，即使当模块化多电平转换器(50)连接到大容量的电源(发电机)时，每个子模块需要处理的容量也会减少。
此外，参考图8b，可以看到，具有多个输出端子的模块化多电平转换器(50)被额外放置在MVDC配电装置(20)和发电机(60)之间。在这种情况下，可以看到，具有多个输出端子的模块化多电平转换器(50)的主输出端子(中压DC电力输出端)向MVDC配电装置(20)传输电力，而辅助输出端子(低压AC电力输出端)向服务负载(LVAC)传输电力。例如，图8b所示的放置在MVDC配电装置(20)和发电机(60)之间的具有多个输出端子的模块化多电平转换器(50)可具有与图4b相同/类似的结构。
在这种情况下，为防止事故，具有多个输出端子的模块化多电平转换器(50)和服务负载(LVAC)可通过隔离变压器电连接。在这种情况下，隔离变压器可以是双绕组变压器或三绕组变压器。
此外，参考图8c，可以看到，具有多个输出端子的模块化多电平转换器(50)被额外放置在MVDC配电装置(20)和发电机(60)之间。在这种情况下，可以看出，具有多个输出端子的模块化多电平转换器(50)的主输出端子(中压DC电力输出端)向MVDC配电装置(20)传输电力，而辅助输出端子(低压DC电力输出端)向服务负载(LVDC)传输电力。例如，电力可首先从位于MVDC配电装置(20)和发电机(60)之间的具有多个输出端子的模块化多电平转换器(50)传送至LVDC，然后可以从LVDC通过DC/AC电力转换设备传送到LVAC。
图9a和图9b是根据本说明书中公开的实施例的使用具有多个输出端子的模块化多电平转换器(10)的电力系统的示意图。
作为参考，如上述图7a和图7b所示的具有多个输出端子的模块化多电平转换器可通过第一输出端子输出用于驱动推进电机(30)的中压AC电力，并可通过第二输出端子输出低压AC电力LVAC。另一方面，如图9a至图9b所示的具有多个输出端子的模块化多电平转换器(10)可通过第一输出端子输出用于驱动推进电机(30)的中压AC电力，并可通过第二输出端子输出低压DC电力(LVDC)。因此，由于LVDC能够提供给车载负载(例如LED灯)，而无需增加单独的电力转换设备，因此电力系统可实现得更小、更简单，从而减少所需部件的数量，从而提高生产率，且易于管理和维护。低压AC电力可以指小于1000V的AC电力，中压AC电力可以指大于1000V且小于35kV的AC电力。
作为参考，具有多个输出端子的模块化多电平转换器(10)可用于MVDC配电装置(20)和推进电机(30)之间，如图9a和图9b所示，而一般的逆变器/转换器或模块化多电平转换器可用于MVDC配电装置(20)和其他设备(例如，储能系统、大型电机等)之间。
参考图9a和图9b，使用具有多个输出端子的模块化多电平转换器(10)的电力系统可包括MVDC配电装置(20)，LVDC配电装置(LVAC)(80)，模块化多电平转换器(10)和推进(Prop.)电机(30)。在这种情况下，模块化多电平转换器(10)可放置在MVDC配电装置(20)和推进电机(30)之间。
类似于如图7a和图7b所示的电力系统，如图9a和图9b所示的电力系统的模块化多电平转换器(10)具有多个输出端子，因此无需额外的单独的逆变器/转换器来向服务负载或相应的LVDC配电装置(80)供电。
例如，储能系统(ESS)、燃料电池系统(SOFC)、柴油发电机(DG)和轴带发电机的至少一部分可用作向MVDC配电装置(20)供电的电源。
例如，储能系统(ESS)和燃料电池系统(SOFC)可直接产生DC电力，为MVDC配电装置(20)供电。也就是说，可能不需要单独的AC/DC转换过程。
另一个实例是，柴油发电机(DG)和轴带发电机可间接产生DC电力，用于为MVDC配电装置(20)供电。也就是说，可能需要单独的过程将柴油发电机(DG)和轴带发电机产生的AC电力转换为DC电力。
图10a至图10c示出了实施例，其中具有单个输出端子或多个输出端子的模块化多电平转换器(50)在电力系统中额外放置于MVDC配电装置(20)和柴油发电机(DG)之间，在该电力系统中，如图9a和图9b所描述的具有多个输出端子的模块化多电平转换器(10)放置在MVDC配电装置(20)和推进电机(30)之间。
作为参考，具有多个输出端子的模块化多电平转换器(10)可用于如图10a至图10c所示的MVDC配电装置(20)和推进电机(30)之间，而一般的逆变器/转换器或模块化多电平转换器可用于MVDC配电装置(20)和除发电机以外的其他设备(例如，储能系统、大型电机等)之间。
首先，参考图10a，可以看到，具有单个输出端子的模块化多电平转换器(50)额外放置在MVDC配电装置(20)和发电机之间。如上所述，模块化多电平转换器(50)包括多个子模块。因此，即使模块化多电平转换器(50)连接到大容量的电源(发电机)时，每个子模块需要处理的容量也会减少。
此外，参考图10b，可以看到，具有多个输出端子的模块化多电平转换器(50)额外放置在MVDC配电装置(20)和发电机(60)之间。在这种情况下，可以看到，具有多个输出端子的模块化多电平转换器(50)的主输出端子(中压DC电力输出端)向MVDC配电装置(20)传输电力，而辅助输出端子(低压AC电力输出端)向服务负载(LVAC)传输电力。例如，图10b所示的位于MVDC配电装置(20)和发电机之间的具有多个输出端子的模块化多电平转换器(50)可具有与图4b相同/类似的结构。
在这种情况下，为防止事故，具有多个输出端子的模块化多电平转换器(50)和服务负载(LVAC)可通过隔离变压器电连接。在这种情况下，隔离变压器可以是双绕组变压器或三绕组变压器。
此外，参考图10c，可以看到，具有多个输出端子的模块化多电平转换器(50)额外放置在MVDC配电装置(20)和发电机之间。在这种情况下，可以看到，具有多个输出端子的模块化多电平转换器(50)的主输出端子(中压DC电力输出端)向MVDC配电装置(20)传输电力，而辅助输出端子(低压DC电力输出端)向服务负载(LVDC)传输电力。例如，电力可首先从放置在MVDC配电装置(20)和发电机之间的具有多个输出端子的模块化多电平转换器(50)传送至LVDC，并且其次，电力可从LVDC通过DC/AC电力转换器设备传送到LVAC。
图11a是根据本说明书中公开的实施例的包括具有单个输出端子的模块化多电平转换器和中压交流(MVAC)配电装置(90)的电力系统的示意图。
作为参考，如参考图1所描述的，由于如图11a所示的具有单个输出端子的模块化多电平转换器(10)接收中压DC电力MVDC作为输入，并且输出中压AC电力用于驱动负载(例如，推进电机(30))，当电力系统包括MVAC配电装置(90)而不是MVDC配电装置时，在整流器(10_1)被额外放置在具有单个输出端子的模块化多电平转换器(10)的前端后，整流器(10_1)可将AC电力转换为DC电力，并将DC电力传送至模块化多电平转换器。
作为参考，整流器(10_1)和具有单个输出端子的模块化多电平转换器(10)可用于如图11a所示的MVAC配电装置(90)和推进电机(30)之间。另一方面，一般的逆变器/转换器或模块化多电平转换器可用于MVAC配电装置(90)和其他设备(例如，储能系统(ESS)、燃料电池系统(SOFC)、大型电机等)之间。
图11b和图11c是根据本说明书中公开的实施例的包括具有多个输出端子的模块化多电平转换器(10)和中压交流(MVAC)配电装置(90)的电力系统的示意图。
作为参考，图11b和图11c所示的电力系统总体上与图11a所示的电力系统相似，除了图11b和图11c所示的电力系统包括具有多个输出端子的模块化多电平转换器，而不是具有单个输出端子的模块化多电平转换器。换句话说，由于额外包括了用于输出低压AC电力的辅助输出端子，因此可以在没有图11a所示的电力系统的电力转换设备的情况下供应对应于需要低压AC电力的低压负载的低压AC电力。
作为参考，整流器(10_1)和具有多个输出端子的模块化多电平转换器(10)可用于如图11b和图11c所示的MVAC配电装置(90)和推进电机(30)之间。另一方面，一般的逆变器/转换器或模块化多电平转换器可用于MVAC配电装置(90)和其他设备(例如，储能系统、大型电机等)之间。
如图11a给出的上述描述，图11b和图11c所示的电力系统中的具有多个输出端子的模块化多电平转换器(10)接收中压DC电力MVDC作为输入并且输出中压AC电力用于驱动推进电机(30)，因此当电力系统包括MVAC配电装置(90)时，整流器(10_1)可额外放置在具有多个输出端子的模块化多电平转换器(10)的前端。
在这种情况下，为防止事故，具有多个输出端子的模块化多电平转换器(10)和服务负载(70)可通过隔离变压器电连接。在这种情况下，隔离变压器可以是双绕组变压器或三绕组变压器。
图11d和图11e是根据本说明书中公开的实施例的包括具有多个输出端子的模块化多电平转换器(10)和MVAC配电装置的电力系统的示意图。
作为参考，图11d和图11e所示的电力系统总体上与图11a所示的电力系统相似，但不同之处是图11d和图11e所示的电力系统包括具有多个输出端子的模块化多电平转换器，而不是具有单个输出端子的模块化多电平转换器。换句话说，由于额外包括用于输出低压DC电力的辅助输出端子，因此可以在没有图11a所示的电力系统的电力转换器设备(91)的情况下供应对应于需要低压DC电力的低压负载的低压AC电力。此外，图11d和图11e所示的电力系统与图11b和图11c所示的电力系统总体上相似，除了辅助输出端子输出DC电力而非AC电力。
作为参考，整流器(10_1)和具有多个输出端子的模块化多电平转换器(10)可用于如图11d和图11e所示的MVAC配电装置(90)和推进电机(30)之间。另一方面，一般的逆变器/转换器或模块化多电平转换器可用于MVAC配电装置(90)和其他设备(例如，储能系统、大型电机等)之间。
如图11a给出的上述描述，图11d和图11e所示的电力系统中的具有多个输出端子的模块化多电平转换器(10)接收中压DC电力MVDC作为输入，并且输出中压AC电力用于驱动推进电机(30)，因此当电力系统包括MVAC配电装置(90)时，整流器(10_1)可额外放置在具有多个输出端子的模块化多电平转换器(10)的前端处。
此外，如图11d所示，低压DC电力可传送至LVDC配电装置。然而，如图11e所示，电力可首先传送到LVDC配电装置，并且其次，电力可从LVDC配电装置通过逆变器传送到LVAC配电装置。
同时，图11a至图11e所示的整流器(10_1)可具备与具有单个输出端子的模块化多电平转换器相同/类似的结构，这将参考图12进行描述。
图12是示出模块化多电平转换器(10)和布置在其前端处的整流器的示意图。
参考图12，可以看出，整流器(10_1)具备与图1中描述的具有单个输出端子的模块化多电平转换器相同/类似的结构。换句话说，可以看出，整流器通过输入端子从MVAC配电装置接收中压AC电力，并将该中压AC电力转换至中压DC电力MVDC并输出该中压DC电力MVDC，并且模块化多电平转换器(10)从整流器(10_1)通过输入端子接收中压DC电力MVDC，将中压DC电力MVDC转换为AC电力，并向负载(例如电机)输出AC电力。
作为参考，为方便起见，图12示出了使用推进电机作为负载的示例，但根据本书明书中公开的实施例的电力系统的负载并不局限于推进电机。
此外，图12所示的模块化多电平转换器可以是如图11a所示的具有单个输出端子的模块化多电平转换器，但不局限于此，并且可以是如图11b和图11c所示的具有多个输出端子的模块化多电平转换器。
图13a到图13c是电力系统的示意图，其中根据本说明书中公开的实施例的模块化多电平转换器(50)位于MVDC配电装置(20)和发电机(60)之间。
例如，参考图13a，电力系统可包括MVDC配电装置(20)、具有单个输出端子的模块化多电平转换器(50)以及发电机(60)。在这种情况下，具有单个输出端子的模块化多电平转换器(50)可放置在MVDC配电装置(20)和发电机(60)之间。
另一个实例是，参考图13b和图13c，电力系统可包括MVDC配电装置(20)、具有多个输出端子的模块化多电平转换器(50)以及发电机(60)。在这种情况下，具有多个输出端子的模块化多电平转换器(50)可放置在MVDC配电装置(20)和发电机(60)之间。
与使用如图13a所示的具有单个输出端子的模块化多电平转换器的电力系统不同，如图13b和13c所示的电力系统的模块化多电平转换器(50)具有多个输出端子，因此无需额外的单独的逆变器向服务负载供电。在这种情况下，船上的有限空间可被有效利用，维护也变得简单。
作为参考，图13b中位于MVDC配电装置(20)和发电机(60)之间的模块化多电平转换器(50)从发电机(60)接收AC电力，并向MVDC配电装置(70)输出DC电力，并向LVAC配电装置(70)输出低压AC电力LVAC，以向服务负载提供AC电力。另一方面，图13c的位于MVDC配电装置(20)和发电机(60)之间的模块化多电平转换器(50)从发电机(60)接收AC电力，以向MVDC配电装置(20)输出DC电力，并向LVDC配电装置(80)输出低压DC电力LVDC，以向服务负载提供AC电力。
用于MVDC配电装置的常规断路器价格昂贵；常规的断路器尺寸较大；并且，用于常规断路器的商用产品很少。然而，如图13a至图13c所示，当模块化多电平转换器(50)放置于MVDC配电装置(20)和发电机(60)之间时，可实现无需断路器的电力系统，从而克服上述问题。
图14a至图14j示出了实施例，其中，在电力系统中，具有单个输出端子或多个输出端子的模块化多电平转换器(10)额外放置于MVDC配电装置(20)和推进电机(30)之间，在电力系统中，如图13a和图13c描绘的模块化多电平转换器(50)放置在MVDC配电装置(20)和发电机(60)之间。
首先，参考图14a，可以看到，在电力系统中，具有单个输出端子的模块化多电平转换器(10)额外放置于MVDC配电装置(20)和推进电机(30)之间，在该电力系统中，具有单个输出端子的模块化多电平转换器(50)放置在MVDC配电装置(20)和发电机(60)之间。
此外，参考图14b，可以看到，在电力系统中，具有多个输出端子的模块化多电平转换器(10)额外放置于MVDC配电装置(20)和推进电机(30)之间，在该电力系统中，具有单个输出端子的模块化多电平转换器(50)放置在MVDC配电装置(20)和发电机(60)之间。作为参考，图14b示出了(但不限于)具有多个输出端子的模块化多电平转换器(10)，其通过辅助输出端子(例如，第二输出端子)向LVDC配电装置(80)传送低压DC电力。例如，具有多个输出端子的模块化多电平转换器(10)也可通过辅助输出端子(例如，第二输出端子)向LVAC配电装置传送低压AC电力。
此外，参考图14c至图14e，可以看到，在电力系统中，具有单个输出端子或多个输出端子的模块化多电平转换器(10)额外放置于MVDC配电装置(20)和推进电机(30)之间，在该电力系统中，具有多个输出端子的模块化多电平转换器(50)放置在MVDC配电装置(20)和发电机(60)之间。
作为参考，在图14c中可以看到，具有单个输出端子的模块化多电平转换器(10)额外放置于MVDC配电装置(20)和推进电机(30)之间，因此额外需要单独的电力转换设备40向服务负载供电。
另一方面，可以看出，如图14d和图14e所示，额外放置于MVDC配电装置(20)和推进电机(30)之间的模块化多电平转换器(10)具有多个输出端子，因此无需额外的单独的电力转换器设备向服务负载供电。
作为参考，图14d示出了具有多个输出端子的模块化多电平转换器(10)通过辅助输出端子(例如，第二输出端子)向LVAC配电装置(70)传送低压AC电力。另一方面，图14e示出了具有多个输出端子的模块化多电平转换器(10)通过辅助输出端子(例如，第二输出端子)向LVDC配电装置(80)传送低压DC电力。
此外，参考图14f至图14j，可以看到，在电力系统中，具有单个输出端子或多个输出端子的模块化多电平转换器(10)额外放置于MVDC配电装置(20)和推进电机(30)之间，在该电力系统中，具有多个输出端子的模块化多电平转换器(50)放置在MVDC配电装置(20)和发电机(60)之间。
作为参考，可以看到，在图14c至图14e所示的电力系统中，放置于MVDC配电装置(20)和发电机(60)之间的具有多个输出端子的模块化多电平转换器(50)从发电机接收中压AC电力，并输出中压DC电力和低压AC电力。另一方面，可以看到，在图14f至图14j所示的电力系统中，放置于MVDC配电装置(20)和发电机(60)之间的具有多个输出端子的模块化多电平转换器(50)从发电机(60)接收中压AC电力，并输出中压DC电力和低压DC电力。
首先，参考图14f至图14g，可以看到，在电力系统中，具有多个输出端子的模块化多电平转换器(10)额外放置于MVDC配电装置(20)和推进电机(30)之间，在该电力系统中，具有多个输出端子的模块化多电平转换器(50)放置在MVDC配电装置(20)和发电机(60)之间。作为参考，图14f示出这样额外放置的模块化多电平转换器(10)通过辅助输出端子(例如，第二输出端子)向LVAC配电装置(70)传送低压AC电力。另一方面，图14g示出了这样额外放置的模块化多电平转换器(10)通过辅助输出端子(例如，第二输出端子)向LVDC配电装置(80)传送低压DC电力。
此外，图14h所示的电力系统与图14f所示的电力系统相同之处在于，来自位于MVDC配电装置(20)与发电机(60)之间的模块化多电平转换器(50)的电力被转换并从该模块化多电平转换器(50)传送到LVDC配电装置(80)。然而，图14h所示的电力系统与图14f所示的电力系统的不同之处在于，在图14h所示的电力系统中，电力额外从LVDC配电装置(80)通过单独的逆变器被传送到LVAC配电装置(70)。此外，图14f所示电力系统与图14h所示电力系统的不同之处在于，在图14f所示的电力系统中，具有多个输出端子的模块化多电平转换器(10)额外放置在MVDC配电装置(20)和推进电机(30)之间。但是，在图14h所示的电力系统中，具有单个输出端子的模块化多电平转换器(10)额外放置在MVDC配电装置(20)和推进电机(30)之间。
此外，图14i所示的电力系统与图14f所示的电力系统相同之处在于，来自位于MVDC配电装置(20)和发电机(60)之间的模块化多电平转换器(50)的电力被转换并从该模块化多电平转换器(50)传送到LVDC配电装置(80)。然而，图14i所示的电力系统与图14f所示的电力系统的不同之处在于，在图14i所示的电力系统中，电力额外从LVDC配电装置(80)通过单独的逆变器被传送到LVAC配电装置(70)。
此外，图14j所示的电力系统与图14i所示的电力系统的不同之处在于，在图14j所示的电力系统中，电力额外从LVDC配电装置通过单独的逆变器(80)被传送到LVAC配电装置(70)。
此外，推进电机(30)需要大量电力。在这种情况下，根据本说明书中公开的实施例，当模块化多电平转换器(10)额外放置在MVDC配电装置(20)和推进电机(30)之间时，推进电机(30)可以被稳定地供电。
同时，图15a至图15d示意性地示出了根据本说明书中公开的实施例的电力系统，在该电力系统中，必要负载和服务负载的电网彼此分离。
作为参考，必要负载指运行船所必需的负载，而服务负载指可根据情况变化的负载。必要负载可持续供电，而服务负载可变化地供电。
常规地，必要负载和服务负载包括在同一电网中，因此难以控制服务负载。
另一方面，如图15Aa至图15d所示，当必要负载的电网(1600)和服务负载的电网(1700)彼此分离时，服务负载可以被容易控制，从而有效管理电力。
首先，参考图15a和图15b中，可以看到，对应于必要负载的第一电网(1600)和对应于服务负载的第二电网(1700)是彼此电隔离的。
在这种情况下，第一电网(1600)可包括MVDC配电装置(1620)、推进电机(1630)和模块化多电平转换器(1610)。此外，第一电网(1600)中可额外包括供应电力的电力供应源。例如，可额外包括储能系统(ESS)、燃料电池系统(SOFC)、柴油发电机(DG)和轴带发电机(大型电机)中的至少一部分。在这种情况下，可使用电力转换设备将从电源供应的电力传送到MVDC配电装置(1620)。在这种情况下，可使用一般的逆变器、一般的转换器等作为电力转换设备，但不限于此。可使用具有单个输出端子或多个输出端子的模块化多电平转换器。此外，第一电网(1600)的模块化多电平转换器(1610)可以是如图15b所示的具有单个输出端子的模块化多电平转换器，但不限于此，并且可以是如图15a所示的具有多个输出端子的模块化多电平转换器。当模块化多电平转换器(1610)具有如图15a所示的多个输出端子时，电力可同时传送到推进电机(30)以及较低的负载(1670)。
此外，第二电网(1700)可包括LVAC配电装置(1710)、服务负载(1720)和变速发电机(1730)。
同时，当包括在第二电网(1700)中的变速发电机(1730)故障时，可能无法向服务负载(1720)供应电力。因此，第一电网和第二电网可以是电隔离的，如图15a和图15b所示。在一些情况下，来自第一电网(1600)的电力可通过开关操作辅助传送到第二电网(1700)，如图15c和图15d所示。
例如，如图15c所示，开关(1640)放置于第二电网(1700)和第一电网(1600)的具有多个输出端子的模块化多电平转换器(1610)的辅助输出端子(第二输出终端)之间，从而在紧急情况下与第二电网(1700)共享第一电网(1600)的电力。与图15a的电力系统相比，可以看到，开关(1640)被添加到图15c的第一电网(1600)的具有多个输出端子的模块化多电平转换器(1610)的辅助输出端子的一侧。作为参考，在图15c中，第一电网(1600)的模块化多电平转换器(1610)被示出为向第二电网(1700)传送低压AC电力，但不限于此。例如，第一电网的模块化多电平转换器(1610)可向第二电网传送低压DC电力。
另一个例子是，如图15d所示，开关(1640)放置于具有单个输出端子的模块化多电平转换器(1650)和MVDC配电装置(1620)之间，从而在紧急情况下与第二电网(1700)共享第一电网(1600)的电力。与图15b的电力系统相比，可以看到，开关(1640)额外连接到图15d的第一电网(1600)的MVDC配电装置(1620)，并且具有单个输出端子的模块化多电平转换器(1650)额外放置于相应的开关(1640)和第二电网(1700)之间。
上述描述仅仅是本公开的技术思想的一个示例，并且本领域技术人员可在不偏离本公开的本质特征的情况下进行各种修改和变化。
因此，本公开的实施例旨在解释而非限制本公开的技术思想，本公开的范围和理念不限制于上述实施例。本公开的保护范围应由所附的权利要求解释，并且其所有等效物均应解释为包括在本公开的范围内。

Claims (15)

1.一种模块化多电平转换器，包括：
第一转换器设备，其具有根据预设相位的支路，其中所述支路具有上臂和下臂，并且所述上臂和下臂中的每一个包括多个串联连接的子模块，以将输入至输入端子的直流DC电力转换为具有相位的交流AC电力，并通过第一输出端子输出所述AC电力；以及
第二转换器设备，其被配置为将被输入至所述输入端子的DC电力转换为电压电平低于从第一转换器设备输出的所述AC电力的电压电平的AC电力，并通过第二输出端子输出所述AC电力。
2.根据权利要求1所述的模块化多电平转换器，其中，所述第二转换器设备包括以下至少之一：
第一低压转换器设备，所述第一低压转换器设备由以全桥方式与所述第一转换器设备的支路的上臂串联连接的多个附加的子模块组成，其中彼此相邻的多个附加的子模块彼此并联连接，并且所述多个附加的子模块将所述输入端子的DC电力转换为电压电平低于从所述第一转换器设备输出的AC电力的电压电平的AC电力；或者
第二低压转换器设备，所述第二低压转换器设备由以全桥方式与所述第一转换器设备的支路的下臂串联连接的多个附加的子模块组成，其中彼此相邻的多个附加的子模块彼此并联连接，并且所述多个附加的子模块将所述输入端子的DC电力转换为电压电平低于从所述第一转换器设备输出的AC电力的电压电平的AC电力。
3.根据权利要求2所述的模块化多电平转换器，还包括：
控制器，其被配置为控制所述第一低压转换器设备和第二低压转换器设备的电力转换。
4.根据权利要求1所述的模块化多电平转换器，其中，所述第一转换器设备是双向转换器，所述双向转换器被配置为当所述AC电力被输入至所述第一输出端子时，将输入至所述第一输出端子的AC电力转换为预设的DC电力，并将所述预设的DC电力输出至所述输入端子。
5.根据权利要求1所述的模块化多电平转换器，其中，所述第一转换器设备和所述第二转换器设备将所述输入端子的DC电力转换为具有不同电压电平的三相AC电力并输出所述三相AC电力。
6.一种电力系统，包括：
第一模块化多电平转换器，其具有多个输出端子；
推进电机，其被配置为从所述多个输出端子中的第一输出端子接收AC电力；
低压交流(LVAC)配电装置，其被配置为从所述多个输出端子中的第二输出端子接收AC电力；
中压直流(MVDC)配电装置，其被配置为向所述第一模块化多电平转换器提供DC电力。
7.根据权利要求6所述的电力系统，其中，通过所述第二输出端子输出的AC电力的电压电平低于通过所述第一输出端子输出的AC电力的电压电平。
8.根据权利要求6所述的电力系统，其中，通过MVDC配电装置提供给所述第一模块化多电平转换器的DC电力由储能系统、燃料电池系统或发电机中的至少一个直接或间接地产生。
9.根据权利要求8所述的电力系统，还包括：
第二模块化多电平转换器，其被配置为电连接所述发电机和MVDC配电装置，
其中，所述第二模块化多电平转换器具有至少一个输出端子。
10.根据权利要求9所述的电力系统，其中，所述第二模块化多电平转换器具有用于向MVDC配电装置输出DC电力的第三输出端子，以及用于向服务负载配电装置输出AC电力的第四输出端子。
11.根据权利要求9所述的电力系统，其中，所述第二模块化多电平转换器具有用于向MVDC配电装置输出DC电力的第五输出端子，以及用于向服务负载配电装置输出DC电力的第六输出端子。
12.根据权利要求11所述的电力系统，其中，通过所述第六输出端子输出的DC电力的电压电平低于通过所述第五输出端子输出的DC电力的电压电平。
13.根据权利要求6所述的电力系统，其中，所述第二输出端子和LVAC配电装置通过隔离变压器电连接。
14.根据权利要求13所述的电力系统，其中，所述隔离变压器是双绕组变压器和三绕组变压器之一。
15.根据权利要求6所述的电力系统，还包括：
母联，其连接到MVDC配电装置，并被配置为与另一电力系统交换DC电力。
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