本發(fā)明的領(lǐng)域一般來說涉及遠(yuǎn)程DC電力系統(tǒng)，并且更具體地涉及用于從DC電力系統(tǒng)提供遠(yuǎn)程控制電力的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
至少一些已知的電力系統(tǒng)相對長距離地將DC電力電流傳送到遠(yuǎn)離該DC電力的源的負(fù)載。這樣的電力系統(tǒng)通過使用AC控制電力來供應(yīng)靠近該負(fù)載的輔助設(shè)備和控制系統(tǒng)而獲益。然而，通過單獨的線纜供應(yīng)AC控制電力增加電力系統(tǒng)安裝和操作的成本與復(fù)雜性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
在一個實施例中，控制電力供應(yīng)系統(tǒng)包括配置成將直流（DC）電流從源運送到負(fù)載的第一導(dǎo)體、配置成將該DC電流從該負(fù)載運送到該源的第二導(dǎo)體、與該第一和第二導(dǎo)體中的至少一個串聯(lián)電耦合的電裝置。該電裝置配置成在短路條件下故障使得該電裝置的故障維持包括該第一和第二導(dǎo)體的直流（DC）環(huán)總線。該控制電力供應(yīng)系統(tǒng)還包括控制電力電路，其與該電裝置的至少一部分并聯(lián)電耦合，使得該電裝置的至少一部分兩端的DC電壓提供DC電壓供應(yīng)給該控制電力電路。在另一個實施例中，從DC電力線纜接收控制電力供應(yīng)的方法包括通過DC電力線纜將DC電力電流從發(fā)送站傳送到位于遠(yuǎn)離該發(fā)送站的負(fù)載站，使通過該DC電力線纜與該發(fā)送站和負(fù)載站電串聯(lián)耦合的多個電裝置兩端的DC電壓下降，并且使用與該多個電裝置電并聯(lián)耦合的有源半導(dǎo)體開關(guān)產(chǎn)生控制電力電壓。在再另一個實施例中，海底負(fù)載的電力供應(yīng)系統(tǒng)包括耦合于DC電力線纜的第一端的發(fā)送站。該發(fā)送站安置在海面上方并且配置成將DC電流的流引導(dǎo)到該DC電力線纜中。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括耦合于該DC電力線纜的第二端的負(fù)載站。該負(fù)載站安置在海面下方并且配置成接收DC電流的流并且將該DC電流傳送到一個或多個負(fù)載。該系統(tǒng)還包括控制電力供應(yīng)系統(tǒng)，其包括串聯(lián)電耦合于靠近負(fù)載站的DC電力線纜的電裝置，和與該電裝置的至少一部分并聯(lián)電耦合的控制電力電路，使得該電裝置的至少一部分兩端的DC電壓提供DC電壓供應(yīng)給該控制電力電路。附圖說明圖1-7示出本文描述的方法和系統(tǒng)的示范性實施例。圖1是根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的高電流直流（DC）環(huán)電力傳送系統(tǒng)的示意框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的控制電力供應(yīng)電路的示意框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的控制電力供應(yīng)電路的示意框圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一個示范性實施例的控制電力供應(yīng)電路的示意框圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的控制電力供應(yīng)系統(tǒng)的示意圖；圖6是可與圖4中示出的系統(tǒng)一起使用以在啟動后供應(yīng)連續(xù)控制電力給系統(tǒng)的控制電力供應(yīng)系統(tǒng)的示范性實施例的示意圖；圖7是圖示圖6中示出的波紋濾波器兩端的電壓隨時間的圖形。具體實施例下列詳細(xì)描述通過示例而非通過限制說明本發(fā)明的實施例。預(yù)想本發(fā)明對于工業(yè)、商業(yè)和住宅應(yīng)用中相對長距離上從DC電力線纜供應(yīng)控制電力供應(yīng)的分析和方法實施例具有普遍應(yīng)用。如本文使用的，以單數(shù)列舉的并且具有單詞“一（a）”或“一（an）”在前的元件或步驟應(yīng)該理解為不排除復(fù)數(shù)個元件或步驟，除非這樣的排除明確地規(guī)定。此外，對本發(fā)明的“一個實施例”的引用不意在解釋為排除也包含列舉的特征的另外的實施例的存在。本發(fā)明的目的是從高電流DC環(huán)抽取控制電力。該DC環(huán)具有高電流額定值（例如1kA）來供應(yīng)例如泵或壓縮機(jī)的電驅(qū)動器的高功率負(fù)載。由于相對高的電流值，供應(yīng)控制單元或其他低到中等功率輔助負(fù)載所需要的電壓是相對低的。例如，以1千安輸送的10伏特足夠輸送高達(dá)10千瓦的功率。在本發(fā)明的實施例中，串聯(lián)連接高電流二極管，使得它們的總正向電壓足夠供給最大所需的功率，并且也足夠高來容許輔助或控制電力的適當(dāng)處理。典型地，輔助或控制負(fù)載將使用比高功率環(huán)的電流少的電流。過多的電流在二極管中繞過?？刂齐娏?yīng)電路從電流環(huán)接收提供給負(fù)載或在二極管中耗散的它的最大功率。用于控制電力的電力量僅代表總體配電系統(tǒng)電力的小部分。該解決方案的優(yōu)勢是二極管非?？煽康乇ＷC環(huán)電流的連續(xù)，獨立于輔助電力供應(yīng)的下游電路。短路和開路兩者都將不會不利地影響高電流環(huán)。在示范性實施例中，二極管實施在壓裝殼體中并且設(shè)計成萬一故障則短路。因此，維持了電流環(huán)的連續(xù)。如果安裝了比向輔助負(fù)載供電實際所需要的更多的二極管，萬一一個（或多個）二極管故障，輔助或控制電力電路可以維持操作。圖1是根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的高電流直流（DC）環(huán)電力傳送系統(tǒng)100的示意框圖。在該示范性實施例中，DC環(huán)電力傳送系統(tǒng)100包括發(fā)送站102、高電流DC電力傳送線纜104、一個或多個負(fù)載站106、一個或多個負(fù)載108和控制電力供應(yīng)電路110。發(fā)送站102包括電耦合于電轉(zhuǎn)換器114的一個或多個變壓器組112，所述電轉(zhuǎn)換器114配置成將產(chǎn)生的交流（AC）電力轉(zhuǎn)換成DC電力，其然后施加于DC電力傳送線纜104。開關(guān)116與轉(zhuǎn)換器114的輸出并聯(lián)耦合，從而如果相應(yīng)轉(zhuǎn)換器114離線則將電力分流繞過該相應(yīng)轉(zhuǎn)換器114。開關(guān)116還可代表轉(zhuǎn)換器114的更短故障模式，使得當(dāng)故障時，轉(zhuǎn)換器114對于DC環(huán)電力傳送系統(tǒng)100代表短路來維持電流。高電流DC電力傳送線纜104采用環(huán)配置電耦合轉(zhuǎn)換器114和相應(yīng)負(fù)載站106的逆變器118?？刂齐娏?yīng)電路110配置成為DC環(huán)電力傳送系統(tǒng)100的組件供應(yīng)控制電力，并且在示范性實施例中包括多個電裝置，例如但不限于與高電流DC電力傳送線纜104的線122和124中的一個串聯(lián)的二極管120。在正向偏置方向上，二極管120各自代表相對小量電阻，并且因此相對小的壓降，例如大約0.7伏特（V）。在操作期間，可選擇多個串聯(lián)的二極管來提供大約十伏特的控制電力供應(yīng)電路供應(yīng)電壓。在一個實施例中，流過線124的電流是大約1000安（A）。因此，大約十千瓦的電力可用于控制電力供應(yīng)電路110。一個或多個低功率DC-DC轉(zhuǎn)換器126可以電耦合于控制電力供應(yīng)電路110來將電壓水平128調(diào)節(jié)到任何期望的值和/或向高電流環(huán)配置提供流電隔離。圖2是根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的控制電力供應(yīng)電路202的示意框圖。在該示范性實施例中，控制電力供應(yīng)電路202包括二極管120（在圖1中示出）和升壓（或增壓）轉(zhuǎn)換器204來將控制電力供應(yīng)電路202的輸出電壓206從例如10伏特增加到大約100伏特。在各種實施例中，升壓轉(zhuǎn)換器204配置成將輸出電壓206增加到任何期望的電壓?？刂齐娏?yīng)電路202包括電感器208、開關(guān)裝置210（例如但不限于絕緣柵雙極晶體管（IGBT）或柵極關(guān)斷晶閘管（GTO））、二極管212和電容器214。升壓轉(zhuǎn)換器204允許使用基于電感器208、開關(guān)裝置210、二極管212和電容器214的電參數(shù)的選擇所期望的控制電力的任何電壓水平。如果有源開關(guān)裝置210額定用于全高電流DC環(huán)電流值，當(dāng)需要較低的輸出功率時，升壓轉(zhuǎn)換器204可以采用它的輸入電壓低于二極管120的壓降這樣的方式來操作。使用該方法，可以避免二極管120中的電力耗散并且可以改進(jìn)效率。因為如在標(biāo)準(zhǔn)配置中二極管120將一直提供備用電流路徑，沒有不利地影響總體高電流DC環(huán)的可靠性。圖3是根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的控制電力供應(yīng)電路302的示意框圖。在該示范性實施例中，控制電力供應(yīng)電路302包括二極管120（在圖1中示出）和升壓（或增壓）轉(zhuǎn)換器304來將控制電力供應(yīng)電路302的輸出電壓306從例如10伏特增加到大約20伏特。在各種實施例中，升壓轉(zhuǎn)換器304配置成將輸出電壓306增加到任何期望的電壓?？刂齐娏?yīng)電路302包括有源開關(guān)裝置310（例如但不限于絕緣柵雙極晶體管（IGBT）或柵極關(guān)斷晶閘管（GTO））、二極管312和電容器314。升壓轉(zhuǎn)換器304允許使用基于有源開關(guān)裝置310、二極管312和電容器314的電參數(shù)的選擇所期望的控制電力的任何電壓水平。因為由高電流DC電力傳送線纜104的線122和124形成的高電流DC環(huán)的現(xiàn)有和大環(huán)路電感提供對于升壓轉(zhuǎn)換器304的操作足夠的電感，在控制電力供應(yīng)電路202的升壓轉(zhuǎn)換器204中使用的電感器（電感器208）在升壓轉(zhuǎn)換器304中省略。二極管120確保DC電流環(huán)對于升壓轉(zhuǎn)換器304的啟動或萬一有源開關(guān)裝置310故障時的故障安全完整性。在正常操作中，輸出電壓306被控制稍稍低于二極管120的正向壓降來避免不必要的損耗。為了限制需要的二極管數(shù)量和輔助電力關(guān)閉/啟動或故障期間它們對應(yīng)的損耗，相對低地維持升壓轉(zhuǎn)換器304的輸出電壓。如果負(fù)載需要，DC-DC轉(zhuǎn)換器可以添加到升壓轉(zhuǎn)換器304的輸出。升壓轉(zhuǎn)換器304的優(yōu)勢是在其中不使用完全的10伏特、1千安和10千瓦功耗的應(yīng)用中，升壓轉(zhuǎn)換器304提供更高的效率或更低的功耗和來自電力傳送系統(tǒng)100更低的電力損耗。為了確保啟動能力，升壓轉(zhuǎn)換器304在輸出側(cè)上配置有二極管120，使得在啟動期間有源開關(guān)裝置310是斷開的因此電流通過二極管312和串聯(lián)連接的二極管120，其將升壓轉(zhuǎn)換器304充電到大約20伏特。至少有源開關(guān)裝置310或二極管312和二極管120設(shè)計成故障短路來維持完好的電流環(huán)或維持電流環(huán)起作用。圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一個示范性實施例的控制電力供應(yīng)電路402的示意框圖。當(dāng)啟動電力傳送系統(tǒng)100時，控制電力供應(yīng)電路402從高壓DC電壓提供控制和輔助電力供應(yīng)。在示范性實施例中，主轉(zhuǎn)換器的控制電力通常從下游控制和輔助供應(yīng)系統(tǒng)408供應(yīng)。然而，在啟動期間，控制電力的至少一部分可通過轉(zhuǎn)換器DC鏈路供應(yīng)。轉(zhuǎn)換器114包括DC鏈路，其充電到例如20kV。轉(zhuǎn)換器114也需要供應(yīng)它們自己的控制電力，并且具體地轉(zhuǎn)換器114需要能夠自主啟動使得當(dāng)電力傳送系統(tǒng)100的剩余部分沒有通電時，電力傳送系統(tǒng)100仍然需要一些電力來設(shè)置控制。在啟動期間，大的單個電容器可以供應(yīng)啟動控制電力而不是控制電力，除非降低電壓?？梢允褂玫脑搯蝹€大的電容器由形成電容分壓器404的兩個電容器416和418代替。在示范性實施例中，電容器416和418不具有相同的電容值。電容器418的電容大于電容器416的電容，使得電容分壓器404的輸出電壓420（電容器418兩端的電壓）是電容分壓器404兩端的總電壓的相對小的一部分，例如與20kV相比大約200伏特。在各種實施例中，開關(guān)模式電力供應(yīng)可用于進(jìn)一步根據(jù)需要調(diào)節(jié)控制電力供應(yīng)電壓。如上文描述的，控制電力從電容分壓器404從高壓DC鏈路406得出，其可以是轉(zhuǎn)換器114和逆變器118（兩者都在圖1中示出）中的任何的現(xiàn)有DC鏈路電容器組裝件的部分。當(dāng)DC鏈路406加電時，控制電力電壓與主DC鏈路電壓成比例增加，例如到總20kV的200V，其具有100:1的分壓比。當(dāng)在控制電力供應(yīng)上達(dá)到預(yù)定電壓時，控制器“喚醒”并且開始主轉(zhuǎn)換器114或逆變器118的操作。作為該過程的部分，第二控制和輔助供應(yīng)系統(tǒng)408可以從更下游開始操作。第二控制和輔助供應(yīng)系統(tǒng)408在正常操作期間為控制和輔助設(shè)備提供電力，例如經(jīng)由變壓器410和二極管橋412。二極管414提供從電容分壓器404的去耦合。電容分壓器404包括串聯(lián)電耦合的第一電容器416和第二電容器418。選擇第一電容器416和第二電容器418以具有允許足夠的能量儲存在電容器416中的額定值來提供電力的連續(xù)供應(yīng)直到標(biāo)準(zhǔn)電力供應(yīng)可操作時。電容分壓器404在啟動期間提供電力。然而，一旦轉(zhuǎn)換器114開啟并且電力在控制電力供應(yīng)電路402的輸出426兩端從電容器424取得，電容器424將緩慢放電并且電容器418也可放電到零伏特同時電容器416充電到完全的20kV。在啟動階段后，來自第二控制和輔助供應(yīng)系統(tǒng)408的電力用于維持轉(zhuǎn)換器114的控制電力。圖5是根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的控制電力供應(yīng)系統(tǒng)500的示意圖。在該示范性實施例中，低電壓、低功率傳送注入到將傳送高功率源到轉(zhuǎn)換器114和逆變器118的相同線纜上?？刂齐娏?yīng)系統(tǒng)500包括一個或多個DC源502和504，其可具有與DC電力一起的一些AC波紋分量。包括電容器508和電感器510的濾波器506去除可以是DC電力的分量的AC波紋的顯著部分。AC源512配置成將來自AC源512的相對高頻的AC電力分量疊加到DC電力上。AC源512通過變壓器514和電容器516隔離。AC源512的頻率可以是基于供電組件的應(yīng)用和特性而可選擇和/或可變的。在一個實施例中，電力網(wǎng)頻率可允許供應(yīng)來自電網(wǎng)的隨時可用的電力，或者可選擇頻率來使對疊加在線路上的其他信號的干擾最小化。復(fù)合的DC電力信號和AC電力信號通過線纜104傳送，其在圖5中由電阻器518、電感器520和電容器522與524代表。在負(fù)載站106，電容器526配置成僅傳遞復(fù)合電力信號的AC分量給降壓變壓器528來產(chǎn)生隔離控制電力電壓水平，其與由電阻器530代表的安裝在負(fù)載站106的設(shè)備兼容。電容器532、電容器534和電阻器536代表負(fù)載逆變器118和/或負(fù)載108。圖6是可與控制電力供應(yīng)電路402（在圖4中示出）一起使用來在啟動后供應(yīng)連續(xù)控制電力給控制電力供應(yīng)電路402的控制電力供應(yīng)系統(tǒng)600的示范性實施例的示意圖。在該示范性實施例中，控制電力供應(yīng)系統(tǒng)600包括通過線纜104電耦合于輸入濾波器604的電源602。降壓轉(zhuǎn)換器606配置成將來自電源602的電壓從通過線纜104傳送的大約100千伏逐步下降到本地更實際地使用的電壓，例如10千伏。降壓轉(zhuǎn)換器606包括多個電開關(guān)，例如但不限于IGBT和二極管。這樣的裝置的開關(guān)動作切斷DC鏈路電壓和/或?qū)C波紋添加到線纜104上的DC電力。盡管開關(guān)效應(yīng)一般是不可期望的，因為它們表現(xiàn)難以說明由DC電力供應(yīng)的組件的加熱和/或磁通量集中問題的原因，波紋可被“收獲”或濾波來提供控制電力源而不使用另外的控制電力線纜。波紋濾波器608配置成接收降壓轉(zhuǎn)換器606的輸出并且將輸出的AC波紋分量濾波，其然后可以用于供應(yīng)例如控制和輔助供應(yīng)系統(tǒng)408（在圖4中示出并且由電阻器610代表）。在示范性實施例中，波紋濾波器包括在濾波器網(wǎng)絡(luò)中電耦合的多個靜態(tài)組件。具體地，電容器612串聯(lián)連接到電感器614，并且電容器616串聯(lián)連接到電感器618而形成分壓器620。圖7是隨時間圖示波紋濾波器608（圖6中示出）兩端的電壓的圖形700。在示范性實施例中，圖形700包括刻有時間單位的x軸702和刻有電壓單位的y軸704。DC鏈路降壓電力電壓跡線706圖示如由波紋濾波器608接收的AC開關(guān)動作誘導(dǎo)的波紋分量連同DC供應(yīng)電力分量。濾波器電壓跡線708圖示濾波器電容器612兩端的波紋電壓并且跡線710圖示通過電感器614的電流。如本文使用的，術(shù)語處理器指可中央處理單元、微處理器、微控制器、精簡指令集電路（RISC）、專用集成電路（ASIC）、邏輯電路、和能夠執(zhí)行本文描述的功能的任何其它電路或處理器。如本文使用的，術(shù)語“軟件”和“固件”是可互換的，并且包括存儲在存儲器中用于處理器執(zhí)行的任何計算機(jī)程序，該存儲器包括RAM存儲器、ROM存儲器、EPROM存儲器、EEPROM存儲器、以及非易失性RAM（NVRAM）存儲器。上文的存儲器類型只是示范性的，并且從而關(guān)于可用于存儲計算機(jī)程序的存儲器類型不是限制性的。如將基于前面的說明書意識到的，本公開的上文描述的實施例可使用包括計算機(jī)軟件、固件、硬件或其的任何組合或子集的計算機(jī)編程或工程技術(shù)實現(xiàn)，其中技術(shù)效果是從相對高電流直流供應(yīng)為海底負(fù)載站的控制電力電路提供源而不布設(shè)單獨的控制電力線纜。任何這樣所得的程序（具有計算機(jī)可讀代碼部件）可實施或提供在一個或多個計算機(jī)可讀介質(zhì)內(nèi)，由此制作根據(jù)本公開討論的實施例的計算機(jī)程序產(chǎn)品，即制品。該計算機(jī)可讀介質(zhì)可是例如但不限于固定（硬）驅(qū)動器、磁盤、光盤、磁帶、例如只讀存儲器（ROM）的半導(dǎo)體存儲器和/或例如因特網(wǎng)或其他通信網(wǎng)絡(luò)或鏈路的任何傳送/接收介質(zhì)。包含計算機(jī)代碼的制品可通過直接從一個介質(zhì)執(zhí)行代碼，通過將代碼從一個介質(zhì)復(fù)制到另一個介質(zhì)，或通過在網(wǎng)絡(luò)上傳送代碼而制作和/或使用。使用串聯(lián)電裝置的方法和系統(tǒng)的上文描述的實施例提供用于使用供應(yīng)給遠(yuǎn)程負(fù)載的DC電流提供控制電力給遠(yuǎn)離AC電力源的負(fù)載站的成本有效并且可靠的方式。更具體地，本文描述的方法和系統(tǒng)便于從源相對長距離地提供控制電力給負(fù)載而不使用專用單獨的線纜。因此，本文描述的方法和系統(tǒng)便于采用成本有效并且可靠的方式操作海底設(shè)備。該書面描述使用示例來公開本發(fā)明，其包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域內(nèi)任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何包含的方法。本發(fā)明的專利權(quán)范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其他示例。這樣的其他示例如果它們具有不與權(quán)利要求的文字語言不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括與權(quán)利要求的文字語言無實質(zhì)區(qū)別的等同結(jié)構(gòu)元件則規(guī)定在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。