CN101647170B - 发电系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种电力系统包括引擎、由引擎驱动的发电机、电能存储设备、将发电机和存储设备耦合在一起的功率控制电路、以及耦合到该电路的处理器。发电机提供可变AC功率且存储设备提供可变DC功率到电路。处理器执行操作逻辑来向电路提供控制信号，以便：以第一速度运行发电机来提供第一电平的AC电，增加从存储设备提供的DC功率以将AC电提高到第二电平，将发电机的运行速度从第一速度增加到大于第一速度的第二速度，当发电机的运行速度增加时降低来自存储设备的DC功率，以及限制运行速度的加速以减少对速度变化的感知。

Description

发电系统及方法

相关申请的交叉引用

根据可适用的条约，本申请要求下列专利的外国优先权：2006年12月29日提交的美国临时专利申请No.60/877,751和No.60/877,966；2006年11月16日提交的美国专利申请No.11/600,927；以及2007年6月1日提交的美国专利申请No.11/809,421和No.11/809,751，通过参考将所有这些申请的全部内容并入本文。

背景技术

本发明涉及电力系统，更具体地而非排他性地，涉及由包括电能存储设备和引擎驱动的变速发电机的系统提供的电功率的管理。

在发电机系统的很多应用中，稳态负载要求一般相对于发电机功率容量低。相反，对发电机的选择常常由实际上可能短暂的峰值功率要求所驱使。在大部分使用时间期间，可以认为这种发电机“尺寸过大”。因此，在某些情况下，发电系统包括用于在峰值使用期间给发电机补充功率的电能存储设备，这便于减小发电机的尺寸。在一些系统中，选择具有足够的容量的发电机，以便给存储设备充电的同时给低于给定电平的电力负载提供功率。

在某些应用中，车辆的动力系统包括专用引擎/发电机组和一个或多个电化学电池或电池组形式的电存储设备。不幸的是，理想地集成和共同地管理发电机和电存储设备操作的能力可能是挑战性的。可选地或附加地，可以证明，减小功率系统的尺寸/重量和/或由引擎/发电机组运行引起的被察觉的噪声/振动是挑战性的。因此，持续地存在对该技术领域做出进一步贡献的要求。

发明内容

根据本发明的一方面，提供了一种发电方法，包括：使用引擎来驱动变速发电机，所述发电机以第一旋转速度运行，从而以初始电平向一个或多个电力负载提供电功率；响应于电力负载增加，通过增加从电能存储设备提供的电能来增加提供给所述一个或多个电力负载的所述电功率；在将所述电功率维持在比所述初始电平高的电平时，减少从所述存储设备提供给所述一个或多个电力负载的所述电能，并将所述发电机的运行速度从所述第一旋转速度增加到大于所述第一旋转速度的第二旋转速度；以及在所述运行速度的增加期间，将所述运行速度的变化率限制到选择为降低人类对速度变化的感知的速度变化率。

根据本发明的另一方面，提供了一种发电方法，包括：从电能存储设备和以第一旋转速度运行的变速发电机向一个或多个电力负载提供电功率，所述变速发电机由引擎驱动；降低从所述存储设备提供给所述一个或多个电力负载的所述电功率的数量，同时将所述发电机的运行速度从所述第一旋转速度增加到大于所述第一旋转速度的第二旋转速度；以及将所述发电机的所述运行速度的增加限制到小于或等于第一变化率；以及响应于功率瞬态，以大于所述第一变化率的第二变化率对所述发电机的所述运行速度进行加速。

根据本发明的另一方面，提供了一种发电系统，包括：引擎；变速发电机，其机械地耦合到所述引擎，所述引擎被构造为驱动所述发电机来提供可变AC功率；电能存储设备，其选择性地提供可变DC功率；功率控制电路，其电耦合到所述发电机和所述电能存储设备以提供调节的AC电；以及处理器，其操作性地耦合到所述功率控制电路，所述处理器执行操作逻辑来向所述功率控制电路提供控制信号，以便：使所述发电机以第一旋转速度运行，从而以第一电平提供所述AC电，响应于电力负载变化而增加从所述电能存储设备提供的所述DC功率以将所述AC电增加到第二电平，响应于所述负载变化而将所述发电机的运行速度从所述第一旋转速度增加到大于所述第一旋转速度的第二旋转速度，当所述发电机的所述运行速度增加时，降低来自所述电能存储设备的所述DC功率，以及将所述发电机的所述运行速度的变化率限制到第一速度变化率，所述第一速度变化率小于所述发电机的第二速度变化率。

根据本发明的另一方面，提供了一种发电装置，包括：包含发电系统的车辆，所述系统包括由功率控制电路耦合在一起的引擎、变速发电机和电能存储设备，所述功率控制电路还包括：用于从所述电能存储设备和以第一旋转速度运行的所述变速发电机向一个或多个电力负载提供电功率的模块；用于在所述系统的第一运行模式期间，在将所述发电机的运行速度从所述第一旋转速度增加到大于所述第一旋转速度的第二旋转速度的同时降低从所述存储设备提供给所述一个或多个电力负载的电功率的数量的模块；用于在所述第一运行模式期间将所述运行速度的变化率限制到小于或等于第一变化率的模块；以及用于响应于功率瞬态而在所述系统的第二运行模式期间以大于所述第一变化率的第二变化率将所述发电机的所述旋转速度加速到第三旋转速度的模块。

本发明的一个实施方式包括涉及电功率产生、存储、输送和/或控制的独特技术。其它实施方式包括涉及电功率产生、存储、输送和/或控制的独特方法、系统、设备和装置。从所提供的说明和所附附图中，本申请的进一步的实施方式、形式、特征、方面、益处和优点应变得明显。

附图的简要说明

图1是承载包括发电机组的发电系统的车辆的简图。

图2是包括在图1的系统中的电路的示意图。

图3是涉及图2的电路的进一步的图示。

图4是用于从发电系统获得受控AC电功率的图2的电路的逆变器操作控制系统图。

图5是用于储存来自外部源的电能的图2的电路的变换器操作的控制系统图。

图6是用于在不同的功率升压（boost）操作状态下操作图1的系统的一个过程的流程图。

图7是用于在图5所示的过程的执行期间处理不同类型的功率瞬态的流程图，并进一步涉及不同的功率升压操作。

具体实施方式

出于促进理解本发明原理的目的，现在参考在附图中示出的实施方式，且使用特定的语言来描述这些实施方式。然而应理解，并不旨在由此来限制本发明的范围。设想本发明所涉及的领域中的技术人员正常地可以获知在所述实施方式中进行的任何变更和进一步的修改，以及对本文所述的本发明原理的任何进一步的应用。

本发明的一个实施方式涉及发电和存储系统，其包括变速发电机和电能存储设备。在一种形式中，该系统被承载在陆地或海洋车船上，并特别适合于满足车辆的舱室和/或其它生活空间的电功率需要。对于这样的空间，电功率一般需要用于照明、厨房用具、空气调节、音频/视觉装置等。在其它形式中（只提及几个可能性），该在不能利用电力企业电网的偏远地区中提供该系统作为备用电源或作为主要电源。

图1示出以电动客车22形式的车辆20。电动客车22包括内部生活空间24，并由客车引擎26推动。客车引擎26一般是往复式活塞、内燃类型的。为了补充生活空间24，客车26承载各种类型的电子装置27，例如一个或多个空调88。装置27可进一步包括照明、厨房用具、娱乐设备和/或本领域技术人员将获知的此类不同设备。客车22承载给装置27选择性地提供电力的移动发电系统28。相应地，装置27电力地装载系统28。在一种形式中，系统28的不同组件分布在整个车辆20中—安装在不同隔室和/或其它专用空间中。

系统28包括两个主电源：来自发电机组30的交流（AC）功率和来自电能存储设备70的直流（DC）功率。发电机组30包括专用引擎32和三相AC发电机34。引擎32使用旋转驱动构件36向发电机34提供旋转机械功率。在一个配置中，引擎32是直接驱动发电机34的往复式活塞类型，且发电机34是安装到构件36的永磁交流发电机（PMA）类型，构件36为引擎32的驱动轴的形式。在其它形式中，发电机34可通过机械连杆机构机械地耦合到引擎32，该连杆机构提供期望的匝数比、变矩器、传输和/或本领域技术人员将获知的不同形式的旋转联接机构。引擎32的操作通过引擎控制模块（ECM）（未示出）来调节，引擎控制模块又响应于来自系统28的控制和逆变器组件40的控制信号。

引擎32的旋转运行速度和相应地发电机34的旋转速度响应于系统28的电力加载的变化在选定的运行范围内变化。在该范围内，发电机组旋转速度增加，以满足与系统28上增加的电力负载相伴随的较大的功率要求。发电机组30具有对应于低功率输出的该速度范围的下极值处的稳态最低速度以及对应于于高功率输出的该速度范围的上极值处的稳态最高速度。当发电机组30的速度变化时，其三相电力输出根据AC频率和电压变化。

发电机组30电耦合到组件40。组件40包括功率控制电路40a，用于管理使用系统28产生并储存的电功率。电路40a包括三相整流器42、可变电压DC功率母线44、电桥46、充电和升压电路50以及处理器100。组件40耦合到存储设备70以选择性地以某些运行模式给其充电，并经由电路50以其它运行模式从存储设备70提供电能，这将下文中进一步描述。组件40使用电路50来为存储设备、一个或多个电动客车DC负载74提供DC电功率，并使用电桥46来提供经调节的AC电功率。经由AC输出母线80提供AC电负载。当功率经由母线44从发电机组30和/或设备70提供到母线80时，对电桥46进行控制，以进行在下文中结合图4进一步描述的DC到AC逆变器操作。母线80连接到系统28的AC电源转换开关82。经由开关82提供一个或多个客车AC电负载84。系统28也从母线80提供负载分配86，而在其间没有介入开关82。

如图1所示，开关82电耦合到外部AC电源90（岸电）。应认识到，当车辆20在运动中时岸电通常不能使用，可能在一些地方是不可用的；且即使可利用，岸电一般被断路器或保险丝限制。当提供来自源90的功率时，发电机组30通常处于非激活。转换开关82将岸电路由到工作负载84，以及由逆变器负载分配86提供的负载。使用来自源90的外部AC功率的提供，组件40选择性地用作负载84之一，将AC岸电转换成适合于给存储设备70充电的形式。对于该运行模式，控制电桥46来用作如在下文中结合图5进一步描述的AC到DC变换器。

组件40还包括处理器100。处理器100执行定义了各种控制、管理和/或调节功能的操作逻辑。该操作逻辑可以是专用硬件的形式，例如硬线状态机、编程指令和/或本领域技术人员将获知的不同形式。处理器100可被提供为单个组件或操作性耦合组件的集合；并可由数字电路、模拟电路或这两种类型的混合组合组成。当处理器100是多组件形式时，处理器100可具有相对其它组件位于远处的一个或多个组件。处理器100可包括多个处理单元，其配置为在管道处理配置中、在并行处理配置中和/或本领域技术人员将获知的此类不同配置中独立地运行。在一个实施方式中，处理器100是固态集成电路类型的可编程微处理设备，其包括一个或多个处理单元和存储器。处理器100可包括一个或多个信号调节器、调制器、解调器、算术逻辑单元（ALU）、中央处理单元（CPU）、限制器、振荡器、控制时钟、放大器、信号调节器、滤波器、格式转换器、通信端口、钳位电路、延迟设备、存储器设备和/或本领域技术人员将获知的执行期望通信的不同电路或功能组件。在一种形式中，处理器100按需要包括计算机网络接口，以便于在不同系统组件和/或未包括在图示的系统中的组件之间使用控制器局域网（CAN）标准进行通信。

另外参考图2的电路示意图和图3的控制流程图，进一步示出系统28的选定方面；其中相同的附图标记指代前面描述的相同组件。在图3中，用较重的线加重形成的方框对应于硬件实现的功能，而用较轻的线加重形成的方框对应于通过对处理器100进行编程提供的软件实现的功能。组件40包括耦合到三相整流器42的电磁干扰（EMI）滤波器38。在一种形式中，由适用于三相AC到DC转换的标准六二极管配置来实现整流器42。当发电机组30运行时，整流器42接收从发电机组30输出的EMI过滤的三相AC电功率。滤波器38从发电机组的输出中移除可能导致不希望有的干扰的某些时变特征，且整流器42将来自发电机组30的经过滤的三相AC电功率转换成母线44上的相应的DC电压。

至少一个电容器45耦合在DC母线44两端，以减小残余的“纹波”和/或其它时变分量。当功率从母线44提供到母线80时，响应于处理器100的功率控制逻辑104，将母线44上的DC电压通过电桥46转换成AC电压。电桥46是具有4个绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的标准H桥配置，这些绝缘栅双极型晶体管由来自处理器100的脉冲宽度调制（PWM）信号来控制。在其它形式中，电桥46可由一个或多个其它开关类型组成，诸如：场效应晶体管（FET）、栅控晶闸管、可控硅整流器（SCR）等。来自逻辑104的PWM控制信号选择性地且单独地驱动电桥46的栅极/开关。一般地，这些控制信号输入与逆变器栅极相耦合的介入功率驱动电路，且这些控制信号被光隔离器、隔离变压器等隔离。功率控制逻辑104包括比例积分（PI）控制器，用于合成近似的正弦AC波形。感测装置45包括AC电压传感器46a和AC电流传感器46b。功率控制逻辑104接收相应于从电桥46输送到母线80的功率的来自电压传感器46a的AC电压（VAC）和来自电流传感器46b的AC电流（IAC）。将输入到逻辑104的VAC和IAC用作反馈，以使用PI控制器产生输出功率的正弦波形。

图4更加详细地描述了由逻辑104和相应的电路104a定义的DC-AC逆变器控制系统204；其中相同的附图标记指代相似的组件。电桥46由4个IGBT104b（更具体地被表示为U、V、X和Y）组成，每个都具有相应的续流二极管（free-wheeling diode）104c。传感器46a和46b监控电桥46的VAC和IAC。经由控制回路215a，来自传感器46a的VAC输入到应用传递函数H_v(s)的控制算子216a。来自DC母线44的被表示为信号Vdc的DC电压也输入到算子216a。来自算子216a的输出提供到求和算子217a的负输入。求和算子217a的正输入接收被表示为信号Vac的目标AC电压，从目标AC电压减去负输入以提供信号Verr。Verr输入到应用传递函数G_v(s)的控制算子218a，以向求和算子217c的正输入提供输出。经由控制回路215c，来自传感器46b的IAC输入到应用传递函数H_io(s)的控制算子216c。算子216c的输出提供到求和算子217c的负输入以将其从Verr减去。求和算子217c的输出被表示为信号ierr，并将ierr输入到控制算子218b。算子218b应用传递函数G_i(s)以向电桥46的IGBT104b提供电压驱动信号Vdrive。应认识到，可以使用硬件、软件、固件或其组合来实现控制系统204和相应的算子/逻辑。

还可以分别使用来自于传感器46a和46b的VAC和IAC输入以计算用于控制整个系统的共享功能所需的功率特性。系统控制逻辑110从逆变器控制逻辑104接收AC功率输出信息。该信息可用于确定系统功率，并用于与发电机组30和设备70的功率输送容量进行比较，以调节在下文中描述的某些操作。而且，逻辑110使用该AC输出信息来确定是否存在保证在此类操作中的考虑因素的瞬态功率条件。

电感器47a和电容器47b将电桥46的输出进一步过滤和转换为期望的AC功率波形。EMI滤波器48对得到的AC功率波形提供干扰过滤，以在母线80上提供调节的单相AC功率输出。在一个非限制性实例中，在母线80上提供标称120VAC、60赫兹（Hz）输出，到整流器42的发电机组三相输出在150-250伏AC（VAC）的电压范围和200-400赫兹（Hz）的频率范围内变化，且在DC母线44上的可变电压在200伏DC（Vdc）和300伏DC（Vdc）之间。

除了逻辑104以外，处理器100包括发电机组功率请求控制逻辑102，以相对于系统28的操作来调节发电机组30的旋转速度。逻辑102向发电机组30提供输入信号，其表示由发电机组30供电的被请求的目标负载。发电机组30的发电机组调速器103响应于逻辑102来调节引擎旋转速度，引擎旋转速度转而调节发电机34的旋转速度。通过逻辑102进行控制，使得根据一个或多个条件（如瞬态）产生不同的发电机组速度变化率（加速/减速），这一点将在下文中结合图6和7进行更充分的解释。

在一个特定的形式中，将调速器103实现在发电机组30的引擎控制模块（ECM）中，发电机组30通过CAN接口与处理器100通信。可选地或附加地，调速器103的至少一部分可包括在组件40中。速度控制逻辑102响应于包括在处理器100的操作逻辑中的系统控制逻辑110以及引擎速度传感器112所提供的引擎速度反馈信号。可以随着电力加载的变化和/或设备70的充电或升压操作来使用逻辑102进行速度调节，这一点将在下文中进一步进行描述。反过来，逻辑102给充电和功率升压控制逻辑106提供控制输入。

可控DC-DC变换器60电耦合到DC母线44和电能存储设备70。在图2中，以图2所示的电化学电池设备75的形式更具体地示出设备70。使用电流传感器76监控在设备70和变换器60之间的电流，以及在节点78处监控设备70的DC电压。在一个实施方式中，可使用一个以上的电流传感器和/或电流传感器类型（未示出）。例如，在一个配置中，可以用于功率管理目的使用一个传感器（例如霍尔效应传感器类型）来监控设备70的电流，而可以使用另一个传感器（例如分流器类型）来监控各种充电状态。在其它实施方式中，可利用更多或更少的传感器和/或传感器类型。

变换器60在DC母线44和设备70之间提供电功率的双向转换。变换器60用于使用来自DC母线44的功率给设备70充电，并为母线80上的工作功率要求补充（升压）可用于DC母线44的功率。变换器60包括在充电和功率升压控制逻辑106的控制下的DC母线接口电路54和存储接口电路64。母线接口电路54包括充电逆变器54a和功率升压整流器54b。存储接口电路64包括充电整流器64a和功率升压逆变器64b。变压器58耦合在电路54和电路64之间。充电逆变器54a和升压逆变器64b可以是基于IGBT、FET（包括MOSFET类型）、栅控晶闸管、SCR或本领域技术人员将获知的此类其它适当的栅极/开关设备的H桥类型。进一步地，虽然整流器54b和64a每个都被表示为不同于相应的逆变器54a或64b，在其它实施方式中，可提供全波类型的形式的一个或多个整流器54b和64a，其由电耦合在相应的逆变器54a或64b组件的输出两端的保护型“续流”二极管组成。对于该配置的整流器操作，相应的逆变器组件保持不活动而变为不导电。

充电比例积分（PI）控制电路52电耦合到充电逆变器54a，且功率升压PI控制电路电耦合到功率升压逆变器64b。电路52和62每个都接收相应的充电和升压电流参考值106a和106b作为输入。通过充电和功率升压控制逻辑106使用处理器100来计算电流参考值106a和106b。这些参考值被确定为功率要求、可用系统功率和任何瞬态功率条件的存在的函数。总系统功率被提供为电桥46提供到母线80的功率（逆变器功率）、发电机组30的发电容量和设备70的功率输出容量的函数。逆变器功率对应于由VAC电压、IAC电流和从母线80的电力加载产生的相应功率因数所指示的AC电负载“功率要求”。参考由逻辑102要求的发电机组功率/负载来确定发电机组发电容量。当母线80上的功率要求可以由具有剩余容量的发电机组30进行提供时并具有剩余容量时，则可以利用PI控制电路52调节变换器60来使用该剩余容量为来给设备70充电；并且当功率要求超过发电机组30的容量时，则可以利用PI控制电路62调节变换器60来将补充功率从设备70提供到母线80。在下文中结合图6和7进一步描述了系统28的动态“功率共享”操作的不同方面；然而，首先如下描述变换器60的进一步的方面及其操作。

使用系统控制逻辑110来控制变换器60，以启用/禁止充电和升压操作。在逻辑110的控制下，充电操作模式和升压操作模式相互排斥—即，它们不能被同时启用。当启用充电模式时，根据几种不同模式中的一个模式并依赖于其充电级对电化学电池形式的设备70进行充电。这些充电级可以是标准类型，并且可以在硬件、软件或其组合中实现这些充电级。在一种形式中，三级方法包括成批、吸收和浮充电。当充电时，电路52输出PWM控制信号，所述PWM控制信号以标准方式来驱动充电逆变器54a的栅极。典型地，将PWM控制信号输入到与每个栅极输入相耦合的标准功率驱动电路（未示出），并且可以通过光隔离器、隔离变压器等将PWM控制信号与标准功率驱动电路隔离。响应于PWM输入控制信号，逆变器54a将来自DC母线44的DC功率转换到AC形式，其经由变压器58提供到电路64的整流器64a。整流器64a将来自变压器58的AC功率转换成适当的DC形式，以给电池设备75充电。在涉及电池设备75的标称12Vdc输出的一种形式中，变压器58将逆变器54a所输出的AC电压逐步降低到适合于给存储设备70充电的较低电平。对于非电池类型的设备70而言，视情况对“充电模式”中的再充电/能量存储进行相应的修改。

当启用功率升压模式时，升压PI控制电路62向升压逆变器64b提供PWM控制信号，以控制从设备70输送的功率。电路62的输出是PWM控制信号的形式，该信号以变压器升压配置的标准方式驱动升压逆变器64b的栅极。典型地，按需要或要求将这些控制信号输入到具有适当隔离的功率驱动电路（未示出）。当补充由发电机32所提供的功率时，使用电路62来实现电流控制的功率升压技术。响应于（1）升压电流参考值106b和（2）使用电流传感器76检测的存储设备70的电流这两个输入之间的差异，电路62提供比例积分输出调节。在响应中，逆变器64b将来自设备70的DC功率转换成AC形式，其经由变压器58提供到电路54的整流器54b。整流器64b将来自变压器58的AC功率转换成用于DC母线44的适当的DC形式。在涉及设备70的标称12Vdc输出的一种形式中，变压器58逐步升高从逆变器64b输出的AC电压，AC电压被转换回用于母线44的DC功率。

应当认识到，在DC母线44上的DC电压是可变的，而不是调节的。随着发电机组30的速度和/或来自设备70的升压功率或到设备70的充电功率的变化，将AC功率提供到母线80时DC44上的电压变化延伸到较大范围。在一个优选实施方式中，当向母线80上的电力负载提供功率的时候，所述变化范围的下极值至少是该范围的上极值的75%。在更优选的形式中，下极值至少是上极值的66%。在甚至更加优选的形式中，下极值至少是上极值的50%。

电桥46也可双向地进行操作。具体而言地，当提供来自源90的可选岸电时，电桥46可以用于通过将岸电的AC功率波形转换成母线44上的DC功率来给设备70充电。图5示出由控制逻辑104和相应的电路104a所定义的AC到DC变换器控制系统304，其使用岸电通过电桥46实现充电；其中相同的附图标记表示相同的组件。对于系统304，传感器46a和46b分别提供电桥46输入VAC和IAC。将VAC和IAC输入到零交叉检测器电路114，电路114用于确定来自源90的岸电的功率因数。该功率因数用于在岸电转换到母线44上的DC功率期间动态地控制桥46。系统204定义DC母线电压反馈回路115a、AC输出电压反馈回路115b和AC输出电流反馈回路115c。相应地，回路115a、115b和115c分别包括应用传递函数H_v(s)、H_vo(s)和H_io(s)的控制算子116a、116b和116c。

算子116a提供DC电压反馈；算子116b提供AC电压反馈，以及算子116c提供AC电流反馈。算子116a的输出提供到求和算子117a的负输入。求和算子117a的正输入接收被表示为信号Vdcref的DC电压参考值。求和算子117a输出输入的差作为信号Verr，将信号Verr输入到控制算子118a。算子118a应用传递函数G_v(s)并输出信号Vvpi。信号Vvpi提供到乘法器117b。此外，算子116b提供信号Vo作为乘法器117b的输入。Vvpi x Vo的作为结果的乘积提供到求和算子117c的负输入。求和算子117c的正输入接收算子116c的输出。求和算子117c的输出被表示为信号ierr，将信号ierr输入到控制算子118b。算子118b应用传递函数G_i(s)来产生输出Vdrive信号，以使用桥46的IGBT104b来控制从源90输入的AC功率到母线44上的DC功率的转换。应当认识到，可以使用硬件、软件、固件或其组合来实现控制系统304和相应的算子/逻辑。

来自算子116b的电压反馈信号Vo用于同步波形输出。电桥46双向地使用单相H桥输出级，电感器47a充当用于功率因数控制的升压电感器。零交叉电路114参考中性波形来检测正或负波形。IGBT104b的转换根据下列内容执行：（a）IGBT V和IGBT X接入正向正弦波，同时两个续流二极管104c使用在关断状态中的IGBT U和IGBT Y提供升压，以及（b）IGBTU和IGBT Y接入负向正弦波，同时两个续流二极管104c使用在关断状态中的IGBT V和IGBT X提供升压。应当认识到，电压和电流的PI控制器118a和118b可具有不同的类型（例如比例积分微分（PID）类型、比例（P）类型或比例微分（PD）类型，仅仅列举几种可能性）和/或可如本领域技术人员获知的可以利用的正弦输出波形和/或功率因数控制的不同方法。

图6示出了根据处理器100所执行的操作逻辑来执行的系统28的功率管理过程120；其中相同的附图标记表示与前面所述相同组件。此外还参考图1-图5，过程120以条件122开始，条件122测试是否应用了来自外部源90的岸电。如果条件122的测试为真（是），则执行岸电操作124。在操作124中，应用来自于母线80的岸电，以在控制系统304的控制下给装置170充电。如结合图5解释的，来自母线80的AC岸电使用电感器47a和电路46来提供功率因数校正，并通过电耦合在电桥46的每个栅极两端的保护性“续流”二极管被整流。母线44上的因而形成的DC电压被调节到相对恒定的值，使得母线80上的AC岸电的量值保持恒定。将从岸电得到的DC电压提供到变换器60，以给电池76充电。在操作124期间，还将岸电提供到客车AC负载84、通过转换开关82提供到逆变器分配86的负载以及提供到客车DC负载74。

如果条件122的测试为假（否），则过程120以条件126继续。条件126测试是否系统28在无噪声模式中操作。如果条件126的测试为真（是），则执行只有存储器/电池的操作128。当从发电机组30的操作产生的噪声水平不被允许的或是不希望有的情况下以及当岸电不可用或否则不被提供的情况下，一般利用无噪声模式。相应地，在操作128中，发电机组30是不起作用的，且仅从存储设备70提供功率。对于在该无噪声模式中的操作，存储设备70所输送的功率是电压控制的，而不是电流控制的，将大致恒定的电压提供到DC母线44，以便于在组件40的母线80上输送大致恒定的AC电压。在一种形式中，从组件40得到的AC功率仅提供到逆变器分配86的负载，开关82配置成阻止到客车AC负载84的功率分配。DC客车负载74在操作128期间也被提供服务。

操作员输入控制和显示设备115操作性地连接到处理器100，以向系统28提供各种操作员输入并输出状态信息。在一种形式中，设备115包括键盘或其它操作员输入控制，其选择/取消选择“无噪声模式”操作，开启/关闭系统28，规定系统28的预置自动开始/停止时间、一个或多个超控（override）命令，和/或指导系统的其它操作方面。设备115还包括一个或多个输出设备（诸如可视显示器、可听到的警报等），以提供系统28的操作有关的信息、各种预置或其它操作员输入的操作参数等。在一个非限制性的形式中，设备115安装在客车22的车舱内，并经由CAN接口与组件40中的处理器100通信。

如果条件126的测试为假（否），则进行条件130。条件130测试岸电共享模式是否有效。响应于系统28的电力加载的变化，功率共享模式根据系统28的总功率容量和瞬时状态而动态地调节发电机组30的速度和升压/充电操作。应当认识到，总功率含有：（a）使用逆变器电压和电流测量的电桥46输出的ac功率，（b）在存储设备测量的dc功率，以及（c）逆变器组件40固有的功率损耗。损耗计算便于目标发电机组速度和稳态操作的升压速率的确定，这一点结合操作138进一步地进行讨论。

如果条件130的测试为真（是），则执行条件132。条件132测试在功率共享模式中的操作期间是否已经检测到功率水平变化或瞬态。如果条件132的测试为真（是），则执行瞬态处理例程150，这一点将结合图7进一步进行描述。如果条件132的测试为假（否），则功率处于功率共享模式中的稳态。稳态功率输送以两种方式之一出现，视稳态电力负载大小而定。条件134实现了这种可能性。条件134测试电力负载是否低于与可用发电机组30的功率有关的选定阈值（稳态发电机组额定值）。该测试包括增加dc和ac功率水平，解决损耗，并比较总功率与发电机组功率额定值以确定是否可执行设备70的同时充电。如果是这样，条件134的测试为真（是），并执行操作136。

在操作136中，根据需要（充电启用/升压禁止）来支持“发电机组加充电”功率共享模式，其使用用于给设备70充电的额外的发电机组容量。操作136的发电机组加充电功率共享模式一般从瞬态条件到达稳态，将结合例程150对这一点进行进一步描述。将发电机组加充电模式中的总发电机组功率确定为所测量的ac功率输出加上所测量的dc充电功率减去所估计的充电器损耗。在一种形式中，通过参考包含充电器电路的损耗的一个或多个表来将充电器损耗估计为电池电压和充电电流的函数。然后，根据上面的方法所计算的标准化负载来确定目标发电机组速度。将发电机组速度设置成支持dc和ac负载。当发电机组到达额定充电电平时，其速度可减小。当ac功率要求接近发电机组额定值时，充电速率可减小，以便使用发电机组30维持负载支持。

如果条件134的测试为假（否），则导致操作138。在操作138中，发电机组30和设备70都用于在“发电机组加升压”功率共享模式下、在稳态时向电力负载提供功率。根据总ac和dc功率要求减去损耗来计算期望升压速率。该升压速率控制升压电流，以达到发电机组和存储设备之间的期望功率共享。通过确定对系统负载的期望存储功率贡献并参考一个或多个表来计算升压速率，这些表将升压电路的损耗表示为电池电压和电流的函数。

典型地，对于该稳态条件，发电机组30以速度上限操作，在升压启用模式中从设备70提供额外的功率。应当理解，该发电机组加升压功率共享操作一般地也从瞬态条件到达稳态，下文将结合例程150进一步进行描述。在一种形式中，将负载计算归一化到百分比系统额定值、百分比升压容量和百分比发电机组负载，以便于对不同的发电机组和升压规模的系统定标。作为非限制性的实例，几个代表性的实现包括7.5kW发电机组和2.5kW升压，总共10kW，5.5kW发电机组和2.5kW升压，总共8kW，12kW发电机组和3kW升压，总共15kW，以及12kW发电机组和6kW升压，总共18kW。在其它实施方式中通常可以利用不同的配置。

图7示出了流程图形式的瞬态处理例程150。当条件132为真（是）时，由过程120执行例程150，这相应于检测瞬态。如在过程120和例程150中描述的，“瞬态”操作指系统28所输送的电功率的变化，其一般由电力负载的变化引起。相反，“稳态”操作指大致恒定的负载电平和系统28所输送的电功率的相应的恒定电平。为了清楚的目的，在所描绘的序列中，过程120和例程150在分立的逻辑层次处区分这些操作模式；然而，应当认识到，可用各种不同的方法来实现实施，这些方法可以涉及具有以不同顺序和/或并行执行的各种操作的类似和/或分立的技术，以响应于电力负载条件提供稳态和瞬态操作之间的动态切换。

例程150根据与多个阈值有关的输出功率的一个或多个特性中的变化来区分不同类型的功率瞬态。进一步地，如图7的流程图中所示的，仅仅示出了对应于增加的功率水平的瞬态（“正”瞬态）；然而，应当认识到，可以使用互补的方式或不同的方式来处理对应于降低的功率水平的瞬态（“负”瞬态）。总起来说，通过例程150来区分正瞬态的4种类别：表示逐渐变小的功率偏移/电平的类型I、类型II、类型III和类型IV。也描述了选定的负瞬态操作。

例程150以条件152开始，条件152测试类型I瞬态是否已经出现。类型I瞬态是瞬态功率增加的最极端的类型，其一般对应于大电抗性负载的增加，诸如：由同时启动的多个空调88的电机的感应电流所呈现的负载，或当应用超过发电机组的额定值的电阻性负载的情况。为了检测这种类型的负载，对电流的变化进行监控。在输出电流中非常大的变化指示类型I瞬态。如果条件152的测试为真（是），执行操作154，其通过在设备70的最大可用功率输出电平时立即禁止充电模式（如果可应用）并启用功率升压模式来调节到较高的功率水平。同时，发电机组30以其最大可用加速度来提高速度，以处理瞬态。应当认识到，即使以最大加速度，发电机组30到达其最大发电容量也比存储设备70慢得多。假定目标稳态功率水平小于设备70和发电机组30一起的稳态功率容量（系统功率容量），则来自设备70的功率水平随着发电机组速度的增加而降低，以维持所需的功率水平。继续进行来自设备70/发电机组30的功率的这种互补的降低/增加直到达到发电机组30的最大功率容量位置。对于这种类型的瞬态，稳态功率水平一般保持大于单独的发电机组30的容量，所以还提供了来自存储设备70的补充功率。在通过操作154完成了对瞬态类型I的处理之后，例程150返回到过程120。没有任何其它瞬态的情况下，当稳态功率水平大于发电机组功率容量时，接着是在操作138下的稳态功率共享模式；然而，假定不需要升压功率（稳态功率小于发电机组30的功率容量），则导致操作136下的功率共享模式。

如果条件152的测试为假（否），则执行条件156。条件156测试类型II瞬态。类型II瞬态取决于与电流充电和升压速率有关的瞬态规模。在一种形式中，如果其规模超过连续升压额定值和电流充电电平的总和，则产生类型II瞬态。可以使用功率因数变量来进一步地限定类型II瞬态。例如，在一个实施方式中，如果功率因数低于选定阈值，则将瞬态分类为类型III瞬态，而不是类型II瞬态。在下文中结合操作166进一步讨论类型III瞬态。

如果条件156的测试为真（是），则例程150继续进行到条件158，以确定类型II瞬态是否是与电抗性相对的电阻性。为了在条件152中识别类型I瞬态的大电抗性负载，在AC波形周期的仅仅一部分上检查某些极端条件下的电流，以促进充电模式禁止和升压模式启用（除非升压模式已经是有效的）。相反地，条件158根据对应于不太极端的瞬态标准的AC波形的相对较长的部分来评估实际功率因数。典型地，根据条件158测试来评估两个AC周期。如果条件158的测试为真（是），则标明电阻性负载类型并执行操作160。在操作160中，来自设备70的所需升压功率和发电机组30的最大加速度用于快速地满足瞬态负载要求。对于类型II瞬态，稳态功率水平保持高于单独的发电机组30的容量，所以通常使用存储设备70对其进行补充。在操作160进行的瞬态类型II处理完成之后，例程150返回到过程120。没有任何其它瞬态的情况下，在操作138中产生稳态功率共享模式（稳态功率≥发电机组功率容量）；然而，假定在稳态时不需要升压功率（稳态功率<发电机组功率容量），则在稳态时的功率共享模式在操作136中继续。如果条件158的测试为假（否），则执行操作162，其在下面被更详细地描述。

如果条件156的测试为假（否），则条件164测试类型III瞬态是否已经发生。如果条件164的测试为真（是），则执行操作162。在操作162中，应用来自装置170的升压功率并增加发电机组速度，以满足受速度变化率限制影响的目标功率水平，将在下文中进行进一步描述。对于一个实施方式，升压电路配置成在相对短的持续时间的瞬态期间提供其连续额定值的两倍。该持续时间通常对应于支持类型I和类型II瞬态并帮助引擎32在大电阻性负载期间更快地进行加速所需的升压量，所述类型I和类型II瞬态由受到初始突入电流影响的电抗性负载所引发。对于电抗性负载，例如单个空调88，持续时间长到足以支持低功率因数负载（如空调压缩机电机）的初始进入，并允许较慢地提高发电机速度。在启动之后因而产生的负载可以小于发电机组额定值，这允许缓慢地提高到发电机组最终速度，导致发电机组加充电的最终稳态模式。

如果瞬态是电阻性的，或者具有足够的规模，使得在缓慢提高期间不能维持两倍的额定升压电平，则需要发电机组的快速加速。如果大负载是电阻性的，则最终模式是发电机组加升压，并且升压速率将仍然从其较高的瞬态电平降低到其最大连续额定电平。多个空调一般引起此类足够大的负载，使得引起立即加速，如结合操作154的类型I瞬态所描述那样。

类型III瞬态对应于可以通过将所需升压功率与发电机组30已经可用的功率输出相加和来处理的功率要求。当发电机组30的速度提高时，由设备70提供的功率水平降低，以维持给定的功率水平。例程150从操作162返回到过程120。如果稳态功率水平大于或等于发电机组30的功率容量，则发电机组30以最大容量/速度运行，并被来自存储设备70的补充功率补充，导致操作138的稳态功率共享模式。相反，如果稳态功率水平小于发电机组功率容量，则升压功率到达零，并在发电机组30达到对应于稳态功率水平的速度时被禁用。在这种情况下，充电模式被启用，从而导致操作136的稳态功率共享模式。

如果条件164为假（否），则采取默认的类型IV瞬态。类型IV瞬态对应于功率变化和小于发电机组30的发电容量的目标瞬态后稳态电平。相应地，执行操作166。在操作166中，在充电模式中设备70充电电平降低，且发电机组速度提高。当功率负荷的发电机组份额随着发电机组的速度增加时，充电水平可增加，直到电力负载和充电的功率共同地达到发电机组30的发电容量为止，则达到最大期望充电电平，或者产生发电机组30的期望功率输出。

在操作162和操作166中的发电机组速度的增加受到选定的加速度限制，所述加速度分别小于响应于类型I和类型II瞬态的操作154和160中发电机组30的加速度。在某些情况下，与发电机组的操作相关的振动和/或噪声可以扰乱具有正常感觉和认知能力的用户—特别是在停置的车辆中。在一些情况下，可以通过使用隔声、机械隔离器等减小该干扰。即使是这样，发电机组操作在某些条件下仍然会出现干扰。已经发现，与较慢的速度变化相比，发电机组速度的突然变化一般更明显。对于操作162和166的类型III和IV瞬态，将发电机组30的旋转速度限制为选定的变化率，以减少人类对发电机组运行的感知，速度的更快速的增加会产生人类对发电机组运行的感知。已经发现，对于一般电动客车和船舶应用，负载瞬态主要是类型III或类型IV瞬态。因此，用于此类应用的例程150的方法在正常使用期间显著地减少了突然的速度变化。

操作162和166中的加速度限制通常实质上低于发电机组30可用的最大加速度。在一个优选形式中，选定的速度变化率限制小于或等于每秒每分钟100转（rpm）（100rpm/s）。在较优选的形式中，选定的速度变化率限制小于或等于50rpm/s。在更优选的形式中，该限制小于或等于20rpm/s。在最优选的形式中，该限制大约为10rpm/s。在用于类型III或IV瞬态的充电电平和发电机组速度稳定之后，例程150返回到过程120。在没有进一步的介入瞬态时，取决于相对于发电机组30的发电容量的稳态功率水平，稳态功率共享模式导致操作136和/或操作138。

响应于在功率共享模式中较低的目标功率水平的负瞬态，特定的例程通常依赖于在负瞬态之前提供功率的方式。对于由来自设备70的最大升压功率和发电机组30的最大功率输出所提供的初始稳态电平，通过相应地降低来自设备70的升压功率输出将数值减少到大于或等于发电机组30的发电容量的值。对于从操作138中的稳态功率水平到操作136中的稳态功率水平的负瞬态，来自升压模式的功率降低到零，其后启用充电模式，且发电机组速度降低的变化率限制小于最大可用减速度，类似于和操作162和166有关的发电机组30的受限加速度。因此，延缓升压功率水平的降低，以维持给定的功率水平。一旦启用充电，则通常将发电机组30的减速停止在维持到负载的稳态功率并在期望电平处执行充电电平所需的速度。为了从稳态功率加充电模式降低负载瞬态，响应于负载减小，来增加充电和/或降低发电机组速度，该速度降低的速率的选定限度小于可用的最大减速度。在升压有效时的负瞬态期间，通过进行到较低的升压速率的逐步变化或禁止升压可降低升压速率。如果升压被禁止，充电一般增加到可用容量所允许的期望充电速率。作为结果，由于期望充电电平，发电机组30在稳态可以以比维持因而形成的负载所需的更快的速度运行。在负瞬态期间，引擎速度通常陡升以减小对速度变化的感知，但是，如果负瞬态大到使得它预示将在DC母线44上产生不可接受的高电压，则可以以其最大速率降低该速度。在一个实施方式中，该阈值DC电压大约为300伏。

对于类型I-III瞬态而言，一般序列最初以发电机组加充电模式开始，禁止充电模式，启用具有期望升压电平的升压模式，使发电机组斜升到支持最终目标AC负载加期望充电负载所需的速度，降低升压同时增加发电机组速度直到升压达到零，接着重新启用充电模式，当发电机组继续斜升时使充电电平斜升，直到总系统负载（ac+dc）由发电机组来支持。在总系统负载超过发电机组容量的情况下，充电接着减少，或替代地，升压用于支持ac负载。

在一个实施方式中，如果在类型III或IV瞬态所产生的发电机组速度的逐渐加速期间出现额外的瞬态事件，则系统继续更新总系统负载并更新升压和目标发电机组速度。如果额外的瞬态事件出现，则瞬态可被重新分类为类型II或I瞬态，且系统将依照正确的分类来处理。应注意，在一般电动客车或船舶应用中，负载瞬态一般主要导致类型III或类型IV瞬态。

当ac功率变得低于发电机组额定容量时通常在负瞬态上启用充电，且充电速率斜升以匹配发电机组的减速度，直到发电机组速度与总系统负载（ac+dc）匹配。此外，如果负瞬态明显大到足以使DC母线44上的电压超过上阈值，则发电机组速度可以其最大速率降低。该限制减小了DC母线44超过期望上电平（例如在一个非限制性的例子中为300伏）的时期（如果存在）。

返回到过程120，操作124、128、136和138继续进行到条件140。条件140测试是否继续过程120的操作。如果条件140为真（是），则过程120返回到条件122以再次执行剩余的逻辑。如果条件140为假（否），则过程120停止。应当认识到，过程120和例程150每个都是各种从属和独立功能的象征性逻辑表示，这些功能可用很多不同的方法来实施和/或实现。例如，虽然以有序的连续方式来示出这些功能，但是可以对多个条件和操作进行重新排序、合并、分离、并行操作和/或以本领域技术人员将获知的不同方式配置。这样的可选方案包括类似和/或分立的实现。应当认识到，在其它实施例中，可以使用不同的标准来检测瞬态和/或可以提供不同的瞬态响应。在另一个实施例中，发电机组30的有限的加速度和/或减速度根本不被使用，或者通过操作员输入控制和显示器115提供的操作员命令被移除。可选地或附加地，可以识别/检测更多或更少的瞬态类型和/或由不同的标准来定义各种瞬态类型中的一个或多个。在某些操作模式中，可以减少或消除充电以在稳态降低发电机组速度。可选地或附加地，可以使用升压功率来代替在存储设备70的升压功率容量下较低稳态功率水平处的发电机组30。该操作可能受制于存储设备70的被监控的备用功率水平。升压功率也可用于减小否则可由发电机组30提供的功率，以将发电机组30维持在较低的速度。

预想了本申请的很多其它实施例。例如，一个或多个燃料电池设备、基于电容的存储设备和/或不同形式的可再充电电能存储装置可用作存储设备70的电化学电池或电池组的可选或附加形式。而且，一个或多个燃料电池（包括但不限于氢/氧反应物类型）可用于提供来自发电机组30和/或能量存储设备70的一些或全部功率。引擎32可为汽油、柴油、气体或混合供燃料的；或以本领域技术人员将获知的不同方式被供以燃料。此外，应当认识到，引擎32可不同于往复式活塞、断续燃烧类型，和/或可使用客车引擎26来代替引擎32给发电机34提供机械功率或补充引擎32所提供的机械功率。在又一实施例中，车辆运送系统28是船舶。在该实施例的一个变形中，在有或没有引擎32的情况下，发电机34的旋转机械功率从推进轴（例如传动轴）提供。可选地或附加地，发电机34可按需要具有不同的类型，包括但不限于线绕磁场交流发电机等，其适合于适应不同发电机类型的电路/控制。

另一实施例包括一个以上的整流器/DC母线/逆变器电路，以将来自变速发电机的电力转换到固定频率电力输出。在一个实施方式中，发电机构造有两个隔离的三相输出，每个向不同的逆变器电路提供电力，但相同的引擎用作原动机。当以这种方式使用多个整流器/DC母线/逆变器电路时，它们的一些或全部可以包括通过相应的DC母线进行操作的充电/升压电路。

其它实施例包括：转换来自DC母线的DC电功率以向一个或多个电力负载提供AC电；将来自变速发电机的AC功率输出整流以向DC母线提供可变数量的电功率；测量提供到一个或多个电力负载的AC电功率；确定随着AC电功率和发电机的容量之间的差异的变化而变化的功率控制参考值，以向DC母线提供功率；以及响应于功率控制参考值的变化而调节从电能存储设备到DC母线的DC电功率输出。

另一个实施例包括：转换来自DC母线的DC电功率以向一个或多个电力负载提供AC电；将来自变速发电机的AC功率整流以向DC母线提供第一可变数量的电功率；检测施加到一个或多个电力负载的电压和电流；将功率控制参考值确定为电压和电流的函数；以及响应于功率控制参考值而调节来自电能存储设备的DC功率，以向DC母线提供第二可变数量的电功率。

再一个实施例涉及一种系统，其包括：向一个或多个电力负载提供AC电功率的逆变器；电耦合到逆变器以向逆变器提供DC电功率的可变电压DC母线；向可变电压DC母线提供DC电功率的第一部分的电耦合到可变电压DC母线的可控变换器和电耦合到可控变换器的电能存储装置；提供可变AC功率输出的变速发电机；电耦合在变速发电机和可变电压DC母线之间以提供从AC功率输出整流的DC电功率的第二部分的整流器；以及检测从可变电压DC母线提供到一个或多个电力负载的电压和电流的感测装置。还包括耦合到可控变换器和感测装置的控制电路。控制电路响应于电压和电流来产生表示提供到一个或多个电力负载的AC电功率的变化的功率控制信号，且可控变换器响应于功率控制信号来改变从可控变换器提供到可变电压DC母线的DC电功率的第一部分。

在另一个实施例中，一种装置包括：变速发电机；电能存储设备；耦合到变速发电机和电能存储设备的DC母线；用于转换来自DC母线的DC电功率以向一个或多个电力负载提供AC电的模块；用于将来自变速发电机的AC功率输出进行整流以向DC母线提供可变数量的电功率的模块；用于测量提供到一个或多个电力负载的AC电功率的模块；用于确定随着AC电功率和发电机的容量之间的差异而变化的功率控制参考值以向DC母线提供功率的模块；以及，响应于功率控制参考值的变化而调节从电能存储设备到DC母线的DC电功率输出的模块。

另一个实施例包括具有发电系统的车辆。该系统包括：用于转换来自DC母线的DC电功率以向一个或多个电力负载提供AC电的模块；用于将来自变速发电机的AC功率进行整流以向DC母线提供第一可变数量的电功率的模块；用于检测施加到一个或多个电力负载的电压和电流的模块；用于将功率控制参考值确定为电压和电流的函数模块；以及，用于响应于该参考值而调节来自电能存储设备的DC功率以向DC母线提供第二可变数量的电功率的模块。

另一个实施例包括：驱动具有引擎的变速发电机，该发电机以第一旋转速度运行以在初始电平处向一个或多个电力负载提供电功率；响应于电力负载增加，通过增加从电能存储设备提供的电能来增加提供到一个或多个电力负载的电功率；当将电功率维持在比初始电平高的电平处时，减少从存储设备提供到一个或多个电力负载的电能，并将发电机的运行速度从第一旋转速度提高到高于第一旋转速度的第二旋转速度；以及，在运行速度的提高期间，将运行速度的变化率限制到选择为减少速度变化的人类感知的速度变化率。

本申请的又一个实施例涉及安装在车辆中的发电系统。该系统包括由引擎驱动的变速发电机和电能存储设备。还包括：用于以第一旋转速度运行发电机以在初始电平处向一个或多个电力负载提供电功率的模块；用于通过增加来自于电能存储设备提供的电能来增加提供到一个或多个电力负载的电功率的模块；用于当将电功率维持在比初始电平高的电平处时减少从存储设备提供到一个或多个电力负载的电能并将发电机的运行速度从第一旋转速度提高到高于第一旋转速度的第二旋转速度的模块；以及，用于将运行速度的变化率限制到小于运行速度提高时可由系统执行的另一速度变化率的速度变化率。

又一个实施例包括：从电能存储设备和以第一旋转速度运行的变速发电机向一个或多个电力负载提供电功率；降低从存储设备提供到一个或多个电力负载的电功率的数量，同时将发电机的运行速度从第一旋转速度提高到大于第一旋转速度的第二旋转速度；将发电机的运行速度的提高限制到小于或等于第一变化率；以及，响应于功率瞬态而以大于第一变化率的第二变化率加快发电机的运行速度。

又一个实施例涉及一种系统，其包括：引擎，机械地耦合到引擎的变速发电机，电能存储设备，电耦合到发电机和电能存储设备的功率控制电路，以及处理器。引擎构造成驱动发电机以提供可变AC功率。处理器操作性地耦合到功率控制电路并执行操作逻辑来向功率控制电路提供控制信号，以便：以第一旋转速度运行发电机来在第一电平处提供AC电，响应于电力负载变化而增加从电能存储设备提供的DC功率以将AC电增加到第二电平，响应于负载变化而将发电机的运行速度从第一旋转速度增加到大于第一旋转速度的第二旋转速度，当发电机的运行速度增加时降低来自电能存储设备的DC功率，以及，将发电机的运行速度的变化率限制到小于发电机的第二速度变化率的第一速度变化率。

本申请的再一个实施例包括一种装置，其包括：具有发电系统的车辆，该发电系统包括由功率控制电路耦合在一起的引擎、变速发电机和电能存储设备。该功率控制电路还包括：用于从电能存储设备和以第一旋转速度运行的变速发电机向一个或多个电力负载提供电功率的模块；用于在系统的第一操作模式期间降低从存储设备提供到一个或多个电力负载的电功率的数量同时将发电机的运行速度从第一旋转速度增加到大于第一旋转速度的第二旋转速度的装置；用于在系统的第一操作模式期间将运行速度限制到小于或等于第一变化率的变化率的模块；以及用于在系统的第二操作模式期间以大于第一变化率的第二变化率将发电机的旋转速度加速到第三旋转速度的模块。

另一个实施例包括：使用引擎驱动变速发电机以向一个或多个电力负载提供电功率的第一部分；从电能存储设备向一个或多个电力负载提供电功率的第二部分；通过电能存储设备监控电流；以及，当提供电功率的第二部分时，根据电流来控制来自电能存储设备的电功率输出。在一种形式中，实施例还包括：测量提供到一个或多个电力负载的电功率，将电流控制参考值确定为电功率和发电机容量的函数，以及，根据电流和电流控制参考值之间的差异执行电功率输出的控制。

另一个实施例包括：对耦合到可变电压DC母线的变速发电机和电能存储设备进行操作；从DC母线向一个或多个电力负载提供电功率；确定电能存储设备和DC母线之间的电流；以及，将从电能存储设备提供到DC母线的电功率调节为电流的函数。在一种形式中，该实施例还包括：在功率调节期间，允许DC母线上的电压在从非零最小值延伸到非零最大值的范围内变化，非零最小值是非零最大值的75%或更少。可选地或附加地，实施例还可以包括：将发电机、引擎和存储设备安装在电动客车中；用电动客车承载一个或多个电力负载；以及将一个或多个电力负载电耦合到逆变器，该逆变器耦合到DC母线。

另一个实施例涉及一种系统，其包括：引擎，机械地耦合到引擎的变速发电机，选择性地提供可变DC功率的电能存储设备，耦合到发电机和存储设备的可变电压DC母线，耦合到DC母线以提供AC功率输出的逆变器，通过能量存储设备监控电流以提供相应的检测器信号的检测器，以及，耦合到DC母线以将来自电能存储设备的功率输出调节为检测器信号和电流控制参考值的函数的控制电路。在一种形式中，引擎驱动发电机来提供被整流以提供到DC母线的可变AC功率输出。

再一个实施例涉及一种装置，其包括：变速发电机以及用于使用引擎来驱动发电机以向一个或多个电力负载提供电功率的第一部分的模块，用于从电能存储设备向一个或多个电力负载提供电功率的第二部分的模块，用于通过存储设备监控电流的模块，以及，用于当向一个或多个电力负载提供电功率的第二部分时根据使用监控模块确定的电流来控制来自存储设备的电功率输出的模块。

一个不同的实施例涉及一种装置，其包括：耦合到可变电压DC母线的可变发电机和电能存储设备。还包括：用于从DC母线向一个或多个电力负载提供电功率的模块；用于确定存储设备和DC母线之间的电流的模块；以及，用于将从存储设备提供到DC母线的电功率调节为电流的函数的模块。

本文所陈述的任何理论、操作机制、论证或发现意指进一步增强对本发明的理解，且不旨在使本发明以任何方式依赖于这些理论、操作机制、论证或发现。应当理解，虽然在上面的描述中对词语“优选的”、“优选地”或“优选”的使用指示所描述的特征可能是期望的，但是它可以不是必需的，且将缺少这些特征的实施例设想在本发明的范围内，该范围由所附的权利要求限定。在阅读权利要求中，除非在权利要求中特别地指出相反的情况，当使用诸如“一”、“一个”、“至少一个”、“至少一部分”的词语时，并不旨在将权利要求仅限制到一个项目。此外，除非特别地指出相反的情况，当使用语言“至少一部分”和/或“一部分”时，项目可包括一部分和/或整个项目。虽然在附图和前述说明中详细示出和描述了本发明，相称地，将附图和前述说明作为例证性而不是限制性的，应当理解，仅示出和描述了选定的实施例，而且在本文或由任何一项所附权利要求所限定的本发明精神内进行的所有变化、更改和等价物都要求保护。

Claims (22)

1.一种发电方法，包括：

使用引擎来驱动变速发电机，所述发电机以第一旋转速度运行，从而以初始电平向一个或多个电力负载提供电功率；

响应于电力负载增加，通过增加从电能存储设备提供的电能来增加提供给所述一个或多个电力负载的所述电功率；

在将所述电功率维持在比所述初始电平高的电平时，减少从所述存储设备提供给所述一个或多个电力负载的所述电能，并将所述发电机的运行速度从所述第一旋转速度增加到大于所述第一旋转速度的第二旋转速度；以及

在所述运行速度的增加期间，将所述运行速度的变化率限制到选择为降低人类对速度变化的感知的速度变化率。

2.如权利要求1所述的方法，其包括根据速度变化率限制来降低所述发电机的旋转运行速度，所述速度变化率限制小于所述引擎的最大可用速度变化率。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述速度变化率小于所述发电机的较高速度变化率，并且所述方法包括：

检测功率瞬态；以及

响应于所述功率瞬态而以所述较高速度变化率使所述发电机加速。

4.如权利要求1所述的方法，其包括：

将所述发电机、所述引擎和所述存储设备安装在车辆中；

利用所述车辆来承载所述一个或多个电力负载；以及

将所述一个或多个电力负载电耦合到逆变器，所述逆变器耦合到DC母线，所述DC母线耦合到安装在所述车辆中的所述发电机和所述存储设备。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述一个或多个电力负载包括至少一个空调以在所述车辆内提供冷却。

6.如权利要求1所述的方法，其包括：

对提供给所述一个或多个电力负载的AC电功率的数量进行确定；以及

响应于AC功率的所述数量而调节由所述存储设备提供的DC功率水平。

7.如权利要求1所述的方法，其包括：

同时提供来自所述发电机的AC电功率输出和从所述存储设备到可变电压DC母线的DC电功率输出；

对来自所述DC母线的DC功率进行逆变，以向所述一个或多个电力负载提供AC功率；以及

在所述提供和所述逆变期间，允许所述DC母线上的电压在从非零最小值到非零最大值之间的范围内变化，所述非零最小值是所述非零最大值的75%或更小。

8.一种发电方法，包括：

从电能存储设备和以第一旋转速度运行的变速发电机向一个或多个电力负载提供电功率，所述变速发电机由引擎驱动；

降低从所述存储设备提供给所述一个或多个电力负载的所述电功率的数量，同时将所述发电机的运行速度从所述第一旋转速度增加到大于所述第一旋转速度的第二旋转速度；以及

将所述发电机的所述运行速度的增加限制到小于或等于第一变化率；以及

响应于功率瞬态，以大于所述第一变化率的第二变化率对所述发电机的所述运行速度进行加速。

9.如权利要求8所述的方法，其包括：利用车辆来承载所述发电机、所述电能存储设备、所述引擎和所述一个或多个电力负载，所述车辆包括用于推动所述车辆的另一引擎。

10.如权利要求8所述的方法，其中，

所述存储设备包括一个或多个电化学电池，且所述方法包括使用来自所述发电机的电力给所述一个或多个电化学电池充电。

11.如权利要求8所述的方法，其中，

所述一个或多个电力负载包括一个或多个空调，且所述功率瞬态是通过启动所述一个或多个空调引起的。

12.如权利要求8所述的方法，其包括：

对提供给所述一个或多个负载的AC电功率的数量进行确定；

产生功率控制参考值作为AC电功率的所述数量和所述发电机的功率容量的函数；以及

响应于所述功率控制参考值而调节所述存储设备提供的DC功率水平。

13.如权利要求8所述的方法，其包括：

同时提供来自所述发电机的AC电功率输出和从所述存储设备到可变电压DC母线的DC电功率输出；

对来自所述DC母线的DC功率进行逆变，以向所述一个或多个负载提供AC功率；以及

在所述提供和所述逆变期间，允许所述DC母线上的电压在从非零最小值到非零最大值之间的范围内变化，所述非零最小值是所述非零最大值的75%或更小。

14.如权利要求8所述的方法，其中所述功率瞬态是通过启动包括在所述一个或多个负载中的一个或多个空调引起的。

15.如权利要求8所述的方法，其包括：

将所述发电机安装在包括所述一个或多个负载的建筑物中；以及

使用所述发电机向所述建筑物提供备用功率。

16.一种发电系统，包括：

引擎；

变速发电机，其机械地耦合到所述引擎，所述引擎被构造为驱动所述发电机来提供可变AC功率；

电能存储设备，其选择性地提供可变DC功率；

功率控制电路，其电耦合到所述发电机和所述电能存储设备以提供调节的AC电；以及

处理器，其操作性地耦合到所述功率控制电路，所述处理器执行操作逻辑来向所述功率控制电路提供控制信号，以便：

使所述发电机以第一旋转速度运行，从而以第一电平提供所述AC电，

响应于电力负载变化而增加从所述电能存储设备提供的所述DC功率以将所述AC电增加到第二电平，

响应于所述负载变化而将所述发电机的运行速度从所述第一旋转速度增加到大于所述第一旋转速度的第二旋转速度，

当所述发电机的所述运行速度增加时，降低来自所述电能存储设备的所述DC功率，以及

将所述发电机的所述运行速度的变化率限制到第一速度变化率，所述第一速度变化率小于所述发电机的第二速度变化率。

17.如权利要求16所述的系统，还包括车辆，其中，将所述引擎、所述发电机、所述存储设备、所述功率控制电路和所述处理器安装在所述车辆中以提供发电系统、和用于通过改变所述引擎的速度来控制所述发电机的所述运行速度的模块。

18.如权利要求17所述的系统，还包括安装在所述车辆中的多个空调，所述发电系统电耦合到一个或多个所述空调，以向其提供调节的AC电，所述操作逻辑响应于通过启动所述多个空调引起的功率瞬态，向所述功率控制电路提供至少一个另外的控制信号来以所述第二速度变化率使所述发电机加速。

19.如权利要求16所述的系统，其中，

所述功率控制电路包括电耦合到所述发电机和所述存储设备的可变电压DC母线。

20.如权利要求19所述的系统，其中，所述功率控制电路包括：

整流器，其电连接在所述发电机和所述DC母线之间；

逆变器，其电连接到所述DC母线以将所述DC母线上的可变电压功率转换成AC形式；以及

DC-DC变换器，其电连接在所述存储设备和所述DC母线之间。

21.如权利要求16所述的系统，其中，

所述功率控制电路包括用于选择性地启动和禁止使用所述发电机对所述存储设备充电的模块。

22.一种发电装置，包括：包含发电系统的车辆，所述系统包括由功率控制电路耦合在一起的引擎、变速发电机和电能存储设备，所述功率控制电路还包括：

用于从所述电能存储设备和以第一旋转速度运行的所述变速发电机向一个或多个电力负载提供电功率的模块；

用于在所述系统的第一运行模式期间，在将所述发电机的运行速度从所述第一旋转速度增加到大于所述第一旋转速度的第二旋转速度的同时降低从所述存储设备提供给所述一个或多个电力负载的电功率的数量的模块；

用于在所述第一运行模式期间将所述运行速度的变化率限制到小于或等于第一变化率的模块；以及

用于响应于功率瞬态而在所述系统的第二运行模式期间以大于所述第一变化率的第二变化率将所述发电机的所述旋转速度加速到第三旋转速度的模块。

Images