CN101911426A - 本地电力传输网络的负载分配系统的故障情况处理结构 - Google Patents

Abstract

用于本地电力传输网络的故障情况的处理结构，该结构包括与发电机关联的组件，该与发电机关联的组件被设置为执行以下操作：监控数据通信总线的故障情况和电力传输网络的开关的状态；和比较关于同一开关的状态数据。在故障情况下，只有当不存在继续对发电机进行正常调整的其它可能性时才将发电机转换成下垂控制。

Description

本地电力传输网络的负载分配系统的故障情况处理结构

技术领域

本发明涉及发电设备和负载能够连接到的本地电力传输网络，并且涉及该网络的负载分配结构。本发明特别涉及发电站和船舶中的电力传输网络。

背景技术

船舶和发电站的电力传输网络相对较小。发电机与电力传输网络相连以提供船舶所需要的电力。各个发电机均由动力源(如柴油发动机)驱动。发电机在电网中以同一速度运转以在电网的所有位置具有相同的频率。无法经济地存储电力，因此发电量必须与网络的电力消耗相对应。因此，在电力传输网络中必须存在某种结构以在多个发电机之间分配负载。

已知的方法是利用下垂调整(droop adjustment)(即，偏差调整)。各个发电机的发电线路是网络的频率的函数。当负载大时，网络的频率趋于增大，而当负载小时，频率趋于增大。因此，不利之处在于，系统的稳定状态的频率取决于系统的负载。

另一种方法是使用所谓的同步负载分配。在这种方法中，使用系统的平均负载来建立发电机的用于分配负载的设定值。同步调整的原理与偏差调整类似，但是同步调整并不非常依赖于网络的负载。在同步负载分配中，使网络的发电机良好地运转，使得它们不管网络的负载如何都产生相同的频率。

在发电机中使用数字数据通信总线来取代旧有的用于负载分配的模拟总线已经越来越普遍。数字总线的优点在于它们的准确性、可靠性和鲁棒性。但是，难以利用数字解决方案来模仿模拟电力传输网络。当前，数字数据总线解决方案是主流的解决方案。通常将CAN总线用作数据通信总线。通常使用同步负载分配。网络的各个发电机更新其进程值，该进程值存在于发电机的发电机关联部分中的数据向量中。该数据向量被广播给网络的其它发电机。向量的更新部分包括与发电机关联的信号和同步负载分配所需要的参数数据。如果网络中的一个或更多个发电机不能发送更新后的数据，则负载分配结构不能执行负载分配。

电力传输网络包括可以根据需要自动地或手动地改变状态的开关。如果开关被错误地断开或闭合，则发电机有可能发送不正确的同步负载分配数据。

发明内容

本发明的一个目的在于减少上述缺点。如在主权利要求中描述的那样实现此目的。从属权利要求描述了本发明的各种实施方式。

提出了一种本地电力传输网络的负载分配系统的故障情况处理结构，该结构包括被设计成安装到所述电力传输网络的各个发电机中的故障情况处理组件18，该网络的各个发电机都可以经由设置有开关2、3的两条分立的连接路径连接到其它发电机。所述电力传输网络呈线形或环形，并且所述发电机具有连续的标识符。所述发电机通过数据通信总线彼此连接。所述故障情况处理组件被设置为执行以下操作：监控所述数据通信网络/总线的故障情况和所述电力传输网络的所述开关的状态；比较关于同一开关的状态数据；如果在所述比较中开关的状态数据不对应，并且当在所述数据通信总线中不存在故障情况时，或者如果发生与网络中的相邻发电机有关或与首发电机和尾发电机有关的数据通信故障，转换成下垂控制；当不存在与网络中的相邻发电机相关或者与首发电机和尾发电机相关的数据通信故障且在所述比较中开关的状态数据不对应时，则以相邻发电机的关于所述开关的状态数据来替代该同一开关的状态数据。该结构的用途在于，只有在不具有继续正常地调整发电机的其它可能性的情况下才使发电机转换到下垂控制中。

附图说明

下面，通过参照附图更具体地说明本发明。在附图中：

图1例示了根据本发明的发电机的电力传输网络连接的例子，

图2和图3例示了可能的网络拓扑，

图4例示了网络的概图，

图5是在通信总线中发送的数据通信向量的示例，

图6是本发明的结构的示例，

图7是数据总线故障期间本发明的结构的示例，

图8是本发明的方法的示例。

具体实施方式

图1至图3例示了本发明被设计安装到的本地电力传输网络的结构和网络。

图1例示了发电机1以及其与电力传输网络4的连接的例子。可以看到，发电机通过两个开关2、3连接到电力传输网络。由于电流在至少一个开关闭合时可以流经开关之间的部分，因此可以将该部分理解为电力传输网络的一部分。由于具有两个开关，因此可以从发电机向电力传输网络4的两个方向或者仅向其中一个方向(即，属于电网的期望部分)馈送电力。通过例如内燃活塞式发动机或燃气轮机来驱动发电机1。由于使用两个与发电机关联的开关，因此电力传输网络的适应性非常强。因此，各个发电机都具有到网络的其余部分的两条连接路线。

图2和图3例示了可能的网络拓扑。电力传输网络4、5可以呈线形或者环形。只有这些网络拓扑是可能的。在相对较小的网络中、在诸如船舶或发电站中的本地网络中，这并不是缺点。实际上，这可以便于网络的规划。尽管图中没有示出负载，但很显然的是，负载可以连接到电力传输网络。

各个发电机1到1G具有其各自的标识符(identifier)。网络中连续的机器具有连续的标识符。如果在现有网络中的一点增加新的发电机，则必须对该发电机及其后的发电机赋予新的标识符。因此，发电机的标识符可以用于概述发电机的位置，如后所述。

为了实现同步负载共享，必须在发电机之间传输多个参数/信号。CAN总线(Controller Area Network：控制器区域网)6用于传输数据。以广播传输方式来进行传输，即，所有的发电机都看到相同的数据。在例如包括与发电机关联的要素12的数据向量(图5)中发送数据。优选地，与发电机关联的要素以发电机标识符13开始，随后是用于各种信号数据、参数15、15A和开关的状态数据14的字段。各个发电机对涉及自身的要素进行更新。

还对电力传输网络的开关状态进行确定。通过测量例如电力传输网络的波阻抗来做出该确定，以确定开关是处于闭合状态还是处于断开状态。在网络中的一个方向上开始该确定处理。优选地确定检查方向和顺序，以便于使用与发电机关联的标识符。在本文中，方向被确定为“向前”或“向后”。在图4的情况中，发电机N+1开始“向后”确定开关的状态，从而观察到第一个遇到的开关8处于闭合状态，即，在此示例中开关8的状态值为1。网络确定单元7可以根据该测量检测到发电机N归属于电力传输网络的属于同一电路的同一区域。继续“向后”确定状态，直到检测到处于断开状态的开关9为止。这样的开关得到了状态0。断开的开关表示随后的发电机不属于电力传输网络的同一区域，因而可以结束在该方向上的检查。被检测为同时处于闭合状态的所有开关表示属于同一分组的发电机(开关之后的发电机)。这可以利用连续的、与发电机关联的标识符来实现。

当检查完一个方向时，将对相反方向进行检查，即，在图4的情况下，“向前”检查。检测到要检查的第一个开关10处于断开状态，即，开关10收到状态0，因而结束在“向前”方向上的检查。因此，不再检查开关11。

利用测量出的开关的状态数据，网络确定组件可以对形成公共电路的电力传输网络的区域建模。开关的状态数据位于数据向量的与发电机关联的要素12的为开关状态数据预留的字段14中(参见图5)。该数据向量经由CAN总线被广播给其它发电机。所有的发电机在必要时能够通过广播的数据向量接收关于由其它发电机进行的开关的状态数据检查的信息。

如果经由数据通信总线(如CAN总线)的数据通信由于某些原因没有成功，则不能在同步模式下正确地执行负载分配。缺少一个发电机的数据就要执行负载分配。还可能的是，开关有故障并且其状态数据不正确。在这种情况下，负载分配不正确，并且扰乱了网络或者网络的一部分。

图6和图7是例示了根据本发明的结构的例子。在图6中，发电机监控网络的开关16、17、19的状态。如图4所示，在数据向量中标记了这些开关的状态。经由CAN总线将数据向量发送到其它发电机，由此所有的发电机接收到关于网络的所有开关的状态的信息。在图中，可以看到，针对各个开关可以进行两次状态数据测量。如果这些测量彼此不同并且造成差异的原因并不是数据通信总线的故障(即，发电机已经从另一个发电机接收到关于同一开关的状态数据)，则与该发电机相关联地设置的故障情况处理组件18使发电机从正常调整转换为下垂调整。正常情况下，发电机的调整是同步调整。

例如，如果基于发电机N-1和N所做的测量的、开关16的状态数据彼此不同，则不在网络的该区域进行负载分配，并且将该网络区域的所有发电机转换为下垂调整。由于开关的状态数据被广播20到所有发电机，因此这是可行的。换言之，不仅将与开关16相邻的发电机转换为下垂调整，而且还转换了在开关17闭合时属于网络的同一部分的发电机N+1。如果开关17处于断开状态，则发电机N+1将归属于网络的不同区域/部分，因此发电机N+1将继续正常地处于同步调整中。

图7例示了数据通信总线的示例。该示例中的CAN总线/网络故障阻止发电机N发送数据向量。其它发电机更新与故障情况处理组件相关的数据通信总线故障向量21。该故障向量包括网络的各个发电机的位置。如果一个发电机不发送数据，则故障向量的合适位置接收到特定值(如“真”)。如果数据通信总线存在故障，系统将确定总线中的相邻发电机或者首发电机和尾发电机是否具有故障。例如，如果总线中存在一个故障或者在总线中的相邻发电机或者首发电机和尾发电机中没有故障，则可以使用基于另一个相邻的发电机针对开关所做的测量的数据来替代总线/网络的缺失的状态数据。因此，在该图的示例中，发电机N的关于开关的状态数据被发电机N-1的关于该同一开关的状态数据替代。开关17的状态数据相应地被发电机N+1的关于开关1的状态数据替代。因此，网络可以继续正常操作。该故障情况处理结构因而包括数据通信总线的与发电机关联的故障向量，其中已经在该与发电机关联的故障向量中预留了用于指示各个发电机的数据通信总线故障状态的空间。故障向量还可以包括故障状态处理结构的分立部分，但是该分立部分可以连接到该处理结构以用于更新和读取故障向量。当然，可以使用向量格式以外的其它格式来安排故障信息。故障状态处理组件18被设置为同样使用发电机的标识符。

如果在网络中的相邻发电机中或者在网络的首发电机和尾发电机中存在故障，则不能替代发电机的缺失的状态数据，并且网络的该部分被转换为下垂调整。

术语“网络的首发电机和尾发电机”表示具有首标识符和尾标识符的发电机。如果网络呈环形，则首发电机与尾发电机很明显是相邻的。如果网络呈线形且数据通信故障阻止首发电机和尾发电机发送信息，则无法确定该网络呈线形还是环形。

图8例示了根据本发明的操作的流程图的例子。该方法包括以下步骤：监控81、83、85数据通信网络/总线的故障情况以及电力传输网络的开关的状态；比较82关于开关的故障信息；如果在所述比较中开关的状态数据不对应，并且当在数据通信总线中不存在故障情况时，或者如果出现与网络87中的相邻发电机相关的或者与首发电机和尾发电机相关的数据通信故障时，则转换84、89为下垂控制；当不存在与网络中的相邻发电机相关的或者与首发电机和尾发电机相关的数据通信故障且在所述比较中开关的状态数据不对应时，则以相邻发电机的关于开关的状态数据来替代88该同一开关的状态数据。

图8的例子仅仅例示了本发明的一个实施方式，同样的步骤还可以被设置用于另一种执行。图8的流程图同时例示了可能的软件/IC板设计。步骤81到84被布置到与步骤85-88不同的单元中。其思想是，在专用单元中执行开关的状态数据的监控和处理，而在另一个单元中执行数据通信总线故障情况。在这两个单元中都对数据通信故障进行监控，因此图8的示例包括这些单元之间的链接。当然，可以使这些单元彼此之间完全分立或者可以将它们集成为一个更大的单元。监控步骤81、83、95和对开关的状态数据进行比较的步骤被设置为反复进行。执行该方法的装置也反复执行这些步骤。

还可以通过多种方式来执行此方法的子步骤。在图8的实施方式中，系统在数据通信总线故障情况期间检查86是否只存在一个故障。如果只存在一个故障，则缺失的开关数据可以被相邻发电机提供的该同一开关的状态数据替代。如果存在多个故障，则系统必须检查故障的位置是否与网络中的相邻发电机或者首发电机和尾发电机相关。

在本公开中，处理故障情况组件18被示为一个单元，但是很明显，还可以将处理故障情况组件18实现为分布的、多个部分的系统。可以将故障情况处理单元实现为软件或电气电路。可以将软件载入发电机的存储器中，并且在适用的处理器中执行该软件。这种情况的一个实施方式是ASIC电路(专用集成电路)。

在实践中，各个发电机都独立地执行故障情况处理，因而不需要中央单元。

可以看到，可以通过多种解决方案来实现根据本发明的实施方式。因此，很明显的是，本发明并不限于在本文中提及的示例。因此，可以在本发明的范围内执行任何创造性的实施方式。

Claims (11)

1.一种本地电力传输网络的负载分配系统的故障情况处理结构，

其特征在于，所述结构包括被设计为安装到所述电力传输网络的各个发电机中的故障情况处理组件(18)，该网络的各个发电机(1)能够经由设置有不同开关(2、3)的两条连接路径连接到其它发电机，所述电力传输网络呈线形或环形并且所述发电机具有连续的标识符，所述发电机经由数据通信总线彼此连接，所述处理组件被设置为执行以下任务：

监控所述数据通信总线的故障情况和所述电力传输网络的所述开关的状态，

比较关于同一开关的状态数据，

如果在所述比较中某个开关的状态数据不对应，并且当在所述数据通信总线中不存在故障情况时，或者如果存在与所述网络中的相邻发电机相关的或者与首发电机和尾发电机相关的数据通信故障，转换为下垂控制，

当不存在与所述网络中的所述相邻发电机相关的或者与首发电机和尾发电机相关的数据通信故障且在所述比较中所述开关的状态数据不对应时，使用由所述相邻发电机提供的关于所述开关的状态来替代该同一开关的状态数据。

2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述结构被设置为重复所述监控任务和所述比较任务。

3.根据权利要求2所述的结构，其特征在于，所述故障情况处理结构包括与发电机关联的数据通信总线故障向量，在该数据通信总线故障向量中预留了用于表示各个发电机的数据通信总线故障的状态的空间。

4.根据权利要求2或3所述的结构，其特征在于，所述故障情况处理组件(18)被设置为使用所述发电机的所述标识符。

5.根据权利要求4所述的结构，其特征在于，所述故障情况处理组件(18)通过软件来实现。

6.根据权利要求4所述的结构，其特征在于，所述故障情况处理组件(18)通过ASIC电路或其它电气电路来实现。

7.根据权利要求5或6所述的结构，其特征在于，所述故障情况处理组件(18)被安装在发电机中。

8.根据权利要求7所述的结构，其特征在于，所述发电机被安装在电力传输网络中。

9.一种处理本地电力传输网络的负载分配系统的故障情况的方法，其特征在于，所述方法被设计为在所述电力传输网络的各个发电机中执行，该网络的各个发电机(1)能够经由设置有不同开关(2、3)的两条连接路径连接到其它发电机，所述电力传输网络呈线形或环形并且所述发电机具有连续的标识符，所述发电机经由数据通信总线彼此连接，所述方法包括以下步骤：

监控所述数据通信总线的故障情况和所述电力传输网络的所述开关的状态，

比较关于同一开关的状态数据，

如果在所述比较中某个开关的状态数据不对应，并且当在所述数据通信总线中不存在故障情况时，或者如果存在与所述网络中的相邻发电机相关的或者与首发电机和尾发电机相关的数据通信故障，转换成下垂控制，

当不存在与所述网络中的所述相邻发电机相关的或者与首发电机和尾发电机相关的数据通信故障且在所述比较中所述开关的状态数据不对应时，使用由所述相邻发电机提供的关于所述开关的状态来替代该同一开关的状态数据。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述替代所述开关的状态数据的步骤前，所述方法包括确定所述数据通信总线是否包括一个故障的子步骤，并且如果存在一个故障，所述方法转到所述替代所述开关的状态数据的步骤。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述监控步骤和所述比较步骤被设置为重复执行。

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