CN103580265B - 预测向负载供电的需求以使发电机启动时间最小化的备用电源系统 - Google Patents

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Abstract

一些实施例涉及备用电源系统。备用电源系统包括适于监视向负载提供电能的主电源的传感器。在一些实施例中，传感器可以监视主电源（12）供应的电能特性，可以用于感测异常情况。备用电源系统还包括适于向所述负载供应电能的发电机。作为例子，发电机可以包括驱动交流发电机的内燃机。备用电源系统还包括对所述发电机进行操作并且与所述传感器交换数据的发电机控制器。所述发电机控制器基于从所述传感器接收的数据来预测向所述负载供应电能的需要。所述发电机控制器基于所述预测随后用作使所述发电机开始可用的时间最小化。

Description

预测向负载供电的需求以使发电机启动时间最小化的备用电 源系统
技术领域
实施例涉及备用电源系统，更具体地，涉及基于从传感器接收的数据预测向负载供电的需求并且使发电机启动时间最小化的备用电源系统。
背景技术
发电机通常用于提供电能。发电机的一种通常使用是用作备用电源。备用电源一般在主电源无法对负载供电时向该负载提供电能。
一种常用的发电机包括内燃机。内燃机驱动用于产生交流电的交流发电机。
现有的备用发电机系统利用自动转换开关（ATS）来监视主电源。ATS确定主电源无法向负载供电，并且向备用电源提供其应该启动的信号。一旦备用电源接收到该信号，将初始化针对该备用电源的启动序列。
现有备用电源系统的一个缺点是在主电源无法工作和备用电源变得可用之间通常存在延迟。引起延迟的一个因素是在确定主电源不可用时一般存在时间间隙。这种延迟用于在主电源供电的瞬间中断时避免备用电源的不必要启动。
引起延迟的另一个因素是引擎驱动发电机的启动序列会占用宝贵时间。在备用电源需要预启动准备的情况下，这样的延迟对于备用电源系统尤其是个问题。预启动准备使得备用电源启动时间增加，由此延长负载无电源的时间。
发明内容
本发明涉及基于从传感器接收的数据预测向负载供电的需求并且使发电机启动时间最小化的备用电源系统。
本发明涉及一种备用电源系统，包括：传感器，适于监视向负载提供电能的主电源；发电机，适于向所述负载供应电能；以及发电机控制器，对所述发电机进行操作并且与所述传感器交换数据，其中，所述发电机控制器基于从所述传感器接收的数据来预测向所述负载供应电能的需要，并且其中，所述发电机控制器用作使所述发电机开始可用的时间最小化。
本发明涉及一种备用电源系统，包括：发电机，适于向负载供应备用电能；通知系统，预测所述发电机向所述负载供应备用电能的需要；以及发电机控制器，对所述发电机进行操作并且经由网络与所述通知系统交换数据，其中，所述发电机控制器基于从所述通知系统接收的数据用作使所述发电机开始可用的时间最小化。
本发明涉及一种备用电源系统，包括：发电机，适于向负载供应电能；以及控制器，监视主电源向负载供应的电能，其中，当所述控制器预测到需要所述发电机向所述负载供电时，所述控制器启动所述发电机。
附图说明
图1是在主电源向负载供电的情况下包括传感器的示例备用电源系统的示意性平面图。
图2示出了在备用电源向负载供电的情况下图1的示意性平面图。
图3是在主电源向负载供电的情况下包括通知系统的另一示例备用电源系统的示意性平面图。
图4示出了在备用电源向负载供电的情况下图3的示意性平面图。
图5是包括发电机控制器的另一示例备用电源系统的示意性平面图，发电机控制器监视向负载供电的主电源。
图6示出了在备用电源向负载供电的情况下图5的示意性平面图。
具体实施方式
以下说明书和附图充分示出了能够使本领域技术人员进行实施的特定实施例。其它实施例可以包含结构变化、逻辑变化、电路变化、处理变化等。一些实施例的部分或特征可以被包括在其它实施例的部分或特征中，或者可以用于替换其它实施例的部分或特征。权利要求中阐述的实施例包含了这些权利要求的所有可用的等效物。
图1-图2是实例备用电源系统10的示意性平面图。备用电源系统10包括传感器11，传感器11适于监视向负载13供电的主电源12。在一些实施例中，传感器11可以监视由主电源12供应的电能特性，可以用于感知异常情况。例如，传感器11可以监视：（i）主电源12的均方根电压；和/或（ii）主电源12的零序电压。
备用电源系统10还包括发电机14，发电机14还适于通过开关17向负载13供电。作为例子，发电机14可以包括驱动交流发电机的内燃机。
图1示出了备用电源系统10，其中主电源12通过开关17向负载13供电。图2示出了备用电源系统10，其中备用电源14通过开关17向负载13供电。
备用电源系统10还包括发电机控制器15，发电机控制器15操作发电机14并且与传感器11交换数据。发电机控制器15基于从传感器11接收的数据来预测向负载13供电的需求。发电机控制器15随后基于该预测进行动作以最小化发电机14开始可用的时间。所述动作可以包括执行预启动功能以最小化发电机14的启动时间。
基于预测以最小化发电机14的启动时间可以减小负载13既未从主电源12也未从发电机14接收电能的时间量。减小负载13未被供电的时间量可以允许：（i）使用更小的不间断电源供应；和/或（ii）减小由于缺电而造成的设备停用时间。
在一些实施例中，发电机控制器15可以操作油泵（未示出），以润滑内燃机中的机械部件（未示出），以当主电源12无法向负载13供电时最小化发电机14的启动时间。操作油泵以润滑机械部件可以：（i）使得内燃机更快启动；（ii）减少轴承表面磨损由此增加内燃机的操作寿命；和/或（iii）在发电机14启动之前提供油压以用油驱动速度调节器或燃油注入系统。
发电机控制器15激活加热元件（未示出）以增加内燃机中燃烧的实施例也是可以预期的，这样在确定应该启动发电机14时使发电机14的启动时间最小化。加热元件可以用于：（i）对用于燃烧的空气入口管进行加热；和/或（ii）对燃烧室进行预加热。对用于燃烧的空气入口管进行加热可以允许促进在冷条件下空气燃料混合的压缩点燃，由此允许冷条件下更快的启动。
在一些实施例中，发电机控制器15可以操作发电机14外壳（未示出）上的空气入口窗，以允许燃烧冷却空气流进入发电机14，从而当确定应该启动发电机14时使发电机14的启动时间最小化。基于预测到会失去来自主电源12的电能而打开空气入口窗使发电机14更快启动，这是因为在发电机14起动（cranking）时可能无法打开空气入口窗。在发电机14起动时无法打开空气入口窗是因为：（i）该窗从发电机起动蓄电池中获得电能；和/或（ii）在发电机14起动时需要的空气产生了阻止该窗打开的压位差。
发电机控制器15进行其它启动辅助的实施例也是可以预期的。作为例子，一些类型的流体（例如，醚、可替换的燃料或某些其它的燃料添加剂）可以被注入以用于燃烧，以允许作为发电机14一部分的内燃机更快地启动。作为另一例子，可以激活燃料准备设备（例如，燃料加热器、泵、或燃料冷却器）以改善燃烧引擎的启动。
应该理解，备用电源系统10还可以包括服务器16，该服务器16允许与发电机控制器15和网络（例如，因特网I）上的其它设备之间交换信息。服务器设备16和发电机控制器15中的至少一个能够基于从传感器11接收的数据来预测向负载13供电的需要。
图3-图4是另一示例备用电源系统30的示意性平面图。备用电源系统30包括适于向负载33供应备用电能的发电机34。作为例子，发电机34可以包括驱动交流发电机的内燃机。
备用电源系统30还包括通知系统31，通知系统31预测发电机34向负载33供应备用电能的需要。在一些实施例中，通知系统31可以监视由主电源32供应的电能的特性。作为例子，通知系统31可以用于感测由主电源32向负载33供应电能的异常情况。
图3示出了备用电源系统30，其中主电源32通过开关37向负载33供电。图4示出了备用电源系统30，其中备用电源34通过开关37向负载33供电。
备用电源系统30还包括发电机控制器35，发电机控制器35操作发电机34并且经由网络（例如，因特网I）与通知系统31交换数据。发电机控制器35基于从通知系统31接收的数据来预测向负载33供应与主电源32供应的电能相关的需求。发电机控制器35随后基于该预测进行动作以最小化发电机34启动的时间。
基于预测以最小化发电机34的启动时间可以减小负载33既未从主电源32也未从发电机34接收电能的时间量。减小负载33未被供电的时间量可以允许：（i）使用更小的不间断电源供应；和/或（ii）减小由于缺电而造成的设备停用时间。
类似地，如以上参考发电机控制器15所讨论的，发电机控制器35可以：（i）操作油泵（未示出），以润滑内燃机中的机械部件（未示出），以当主电源32无法向负载33供电时最小化发电机34的启动时间；（ii）激活加热元件（未示出）以增加内燃机中燃烧以在主电源32无法向负载33供应电能时使发电机34的启动时间最小化；和/或（iii）操作发电机34外壳（未示出）上的空气入口窗，以允许燃烧冷却空气流进入发电机34，以在主电源32无法向负载33供应电能时使发电机34的启动时间最小化。
应该注意，备用电源系统30还可以包括服务器36，该服务器36允许经由网络（例如，因特网I）与发电机控制器35交换信息。服务器设备36和发电机控制器35中的至少一个能够基于从通知系统31接收的数据或对于服务器36可用的其它信息来预测向负载33供电的需要。
图5-图6是另一示例备用电源系统50的示意性平面图。备用电源系统50包括适于向负载53供应备用电能的发电机54。作为例子，发电机54可以包括驱动交流发电机的内燃机。
备用电源系统50还包括控制器55，控制器55监视由主电源52向负载53供应的电能。当控制器55期望发电机54向负载53供电时，控制器55启动该发电机54。
在图5-图6示出的示例实施例中，控制器是可以（或可以不）安装于发电机54上的发电机控制器。该控制器是包括在备用电源系统50中的转换开关（例如，参见图5-图6中的开关57）的一部分的实施例也是可以预期的。
在一些实施例中，控制器55可以监视由主电源52供应的电能的特性。作为例子，控制器55可以用于感测由主电源52向负载53供应电能的异常情况。
图5示出了备用电源系统50，其中主电源52通过开关57向负载53供电。图6示出了备用电源系统50，其中备用电源54通过开关57向负载53供电。
基于预测来最小化发电机54开始可用的时间可以减小负载53既未从主电源52也未从发电机54接收电能的时间量。减小负载53未被供电的时间量可以允许：（i）使用更小的不间断电源供应；和/或（ii）减小由于缺电而造成的设备停用时间。
类似地，如以上参考发电机控制器15、35所讨论的，控制器55可以：（i）操作油泵（未示出），以润滑内燃机中的机械部件（未示出），以当主电源52无法向负载53供电时最小化发电机54的启动时间；（ii）激活加热元件（未示出）以增加内燃机中燃烧以在主电源52无法向负载53供应电能时使发电机54的启动时间最小化；和/或（iii）操作发电机54外壳（未示出）上的空气入口窗，以允许燃烧冷却空气流进入发电机54，以在主电源52无法向负载53供应电能时使发电机54的启动时间最小化。
应该注意，备用电源系统50还可以包括服务器56，该服务器56允许经由网络（例如，因特网I）与发电机控制器55交换信息。服务器56和控制器55中的至少一个能够基于控制器收集的涉及主电源52供应电能的数据（或对于服务器56可用的其它信息）来预测向负载53供电的需要。
本申请描述的示例备用电源系统10、30、50可以用于执行备用电源的预启动准备。备用电源的预启动准备可以得到备用电源的更快启动，由此使负载处于不期望的未供电状态的时间最小化。
提供摘要，以遵守37C.F.R.1.72(b)节的要求提供使读者确定技术方案的特征和要点的摘要的规定。提供的摘要不用于限制或解释权利要求的范围或含义。随附的权利要求也被包含在详细说明中，其中每个权利要求独立成为一个单独的实施例。

Claims (20)

1.一种备用电源系统，包括：
传感器，适于监视向负载提供主要电能的主电源；
发电机，适于向所述负载供应次要电能；以及
发电机控制器，对所述发电机进行操作并且从所述传感器接收数据，其中，所述发电机控制器基于从所述传感器接收的所述数据来在主要电能可能的缺失发生之前预测所述可能的缺失，并且其中，所述发电机控制器在所述可能的缺失发生之前进行动作以使所述发电机开始可用来向所述负载提供次要电能的时间最小化。
2.根据权利要求1所述的备用电源系统，其中，所述传感器监视所述主电源的均方根电压。
3.根据权利要求1所述的备用电源系统，其中，所述传感器监视所述主电源的零序电压。
4.根据权利要求1所述的备用电源系统，其中，所述发电机包括驱动交流发电机的内燃机。
5.根据权利要求4所述的备用电源系统，其中，所述发电机控制器操作油泵，以润滑所述内燃机中的机械部件，以当所述主电源无法向所述负载供电时最小化所述发电机的启动时间。
6.根据权利要求4所述的备用电源系统，其中，所述发电机控制器激活加热元件以增加所述内燃机中的燃烧，以当所述主电源无法向所述负载供电时最小化所述发电机的启动时间。
7.根据权利要求4所述的备用电源系统，其中，所述发电机控制器操作发电机外壳上的空气入口窗，以允许燃烧冷却空气流进入所述发电机，以便当所述可能的缺失发生时最小化所述发电机的启动时间。
8.根据权利要求1所述的备用电源系统，还包括服务器，所述服务器经由网络与所述发电机控制器交换信息，其中，所述服务器和所述发电机控制器中的至少一个基于从所述传感器接收的数据来预测向所述负载供电的需要。
9.一种备用电源系统，包括：
发电机，适于向负载供应备用电能；
通知系统，在提供给所述负载的主要电能可能的缺失发生之前预测所述可能的缺失；以及
发电机控制器，对所述发电机进行操作并且经由网络与所述通知系统交换数据，其中，所述发电机控制器基于从所述通知系统接收的数据在所述可能的缺失发生之前进行动作以使所述发电机开始可用的时间最小化。
10.根据权利要求9所述的备用电源系统，其中，所述通知系统监视主电源提供的电能。
11.根据权利要求10所述的备用电源系统，其中，所述主电源是电厂。
12.根据权利要求10所述的备用电源系统，其中，所述通知系统接收关于所述主电源供电潜在中断的信息。
13.根据权利要求9所述的备用电源系统，其中，所述发电机控制器经由因特网与所述通知系统交换数据。
14.根据权利要求9所述的备用电源系统，还包括服务器，所述服务器经由所述网络与所述发电机控制器交换信息，其中，所述服务器和所述发电机控制器中的至少一个基于从所述通知系统接收的数据来预测向所述负载供电的需要。
15.一种备用电源系统，包括：
发电机，适于向负载供应电能；以及
控制器，监视主电源向负载供应的主要电能，其中，当所述控制器预测到主要电能可能的缺失时，所述控制器启动所述发电机，所述控制器在所述可能的缺失发生之前启动所述发电机。
16.根据权利要求15所述的备用电源系统，其中，所述控制器是发电机控制器，所述主电源是电厂，由此所述发电机控制器监视所述电厂提供的电能。
17.根据权利要求15所述的备用电源系统，其中，所述控制器是转换开关的一部分，所述主电源是电厂，由此所述转换开关监视所述电厂提供的电能。
18.根据权利要求15所述的备用电源系统，其中，所述主电源经由通知系统提供有关所述主电源提供电能的潜在中断的信息。
19.根据权利要求15所述的备用电源系统，其中，所述控制器经由因特网接收有关所述主电源的数据。
20.根据权利要求15所述的备用电源系统，还包括服务器，所述服务器经由网络与所述控制器交换信息，其中，所述服务器和所述控制器中的至少一个预测所述发电机向所述负载供电的需要。
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