CN106031015A - 用于以堆叠式配置进行操作的电机和发电机的控制方法和系统 - Google Patents

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Abstract

尽管串联堆叠的电机或者发电机可允许较高操作电压，但这样的电机或者发电机还可能呈现不稳定性。为了最小化不稳定性，可将电机或发电机控制为具有大致相等的电流。一种示例电机系统可包括串联连接的电机堆叠，每个电机堆叠呈现相应的堆叠电压和相应的差分功率(基于电机堆叠中电机之间功率的差异)。一种控制系统可对堆叠电压进行平均以生成平均堆叠电压并生成与每个堆叠电压相对应的标称堆叠功率。控制系统可接收差分功率，将每个差分功率与针对相应的电机堆叠的标称堆叠功率进行组合以生成第一和第二电机功率，以及使用第一电机功率和第二电机功率控制每个电机堆叠。

Description

用于以堆叠式配置进行操作的电机和发电机 的控制方法和系统
背景技术
除非本文中另有指示，否则本部分中描述的材料不是本申请中权利要求的现有技术，并且并不因为包括在本部分中就被承认为是现有技术。
发电(power generation)系统可以将化学能和/或机械能(例如，动能)转换成电能，以用于各种应用，诸如公用系统(utility system)。作为一个示例，风能系统可将风动能转换成电能。
发明内容
风能系统可采取空中风力涡轮机(aerial wind turbine，AWT)系统的形式。AWT系统可出于各种目的——诸如例如发电、提升或牵引物体或车辆等——来从风中提取有用的动力。
在AWT系统中，可能期望实现高操作电压以例如使得减少AWT系统中的欧姆损耗。尽管这种应用中的单个电机或发电机的操作电压受实际电子器件的限制，但可通过串联地(in series)堆叠电机或发电机来实现较高的操作电压。
然而，串联地堆叠的电机或发电机可呈现不稳定性。具体地，当串联地堆叠的电机(或发电机)被控制以具有大致相等的动力时，如果流过每个电机(或发电机)的电流并非大致相等，则电机(或发电机)的电压可能偏离(diverge)，使得电机(或发电机)呈现电压不稳定性。公开了用于控制AWT中串联地堆叠的电机或发电机的方法和系统。有利地，本文描述的一些示例可以允许高的操作电压而不具有稳定性风险。
在一个方面中，公开了一种系统，该系统包括电机系统和控制系统。电机系统可包括串联连接的数个电机堆叠(motor stack)，每个电机堆叠包括第一电机和第二电机。电机系统可呈现数个堆叠电压，每个堆叠电压与相应的电机堆叠相对应。另外，电机系统可呈现数个差分功率，每个差分功率与相应的电机堆叠相对应。每个差分功率可由相应电机堆叠中的第一电机与第二电机之间的功率差异的一半给出。控制系统可包括平均器、第一电路和第二电路。平均器可被配置为接收堆叠电压并且对堆叠电压进行平均以生成平均堆叠电压。第一电路可被配置为接收平均堆叠电压，并且基于平均堆叠电压生成与每个堆叠电压相对应的标称堆叠功率。第二电路可被配置为接收差分功率，并且对于每个差分功率，将该差分功率与针对相应的电机堆叠生成的标称堆叠功率进行组合以生成第一电机功率和第二电机功率两者。对于每个电机堆叠，控制系统可被配置为基于第一电机功率控制第一电机以及基于第二电机功率控制第二电机。
在另一方面中，提供一种方法。该方法可包括从包括串联连接的数个电机堆叠的电机系统接收一组堆叠电压。每个电机堆叠可包括第一电机和第二电机，其中，每个堆叠电压与相应的电机堆叠相对应。该方法还可包括对堆叠电压进行平均以生成平均堆叠电压，并且生成与每个堆叠电压相对应的标称堆叠功率，其中，每个标称堆叠功率至少基于平均堆叠电压。该方法还可包括接收一组差分功率，每个差分功率与数个电机堆叠中的相应的电机堆叠相对应。每个差分功率可由相应的电机堆叠中的第一电机与第二电机之间的功率差异的一半给出。该方法仍可进一步包括对于每个差分功率，将该差分功率与针对相应的电机堆叠生成的标称堆叠功率进行组合以生成第一电机功率和第二电机功率两者，并且对于每个电机堆叠，基于第一电机功率控制第一电机以及基于第二电机功率控制第二电机。
在又一方面中，提供了一种其中存储有指令的非暂态计算机可读介质，该指令可由计算设备运行以使得计算设备执行包括从包含串联连接的数个电机堆叠的电机系统接收一组堆叠电压的功能。每个电机堆叠可包括第一电机和第二电机，其中，每个堆叠电压与相应的电机堆叠相对应。该功能还可包括对堆叠电压进行平均以生成平均堆叠电压，并且生成与每个堆叠电压相对应的标称堆叠功率，其中，每个标称堆叠功率至少基于平均堆叠电压。该功能还可包括接收一组差分功率，每个差分功率与数个电机堆叠中的相应的电机堆叠相对应。每个差分功率可由相应的电机堆叠中的第一电机与第二电机之间的功率差异的一半给出。该功能仍可进一步包括对于每个差分功率，将该差分功率与针对相应的电机堆叠生成的标称堆叠功率进行组合以生成第一电机功率和第二电机功率两者，并且对于每个电机堆叠，基于第一电机功率控制第一电机以及基于第二电机功率控制第二电机。
在又一方面中，公开了一种系统，该系统包括用于从包含串联连接的数个电机堆叠的电机系统接收一组堆叠电压的装置。每个电机堆叠可包括第一电机和第二电机，其中，每个堆叠电压与相应的电机堆叠相对应。该系统还可包括：用于对堆叠电压进行平均以生成平均堆叠电压的装置；以及用于生成与每个堆叠电压相对应的标称堆叠功率的装置，其中，每个标称堆叠功率至少基于平均堆叠电压。该系统还可包括用于接收一组差分功率的装置，每个差分功率与数个电机堆叠中的相应的电机堆叠相对应。每个差分功率可由相应的电机堆叠中的第一电机与第二电机之间的功率差异给出。该系统仍可进一步包括用于将每个差分功率与针对相应的电机堆叠生成的标称堆叠功率进行组合以生成第一电机功率和第二电机功率两者的装置，并且用于对于每个电机堆叠，基于第一电机功率控制第一电机以及基于第二电机功率控制第二电机的装置。
本领域普通技术人员通过适当地参考附图阅读下列详细描述将清楚这些和其它方面、优点以及替换方案。
附图说明
图1图示了根据示例实施例的空中风力涡轮机(AWT)。
图2图示了根据示例实施例图示AWT的组件的简化框图。
图3图示了根据示例实施例的电机系统。
图4图示了根据示例实施例的控制系统。
图5是根据示例实施例的方法的流程图。
具体实施方式
本文描述了示例性方法和系统。应当理解，在本文使用词汇“示例性”意味着“充当示例、实例或例示”。本文描述为“示例性”或“例示性”的任何实施例或特征不必被解释为相较于其它实施例或特征是优选的或有利的。更一般地说，本文描述的实施例不意欲进行限制。将容易理解，公开的方法和系统的某些方面可按多种不同的配置来布置和组合，所有这些在本文中都设想到了。
I.概述
示例实施例涉及可用于风能系统——诸如空中风力涡轮机(AWT)系统——中的电机系统和控制系统。具体地，示例实施例可涉及用于控制AWT系统中串联堆叠的电机或发电机的方法和系统，或者采用于控制AWT系统中串联堆叠的电机或发电机的方法和系统的形式。
作为背景，AWT可包括在一路径——诸如基本上为圆形的路径——中飞行的飞行器，以将风动能转换成电能。在示例实施例中，飞行器可经由系链(tether)连接到地面台站。尽管被系链，飞行器仍可：(i)在一海拔范围且基本上沿着路径飞行，并且返回到地面，以及(ii)经由系链向地面台站传送电能。(在一些实施例中，地面台站可向飞行器传送电力以供其起飞和/或着陆。)
在AWT系统中，可能期望实现高操作电压以使得最小化系链中的欧姆损耗。由于电机或发电机中电子器件的实际限制，期望的操作电压利用单个电机或发电机可能并不可行。然而，期望的操作电压可通过串联堆叠电机或发电机来实现。具体地，可串联堆叠数个电机堆叠(或发电机堆叠)。每个电机堆叠(或发电机堆叠)可包括一个或多个电机(或发电机)。
尽管堆叠的电机或发电机可实现期望的操作电压，但堆叠的电机或发电机可能并不稳定。为了稳定串联堆叠的电机或发电机，可将通过每个电机堆叠(或发电机堆叠)的平均电流控制为在每个电机或发电机中大致相等。公开的方法和系统可帮助控制堆叠的电机或发电机以使得通过每个电机的电流基本上相同，从而帮助增大AWT系统的操作电压而同时也帮助避免危险的不稳定性。
II.示例系统
A.示例空中风力涡轮机(AWT)
图1描绘了根据示例实施例的AWT 100。具体地，AWT 100包括地面台站110、系链120和飞行器130。如图1中所示，飞行器130可连接到系链120，并且系链120可连接到地面台站110。在此示例中，系链120可在地面台站110上的一个位置处附着到地面台站110，并且在飞行器130上的两个位置处附着到飞行器130。然而，在其它示例中，系链120可在多个位置处附着到地面台站110和/或飞行器130的任何部分。
地面台站110可用于保持(hold)和/或支撑飞行器130直到其处于操作模式中。地面台站110还可被配置为允许飞行器130的重新定位，使得设备的部署是可能的。另外，地面台站110还可被配置为在着陆期间接收(receive)飞行器130。地面台站110可由可适当地将飞行器130在悬停飞行、向前飞行或者侧风飞行的同时保持为附着和/或锚定到地面的任何材料形成。
此外，地面台站110可包括可使系链120的长度变化的一个或多个组件(未示出)，诸如绞盘。稍后将在本公开中更详细地描述这样的组件。例如，当飞行器130被部署时，一个或多个组件可被配置为放松和/或放出系链120。在一些实现方式中，一个或多个组件可被配置为使系链120放松和/或放出到预定长度。作为示例，预定长度可等于或者小于系链120的最大长度。另外，当飞行器130着陆到地面台站110时，一个或多个组件可被配置为收起(reelin)系链120。
系链120可向地面台站110传送飞行器130生成的电能。此外，系链120可向飞行器130传送电力，以便对飞行器130供电以供其起飞、着陆、悬停飞行和/或向前飞行。系链120可按任意形式以及使用下述任何材料构建：该材料可允许对飞行器130生成的电能的传输、递送和/或利用(harnessing)，和/或向飞行器130传输电力。系链120还可被配置为当飞行器130处于操作模式中时经得起飞行器130的一个或多个力。例如，系链120可包括被配置为当飞行器130处于悬停飞行、向前飞行和/或侧风飞行时经得起飞行器130的一个或多个力的核(core)。该核可由任何高强度的光纤构建。在一些示例中，系链120可具有固定长度和/或可变长度。例如，在至少一个这样的示例中，系链120可具有140米的长度。
飞行器130可被配置为基本上沿着路径150飞行以生成电能。当在本公开中使用时，术语“基本上沿着”指的是严格沿着和/或与严格沿着相比有一个或多个偏差，该偏差不会显著影响如本文描述的电能生成和/或在如本文描述的、使得飞行器某些飞行模式之间转变。
飞行器130可包括各种类型的设备或者采取各种类型的设备的形式，这些设备诸如风筝、直升机、机翼和/或飞机以及其它可能性。飞行器130可由金属、塑料和/或其它聚合物的刚性结构形成。飞行器130可由允许高推力重量比以及生成可用于公共应用的电能的任何材料形成。额外地，可选择所述材料以使其允许可能够处理风速和风向的大的和/或突然的漂移的轻量化、坚固化、冗余和/或容错的设计。其它材料也可用于飞行器的形成中。
在各种不同的实施例中，路径150可以为各种不同的形状。例如，路径150可基本上是圆形。并且在至少一个这样的示例中，路径150可具有高达265米的半径。当本公开中使用时，术语“基本上圆形”指的是严格为圆形和/或与严格为圆形相比有一个或多个偏差，所述偏差不会显著影响如本文描述的电能生成。用于路径150的其它形状可以是卵形，诸如椭圆形，胶质软糖的形状，数字8的形状等等。
如图1中所示，飞行器130可包括主翼131、前面部分132、旋翼连接器133A-B、旋翼134A-D、尾梁135、尾翼136和垂直稳定翼137。这些组件中的任何一个可成形为允许提升以抵抗重力和/或将飞行器130向前移动的任意形式。
主翼131可提供用于飞行器130的主要升力。主翼131可以是一个或多个刚性或柔性翼面，并且可包括各种控制面，诸如小翼、副翼、方向舵、升降舵等等。控制面可用来在悬停飞行、向前飞行和/或侧风飞行期间稳定飞行器130和/或减少飞行器130上的阻力(drag)。
主翼131可以是供飞行器130进行悬停飞行、向前飞行和/或侧风飞行的任何适当材料。例如，主翼131可包括碳纤维和/或无碱玻璃纤维。此外，主翼131可具有多种尺寸。例如，主翼131可具有与传统风力涡轮叶片相对应的一个或多个尺寸。作为另一示例，主翼131可具有8米的跨距、4平方米的面积和15的纵横比。前面部分132可包括用于减少飞行器130在飞行期间的阻力的一个或多个组件，诸如机头(nose)。
旋翼连接器133A-B可将旋翼134A-D连接到主翼131。在一些示例中，旋翼连接器133A-B可采取一个或多个外挂架(pylon)的形式或在形式上与其类似。在此示例中，旋翼连接器133A-B被布置为使得旋翼134A-D在主翼131之间间隔开。在一些示例中，相对应的旋翼(例如，旋翼134A和旋翼134B或者旋翼134C和旋翼134D)之间的垂直间距可以是0.9米。
旋翼134A-D可被配置成针对生成电能的目的来驱动一个或多个发电机。在此示例中，旋翼134A-D可以各自包括一个或多个叶片，诸如三个叶片。一个或多个旋翼叶片可经由与风的相互作用而旋转并且其可用于驱动一个或多个发电机。另外，旋翼134A-D还可被配置为在飞行期间向飞行器130提供推力。采用此布置，旋翼134A-D可充当一个或多个推进单元，诸如推进器。虽然旋翼134A-D在此示例中被描绘成四个旋翼，但在其它示例中，飞行器130可包括任意数量的旋翼，诸如少于四个旋翼或多于四个旋翼。
尾梁135可将主翼131连接到尾翼136。尾梁135可具有多种尺寸。例如，尾梁135可具有2米的长度。此外，在一些实现方式中，尾梁135可采取飞行器130的主体和/或机身的形式。并且在这样的实现方式中，尾梁135可携带有效载荷。
尾翼136和/或垂直稳定翼137可用来在悬停飞行、向前飞行和/或侧风飞行期间稳定飞行器和/或减少飞行器130上的阻力。例如，尾翼136和/或垂直稳定翼137可用来在悬停飞行、向前飞行和/或侧风飞行期间保持飞行器130的俯仰(pitch)。在此示例中，垂直稳定翼137附着到尾梁135，并且尾翼136位于垂直稳定翼137顶部。尾翼136可具有多种尺寸。例如，尾翼136可具有2米的长度。此外，在一些示例中，尾翼136可具有0.45平方米的表面积。另外，在一些示例中，尾翼136可位于飞行器130质心上方1米处。
尽管上文已经描述了飞行器130，但应当理解，本文描述的方法和系统可涉及连接到诸如系链120的系链的任何适当的飞行器。
B.AWT的例示性组件
图2是图示AWT 200的组件的简化框图。AWT 200可采取AWT 100的形式或与其类似。具体来说，AWT 200包括地面台站210、系链220和飞行器230。地面台站210可采取地面台站110的形式或与其类似，系链220可采取系链120的形式或与其类似，以及飞行器230可采取飞行器130的形式或与其类似。
如图2中所示，地面台站210可包括一个或多个处理器212、数据存储装置214和程序指令216。处理器212可以是通用处理器或专用处理器(例如，数字信号处理器、专用集成电路等等)。一个或多个处理器212可被配置为运行计算机可读程序指令216，指令216被存储在数据存储装置214中并且可运行来提供本文描述的功能的至少一部分。
数据存储装置214可包括一个或多个计算机可读存储介质或者采取一个或多个计算机可读存储介质的形式，该一个或多个计算机可读存储介质可被至少一个处理器212读取或访问。一个或多个计算机可读存储介质可包括易失性和/或非易失性存储组件，诸如光学、磁性、有机或者其它存储器或者盘存储装置，这些组件可整体地或部分地与一个或多个处理器212中的至少一个集成。在一些实施例中，数据存储装置214可使用单个物理设备(例如，一个光学、磁性、有机或者其它存储器或者盘存储单元)实现，而在其它实施例中，数据存储装置214可使用两个或更多个物理设备实现。
如所指明地，数据存储装置214可包括计算机可读程序指令216并且可能包括额外的数据，诸如地面台站210的诊断数据。因而，数据存储装置214可包括用于执行或者促进本文描述的功能中的一些或全部的程序指令。
在又一方面中，地面台站210可包括通信系统218。通信系统218可包括一个或多个无线接口和/或一个或多个线缆接口，其允许地面台站210经由一个或多个网络进行通信。这样的无线接口可在一个或多个无线通信协议下提供通信，一个或多个无线通信协议诸如蓝牙、WiFi(例如，IEEE 802.11协议)、长期演进(LTE)、WiMAX(例如，IEEE 802.16标准)、射频ID(RFID)协议、近场通信(NFC)和/或其它无线通信协议。这样的线缆接口可包括以太网接口、通用串行总线(USB)接口或用于经由线路、双绞线、同轴电缆、光链路、光纤链路或到线缆网络的其它物理连接进行通信的类似接口。地面台站210可经由通信系统218与飞行器230、其它地面台站和/或其它实体(例如，指挥中心)进行通信。
在示例实施例中，地面台站210可包括通信系统218，通信系统218可允许近距离通信和长距离通信两者。例如，地面台站210可被配置用于使用蓝牙进行短距离通信并且可被配置用于在CDMA协议下进行长距离通信。在这样的实施例中，地面台站210可被配置为充当“热点”；或者换句话说，充当远程支持设备(例如，系链220、飞行器230和其它地面台站)与一个或多个数据网络——诸如蜂窝式网络和/或互联网——之间的网关或代理。这样配置的地面台站210可促进数据通信，否则远程支持设备将不能通过其自身来执行数据通信。
例如，地面台站210可提供到远程设备的WiFi连接，并且用作到蜂窝式服务供应商的数据网络的代理或网关，地面台站210可例如在LTE或者3G协议下连接到该代理或网关。地面台站210还可用作到其它地面台站或者指挥台站的代理或网关，否则远程设备不能访问这些其它地面台站或者指挥台站。
此外，如图2中所示，系链220可包括传输组件222和通信链路224。传输组件222可被配置为将电能从飞行器230传送到地面台站210和/或将电能从地面台站210传送到飞行器230。在各种不同实施例中传输组件222可采取各种不同的形式。例如，传输组件222可包括被配置为传送电力的一个或多个导体。并且在至少一个这样的示例中，一个或多个导体可包括铝和/或可允许电流传导的任何其它材料。此外，在一些实现方式中，传输组件222可围绕系链220的核(未示出)。
地面台站210可经由通信链路224与飞行器230进行通信。通信链路224可以是双向的并且可包括一个或多个有线和/或无线接口。此外，可以存在构成通信链路224的至少一部分的一个或多个路由器、开关和/或其它设备或者网络。
另外，如图2中所示，飞行器230可包括一个或多个传感器232、动力系统234、电力生成/转换组件236、通信系统238、一个或多个处理器242、数据存储装置244和程序指令246以及控制系统248。
在各种不同的实施例中传感器232可包括各种不同的传感器。例如，传感器232可包括全球定位系统(GPS)接收器。GPS接收器可被配置为提供熟知的GPS系统(其可被称为全球导航卫星系统(GNNS)典型的数据，诸如飞行器230的GPS坐标。这种GPS数据可被AWT 200用来提供本文描述的各种功能。
作为另一示例，传感器232可包括一个或多个风传感器，诸如一个或多个皮托管。一个或多个风传感器可被配置为检测表观风和/或相对风。这种风数据可被AWT 200用来提供本文描述的各种功能。
作为又一示例，传感器232可包括惯性测量单元(IMU)。IMU可包括加速度计和陀螺仪两者，可一起使用它们来确定飞行器230的方位。具体来说，加速度计可测量飞行器230相对于地球的方位，而陀螺仪测量绕诸如飞行器230的中心线的轴的旋转率。市场上可买到低成本、低功率封装的IMU。例如，IMU可采取小型化微机电系统(MEMS)或者纳米机电系统(NEMS)的形式，或者可包括MEMS或NEMS。也可利用其它类型的IMU。除了加速度计和陀螺仪之外，IMU还可包括可帮助更好地确定位置的其它传感器。这样的传感器的两个示例是磁力计和压力传感器。其它示例也是可能的。
尽管加速度计和陀螺仪在确定飞行器230的方位方面会是有效的，但在测量中的微小误差可随着时间而复合并导致更显著的误差。然而，示例飞行器230通过使用磁力计来测量方向可能够缓和或者减少这样的误差。磁力计的一个示例是低功率、数字3轴磁力计，其可用于实现方位独立的电子罗盘以用于精确的航向信息。然而，也可利用其它类型的磁力计。
飞行器230还可包括可用于确定飞行器230的高度的压力传感器或者气压计。可替换地，诸如声波高度计或者雷达高度计的其它传感器可用于提供对高度的指示，这可帮助提高IMU的精确度和/或避免IMU的偏移。
如所指明地，飞行器230可包括动力系统234。在各种不同的实施例中动力系统234可采取各种不同的形式。例如，动力系统234可包括用于向飞行器230提供电力的一个或多个电池。在一些实现方式中，一个或多个电池可以是可再充电的，并且每个电池可经由电池与电源之间的有线连接和/或经由无线充电系统——诸如向内部电池应用外部的随时间变化的磁场的感应充电系统和/或使用从一个或多个太阳能面板收集的能量的充电系统——来再充电。
作为另一示例，动力系统234可包括用于向飞行器230提供动力的一个或多个电机或者引擎。在一些实现方式中，一个或多个电机或者引擎可由燃料——诸如烃基燃料——供以动力。并且在这样的实现方式中，燃料可被存储在飞行器230上并且被经由一个或多个流体导管——诸如管道——而递送到一个或多个电机或者引擎。在一些实现方式中，动力系统234可整体地或者部分地实现在地面台站210上。
如所指明地，飞行器230可包括电力生成/转换组件236。电力生成/转换组件236在各种不同的实施例中可采取各种不同的形式。例如，电力生成/转换组件236可包括一个或多个发电机，诸如高速的、直接驱动的发电机。采用此布置，一个或多个发电机可由一个或多个旋翼——诸如旋翼134A-D——来驱动。并且在至少一个这样的示例中，一个或多个发电机可按完全的额定功率、每秒11.5米的风速、以可超过百分之60的容量因子进行操作，并且一个或多个发电机可生成40千瓦到600兆瓦的电功率。
此外，如所指明地，飞行器230可包括通信系统238。通信系统238可采取通信系统218的形式或者与其类似。飞行器230可经由通信系统238与地面台站210、其它飞行器和/或其它实体(例如，指挥中心)进行通信。
在一些实现方式中，飞行器230可被配置为充当“热点”；或者换句话说，充当远程支持设备(例如，地面台站210、系链220、其它飞行器)与一个或多个数据网络——诸如蜂窝式网络和/或互联网——之间的网关或代理。这样配置的飞行器230可促进数据通信，否则远程支持设备将不能通过其自身来执行数据通信。
例如，飞行器230可提供到远程设备的WiFi连接，并且用作到蜂窝式服务供应商的数据网络的代理或网关，飞行器230可例如在LTE或者3G协议下连接到该代理或网关。飞行器230还可用作到其它飞行器或者指挥台站的代理或网关，否则远程设备不能访问这些飞行器或者指挥台站。
如所指明地，飞行器230可包括一个或多个处理器242、程序指令244和数据存储装置246。一个或多个处理器242可被配置为运行计算机可读程序指令246，指令246被存储在数据存储装置244中并且可运行来提供本文描述的功能的至少一部分。一个或多个处理器242可采取一个或多个处理器212的形式或者与其类似，数据存储装置244可采取数据存储装置214的形式或者与其类似，以及程序指令246可采取程序指令216的形式或者与其类似。
此外，如所指明地，飞行器230可包括控制系统248。在一些实现方式中，控制系统248可被配置为执行本文描述的一个或多个功能。控制系统248可采用机械系统和/或采用硬件、固件和/或软件来实现。作为一个示例，控制系统248可采取存储在非暂态计算机可读介质上的程序指令和运行该指令的处理器的形式。控制系统248可整体地或者部分地实现在飞行器230和/或远离飞行器230地定位的至少一个实体——诸如地面台站210——上。一般地，实现控制系统248的方式可依赖于特定应用而变化。
尽管上文已经描述了飞行器230，但应当理解，本文描述的方法和系统可涉及连接到诸如系链230和/或系链110的系链任何适当的飞行器。
C.示例电机系统
图3图示了根据示例实施例的电机系统300。电机系统300可被设计用于AWT的飞行器，诸如图1中所图示的飞行器130。具体来说，电机系统300可与飞行器中的动力系统——诸如上文结合图2描述的动力系统234——集成。可替换地或者额外地，电机系统300可被设计用于AWT的地面台站，诸如图1中所图示的地面台站110。具体来说，电机系统300可与地面台站中的动力系统集成。动力系统可类似于上文结合图2所述的动力系统234。
如图所示，电机系统300包括串联堆叠的并且连接到系链302的四个电机堆叠3041到3044。每个电机堆叠3041到3044包括两个电机。例如，如图所示，第一电机堆叠3041包括第一电机M1A和第二电机M1B。类似地，如图所示，第二电机堆叠3042包括第一电机M2A和第二电机M2B，等等。电机堆叠3041到3044中包括的电机M1A到M4B中的每个可例如是轻量型高通量电机，诸如例如，感应型永磁体同步电机和永磁体无刷电机。其它电机也是可能的。
电机堆叠3041到3044中的每个呈现出堆叠电压。具体来说，如图所示，电机堆叠3041呈现堆叠电压V1，电机堆叠3042呈现堆叠电压V2，电机堆叠3043呈现堆叠电压V3，以及电机堆叠3044呈现堆叠电压V4。如图所示，堆叠电压是跨越每个电机堆叠的电压。
如上文所指明地，如在电机系统300中那样串联堆叠的电机可呈现不稳定性。用于稳定电机系统300的一个可能方式是将通过每个电机堆叠3041到3044的平均电流控制为大致相等。为此，可将堆叠电压V1到V4控制为大致相等。在示例实施例中，堆叠电压V1到V4可由试图均衡堆叠电压的控制系统来控制。
D.示例控制系统
图4图示了根据示例实施例的控制系统400。在电机系统被包括在飞行器中的实施例中，控制系统400可类似地被包括在飞行器中。例如，控制系统400可类似于上文结合图2所述的控制系统248。可替换地或者额外地，在电机系统被包括在地面台站中的实施例中，控制系统400可被包括在地面台站中。控制系统400仍可类似于上文结合图2所述的控制系统248。仍为可替换地或者额外地，在电机系统被包括在飞行器中的实施例中，控制系统400可被包括在地面台站中，反之亦然。仍为可替换地或者额外地，在电机系统被包括在飞行器和地面台站中的每个中的实施例中，控制系统400可被包括在飞行器和地面台站中的任一个中。
如图所示，控制系统400包括平均器402、一组减法器4041到4044、一组补偿网络4061到4064、第一求和器408和第二求和器410。减法器4041到4044、补偿网络4061到4064和第一求和器408可被统称为第一电路，并且第二求和器408可被称为第二电路。尽管示意性地示出了控制系统400，但将理解，控制系统400可使用机械系统、硬件、固件和/或软件的任何组合来实现。
平均器402可被配置为接收堆叠电压V1到V4，如图所示。当接收到堆叠电压V1到V4时，平均器402可根据堆叠电压V1到V4生成平均堆叠电压。具体来说，为了对堆叠电压V1到V4进行平均，平均器402可将堆叠电压V1到V4进行求和并且然后将总和除以四，如图4中所示。平均器402然后可将平均堆叠电压提供给减法器4041到4044。
每个减法器4041到4044可接收平均堆叠电压。另外，每个减法器4041到4044可接收相应的堆叠电压V1到V4。具体来说，如图所示，减法器4041可接收堆叠电压V1，减法器4042可接收堆叠电压V2，减法器4043可接收堆叠电压V3，以及减法器4044可接收堆叠电压V4。
每个减法器4041到4044可从其相应的堆叠电压V1到V4中减去平均堆叠电压以输出相应的误差项E1到E4。具体来说，如图所示，减法器4041可从堆叠电压V1中减去平均堆叠电压以输出误差项E1，如图所示。另外，减法器4042可从堆叠电压V2中减去平均堆叠电压以输出误差项E2，减法器4043可从堆叠电压V3中减去平均堆叠电压以输出误差项E3，以及减法器4044可从堆叠电压V4中减去平均堆叠电压以输出误差项E4，如图所示。误差项E1到E4可以以伏特为单位。
每个减法器4041到4044可将其相应的误差项E1到E4提供到相应的补偿网络4061到4064。具体来说，如图所示，减法器4041可将误差项E1提供到补偿网络4061，减法器4042可将误差项E2提供到补偿网络4062，减法器4043可将误差项E3提供到补偿网络4063，以及减法器4044可将误差项E4提供到补偿网络4064。
每个补偿网络4061到4064可向其相应的函数C(E1)到C(E4)供应其相应的误差项E1到E4。在一些实施例中，函数C(E1)到C(E4)例如可以是增益函数、比例积分微分控制律函数、拉普拉斯函数(例如，1/(τ5+1))、非线性函数或者补偿函数。其它函数也是可能的。在向其相应的函数C(E1)到C(E4)供应其相应的误差项E1到E4时，每个补偿网络4061到4064可输出基于相应误差项E1到E4的相应的正项(positive term)x1到x4。具体来说，如图所示，补偿网络4061可向函数C(E1)供应误差项E1以输出正项x1，补偿网络4062可向函数C(E2)供应误差项E2以输出正项x2，补偿网络4063可向函数C(E3)供应误差项E3以输出正项x3，以及补偿网络4064可向函数C(E4)供应误差项E4以输出正项x4。正项x1到x4可以以瓦特为单位。
每个补偿网络4061到4064向第一求和器408输出其相应的正项x1到x4，如图所示。第一求和器408还从电机系统(例如，电机系统300)接收标称功率Pnom。标称功率Pnom可由高电平控制器指令给控制系统300。第一求和器408将正项x1到x4中的每个与标称功率Pnom求和以输出标称堆叠功率Pnom1到Pnom4。具体来说，第一求和器408将正项x1与标称功率Pnom求和以输出标称堆叠功率Pnom1，第一求和器408将正项x2与标称功率Pnom求和以输出标称堆叠功率Pnom2，第一求和器408将正项x3与标称功率Pnom求和以输出标称堆叠功率Pnom3，以及第一求和器408将正项x4与标称功率Pnom求和以输出标称堆叠功率Pnom4。第一求和器408将输出的标称堆叠功率Pnom1到Pnom4提供给第二求和器410，如图所示。
因此，第一电路(包括减法器4041到4044、补偿网络4061到4064和第一求和器408)可被配置为接收平均堆叠电压，并且基于平均堆叠电压生成与每个堆叠电压相对应的标称堆叠功率Pnom1到Pnom4。
第二求和器410可从第一求和器408接收标称堆叠功率Pnom1到Pnom4。第二求和器可额外地从电机系统(例如，电机系统300)接收差分功率Pdiff1到Pdiff4。
差分功率Pdiff1到Pdiff4可各自基于电机系统中相应的电机堆叠中的两个电机之间的功率差异。例如，参考电机系统300中的电机堆叠3041到3044，差分功率Pdiff1可由第一电机堆叠3041中第一电机M1A与第二电机M1B之间的功率差异的一半给出，差分功率Pdiff2可由第二电机堆叠3042中第一电机M2A与第二电机M2B之间的功率差异的一半给出，差分功率Pdiff3可由第三电机堆叠3043中第一电机M3A与第二电机M3B之间的功率差异的一半给出，以及差分功率Pdiff4可由第四电机堆叠044中第一电机M4A与第二电机M4B之间的功率差异的一半给出。
每个差分功率Pdiff1到Pdiff4可用于生成正差分功率Pdiff1 +到Pdiff4 +和负差分功率Pdiff1 -到Pdiff4 -中的每个，如图所示。正差分功率Pdiff1 +到Pdiff4 +和负差分功率Pdiff1 -到Pdiff4 -可被提供给第二求和器410，如图所示。
第二求和器410可将每个标称堆叠功率Pnom1到Pnom4与正差分功率Pdiff1 +到Pdiff4 +和负差分功率Pdiff1 -到Pdiff4 -中的每个求和以输出电机功率P1到P8，如图所示。具体来说，第二求和器410可将标称堆叠功率Pnom1与正差分功率Pdiff1 +求和以输出P1，第二求和器410可将标称堆叠功率Pnom1与负差分功率Pdiff1 -求和以输出P2，第二求和器410可将标称堆叠功率Pnom2与正差分功率Pdiff2 +求和以输出P3等等。
电机功率P1到P8可用于控制电机系统。例如，参考电机系统300，电机M1A到M4B可分别被控制为以电机功率P1到P8进行操作。当电机M1A到M4B被分别控制为以电机功率P1到P8进行操作时，每个电机堆叠3041到3044可呈现大致等于标称功率Pnom两倍的组合功率。结果，每个电机堆叠3041到3044可呈现大致相等的电流。通过使得电机堆叠3041到3044呈现大致相等的电流，控制系统400可稳定电机系统300。
从而控制系统400通过对堆叠电压V1到V4中的变化进行响应来进行操作。具体来说，过高的堆叠电压——例如，V1——将导致较高的标称堆叠功率Pnom1。较高的标称堆叠功率Pnom1将导致用于电机堆叠中的电机的较高的电机功率P1和P2，而较高的电机功率P1和P2将导致该电机堆叠相比于其它电机堆叠消耗更大的电流。作为电机堆叠之间的电流差异的结果，具有较高的标称堆叠功率Pnom1的电机堆叠的堆叠电压将呈现减小的堆叠电压，使得用于该电机堆叠的误差项为正。另外，作为电机堆叠之间的电流差异的结果，剩余电机堆叠的堆叠电压将呈现增大的堆叠电压，使得用于这些剩余电机堆叠的误差项为负。具体来说，过高的堆叠电压——例如，V1——将导致正误差项E1并且从而导致较高的标称堆叠功率Pnom1。较高的标称堆叠功率Pnom1将导致分别用于电机堆叠中的电机M1和M2的较高的电机功率P1和P2，而较高的电机功率P1和P2将导致该电机堆叠相比于其它电机堆叠消耗更大的电流。作为电机堆叠之间的电流差异的结果，具有较高的标称堆叠功率Pnom1的电机堆叠将呈现减小的堆叠电压。另外，剩余电机堆叠将呈现过低的堆叠电压V2、V3、V4，从而分别导致负误差项E2、E3、E4并且转而导致这些剩余的电机堆叠中减小的电机功率。减小的电机功率将使得剩余电机堆叠消耗更小的电流，从而导致其堆叠电压的增大。尽管前述描述指示了特定电机和电机堆叠，但将会理解，对电机和电机堆叠的其它置换也是可能的。用此方式，控制系统会将堆叠电压连续控制为大致相等。
III.例示性方法
图5是图示根据示例实施例的方法500的流程图。方法500可包括如块502到512中的一个或多个块所图示的一个或多个操作、功能或者动作。虽然这些块被以先后顺序图示，但这些块也可并行地和/或以与本文描述的顺序不同的顺序执行。另外，各个块可基于期望的实现方式来被组合成更少的块，被划分成额外的块和/或被移除。
此外，对于方法500及本文公开的其它过程和方法，流程图示出了本实施例的一个可能的实现方式的功能和操作。在这点上，每个块可表示程序代码的模块、片段或者部分，该程序代码包括由处理器可运行以用于实现过程中的特定逻辑功能或者步骤的一个或多个指令。程序代码可被存储在例如任何类型的计算机可读介质——诸如包括盘或硬驱的存储设备——上。计算机可读介质可包括非暂态计算机可读介质，例如，诸如短时间段内存储数据的计算机可读介质，包括寄存器存储器、处理器高速缓存以及随机存取存储器(RAM)。计算机可读介质也可包括非暂态介质，例如诸如辅助或者永久性长期储存装置，如只读存储器(ROM)、光盘或者磁盘以及致密盘只读存储器(CD-ROM)。计算机可读介质也可以是任何其它易失性或者非易失性存储系统。计算机可读介质可被认为是例如计算机可读存储介质、有形存储设备或者其它制品。
此外，对于方法500及本文公开的其它过程和方法，每个块可表示被布线来执行过程中的特定逻辑功能的电路。
方法500可用于维持电机系统——诸如上文结合图3所述的电机系统300——的稳定性。为此，方法500例如可由控制系统——诸如上文结合图4所述的控制系统400——来执行。电机系统和控制系统可整体地或者部分地由飞行器的一个或多个组件——诸如由图1中所示的飞行器130或图2中所示的飞行器230的一个或多个组件——来形成。可替换地或者额外地，电机系统和控制系统可整体地或者部分地由地面台站的一个或多个组件——诸如由图1中所示的地面台站110或图2中所示的地面台站210的一个或多个组件——来形成。其它电机系统和控制系统也是可能的。
如图所示，方法500始于块502，其中控制系统从包括串联连接的数个电机堆叠的电机系统接收一组堆叠电压。电机系统例如可类似于上文结合图3所述的电机系统300。电机系统例如可包括四个电机堆叠。可替换地，电机可包括更多或者更少的电机堆叠。在任意情况下，每个电机堆叠可包括一个或多个电机，并且每个堆叠电压可与相应的电机堆叠相对应。一般地，对于具有N个电机堆叠且每个堆叠M个电机的电机系统，控制系统可被配置为接收N个差分功率Pdiff。控制系统可将每个差分功率Pdiff乘以具有长度M的矢量(代替图4中所示的[1，-1]矢量)，其中矢量的元素求和为0。在一些实施例中，矢量的元素可被实时修改，只要这些元素持续地求和为零即可。
方法500在块504处继续，其中控制系统对堆叠电压进行平均以生成平均堆叠电压。为此，控制系统例如可对堆叠电压进行求和并且将总和除以电机系统中电机堆叠的数量。例如，如果电机系统包括四个电机堆叠(使得从电机系统接收到四个堆叠电压)，则对堆叠电压进行平均可涉及对堆叠电压进行求和并且除以四。其它示例也是可能的。为此，控制系统可包括平均器，诸如上文结合图4所述的平均器402。
方法500在块506处继续，其中控制系统生成与每个堆叠电压相对应的标称堆叠功率。每个标称堆叠功率可基于平均堆叠电压。为此，为了生成每个标称堆叠功率，控制系统可从堆叠电压中减去平均堆叠电压以生成误差项，基于误差项确定正项，以及将正项与用于电机的标称功率求和以生成标称堆叠功率。为了确定正项，误差项可被馈送到补偿网络中。补偿网络可例如根据补偿函数——诸如上文结合图4描述的补偿函数中的任何一个——基于误差项生成正项。
方法500在块508处继续，其中控制系统接收一组差分功率。每个差分功率可与电机系统中数个电机堆叠中的相应的电机堆叠相对应。例如，如果电机系统包括四个电机堆叠，则控制系统可接收四个差分功率(对于每个电机堆叠一个)。如上文所指明地，每个电机堆叠可包括第一电机和第二电机。因此，对于每个电机堆叠，每个差分功率可由电机堆叠中第一电机与第二电机之间的功率差异的一半给出。
在块510处，控制系统可对于每个差分功率来将该差分功率与针对相应的电机堆叠生成的标称堆叠功率进行组合以生成第一电机功率和第二电机功率两者。为了针对给定电机堆叠的差分功率生成第一电机功率，控制系统可根据差分功率生成正差分功率。正差分功率可以是具有差分功率的绝对值的正值。然后，控制系统可将正差分功率与针对给定电机堆叠生成的标称堆叠功率求和以生成第一电机功率。类似地，为了针对差分功率生成第二电机功率，控制系统可根据差分功率生成负差分功率。负差分功率可以是具有差分功率的绝对值的负值。然后，控制系统可将负差分功率与针对给定电机堆叠生成的标称堆叠功率求和以生成第二电机功率。
其后，在方框512，控制系统可控制每个电机堆叠。具体而言，对于每个电机堆叠，控制系统可控制第一电机来大致以第一电机功率进行操作。另外，控制系统可控制第二电机来以第二电机功率进行操作。
方法500可连续地或周期性地被执行。通过连续地或者周期性地调整电机系统中电机的电机功率，控制系统可将电机堆叠中的每个中的电流控制为大致相等，从而稳定电机系统。
IV.替换实施例
前述描述关注于基于电机系统中的电机堆叠的堆叠电压的偏差来稳定电机系统中的电机堆叠。为此，上述控制系统采取堆叠电压作为输入。在其它实施例中，取代采取堆叠电压作为输入，控制系统可采取堆叠电流作为输入。就如同每个堆叠电压是跨越电机堆叠的电压那样，每个堆叠电流可以是通过电机堆叠的电流。
在这些实施例中，控制系统可采取类似于上文结合图4所述的形式。具体而言，控制系统可包括平均器、一组减法器、一组补偿网络、第一求和器和第二求和器。控制系统可使用机械系统、硬件、固件和/或软件的任何组合来实现。
然而，取代采取堆叠电压作为输入，控制系统可采取堆叠电流作为输入。从而平均器可被配置为接收堆叠电流(例如，I1到I4)，并且在接收到堆叠电流I1到I4时，根据堆叠电流生成平均堆叠电流。平均器然后可将平均堆叠电流提供给减法器。
每个减法器可接收平均堆叠电流，以及堆叠电流I1到I4之一。每个减法器可从其相应的堆叠电流I1到I4中减去平均堆叠电流以输出相应的误差项E1到E4，并且可将相应的误差项E1到E4提供给相应的补偿网络。误差项E1到E4可以以安培为单位。每个补偿网络可将其相应的误差项E1到E4供应给相应的函数C(E1)到C(E4)，每个函数可输出基于相应的误差项E1到E4的相应的正项x1到x4。函数C(E1)到C(E4)可采取上文结合图4所述的任何形式。正项x1到x4可以以瓦特为单位。
每个补偿网络可将其相应的正项x1到x4输出到第一求和器。其后，控制系统可如上文结合图4所述地进行操作。
前述描述还关注于电机系统。然而，这些描述类似地适用于发电机系统。如图电机系统那样，这种发电机系统可包括串联连接的数个发电机堆叠。每个发电机堆叠可包括一个或多个发电机。上述控制系统中的任何一个可用于控制发电机系统以维持稳定性，如上所述。另外，这些描述类似地适用于电力电子系统。这种电力电子系统可包括串联堆叠的电力电子器件。电力电子器件例如可用于将AWT系统中的系链连接到电网。电力电子器件的其它应用也是可能的。上述控制系统中的任何一个可用于控制电力电子器件以维持稳定性，如上所述。
V.结论
附图中示出的特定布置不应当被看作是限制性的。应当理解，其它实施例可包括给定附图中示出的每个元件的更多个或更少个。另外，一些图示元件可被组合或者省略。另外，示例性实施例可包括附图中未图示的元件。
额外地，尽管本文已经公开了各种方面和实施例，但其它方面和实施例对于本领域技术人员来说将是明显的。本文公开的各种方面和实施例是出于例示的目的，而并不意图进行限制，其中真实的范围和精神由所附权利要求指示。可利用其它实施例，并且可进行其它改变，而不背离本文呈现的主题的精神或者范围。将容易理解，如在本文概括描述的以及在图中图示的本公开的各方面可按多种不同配置来布置、代替、组合、分离和设计，所有这些在本文中都设想到了。

Claims (20)

1.一种系统，其包括：
电机系统，包括串联连接的多个电机堆叠，其中，每个电机堆叠包括第一电机和第二电机，其中，电机系统被配置为：(i)呈现多个堆叠电压，其中，每个堆叠电压与多个电机堆叠中相应的电机堆叠相对应，以及(ii)呈现多个差分功率，其中，每个差分功率与多个电机堆叠中相应的电机堆叠相对应，以及其中每个差分功率由相应的电机堆叠中的第一电机与第二电机之间的功率差异的一半给出；以及
控制系统，其包括：
(i)平均器，被配置为对堆叠电压取平均以生成平均堆叠电压，
(ii)第一电路，被配置为至少部分基于平均堆叠电压生成与每个堆叠电压相对应的标称堆叠功率，以及
(iii)第二电路，被配置为对于每个电机堆叠，将相应的差分功率与相应标称堆叠功率进行组合以生成(i)与电机堆叠中的第一电机相对应的第一电机功率和(ii)与电机堆叠中的第二电机相对应的第二电机功率两者；
其中，对于每个电机堆叠，控制系统被配置为基于针对该电机堆叠的第一电机功率和第二电机功率控制电机堆叠中的第一电机和第二电机。
2.如权利要求1所述的系统，其中，第一电路包括：
减法器，被配置为对于每个堆叠电压，从该堆叠电压中减去平均堆叠电压以生成误差项；
补偿网络，被配置为对于每个堆叠电压，基于误差项确定正项；以及
求和器，被配置为对于每个堆叠电压，将正项与用于电机的标称功率进行求和以生成标称堆叠功率。
3.如权利要求2所述的系统，其中，对于每个堆叠电压，补偿网络被配置为根据采取误差项作为输入的增益函数来确定正项。
4.如权利要求1所述的系统，其中，第三电路包括：
差分功率电路，被配置为对于每个差分功率，根据该差分功率生成正差分功率和负差分功率两者；以及
求和器，被配置为，对于每个差分功率：
将正差分功率与针对相应的电机堆叠生成的标称堆叠功率进行求和以生成第一电机功率，并且
将负差分功率与针对相应的电机堆叠生成的标称堆叠功率进行求和以生成第二电机功率。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述系统包括被配置为由风生成电能的空中风力涡轮系统。
6.如权利要求5所述的系统，还包括：
地面台站；
飞行器；以及
将飞行器连接到地面台站的系链。
7.如权利要求6所述的系统，其中，飞行器被配置为经由系链向地面台站传送电能。
8.如权利要求6所述的系统，其中，飞行器被配置为经由系链向飞行器传送电能。
9.如权利要求6所述的系统，其中，电机系统被包括在地面台站中。
10.如权利要求6所述的系统，其中，电机系统被包括在飞行器中。
11.一种方法，其包括：
从包括串联连接的多个电机堆叠的电机系统接收一组堆叠电压，其中，每个电机堆叠包括第一电机和第二电机，并且其中，每个堆叠电压与多个电机堆叠中相应的电机堆叠相对应；
对堆叠电压进行平均以生成平均堆叠电压；
生成与每个堆叠电压相对应的标称堆叠功率，其中，每个标称堆叠功率至少基于平均堆叠电压；
接收一组差分功率，其中，每个差分功率与多个电机堆叠中的相应电机堆叠相对应，并且其中，每个差分功率由相应的电机堆叠中的第一电机与第二电机之间的功率差异的一半给出；
对于每个差分功率，将该差分功率与针对相应的电机堆叠生成的标称堆叠功率进行组合以生成与电机堆叠中的第一电机相对应的第一电机功率和(ii)与电机堆叠中的第二电机相对应的第二电机功率两者；以及
对于每个电机堆叠，(i)基于与电机堆叠相对应的第一电机功率控制第一电机以及(ii)基于与电机堆叠相对应的第二电机功率控制第二电机。
12.如权利要求11所述的方法，其中，生成与每个堆叠电压相对应的标称堆叠功率包括，对于每个堆叠电压：
从该堆叠电压中减去平均堆叠电压以生成误差项；
基于误差项确定正项；以及
将正项与用于电机的标称功率进行求和以生成标称堆叠功率。
13.如权利要求12所述的方法，其中，基于误差项确定正项包括基于采取误差项作为输入的补偿函数来确定正项。
14.如权利要求13所述的方法，其中，补偿函数包括增益函数。
15.如权利要求11所述的方法，其中，生成第一电机功率和第二电机功率两者包括，对于每个差分功率：
根据差分功率生成正差分功率和负差分功率两者：
将正差分功率与针对相应的电机堆叠生成的标称堆叠功率进行求和以生成第一电机功率；以及
将负差分功率与针对相应的电机堆叠生成的标称堆叠功率进行求和以生成第二电机功率。
16.一种在其中存储有指令非暂态计算机可读介质，所述指令可由计算设备运行以使得计算设备执行包括以下各项的功能：
从包括串联连接的多个电机堆叠的电机系统接收一组堆叠电压，其中，每个电机堆叠包括第一电机和第二电机，并且其中，每个堆叠电压与多个电机堆叠中相应的电机堆叠相对应；
对堆叠电压进行平均以生成平均堆叠电压；
生成与每个堆叠电压相对应的标称堆叠功率，其中，每个标称堆叠功率至少基于平均堆叠电压；
接收一组差分功率，其中，每个差分功率与多个电机堆叠中的相应的电机堆叠相对应，并且其中，每个差分功率由相应的电机堆叠中的第一电机与第二电机之间的功率差异的一半给出；
对于每个差分功率，将该差分功率与针对相应的电机堆叠生成的标称堆叠功率进行组合以生成第一电机功率和第二电机功率两者；以及
对于每个电机堆叠，(i)基于第一电机功率控制第一电机以及(ii)基于第二电机功率控制第二电机。
17.如权利要求16所述的非暂态计算机可读介质，其中，生成与每个堆叠电压相对应的标称堆叠功率包括，对于每个堆叠电压：
从该堆叠电压中减去平均堆叠电压以生成误差项；
基于误差项确定正项；以及
将正项与用于电机的标称功率进行求和以生成标称堆叠功率。
18.如权利要求16所述的非暂态计算机可读介质，其中基于误差项确定正项包括基于采取误差项作为输入的补偿函数来确定正项。
19.如权利要求18所述的非暂态计算机可读介质，其中，补偿函数包括增益函数。
20.如权利要求16所述的非暂态计算机可读介质，其中，生成第一电机功率和第二电机功率两者包括，对于每个差分功率：
根据差分功率生成正差分功率和负差分功率两者；
将正差分功率与针对相应的电机堆叠生成的标称堆叠功率进行求和以生成第一电机功率；以及
将负差分功率与针对相应的电机堆叠生成的标称堆叠功率进行求和以生成第二电机功率。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111819782A (zh) * 2017-08-15 2020-10-23 鲲腾科技公司 具有分布式绕组结构的电机系统

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG194257A1 (en) * 2012-04-26 2013-11-29 Yik Hei Sia Power generating windbags and water-bags
US9611835B1 (en) * 2013-01-11 2017-04-04 Google Inc. Motor control topology for airborne power generation and systems using same
US9294016B2 (en) 2013-12-19 2016-03-22 Google Inc. Control methods and systems for motors and generators operating in a stacked configuration
US9879655B1 (en) * 2014-06-30 2018-01-30 X Development Llc Attachment apparatus for an aerial vehicle
US20170190418A1 (en) * 2015-12-30 2017-07-06 X Development Llc Electro-Mechanical Bridles for Energy Kites
US10008973B1 (en) * 2015-12-31 2018-06-26 X Development Llc Voltage conversion for an airborne wind turbine
US20170198648A1 (en) * 2016-01-08 2017-07-13 David E. James System and method for controlling an operating mode of a motor-generator
TWI665385B (zh) * 2016-06-17 2019-07-11 美商艾克頌美孚上游研究公司 使用繫鏈至漂浮結構的空載發電器的離岸發電系統及方法
TWI662188B (zh) * 2016-06-17 2019-06-11 美商艾克頌美孚上游研究公司 使用空載發電器的離岸發電系統及方法
US10351235B2 (en) 2017-05-22 2019-07-16 Karem Aircraft, Inc. EVTOL aircraft using large, variable speed tilt rotors

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080296897A1 (en) * 2006-11-21 2008-12-04 Parker-Hannifin Corporation Variable speed wind turbine drive and control system
CN101351958A (zh) * 2005-12-30 2009-01-21 那瓦拉公立大学 在电网中出现电压暂降的情况下对连接到所述电网的发电设施的变换器进行控制的方法和系统
CN101584102A (zh) * 2006-10-27 2009-11-18 直接传动系统股份有限公司 机电能量转换系统
US20110089693A1 (en) * 2009-10-19 2011-04-21 Adel Nasiri Wind energy power conversion system reducing gearbox stress and improving power stability
CN102332727A (zh) * 2011-09-26 2012-01-25 重庆大学 一种利用直流侧飞轮储能单元平滑永磁直驱风力发电系统输出有功功率的方法

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2004097B (en) 1977-09-07 1982-05-26 South Australia Minister Of Tr Modular motor and control means and method
FR2580339B1 (fr) * 1985-04-16 1989-06-16 Sagem Convertisseur electropneumatique
FR2679156B1 (fr) * 1991-07-15 1993-10-29 Procedes Techniques Construction Vibrateur a moment variable utilisable notamment a l'enfoncement d'objets dans le sol.
US6348752B1 (en) 1992-04-06 2002-02-19 General Electric Company Integral motor and control
US6548969B2 (en) * 2000-12-29 2003-04-15 Delphi Technologies, Inc. Redundant steer-by-wire system
WO2002066323A2 (en) 2001-02-16 2002-08-29 United Technologies Corporation Improved aircraft architecture with a reduced bleed aircraft secondary power system
US6622069B1 (en) * 2001-05-05 2003-09-16 Curtis Instruments, Inc. Automatic motor adjustment for differentially steered dual electric motor system
JP3969246B2 (ja) * 2002-08-09 2007-09-05 株式会社デンソー 車両用冷却ファンモータの駆動装置
JP3906760B2 (ja) * 2002-08-08 2007-04-18 株式会社デンソー 誘導性負荷駆動装置
US6891342B2 (en) 2002-08-08 2005-05-10 Denso Corporation Drive apparatus for PWM control of two inductive loads with reduced generation of electrical noise
US7348764B2 (en) * 2006-07-13 2008-03-25 Ocean Power Technologies, Inc. Coil switching of an electric generator
US7948197B2 (en) * 2007-02-27 2011-05-24 Peabody Energy Corporation Controlling torsional shaft oscillation
US7675189B2 (en) * 2007-07-17 2010-03-09 Baseload Energy, Inc. Power generation system including multiple motors/generators
US7847509B2 (en) 2007-12-26 2010-12-07 Pitney Bowes Inc. System and method for controlling electric motors to simulate a mechanical differential
US8081019B2 (en) * 2008-11-21 2011-12-20 Flextronics Ap, Llc Variable PFC and grid-tied bus voltage control
US20100283253A1 (en) * 2009-03-06 2010-11-11 Bevirt Joeben Tethered Airborne Power Generation System With Vertical Take-Off and Landing Capability
US8536720B2 (en) * 2009-04-23 2013-09-17 Windstream Technologies, Inc. Modular wind energy unit with simple electrical connections
US20110127775A1 (en) 2009-05-20 2011-06-02 Bevirt Joeben Airborne Power Generation System With Modular Structural Elements
WO2011030380A1 (ja) * 2009-09-10 2011-03-17 株式会社日立エンジニアリング・アンド・サービス 発電システムの電力貯蔵装置およびその電力貯蔵装置の運用方法
US8175755B2 (en) * 2009-11-18 2012-05-08 General Electric Company Systems and methods for monitoring power devices
US8800931B2 (en) 2010-03-24 2014-08-12 Google Inc. Planform configuration for stability of a powered kite and a system and method for use of same
WO2012118797A2 (en) 2011-02-28 2012-09-07 Board Of Trustees Of Michigan State University Rotor apparatus
WO2012144002A1 (ja) 2011-04-18 2012-10-26 トヨタ自動車株式会社 モータ用電圧変換制御装置
US9143056B2 (en) 2011-12-16 2015-09-22 Empower Micro Systems, Inc. Stacked voltage source inverter with separate DC sources
US20130233964A1 (en) * 2012-03-07 2013-09-12 Aurora Flight Sciences Corporation Tethered aerial system for data gathering
US8598725B1 (en) * 2012-06-11 2013-12-03 United Technologies Corporation Utilizing flux controllable PM electric machines for wind turbine applications
US9294016B2 (en) 2013-12-19 2016-03-22 Google Inc. Control methods and systems for motors and generators operating in a stacked configuration

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101351958A (zh) * 2005-12-30 2009-01-21 那瓦拉公立大学 在电网中出现电压暂降的情况下对连接到所述电网的发电设施的变换器进行控制的方法和系统
CN101584102A (zh) * 2006-10-27 2009-11-18 直接传动系统股份有限公司 机电能量转换系统
US20080296897A1 (en) * 2006-11-21 2008-12-04 Parker-Hannifin Corporation Variable speed wind turbine drive and control system
US20110089693A1 (en) * 2009-10-19 2011-04-21 Adel Nasiri Wind energy power conversion system reducing gearbox stress and improving power stability
CN102332727A (zh) * 2011-09-26 2012-01-25 重庆大学 一种利用直流侧飞轮储能单元平滑永磁直驱风力发电系统输出有功功率的方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111819782A (zh) * 2017-08-15 2020-10-23 鲲腾科技公司 具有分布式绕组结构的电机系统

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