CN107251380A - 能量存储管理系统 - Google Patents

Abstract

说明性的能量存储系统包括能量存储装置、联接到能量存储装置的处理器以及联接到处理器的存储器。存储器被配置为存储由处理器执行以控制和监测能量存储装置的操作的指令。指令被布置到功能模块内。每个功能模块与存储器中的存储器缓存相关联。取决于功能模块的控制进程从相关联的存储器缓存读取最后已知的值。从相关联的存储器读取最后已知的值使得能够在不关闭能量存储装置的情况下改变功能模块。

Description

能量存储管理系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年9月12日提交的申请号为62/049,496的美国临时专利申请的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开总体涉及动能存储领域。更具体地，本公开涉及飞轮能量存储管理。

背景技术

提供以下描述以帮助读者的理解。提供的信息或引用的参考文献都不被认为是现有技术。能量可以以诸如以下的各种方式来存储：化学的(例如，氢和生物燃料)、电化学的(例如，电池)、电的(例如，电容器)、热的(例如，热水存储)以及机械的(例如，飞轮)。许多能量存储系统包括若干部件。在一些情况下，当尝试提高使用各种部件的系统的效率时会产生困难。

发明内容

说明性的能量存储系统包括能量存储装置、联接到能量存储装置的处理器以及联接到处理器的存储器。存储器被配置为存储由处理器执行以控制和监测能量存储装置的操作的指令。指令被布置到功能模块内。每个功能模块与存储器中的存储器缓存(cache)相关联。取决于功能模块的控制进程从相关联的存储器缓存读取最后已知的值。从相关联的存储器读取最后已知的值使得能够在不关闭能量存储装置的情况下改变功能模块。

说明性的方法包括在处理装置处从处于操作中的能量存储装置接收监测信号，并且将具有来自共享存储器中的存储器缓存的数据的控制信号传送到能量存储装置。存储器缓存与多个功能模块中的一个相关联，并且数据由相关联的功能模块中的指令提供。每个功能模块与传感器或致动器中的至少一个相关联。方法还包括当能量存储装置处于操作中时，在处理装置处接收用于多个功能模块中的一个的新指令，并且当能量存储装置处于操作中时，基于接收的新指令并通过处理装置修改用于多个功能模块中的一个的指令。

说明性的能量存储系统包括飞轮装置、联接到飞轮装置的处理器、多个传感器以及联接到处理器的存储器。飞轮装置包括：壳体部分；转子，其设置在壳体部分内；下部接触轴承和上部接触轴承，其每一个被设置在转子和壳体之间；以及卸载磁体，其被配置为提供垂直卸载力，该垂直卸载力对着上部轴承而提升转子并且离开下部轴承。存储器被配置为存储由处理器执行以控制和监测飞轮装置的操作的指令并且存储从多个模块接收的值，其中每个模块与多个传感器中的一个相关联。

前述发明内容仅是说明性的并且不旨在以任何方式来限制。除了上述说明性的方面、实施例和特征之外，通过参考以下附图和具体实施方式，进一步的方面、实施例和特征将变得显而易见。

附图说明

在下文中将参考附图更详细地解释示例性实施例，其中：

图1是根据说明性的实施例的能量存储管理系统的框图。

图2是根据说明性的实施例的利用飞轮实施的能量存储管理系统的框图。

图3A是根据说明性的实施例的飞轮系统的框图。

图3B是根据说明性的实施例的存在于能量存储管理系统中的磁滞的图。

图3C是根据说明性的实施例的调节电磁体的提升力的方法的流程图。

图4是根据说明性的实施例的热插拔模块布置的框图。

图5是根据说明性的实施例的用于减少峰值功率(power)消耗的方法的流程图。

图6是根据说明性的实施例的用于减少公用事业(utility)费用的方法的流程图。

图7是根据说明性的实施例的用于控制和监测飞轮系统的图形用户界面仪表板的图示。

图8是根据说明性的实施例的用于建筑物负载的图、碳排放减少图表和估计节约的图形用户界面。

图9是根据说明性的实施例的用于随时间从公用事业供给所使用的能量的图的图形用户界面。

图10是根据说明性的实施例的用于随时间生成的太阳能、实时云量百分比和实时太阳角的图的图形用户界面。

图11是根据说明性的实施例的用于随时间生成的风能、实时风速和实时风向的图的图形用户界面。

图12是根据说明性的实施例的用于功率随时间充电和放电、存储容量、充电和放电周期的总数以及总放电kWh的图的图形用户界面。

图13是根据说明性的实施例的示出包括最大功率、速度、电压、电流、功率和存储容量的马达信息的工程页面的图形用户界面。

图14是根据说明性的实施例的飞轮部件的工程页面的图形用户界面。

图15是根据说明性的实施例的示出实时传感器数据的工程页面的图形用户界面。

图16是根据说明性的实施例的在指定时间和范围上示出选择的模块的图形的工程页面的图形用户界面。

图17是示出根据说明性的实施例的单个模块的实时图的图形用户界面。

图18是描绘根据说明性的实施例的连接到电网的能量存储系统的框图。

图19是描绘根据说明性的实施例的具有飞轮能量存储系统的DC电压调节的框图。

从结合附图的以下描述和所附权利要求中，本公开的前述和其它特征将变得更加显而易见。应当理解的是，这些附图仅描绘根据本公开的若干实施例，并且因此不应被认为是对其范围的限制，本公开将通过使用附图并利用附加的特性和细节来描述。

具体实施方式

在以下具体实施方式中，参考形成其一部分实施方式的附图。在附图中，相似的符号通常标识相似的部件，除非上下文另有规定。在具体实施方式、附图和权利要求中描述的说明性的实施例不意味着限制。在不脱离本文所呈现的主题的精神或范围的情况下，可以利用其它实施例，并且可以进行其它改变。将容易地理解的是，如本文总体描述并且在图中所示的本公开的方面可以以各种各样的不同配置来布置、替换、组合和设计，所有这些配置都被明确地预期并且构成本公开的一部分。

参照附图，本公开涉及动能存储，具体地涉及基于飞轮的能量存储，以用于电网、诸如风力涡轮机、太阳能电池板、潮汐机的可再生能源发电系统以及平稳的功率需求降低资本和运营成本的工业应用。本公开还涉及生产、控制和集成这种存储设备与现有电网和微网能量分配系统的方法。虽然本文中的主题被呈现在栅网规模应用领域中的能量存储装置的环境中，这样的装置可用于诸如以下的可选应用中：用于电动车辆充电站、轨道交通系统、电梯、起重机、船上系统或使用动能存储的任何其它装置的独立能量存储。本文所述的实施方式不限于基于飞轮的能量存储、动能存储或任何能量存储管理系统。

在大多数情况下，动能存储系统受益于使用灵活的和模块化部件的管理系统。而且，在大多数情况下，动能存储系统受益于使用自动创建参数以增加存储系统的效率的管理系统。由于系统的大物理特征(例如，重量和尺寸)以及由于启动和停止系统所需的时间，作为一个示例实施方式的飞轮系统对于测试、开发、监测和维护造成独特的挑战。

本公开描述用于帮助实现改进的性能和改进的操作容易性的能量存储管理系统的各种实施例。虽然在飞轮系统的环境中描述各种实施例，但是管理系统可以利用各种不同的技术和实施方式来实施。

存在将受益于动能储存的许多应用。在静态动能存储系统的一些应用中，成本(购买和操作)非常重要。一些示例应用包括频率调节、使用时间、不间断电源(UPS)、需求响应以及可再生能源生成源的平稳以及其它应用。因此，减小操作动能存储系统的成本是重要的。在一些实施例中，操作动能存储系统的成本(以及购买系统的成本)可以由动能存储系统引起的能量费用中的成本节约来抵消。

图1是根据说明性的实施例的能量存储管理系统的框图。能量存储管理系统100包括多个传感器110、多个致动器120、缓存150、处理器160和通信接口170。在可选的实施例中，可以使用另外的、较少的和/或不同的元件。例如，在一些实施例中，可以使用少于或多于三个致动器120(或传感器110)。

示例性能量存储管理系统100包括一组模块。模块的概念用于表示系统资源。在说明性的实施例中，模块是与一个或多个硬件(例如，传感器110)交互的独立软件。其它系统进程使用模块与系统资源接口连接。能量存储管理系统100中的资源的示例包括传感器110、致动器120等。在可选的实施例中，任何合适的资源可以由模块表示。传感器110可以包括热电偶、测力传感器、地震仪等。致动器120可以包括马达、继电器、可调节电源、数模转换器等。

在说明性的实施例中，每个模块具有唯一标识符和相关联的目标文件。目标文件包含可由其它进程调用的一个或多个子例程。目标文件中的每个子例程都遵循定义函数的名称和返回类型的接口。这种配置允许在与模块接口连接时，运行时的系统正确地识别和调用正确的子例程。目标文件还包含标识模块的数据类型(例如，二进制、浮点数、整数等)的子例程。在说明性的实施例中，模块的数据类型用于计算用于缓存和历史(historian)进程分配的存储器的量。

通过执行包含在与其模块相关联的目标文件内的资源子例程来获取与能量存储管理系统100内的每个资源相对应的值。与资源相对应的值可以包括资源的状态(例如，正常操作、经历错误等)、资源的状况(例如，在设置模式下、在校准模式下等)、资源的测量(例如，温度、压力、距离、流量等)或任何其它合适的特性。在说明性的实施例中，资源子例程的一个或多个各自访问附接到能量存储管理系统100的硬件并且读取来自资源的相应传感器或致动器的输出。例如，温度子例程可以读取来自能量存储管理系统100的温度传感器110的输出。

在说明性的实施例中，一旦已经调用资源子例程，则相应资源的值存储在包含在共享存储器内的诸如缓存150的缓存中。使用资源值的模块或其它子例程可以使用存储在缓存150中的资源值。即，在说明性的实施例中，而不是针对由模块使用的每个资源值执行资源子例程，模块可以通过从缓存150读取来访问资源的值。

在说明性的实施例中，轮询进程以用户定义的频率更新缓存的值。可以基于资源的特征来选择用于每个资源(例如，传感器110)的轮询频率。例如，相对缓慢变化的温度可以比诸如马达的电流的相对快速变化的输入更少频繁地被轮询。轮询的频率可以是诸如每毫秒一次、每秒一次、每五秒一次的任何合适的频率。这种更新过程有助于确保缓存的值是最新的。在说明性的实施例中，当相应资源的输出状态改变时，致动器缓存150的值被更新。在一些实施例中，其输出快速改变的资源(例如，传感器110)比其输出不快速改变的资源更频繁地被轮询。以高于轮询频率的速率读取资源数据的进程不受影响，因为它们从缓存150读取，并且不直接与资源接口连接。

在一些实施例中，能量存储管理系统100由使用模块彼此共享信息的一个或多个进程组成。共享存储器缓存150使得这些进程可以与系统通信并且彼此通信。在一些实施例中，模块用于与诸如传感器110或致动器120的内部资源或外部资源接口连接。在一些实施例中，模块用作通用子例程，其允许模块控制诸如传感器110或致动器120的相应的内部资源或外部资源。

能量存储管理系统100包括通信接口170以便于诸如通过网络的通信。网络可以包括诸如局域网(LAN)、广域网(WAN)、城域网(MAN)、因特网等的任何合适的网络。通过网络的通信可以包括有线通信和/或无线通信，并且可以包括串行通信和/或并行通信。在说明性的客户端-服务器布置中，能量存储管理系统100利用传输控制协议/因特网协议(TCP/IP)与外部服务器通信以将诊断和历史数据上传到外部服务器。外部服务器可以执行诸如协调多个系统、执行计算等的服务。在说明性分布式布置中，能量存储管理系统100利用TCP/IP与其它能量存储管理系统100的软件节点通信和同步信息。可以使用以定义的间隔发送完全或部分系统快照的专用进程来传输这种信息。通信可以使用诸如使用TCP/IP的那些协议的任何合适的协议。一些示例性通信协议包括超文本传输协议(HTTP)、安全外壳(SSH)、Modbus、分布式网络协议(例如，DNP3)等。在说明性的实施例中，接收节点上的专用进程接收传输的信息并且更新相应的模块。

图2是根据说明性的实施例的利用飞轮实施的能量存储管理系统的框图。系统200包括能量存储管理控制器205、栅网(grid)210、飞轮220(例如，转子)、传感器230、马达控制器240、电磁体控制器250和存储器260。在可选的实施例中，可以使用另外的、较少的和/或不同的元件。例如，在一些实施例中，系统200包括多个传感器230。在说明性的实施例中，存储器260是电子存储器存储装置。

在说明性的实施例中，当系统200(其可以与能量存储管理系统100相同)连接到栅网210(例如，电网)时，基于期望的功率请求将能量加载到飞轮220上和从飞轮220卸载。即，来自栅网210的电能可以被传递到飞轮220(并且存储在飞轮220中)。类似地，存储在飞轮220中的能量可以被传递到栅网210。使用任何合适的装置(例如，经由马达/发电机)转化在栅网210和飞轮220之间传递的能量(例如，从电能转化为动能)。栅网210可以是诸如电网、发电机、电池等的任何合适的电源。

在说明性的实施例中，对飞轮220的能量的充电和放电由飞轮220的速度、施加到马达/发电机或由马达/发电机施加的扭矩以及系统效率来确定。在可选的实施例中，附加因素可以确定对飞轮220的能量的充电和放电。在一些实施例中，能量存储管理控制器205基于估计的期望扭矩值确定利用来自栅网210的能量对飞轮220充电或将能量放电到栅网210。为了以期望的功率水平对飞轮220充电和放电，能量存储管理控制器205使用效率表来设置马达扭矩。在说明性的实施例中，效率表是自动生成的。能量管理存储系统200通过将马达的扭矩设置为最佳值(其可以在基于飞轮220的速度和系统效率的表格中找到)以根据期望的功率来对飞轮220充电和放电。

在说明性的实施例中，能量存储管理控制器205创建马达效率矩阵。即使马达是相同的品牌、型号、尺寸等，马达(以及诸如轴承、传感器、磁体等的各种其它部件)可以彼此不同。在说明性的实施例中，能量存储管理控制器205针对能量存储管理控制器205管理的特定系统200创建马达效率矩阵。

在说明性的实施例中，能量存储管理控制器205创建用于精确控制马达扭矩、用于对系统200建模以及用于诊断的马达效率矩阵。在飞轮220操作期间，来自栅网210的能量经由马达被传递到飞轮220中。即，马达由栅网210供电并且使飞轮220旋转。在系统200的初始操作(或任何其它合适的时间)期间，能量存储管理控制器205在特定参数(例如，飞轮220的速度、马达的扭矩等)下测量由马达输出的功率和马达的直流(DC)功率以设置马达效率矩阵的基础。在说明性的实施例中，使用以下等式计算充电效率：

其中

并且

在说明性的实施例中，使用以下等式计算放电效率：

以上的效率计算式计算马达效率，但不包括来自电子器件等的功率损失。在可选的实施例中，效率计算确实包括来自电子器件等的功率损失。

在一些实施例中，输入到马达的功率是交流(AC)功率。在说明性的实施例中，电流传感夹(或任何其它合适的装置、技术或方法)测量输入到马达的AC功率。在这样的实施例中，在计算中使用AC功率测量而不是DC功率。

在说明性的实施例中，能量管理控制器205计算用于创建马达效率矩阵的效率值。马达效率矩阵是用于马达和飞轮220的可能功率(例如，以kW为单位)和速度(例如，以RPM为单位)的组合的栅网。使用计算的效率值填充(至少部分地)马达效率矩阵。可以使用计算的值插值剩余的值。可以使用任何合适的插值方法。在一些实施例中，特定插值方法基于计算哪些矩阵值(例如，计算哪些速度和功率水平)而变化。在说明性的实施例中，马达效率矩阵用于控制飞轮220、模拟飞轮220在模型中的行为、诊断随时间的马达行为等。如以下更详细地讨论的，可以以类似的方式创建真空效率矩阵。

在一些实施例中，飞轮220的静态能量损失特征和总体能量损失特征用于计算系统200在各种应用中的性能，这可以最小化能量成本，如以下更详细讨论的。静态能量损失特征包括当飞轮220不旋转时系统200的能量损失。在一些情况下，在马达效率矩阵中使用不准确或未知的效率值导致以次优方式使用系统200。因此，通过利用马达的精确效率值(和空气摩擦)，可以实现最佳飞轮220的利用。系统200的能量损失可以根据诸如飞轮200速度的各种因素而改变。在一些情况下，由于制造部件和系统部件的不一致性，每个系统200的效率是不同的。当与预定的标准参数的使用相比时，每个独特系统200的参数(例如，马达效率矩阵)的定制进一步优化操作。

在一些实施例中，系统200在用于优化算法中的初始测试上自动生成空气摩擦矢量计算。在一些实施例中，根据性能(例如，实时计算)动态地调整空气摩擦矢量。可以随时间监测空气摩擦矢量。如果空气摩擦矢量随时间增加，则系统200可以确定在一个或多个部件(例如，围绕飞轮200的真空密封件)中已经存在劣化。

在说明性的实施例中，空气摩擦矢量用于随时间对系统200建模并且诊断系统效率性能。飞轮空气摩擦损失与RPM²和围绕飞轮200的真空水平(例如，空气摩擦矢量)相关。在说明性的实施例中，系统200计算在各种速度下的空气摩擦损失。在各种速度下的空气摩擦损失可用于应用模拟和诊断，如下面更详细描述的。在说明性的实施例中，在系统校准期间(或任何合适的时间)测量(或计算)空气摩擦损失。在说明性的实施例中，为了计算空气摩擦数据，飞轮220旋转，然后允许以设定速度滑行短时间(例如5至10分钟)。任何合适的操作速度可以用作设定速度。在说明性的实施例中，使用相对高的速度，因为在较高速度下的空气阻力较大并且因此更加明显。在一些实施例中，使用大于3000RPM的速度。例如，使用马达使飞轮220旋转至3000RPM的速度，然后允许惯性滑行(例如，通过将马达扭矩设置为零)一分钟。系统200在一分钟内测量飞轮220的速度以确定每秒的速度损失(例如，通过使用线性最佳拟合线)。每秒(或每分钟)的速度损失可以转化为功率(例如，kW)损失。计算的功率损失是(主要)由于空气摩擦造成的功率损失。

在一些实施例中，当系统200处于测试模式(例如，不在正常操作中)时，执行用于确定上述空气摩擦损失的算法。在一些情况下，系统200可能不可用于测试模式中。在一些实施例中，当飞轮能量存储系统处于使用中时(例如，在正常操作期间)，系统200计算空气摩擦矢量效率。在这种实施例中，系统200计算理想设置中的功率，并且将理想设置中的计算功率与产生或使用的实际(例如，测量)功率进行比较。理想设置可以是100％有效的理想系统200。例如，飞轮220旋转到起动速度。然后马达控制器240被设置为在已知的功率水平下并且在设定的时间量内，例如一小时控制马达。因此，马达在已知的时间量(例如，一小时)内施加已知量的功率(例如，以kW为单位)，并且飞轮220在已知的时间量内加速。计算在已知时间量内输入到飞轮220中的能量(例如，以kWh为单位)，并且与在已知时间量内存储的能量的量进行比较。例如，飞轮220的起动速度到已知时间量(例如，一小时)结束时的速度之间的速度差可用于确定存储在飞轮220中的能量的量。输入到飞轮220的能量的量和飞轮220实际存储的能量的量之间的差可以用于估计效率损失。实际存储在飞轮220中的能量的量可以通过测量飞轮220的速度来确定。使用这种技术可以在各种速度下确定能量损失。二次插值算法可用于为每个速度创建最佳拟合矢量。矢量可用于诊断、真空系统设计、应用模拟等。

在一些情况下，单独访问马达效率矩阵可能不会导致与期望功率额定值匹配的精确扭矩值。在说明性的实施例中，系统200连续地向马达发送正确的扭矩值以匹配期望的额定功率。在说明性的实施例中，施加到飞轮220的功率的量由用户设置。在说明性的实施例中，正期望功率水平表示利用能量对飞轮220的充电，并且负期望功率水平表示对飞轮220的放电。响应于接收期望的功率电平，系统200以期望的功率电平充电/放电。为了实现期望的功率水平，基于飞轮220的速度、期望的功率水平和马达效率(例如，在期望的功率水平和飞轮220速度下)计算马达扭矩。在说明性的实施例中，为了利用能量对飞轮220充电，使用以下等式计算扭矩：

在说明性的实施例中，为了从飞轮220释放能量，使用以下等式计算扭矩：

为了保持输入到飞轮220中的精确的功率量，当飞轮220的速度改变时，计算待由马达施加的扭矩量(例如，连续地或以规则的间隔)。

在一些情况下，系统200的一个或多个部件基于飞轮220的旋转速度和系统几何形状以变化的水平振动。系统几何形状可以包括飞轮220的形状、壳体的形状等。在系统共振处发生较高的振动。在某些条件下，共振处的振动可使系统发生机械性地不稳定。在一些情况下，可以忽略共振频率处的振动。在其它情况下，可以将阻尼部件添加到系统200以减小整体振动。然而，阻尼部件可能是低效的和/或在系统中产生低效率。

在说明性的实施例中，能量存储管理控制器205以各种速度动态计算振动幅度。振动幅度可以用于控制系统200并且表征整个系统200。在说明性的实施例中，使用诸如加速度计或地震仪的一个或多个加速度传感器230量化振动量。加速度传感器230可以被放置在系统200周围的各个位置。在一些实施例中，从加速度传感器230接收的信号各自通过噪声滤波器和数字化器发送。数字化器计算信号的快速傅里叶变换(FFT)，并且输出由加速度传感器230感测的振动的幅度和频率。这种计算可以在系统200的整个寿命期间(或在任何合适的时间期间)连续地执行。计算的幅度和频率可以与来自其它传感器的数据一起存储在历史存储装置(例如，存储器260)中。在一些实施例中，能量存储管理控制器205基于马达和/或飞轮220的速度产生振动幅度谱。FFT频谱可以用于为每个系统200创建独特的振动特征。

在一些实施例中，在系统200的初始测试期间确定振动谱。在这样的实施例中，谱特性可以在系统200的寿命期间改变。例如，马达的转子可以随时间变得更松，飞轮220可能翘曲，部件可以用新的部件替换等。这种变化可以改变系统200的振动特征。在一些实施例中，可以检测和考虑变化，从而帮助确保系统200的安全和有效的操作。在说明性的实施例中，能量存储管理控制器205将完整周期的频谱与最后计算的振动谱(例如，在初始测试期间确定的振动谱)进行动态地比较。完整周期可包括使飞轮220向上倾斜以加速以及使飞轮220向下倾斜(例如，对飞轮220充电和放电)。在一些情况下，如果新频谱不同于编程频谱，则在一个或多个附加周期上确认新频谱，并且系统200使用新频谱代替先前确定的频谱。

在说明性的实施例中，每个系统200根据其自身的几何形状和性能具有独特的振动谱。振动特征(signature)从系统200变化到系统200，并且每个系统200的曲线(profile)可以随时间改变。在说明性的实施例中，每个系统200可以通过将相应系统200的振动谱与标准振动谱进行比较来检测故障并且提供诊断信息。在一些实施例中，标准振动谱是预先确定的并且存储在系统200处。在可选的实施例中，多个系统200确定它们各自的振动谱并且将振动谱传输到中央服务器。在一些实施例中，每个系统200以规则的间隔自动传输确定的振动谱。中央服务器可以累积来自多个系统200的振动谱并且确定平均振动谱。中央服务器可以将平均振动谱传输到系统200中的每一个。平均振动谱可以与各种系统200的单独振动谱进行比较，以确定系统200中的任何一个是否具有显著不同于平均振动谱的振动谱分量。与平均振动谱显著不同(例如，大于10％)的振动谱分量可以表示问题。在一些情况下，响应于确定系统200的振动分量显著不同于平均振动谱，系统200被调整或改变(例如，限制飞轮220的速度)。

在一些情况下，马达的效率可以随时间改变。因此，虽然初始马达效率矩阵计算在计算时可能是准确的，但是马达的实际效率可能随时间改变，并且马达效率矩阵可能变得不准确。在一些实施例中，能量存储管理控制器205可以随时间监测马达的效率并相应地更新马达效率矩阵，从而引起最优的能量存储性能并且降低故障的风险。例如，可能期望从系统200向栅网210(例如，小栅网)提供特定功率电平。栅网210能够补偿例如0.1kW的提供的功率差。如果系统200的马达效率曲线随时间改变，则系统200可从期望的功率电平输出1.0kW的差。在这种示例中，栅网210不能补偿提供给栅网210的1.0kW的差异，这可能导致问题(例如，栅网210可能变得混乱)。因此，在一些实施例中，马达效率矩阵随时间更新以反映实际的马达效率。更新马达效率矩阵可以被动地和/或主动地发生。

在说明性的实施例中，系统200在某些扭矩和速度值下主动地测试马达的性能特征。在一些情况下，基于识别的空隙和效率矩阵中的不准确性来确定执行主动测试的扭矩和速度值，以填充空隙和/或校正不准确性。在说明性的实施例中，通过将用于对飞轮220充电的输入电功率与以相同速度输出提供给飞轮220的机械功率的能量进行比较来确定不准确性。表中的效率应当等于输出功率与输入功率的比率。如果表中的效率不同于这样的比率，则效率表可能具有不准确性。

在一些实施例中，在正常操作期间不执行主动测试。在一些情况下，将效率矩阵(例如，新的或更新的马达效率矩阵)与标准效率矩阵进行比较。如果在计算的效率矩阵和标准效率矩阵之间存在显着差异，则确定是否应该使用计算的(例如，新的或更新的)效率矩阵。在一些情况下，从系统200远程进行确定(例如，通过远程服务器或通过远程技术人员)。

在一些实施例中，能量存储管理控制器205将最近测量(或计算)的马达效率值与在速度和扭矩值处(或接近速度和扭矩值)的一个或多个先前测量(或计算)的马达效率值进行比较。如果最近测量的值与一个或多个先前测量的值存在显著不同(例如，大于阈值)，则确定马达效率随时间改变。响应于这种确定，能量存储管理控制器205可以更新马达效率矩阵。

系统200具有在正常操作期间的速度和扭矩值下被动地测试性能特征的能力。可以在不干扰系统200的正常操作的情况下执行被动测试。在一些实施例中，针对标准模型(或一个或多个先前计算的值)连续地(或周期性地)计算和检查效率值。在一些情况下，将显著不同于标准模型的计算值传输到中央服务器。中央服务器可以将计算的值与其它系统200的计算值进行比较。

在一些实施例中，系统200包括马达控制子系统240。马达控制子系统240可以控制马达施加到飞轮220(或飞轮220施加到马达)的扭矩量。马达控制子系统240可以限制扭矩改变的速率，以防止损坏系统的机械部件和/或电气部件。机械损坏的一些示例包括花键损坏(例如，飞轮220和马达之间的连接中的损坏)、振动共振问题和飞轮220的轴向位移。可能的电气损坏的示例包括可能损坏电子器件的瞬态电压和/或电流。在一些实施例中，期望的马达扭矩被传输到马达控制子系统240。马达控制子系统240可以以小于预定阈值的速率将马达扭矩的量从扭矩的当前量转变为马达扭矩的期望量。

在一些实施例中，马达控制子系统240具有马达控制子系统240遵守的一个或多个约束。这种约束的示例包括马达扭矩的变化率、由马达支持的最大扭矩量、在不使马达或逆变器过热的情况下可以施加的最大扭矩量、可以施加而不会导致马达在低速下失速的最大扭矩量、施加到马达或飞轮220的最大功率量、马达电流的最大量、系统200到栅网210的最大输入电流或输出电流、通过逆变器的最大电流量等。在一些情况下，该约束根据在某些速度下的马达的特征、诸如环境温度的环境因素等动态地改变。在一些实施例中，马达控制子系统240接收马达待提供给飞轮220(或飞轮220待提供给马达)的期望的功率值。马达控制子系统240基于飞轮220的速度和马达效率矩阵来确定要提供的马达扭矩的量。马达控制子系统240使马达扭矩成为确定的马达扭矩，从而在飞轮220和栅网210之间传输期望的功率水平。

在说明性的实施例中，系统200包括电磁体控制器250。如上所述，飞轮220可以利用电磁性而被悬挂，从而减小飞轮220在轴承上的摩擦量并且提高系统200的效率。电磁体控制器250控制提供给提升飞轮220的电磁体的电流量。通过控制通过电磁体的电流量，电磁体控制器250控制电磁体施加到飞轮220的提升量。

虽然减少由飞轮220施加在底部轴承上的力的量会通过减小摩擦而提高效率，但是顶部轴承上的大量力会增加摩擦，从而增加摩擦并降低效率。在顶部轴承或底部轴承上的大量的力可能导致过度热并减少轴承寿命。在说明性的实施例中，施加到顶部轴承和底部轴承的力的量利用诸如测力传感器的传感器230来测量。能量存储管理控制器205可以使用来自传感器230的读数来确定飞轮220上的提升力的量，其最小化顶部轴承和底部轴承两者上的载荷。在说明性的实施例中，电磁体被定位在飞轮220上方，使得通过电磁体的较高的电流在飞轮220上产生向上的力，由此增加施加到顶部轴承的重量的量并且减少施加到底部轴承的重量的量。较低的电流引起飞轮220下降，从而增加施加到底部轴承的力的量并且减小施加到顶部轴承的力。

图3A是根据说明性的实施例的飞轮系统的框图。图3A示出飞轮系统300的截面图。飞轮系统300具有上部壳体302、飞轮304、下部壳体306、上部负载传感器308、上部轴承310、上部弹簧312、电磁体314、下部弹簧316、下部轴承318和下部测力传感器320。在可选的实施例中，可以使用另外的、较少的和/或不同的元件。

上部壳体302通过上部测力传感器308、上部轴承310和上部弹簧312与飞轮304分离，该上部弹簧312可以是波形弹簧。电磁体314处于上部壳体302和飞轮304之间。在说明性的实施例中，电磁体214具有环形形状。下部壳体306通过下部弹簧316、下部轴承318和下部测力传感器320与飞轮304分离。在示例性实施例中，上部弹簧312和下部弹簧316是与飞轮304接触，并且是与飞轮304的上表面和下表面接触的机械弹簧。上部弹簧312和下部弹簧316抑制飞轮304的向上运动和向下运动。

上部弹簧312和下部弹簧316分别抵接上部轴承310和下部轴承318。在说明性的实施例中，上部轴承310和下部轴承318包括金属球，其有助于减少飞轮304的运动中的摩擦。上部测力传感器308和下部测力传感器320测量施加到相应的测力传感器的力的量。例如，上部测力传感器308测量施加在上部壳体302和上部轴承310之间的力(例如，由飞轮304施加到上部壳体302的力的量)。电磁体314产生提升飞轮304的磁力，从而从下部弹簧316移除飞轮304的一些重量。通过提升飞轮304，力被添加到上弹簧312。在说明性的实施例中，基于飞轮304的重量和横向运动来调节电磁体314。例如，如果飞轮304具有高于阈值的横向运动，则可以调节(例如，增加电流)电磁体314以减小横向运动。

使用电磁体314提升飞轮304有助于减少上部轴承310和下部轴承318的磨损。在说明性的实施例中，能量存储管理控制器205(经由电磁体控制器250)控制飞轮系统300，使得飞轮304在上部波形弹簧312和下部波形弹簧316上施加最大重量或最小重量(或力)。例如，电磁体314被控制，使得飞轮304在上部波形弹簧312上施加至少200磅(lbs.)，并且在下部波形弹簧316上施加至少800磅。任何合适的阈值可以用于施加到飞轮304的电磁力。在一些实施例中，基于FFT计算来调节电磁体314的电流，以在高振动时间期间调节上部测力传感器和下部测力传感器上的重量，从而降低振动量。

图3B是根据说明性的实施例的存在于能量存储管理系统中的磁滞的图。在说明性的实施例中，能量存储管理控制器205考虑存在于飞轮系统300中的滞后。滞后是由当由电磁体施加的力的量超过飞轮304的重量时产生的飞轮304位移的变化而引起的，由此导致飞轮304“跳跃”。可选地，当施加到飞轮上的力的量降低到某一值以下时，飞轮可“下降”。这两种状态具有非常不同的特征，其中后者通常更稳定。

马达的振动共振也可以影响飞轮304的位移(例如，垂直位置)。通过马达引入到飞轮系统300中的振动可以导致飞轮下降，导致施加到下部轴承318的力的量的突然增加。施加到下部轴承318的力的突然增加可以导致下部轴承318的温度的尖峰。在说明性的实施例中，能量存储管理控制器可以通过增加在高共振时间期间施加到电磁体314的电流量来补偿由马达共振引起的增加的振动。可以使用地震仪(或任何其它合适的装置)来测量共振的幅度。使用FFT处理来自地震仪的输出。当存在高的共振幅度(通过分析FFT确定)时，能量存储管理控制器可以通过增加提供给电磁体314的电流量(并且增加电磁体314的提升力)来响应，从而防止飞轮304下降。

图3C是根据说明性的实施例的调节电磁体的提升力的方法的流程图。在可选的实施例中，可以执行另外的、较少的和/或不同的操作。并且，流程图和/或箭头的使用并不意味着相对于操作的顺序或流程是限制性的。在说明性的实施例中，方法360由能量存储管理系统205执行。在可选的实施例中，方法360由电磁体控制器250执行。

在操作365中，将施加到飞轮的向上的力与阈值(例如，阈值力)进行比较。在说明性的实施例中，操作365包括确定马达是否下降。在示例性实施例中，如果施加到飞轮的向上的力的量低于阈值，则在操作370中，通过电磁体的电流被设置为提升电流值(LiftCurrent value)。提升电流值可以是提升飞轮并且增加施加到上部轴承的力的量的值(例如，电流量)。在说明性的实施例中，提升电流是预定值。在替代实施例中，只要施加到飞轮的向上的力低于阈值，提升电流可以改变(例如，增加)。

如果施加到飞轮的向上的力大于或等于阈值，则在操作375中，将顶部轴承负载与目标负载进行比较。顶部轴承负载是由上部测力传感器308测量的力。目标负载可以是由上部测力传感器308测量的目标力量。目标载荷可以基于飞轮的类型、飞轮的重量、轴承的类型等来预先确定。如果顶部轴承负载超过目标负载，则在操作380中，减少通过电磁体314的电流量。在说明性的实施例中，电流量减少预定量。

如果顶部轴承负载不超过目标负载，则在操作385中，将顶部轴承负载与目标负载进行比较。如果顶部轴承负载小于目标负载，则在操作390中，增加通过电磁体314的电流量。在说明性的实施例中，电流增加预定量。在说明性的实施例中，在操作370、操作380、操作390和操作385之后执行操作365。在可选的实施例中，使用比例积分微分(PID)回路(或类似物)来控制电磁铁314的力。

在一些情况下，保持系统200的状态的持续记录是用于诊断和研究的有价值的工具。在说明性的实施例中，系统200具有历史存储装置。历史存储装置可以用于存储模块的快照。快照可以周期性地被获取并且可以被存储在例如存储器260中。在说明性的实施例中，存储器260是持久类型的存储器。例如，每个快照包括模块的缓存值。在说明性的实施例中，仅在相应模块的元数据中已经被标记为历史存储装置支持的模块被包括在快照中。在一些情况下，历史值对于执行诊断、计算成本节约、执行研究等是有用的。历史值可以为每个独特系统提供一个生命周期的度量。在说明性的实施例中，历史值存储在远程磁盘上。

在一些实施例中，为了优化CPU使用(例如，处理器160的使用)，历史值按时间索引。因为时间以上升方向移动，所以按时间索引没有性能成本(或具有小的性能成本)。在说明性的实施例中，将用于模块的值的新条目附加到文件的末尾。新条目可以包括时间戳。在说明性的实施例中，因为可以使用诸如二进制搜索的算法来找到适当的时间戳，所以基于时间的搜索是快速的。

在说明性的实施例中，每个快照存储在缓冲器中并且以设置的间隔被传送到永久盘。这种方法可以最小化磁盘使用。因为最近的数据可以从存储器(例如，缓冲器)而不是磁盘读取(其可以比从存储器读取数据花费更长的时间)，所以查询(在某些情况下，是最常见类型的查询)最近的数据是高效的。在说明性的实施例中，档案架构包括跨目录树分布的一组文件。每个文件可以与一个时间长度相关联。例如，每个文件可以包括来自秒钟、分钟、小时、天等的数据。这种架构使用相对较小的归档文件，会提高系统的效率。这种架构还允许并行访问多个文件。在说明性的实施例中，每个文件的路径使用快照的时间戳构建。因而，由于可以使用期望的数据片的时间戳容易地重建文件补丁，所以找到一个数据片是相对快速的。在说明性的实施例中，通过使用文件路径中的时间戳，文件系统不需要被遍历(traverse)以找到一条数据。在说明性的实施例中，历史文件被压缩。例如，可以基于可用的磁盘资源量低于阈值量的确定来压缩文件。在一些情况下，压缩对于这种类型的数据是高度有效的，因为许多存储的数据可以是冗余的和/或重复的。可以使用任何合适的压缩方法。

图4是根据说明性的实施例的热插拔模块布置的框图。说明性系统400包括多个模块410、共享存储器420和中央处理器430。在可选的实施例中，可以使用另外的、较少的和/或不同的元件。

在说明性的实施例中，模块410中的每一个与共享存储器420通信。模块410中的一个或多个可以包括传感器(例如，传感器110)或与传感器通信。在说明性的实施例中，每个模块410是一段代码。在可选的实施例中，每个模块410可以包括处理器和存储器存储装置。在一些实施例中，模块410中的一个或多个与输出装置相关联。在一些实施例中，模块410可以与输入装置(例如，传感器)相关联，并且可以与输出装置相关联。模块410的每一个与共享存储器420通信以更新传感器和/或输出装置的状态。例如，具有传感器的模块410可以将传感器的状态(例如，当前读数)传送到共享存储器。在另一示例中，具有输出装置的模块410可以从共享存储器420读取输出装置应该具有的输出状态(例如，输出电流的量)。

在说明性的实施例中，中央处理器430(例如，处理器160)运行使用由模块410提供的信息的一个或多个进程。例如，中央处理器430可以基于从模块410接收的输入(例如，温度)来调整输出设置(例如，模块410的输出)。中央处理器430与共享存储器420通信以通过模块410接收存储在共享存储器420中的值。在其中一个或多个模块410与输出装置相关联的实施例中，中央处理器430可以将输出值传输到共享存储器420，该输出值由相应模块410读取。因此，中央处理器430和模块410通过读取和写入数据到共享存储器420来彼此传送数据。

在一些实施例中，如果模块410从共享存储器420断开(物理地或通信地)，则共享存储器420不重新写入来自断开连接的模块410的最后接收的数据。例如，模块410与温度计通信，并且模块410每秒向共享存储器420传送一次温度读数。中央处理器430基于温度读数控制阀。中央处理器430通过读取与模块410相对应的共享存储器420中的存储器插槽来接收温度读数。中央处理器430每秒读取一次温度读数。如果模块410与共享存储器420断开连接，则模块410不将更新的温度读数传输到共享存储器420以供中央处理器430读取。相反，当中央处理器430尝试从共享存储器420读取温度读数时，中央处理器430读取共享存储器420从模块410成功接收的最后温度读数。当模块410回到与共享存储器420通信时，可以在共享存储器420中更新温度读数，因此中央处理器430可以读取更新的温度读数。在这样的示例中，虽然模块410没有与共享存储器420通信，但是中央处理器430正常地工作，但是没有接收更新的温度读数。相反，中央处理器430接收到最后成功传输的温度读数。

因此，在一些实施例中，模块410可以是热插拔的。即，模块410中的一个或多个可以被移除、改变并放回到调试中，而不停止中央处理器430。在一些实施例中，每个模块410包括编程。因此，在说明性的实施例中，当中央处理器430操作时，模块410可以从系统400移除，使模块410的编程改变或修改，并且重新调试到系统400中，而不停止中央处理器430。

使用热插拔模块有若干好处。在执行系统200的研究和测试时，用户可以在系统运行时访问所有系统信息。实时访问允许系统200的用户通过查看实时信息并且使用该信息作为反馈来对控制配置和软件进行调整。此功能通过用户界面提供。系统200可以显示历史图和实时图，其可以用于随时间查看和比较不同模块410的值。在许多情况下，在正常系统操作期间经由模块410热交换的过程来修改系统软件的能力是期望的。这在诸如飞轮的系统中尤其如此，其中常规测试可能需要若干小时。

图5是根据说明性的实施例的用于减小峰值功率消耗的方法的流程图。在可选的实施例中，可以使用另外的、较少的和/或不同的元件。并且，使用流程图和/或箭头并不意味着相对于操作的顺序或流程是限制性的。在一些实施例中，系统200可以用于减小从栅网210消耗的峰值功率。例如，系统200可以用在电表的电气用户侧。在客户站点的峰值功率消耗期间，系统200可以向客户的电气设备提供功率，从而减小栅网210在峰值功率消耗期间接收的功率量。在来自栅网210的非峰值功率消耗期间，系统200可以存储电能。使用方法500，电气客户可以在诸如一天的一段时间内消费(spread out)从栅网210使用的功率。在一些情况下，从栅网210消耗的功率在峰值消耗时间比在非峰值消耗时间消耗的功率更昂贵。因此，在一些实施例中，方法500可以减小功率费用。

在操作510中，可以确定预测负载和系统特征。在一些实施例中，预测负载可以由用户输入。例如，用户可以使用用户输入来估计预测负载并且将预测负载传输到系统200。预测负载可以是客户站点在诸如一天的一段时间内消耗的能量的预测量。在一些情况下，预测负载可以由系统200通过基于在前几天消耗的能量估计由客户站点消耗的能量的预测量来确定。系统特征可以包括系统200的效率和系统200可以存储的能量的总量。

在操作520中，可以确定设定的峰值功率使用。设定的峰值功率使用可以是从栅网210接收的最大功率量的设定点。例如，预测负载是客户站点在一天中消耗的功率量。功率量可以在一天期间波动。基于系统特征，设定的峰值功率使用可以通过预测在峰值功率消耗期间系统200可以提供的功率量和在非峰值功率消耗期间可以存储的功率量来确定(例如，估计)。

在操作530中，确定存储在系统200中的能量。可以基于飞轮220的速度和系统效率来确定存储在系统200中的能量。在操作540中，调整由系统200供给或存储的功率。例如，可以将客户站点消耗的功率与设定的峰值功率使用进行比较。如果由客户站点消耗的功率大于峰值功率使用，则可以调整系统200以向客户站点提供功率，从而减小从栅网210消耗的功率量。由系统200提供的功率量可以是客户站点使用的功率量和设定的峰值功率使用之间的差。如果由客户站点消耗的功率小于设定的峰值功率使用，则系统200可以被配置为存储来自栅网210的能量。例如，系统200接收的功率量可以是设定的峰值功率使用和客户站点消耗的功率之间的差。由系统200接收的功率量可以小于系统200可以接收而不损坏系统200的最大功率量。

在操作550中，将飞轮220的速度与飞轮220的最小阈值速度进行比较。如果飞轮220的速度低于最小阈值速度，则在操作560中，可以设定放电计划。例如，系统200可以被设置为在指定的时间量内释放存储在飞轮220中的剩余能量。在说明性的实施例中，当客户现场消耗的功率低于峰值功率使用并且飞轮220完全放电时，可以实施起动过程以使飞轮220向上旋转，从而在飞轮220中存储能量。如果飞轮220的速度大于(或等于)最小阈值速度，则方法500可以返回到操作530。在一些实施例中，方法500可以每天重新启动一次。在可选的实施例中，方法500在任何合适的时间执行，诸如每小时一次、每周一次、每季一次等。

在一些情况下，通过栅网210提供功率的公用事业公司基于例如在一天中客户站点消耗的绝对峰值功率来确定能量成本。因此，能量的成本可以基于在一天中的任何点消耗的最大功率量来确定。在基于消耗的绝对峰值功率来确定峰值功率消耗的情况下，方法500可用于减少消耗的绝对峰值功率。

在一些情况下，公用事业公司基于时间间隔内的平均峰值负载来确定能量的成本。例如，公用事业公司可以确定在指定时间间隔期间消耗的能量的量。在一些情况下，指定的时间间隔可以是一小时。例如，公用事业公司可以确定从下午1点到下午2点、下午2点到下午3点、下午4点到下午5点等消耗的能量的量。在一些情况下，公用事业公司可以确定在任何合适的时间量期间消耗的能量的量，诸如在下午12点到下午4点之间。在一些情况下，公用事业公司可以确定在15分钟增量期间消耗的峰值能量。

在公用事业公司在时间间隔内确定平均峰值负载的实施例中，可以修改方法500以最大化在该时间间隔期间由系统200供给的能量的量。例如，在一些实施例中，当系统200以最大速率放电时，系统200最有效地提供功率。因此，代替在时间间隔内提供恒定量的功率，系统200可以被配置为在该时间间隔的第一部分期间提供最大功率量(或最有效功率量)，并且在该时间间隔的剩余部分期间不提供功率。例如，为了在十五分钟内将客户站点消耗的峰值功率减小系统200容量的三分之一，系统200可以被配置成在五分钟期间提供最大功率，并且在剩余的十分钟期间不提供功率。

在一些情况下，如果存在使用相同(或相似)算法的多个能量存储系统200，则在相对短的时间量内使能量存储系统200以其最大速率放电可以在本地公用事业上产生大的总功率变化。例如，如果公用事业计算在十五分钟间隔的峰值需求，则每十五分钟可能有大的总负载变化。大的总负载变化可以导致栅网210变得混乱。在一些情况下，如果功率摆动太大，则栅网210可能失效并且导致停电。为了防止这样的影响，最大效率的充电/放电计划的特定时间可以基于伪随机数，作为保护公用事业免受大的总功率摆动的方式。在可选的实施例中，可以使用随机数。例如，充电/放电计划可以在15分钟内随机地设定。在一些情况下，系统200可以使用相同或相似的计划与相邻系统200通信，使得栅网的峰值负载在总水平上减小。使用算法的每个能量存储系统200减小本地站点的峰值需求，同时在总水平上减小栅网210的总功率。

在说明性的实施例中，通过将客户的负载从具有较高能量成本的峰值时间转移到具有较低能量成本的非高峰时间来实现公用事业费用的减少。说明性算法在非高峰时间开始时对能量存储系统200充电，并且在峰值时间开始时对能量存储系统200放电。在一些情况下，这种布置最大化空气阻力损失，并且可能在非高峰时间不经意地产生新的建筑物峰值需求。因此，客户的公用事业费用可能最终增加。在说明性的实施例中，能量存储系统200合并效率值和能量存储特征，以减小能量存储系统200消耗的能量的量。算法在晚上(例如，当能量成本较低时)对飞轮220充电并且在白天期间(例如，当能量成本较高时)对飞轮220放电。例如，能量存储系统200可以在非高峰时间结束时(同时仍然在非高峰时间)被充电，并且可以在高峰时间期间放电。本地公用事业费率针对每个月提供固定费率。在说明性的实施例中，能量存储系统200使用公用事业费率和存储特征来转移负载以在最佳时间充电和放电。

图6是根据说明性的实施例的用于减小公用事业费用的方法的流程图。在可选的实施例中，可以使用另外的、较少的和/或不同的元件。并且，使用流程图和/或箭头并不意味着相对于操作的顺序或流程是限制性的。在操作610中，接收公用事业定价计划。公用事业定价计划可以表示在白天的不同时间从栅网210接收的功率的成本。在可选的实施例中，可以使用任何合适的定价计划。在操作620中，确定低成本的时间和高成本的时间。例如，基于定价计划，能量存储系统200可以确定从栅网210接收的功率最低的一天的时间和从栅网210接收的功率最高的一天的时间。在说明性的实施例中，操作620包括确定对能量存储系统200充电所需的能量的量是最低的一天的时间以及由能量存储系统200释放的能量的量是最低的一天的时间。

在操作630中，将当前时间与计算的高成本时间进行比较。如果当前时间在所计算的高成本时间期间，则在操作640中，存储在能量存储系统200中的能量被释放(例如，通过降低飞轮220的速度)。在说明性的实施例中，能量存储系统200在高成本时间内以恒定速率被放电。例如，能量存储系统200可以提供的总能量除以高成本时间的长度，以确定能量存储系统200的功率输出。在说明性的实施例中，基于飞轮220的最大速度和飞轮220的最小操作速度来确定能量存储系统200可以提供的总能量。

在操作650中，将当前时间与计算的低成本时间进行比较。如果当前时间在计算的低成本时间期间，则在操作640中，能量存储系统200利用能量来充电(例如，通过增加飞轮220的速度)。在说明性的实施例中，能量存储系统200在低成本时间内以恒定速率被充电。例如，能量存储系统200消耗以存储最大量的能量的总能量(例如，考虑能量存储系统200的效率)除以低成本时间的长度，以确定能量存储系统200消耗的功率。

在说明性的实施例中，能量存储系统200被配置为向用户显示公用事业成本节约和使用度量。能量存储系统200可以使用用户界面向用户显示信息。在说明性的实施例中，动态地计算各种度量。例如，公用事业费率可以根据位置、资费、费率调整等而变化。在一些情况下，基于峰值需求的减小和负载在一天中不同时间的移动来估计能量存储系统所计算的能量成本节约。在说明性的实施例中，使用本地公用事业费率，能量存储系统200估计来自生成和存储的节约，并且将该节约与无生成或存储能力的系统进行比较。节约量可以包括使用时间率和减小的峰值需求。在说明性的实施例中，在整个月中不断地更新节约，并且存储每月的节约。当公用事业费率变化时，可以更新节约。在可选的实施例中，可以使用用于确定能量成本节约的任何合适的方法。

在说明性的实施例中，基于能量生成(例如，来自可再生资源)和恒定碳转化数来确定碳排放减少。可以使用任何合适的恒定碳转化数。在一些情况下，当计算来自能量存储系统200和可变公用事业生成曲线的碳减少时，确定碳减排可变得相对复杂。可变公用事业生成曲线可以表示公用事业如何根据不同时间的能量生成而产生栅网功率和碳排放。

在说明性的实施例中，能量存储系统200基于能量存储系统200的能量产生和利用来准确地估计碳排放减少。例如，可以例如在历史存储装置中估计和存储一个月的碳排放减少。基于可用的碳排放数据动态调整公用事业生成曲线。碳排放数据可以由公用事业公司提供。在说明性的实施例中，碳排放值被提供给碳排放市场并且用于碳排放交易。用户可以交易碳信用作为得益于通过使用能量存储系统200和例如中央服务器而减少碳的方式。碳排放节约值可以上传到中央服务器，并且与其它用户的排放曲线进行比较。这种比较使得用户能够容易地通过在中央服务器上托管的中央市场来使他们的碳信用货币化。

在一些实施例中，因为能量存储系统200的位置可能受限访问因特网，所以远程登录到中央服务器可能是困难的。例如，许多互联网服务提供商(ISP)不能保证分配(例如，到能量存储系统200)的IP地址将保持不变(例如，是静态IP地址)。在一些情况下，如果用户支付额外的费用，则ISP将保证静态IP地址。

默认情况下，许多现有防火墙被配置为禁用所有端口上的传入连接请求。这种防火墙配置通常只有很少的例外。这种异常通常仅适用于最常用的协议，例如超文本传输协议(HTTP)。在为具有现有防火墙的用户安装能量存储系统200的实施例中，重新配置防火墙以修复每个客户的这些问题可能是耗时的。另外，许多路由器将其内部LAN的IP地址隐藏到外部网络。每个IP地址组合在一起成一个地址，并且路由器处理消息的映射。这种协议可以防止网络连接请求在内部LAN之外发起。

在一些情况下，能量存储系统200的部署使用现有的公司LAN来访问因特网。这种网络通常具有若干层防火墙和许多限制性网络策略，其使得对能量存储系统200的远程登录(例如，通过中央服务器)变得困难。在说明性的实施例中，因为不需要公共可访问的IP地址，所以维持能量存储系统200与外部服务器(具有静态IP)之间的加密TCP连接绕过这种限制并且增加额外的安全层。例如，中央服务器监听来自多个能量存储系统200的传入连接。当进行连接时，中央服务器将与其进行连接的能量存储系统200添加到将来自服务技术员的请求中继到池中的适当系统的连接池。在网络中断的情况下，能量存储系统200可以尝试以预定的间隔(例如，1分钟)重新连接到中央服务器。

在说明性的实施例中，能量存储系统200包括可以使用HTTP通过网络向客户端提供网页的网络服务器。网页可以使用称为微件的图形元素来显示能量存储系统200的实时状态信息。用户可以使用微件查看和/或改变系统模块(例如，模块410)的状态。微件可以用作表示能量管理系统200的总体状态的快速方式。

说明性的用户界面包含可定制的一组仪表板，例如仪表板700。每个仪表板可使用一个或多个交互式微件来显示实时系统信息。微件是可以嵌入HTML页面的HTML、脚本语言(Javascript)和/或叠层样式表(CSS)代码的集合。微件可以用于显示能量存储系统200的不同部件的状态。在说明性的实施例中，微件是交互式的并且响应于用户输入。在一些实施例中，微件利用拟真设计(skeuomorphism)的概念，这可以使界面对于用户更熟悉。微件可以模仿物理世界中的对象(例如，表盘、按钮、杠杆、幻灯片等)。自形态的一些示例包括看起来类似于在有界范围内显示值的模拟刻度盘的量规。例如，容量指示器看起来类似于膝上型计算机或手机的电池指示器，并且将值显示为最大容量的百分比。在另一示例中，开关类似于显示开关的二进制状态(例如，启用或禁用)的灯开关，并且允许用户调整开关的状态。在另一示例中，控制滑块看起来类似于显示滑块的状态(例如，与滑块相关联的当前值)的模拟量滑块，并且允许用户在有界范围内调整滑块的值。

在说明性的实施例中，每个微件与一个或多个系统模块410相关联，以显示其当前状态。可以动态更新模块的当前值，而无需重新加载网页。更新可以伴随着微件动画，使得值的过渡平滑。在说明性的实施例中，微件还可以接受用户输入(例如，如果模块410表示诸如致动器的可控元件)。使用这种微件允许用户直接从仪表板改变致动器的状态。

在说明性的实施例中，系统使用元数据来确定在网页上呈现哪种类型的微件。在一些实施例中，多种类型的微件可以用于相同的模块410。通过修改元数据，用户可以改变对应于与模块410相关联的传感器或致动器的微件的类型。微件类型可以由用户使用网络界面来修改。因此，每个用户可以有自己的自定义仪表板。与传感器相关联的模块410的微件可以显示传感器的状态。与致动器相关联的模块410的微件可以是输入和/或输出。例如，与致动器相关联的模块410的微件可以显示致动器的状态，并且可以从用户接收输入以调节致动器的状态(例如，将阀从关闭改变为打开)。

在说明性的实施例中，微件的外观可以改变以向用户指示模块值在可接受的阈值范围之外。阈值可以在模块的元数据中定义。例如，计量器可以从中性颜色(例如，蓝色、绿色等)改变为指示警告或错误的颜色(例如，红色、黄色、橙色等)。在另一示例中，容量指示符可以在它们耗尽时从绿色变为红色。当与模块410相关联的值落在指定范围之外时，文本微件可以改变背景颜色或文本。

在说明性的实施例中，如果一个或多个值落入不期望的状态，则仪表板可以向用户提供可听见的反馈。在系统操作期间，可听反馈可以引起用户的注意。也可以在某些条件下禁用此类警报。例如，当系统空闲或禁用时，可以关闭警报。

在说明性的实施例中，仪表板显示与历史数据相对应的绘图和/或图表。图表可以显示实时或历史数据。图表的范围和分辨率可以通过用户界面或元数据进行调整。多个客户端可以同时查看同一个仪表板。这种特征可以对底层控制系统具有很小的性能影响，因为该值是从系统缓存(例如，缓存150)读取的，并且不调用底层模块410代码。

图7是根据说明性的实施例的用于控制和监测飞轮系统的图形用户界面仪表板的图示。在可选的实施例中，可以使用另外的、较少的和/或不同的元件。说明性仪表板700包括微件705、微件710、微件715、微件720、微件725、微件730和微件735。微件705显示能量存储系统200可提供的最大功率量和当前提供的功率量或当前用于对能量存储系统200充电的功率量。微件710显示存储在飞轮220中的能量的量作为存储在飞轮220中的总可能能量的百分比。微件715显示飞轮220的当前速度和飞轮220的最大速度的百分比。微件720显示马达的当前扭矩和最大扭矩的百分比。微件725显示马达的电流量和电流总量的百分比。微件730显示马达的电压量和电压总量的百分比。微件735显示提供或存储在飞轮220中的当前期望功率，并且包括允许用户设置飞轮220的期望功率的滑块。

在说明性的实施例中，每个用户可以具有与他们的登录凭证相关联的其自己的自定义界面。图8是根据说明性的实施例的用于建筑物负载、碳排放减少图表和估计节约的图的图形用户界面。示例性仪表板800示出包括能量元件、碳排放减少图表和估计节约的建筑物负荷图。在可选的实施例中，可以使用另外的、较少的和/或不同的元件。

图9是根据说明性的实施例的用于随时间从公用事业供给使用的能量的图的图形用户界面。示例性仪表板900示出了在一段时间内从公用事业使用的能量的图表。在可选的实施例中，可以使用另外的、较少的和/或不同的元件。

图10是根据说明性的实施例的用于随时间生成的太阳能、实时云量百分比和实时太阳角的图的图形用户界面。示例性仪表板1000示出由太阳能提供的能量随时间变化、实时云量百分比和实时太阳角的图。在可选的实施例中，可以使用另外的、较少的和/或不同的元件。

图11是根据说明性的实施例的用于随时间生成的风能、实时风速和实时风向的图的图形用户界面。示例性仪表板1100示出由风随时间提供的能量、实时风速和实时风向的图。在可选的实施例中，可以使用另外的、较少的和/或不同的元件。

图12是根据说明性的实施例的用于功率随时间充电和放电、存储容量、充电和放电周期的总数以及总放电kWh的的图的图形用户界面。示例性仪表板1200示出存储信息，其包括飞轮220的功率随时间的充电和放电的图、存储容量、充电和放电循环的总数以及释放的总能量。在可选的实施例中，可以使用另外的、较少的和/或不同的元件。

图13是根据说明性的实施例的示出包括最大功率、速度、电压、电流、功率和存储容量的马达信息的工程页面的图形用户界面。示例性仪表板1300示出工程界面，其示出包括最大功率、速度、电压、电流、功率和存储容量的马达信息。在可选的实施例中，可以使用另外的、较少的和/或不同的元件。

图14是根据说明性的实施例的飞轮部件的工程页面的图形用户界面。示例性仪表板1400示出了具有用于控制包括水泵、真空和电磁体的飞轮部件的开关和按钮的工程界面。在可选的实施例中，可以使用另外的、较少的和/或不同的元件。

图15是根据说明性的实施例的示出实时传感器数据的工程页面的图形用户界面。说明性仪表板1500示出实时传感器数据的工程界面。在可选的实施例中，可以使用另外的、较少的和/或不同的元件。

图16是根据说明性的实施例的在指定时间和范围上示出选择的模块的图形的工程页面的图形用户界面。说明性仪表板1600示出工程界面，其示出在指定时间和范围上的选择的模块的图形。在可选的实施例中，可以使用另外的、较少的和/或不同的元件。

图17是示出根据说明性的实施例的单个模块的实时图的图形用户界面。示例性仪表板1700示出单个模块410的实时图。在可选的实施例中，可以使用另外的、较少的和/或不同的元件。

在说明性的实施例中，能量存储系统200连续地监测所有传感器和系统曲线以用于装置劣化和寿命计算。因为每个模块410的当前状态被存储在共享存储器中，断电可能导致数据丢失。对于大多数模块410，在相对短的时间量(例如，分钟、小时、天等)期间丢失的数据不是问题，因为一旦功率已经恢复，能量存储系统200可以与硬件接口连接，以确定硬件的当前状态。对于跟踪度量并保持某些值的运行日志的某些类型的模块410，丢失的数据可能导致没有历史数据的时间段。在说明性的实施例中，能量存储系统200使用持续性度量来跟踪整个系统和每个组件的使用特征，同时使用特征来控制能量存储系统200并控制能量存储系统200的功率循环。当及时地实现事件或者处于事件时，各种值可以存储在持久模块410中。例如，能量存储系统200周期计数被存储为持久性度量以及自安装以来的总功率放电。持久性度量可用于计算某些部件的剩余寿命。剩余寿命可以用于确定部件应当进行定期维护或者应当更换部件以防止部件故障。

系统部件寿命计算可以被估计，并且在一些情况下可能是不精确的。在说明性的实施例中，如果部件的寿命是已知的，则部件可以被利用到其最大潜能，并且维护可以被延迟直到有必要，而不是将系统保持在设定的间隔。在一些实施例中，能量存储系统200连续计算在维护计划中使用的某些部件的使用，作为使部件的寿命最大化的方式。例如，不是依赖于表，能量存储系统200准确地确定部件何时可能发生故障。例如，轴承的寿命可以基于负载和转数。系统使用以下等式计算轴承的使用：

Σ负载×转速³

例如，每个轴承筒具有恒定的使用数量，并且能量管理系统200利用使用量来确定轴承的剩余寿命。在说明性的实施例中，能量管理系统200随时间测量轴承的温度以确定是否应更换轴承。例如，如果轴承的温度超过阈值一定量的时间，则可以确定应该更换轴承。

在说明性的实施例中，能量存储系统200具有用于有效地控制和操作能量存储系统200的传感器110。传感器110可随时间劣化，并且由传感器110感测的值可能变得稍微不准确或不准确。在说明性的实施例中，在限定的时间间隔内更换传感器110。如果传感器110总是提供不正确的值，则传感器110由技术人员更换或修理。能量存储系统200可以连续地检查和监测传感器110随时间的劣化。如果能量存储系统200确定传感器110不准确，则能量存储系统200可以忽略在某些条件下从传感器110接收的值。能量存储系统200可以比较传感器110的历史数据并且确定与平均值和标准值的偏差以确定传感器110已经劣化并且可能发生故障。可以计算每个传感器110的平均值和标准偏差，并且与历史平均值和随时间的标准偏差进行比较。在说明性的实施例中，能量存储系统200可以经由中央服务器访问其它能量管理存储系统200的相似传感器110的平均值和标准偏差。在说明性的实施例中，如果传感器110的感测值超出典型范围，则在控制应用中可以忽略这些值，并且例如在下一维护周期期间更换或维修传感器110。

在说明性的实施例中，在一定量的时间之后更换整个能量存储系统200。能量存储系统200可以从操作中移除并且按照设定的计划维修或维护。在说明性的实施例中，当在必要时更换能量存储系统200，并且在必要时执行系统的维修或维护。这种实施例可以降低成本并且更有效，因为不执行过早的更换或维护。在说明性的实施例中，类似于传感器110劣化计算，能量管理系统200连续地表征系统性能，并且将系统性能与过去性能和其它能量管理系统200的性能进行比较以测量系统劣化和更换或维修的需要。如果能量管理系统200以不理想的效率值低效率地执行，则可以动态地修改能量管理系统200的使用以利用修改的控制算法或装置替换来优化性能。这样的参数可以自动发送到系统仿真算法，以连续优化性能和效率。例如，空气阻力计算可以显示高于正常的真空度(vacuum rating)。响应于这种计算，技术人员可以升级能量存储系统200的真空部件，或者能量管理系统200可以保持在较低的充电水平以减少空气阻力损失。

在说明性的实施例中，可以将错误的传感器值输入能量管理系统200(例如，通过强制模块410输出模拟值)作为测试系统性能和对某些传感器参数的反应的方式。在这种实施例中，能量管理系统不区分真实传感器110值和模拟传感器110值。模拟传感器110值允许快速控制算法测试和/或用于对能量管理系统200的性能建模以保持最佳使用。在说明性的实施例中，执行情景模拟以对随时间的当前使用建模以维持最佳使用。例如，通过模仿温度的快速上升来模拟传感器110的故障。能量管理系统200应该通过触发警报并且启动关闭序列来进行响应。在说明性的实施例中，可以使用软件模拟而不是运行能量管理系统200来验证能量管理系统200触发警报并且启动关闭序列的验证。正在进行的测试可以与整个能量存储性能特征一起建模。

在说明性的实施例中，系统性能和特征在系统的整个寿命期间连续地改变。优化计算可以在初始化时执行，并且可以在能量存储系统200的整个寿命期间动态地设置。在说明性的实施例中，在能量管理系统200内连续地建模性能特征以动态地优化控制算法和参数和/或延长部件和系统寿命。例如，温度特征、效率值和装置寿命被计算并且用于修改控制算法和优化性能。例如，飞轮220的轴承力和速度影响能量存储系统200的温度。基于轴承力和速度来确定轴承寿命。因此，轴承负载和飞轮220的速度被不断地调节以优化温度，并且因此优化轴承寿命。该系统可以保持静止，而不是保持完全充电(一段时间)，作为延长维护计划和提高寿命的方式。在说明性的实施例中，在系统上连续计算和建模这样的信息并且将其发送到中央服务器。

在说明性的实施例中，针对能量存储系统200的特定使用，优化能量存储系统200的性能。例如，能量存储系统200被优化用于来自栅网210的能量使用的永久负载转移。设置能量存储系统200的特征而不与其它能量存储系统200的相似操作进行比较。

在说明性的实施例中，中央服务器连续地分析来自多个能量存储系统200的数据以用于故障检测、诊断和系统低效率。使用能量存储系统200的历史数据对能量存储系统200分析能够在整体上对能量存储系统200进行诊断和故障检测。在一些实施例中，模拟在总水平上运行以优化系统特征算法和控制算法。传感器110和能量存储系统200的系统诊断可以与用于系统性能的相似系统进行比较。例如，一个能量存储系统200的效率矩阵显示低于其它可比较的能量存储系统200的效率，并且可以确定马达可能已经劣化或需要更换。

在说明性的实施例中，能量存储系统200可以向用户(例如，操作者)通知能量存储系统200的状态。可以使用任何合适的方法来执行状态更新，例如通过仪表板或微件。例如，更新可以是信息性的或者可以作为通知用户异常活动的方式。这样的更新可以在系统无人值守的时间期间使用，并且应该通知用户能量存储系统200正发生故障。

在说明性的实施例中，能量存储系统200连接到因特网并且将能量存储系统200的周期性快照发送到用户。可以使用诸如经由电子邮件的任何合适的方法来通知用户。在说明性的实施例中，每个快照包括每个模块410的当前状态，并且还可以包括绘图和图表形式的历史信息。例如，通知电子邮件的主题行可以包含诸如马达速度的相关信息。这种电子邮件使得用户方便地浏览系统更新的列表。在说明性的实施例中，电子邮件可以源自能量存储系统200。在可选的实施例中，使用外部服务器来发送电子邮件。在一些情况下，使用外部服务器是安全选项，因为发送电子邮件所需的凭证可能不直接存储在能量存储系统200上。外部服务器可以限制能量存储系统200可以发送的电子邮件消息的速率和数量。例如，如果能量存储系统200已经被破坏，则可以由外部服务器撤销对电子邮件服务的访问。可以基于系统的特定特征(例如，速度、温度等)周期性地发送或者触发这样的消息。用户可以在系统不活动或禁用时禁止更新，例如，以减少警报疲劳。

可以使用任何合适的通知方法。例如，当达到某些负面标准时，能量存储系统可以触发更紧急类型的通知。在说明性的实施例中，这样的消息的范围较窄，并且可选的介质可以用于递送消息(例如，经由文本消息)。

在说明性的实施例中，能量存储系统200提供操作的调节以管理能量可用性和成本的水平。除了上述特征之外，在一些实施例中，能量存储系统200可以用于AC电压和相位调节。在一些情况下，由于供给和需求的波动，栅网210不保持稳定的相位和电压。随着栅网210上的可再生能源的增加，公用事业可能经历可以导致栅网210上的中断的波动的增加，例如停电、断电和发电损失。例如，如果电压在预定阈值之外，则逆变器或变压器自动关闭。可以使用保持电压的任何合适的方法。一些方法可能导致较低的功率因数，因此整个系统的效率低于保持接近1的功率因数。

在说明性的实施例中，当系统设置在调节模式时，能量存储系统200是自动AC电压调节器。能量存储系统200在逆变器和功率电子器件上设置控制模式，并且基于性能特性设置阈值。例如，能量存储系统200并行地设置多个飞轮220的逆变器模式，以优化飞轮220的性能并防止两个(或更多个)系统控制相同的DC电压线。能量存储系统200可以基于栅网210的条件来自动地对飞轮220充电和放电，以调节栅网210或用户的电气系统的AC电压。在说明性的实施例中，每个能量存储系统200监测和调节某一设置。

图18是描绘根据说明性的实施例的连接到电网的能量存储系统的框图。说明性系统1800包括电网1810、功率电子器件1820、多个逆变器1830、多个马达1840和多个飞轮1850。在可选的实施例中，可以使用另外的、较少的和/或不同的元件。

在说明性的实施例中，功率电子器件1820监测和调节栅网1810的AC电压和电流。逆变器1830通过控制发送到马达840的扭矩来维持DC线上的恒定电压。扭矩由飞轮1850设置和维持。马达1840基于来自马达1840的扭矩对飞轮1850充电或放电。AC电压线上的功率波动改变DC电压，这将自动地使得逆变器1830向马达840发送扭矩命令。扭矩命令将对飞轮1850充电或放电。例如，如果栅网1810的电压高于预定阈值，则DC电压线随着过量电压而增加。逆变器又增加了对飞轮1850充电的马达1840上的扭矩。马达1840持续增加扭矩，直到电压达到预定值。一旦达到预定电压，则AC电压线和相位将处于预定值。AC栅网电压的增加导致飞轮1850充电，并且AC电压又降低到其调节值。功率电子器件1820还可以调节除电压之外的AC相位。

在一些实施例中，功率电子器件1829可以仅调节电压或相位，但是不使用发电机或存储器两者。恒定电压和可变相位可能导致栅网上的损失，因为功率因数降低。

在一些实施例中，能量存储系统200调节AC电压和相位。能量存储系统200监测栅网1810上的有功功率和无功功率，并且将有功功率或无功功率添加到AC线路以最大化功率因数。如果在AC线路上需要功率，则飞轮1850放电。如果在AC线路上存在太多功率，则飞轮1850充电。在这种实施例中，AC栅网1810以高的期望功率因数保持恒定的期望功率。

图19是描绘根据说明性的实施例的具有飞轮能量存储系统的DC电压调节的框图。说明性系统1900包括DC电压栅网1910、功率电子器件1920、多个逆变器1920、多个马达1940和多个飞轮1950。在可选的实施例中，可以使用另外的、较少的和/或不同的元件。在说明性的实施例中，DC电压栅网1910上的电压波动导致低效率和功率损失。DC电压栅网1910基于供给和需求而波动，并且可再生能源比没有可再生能源的系统1900更多地引起DC电压网络1910的波动。在说明性的实施例中，能量存储系统200通过调节马达1940上的扭矩来自动调节DC电压，并且能量存储系统200基于飞轮1950的数量和每个飞轮1950的性能特征将逆变器1930设置为正确的模式。

在说明性的实施例中，本文描述的任何操作可以至少部分地实现为存储在计算机可读介质或存储器上的计算机可读指令。在由处理器执行计算机可读指令时，计算机可读指令可以使计算装置执行操作。

在说明性的实施例中，本文所描述的任何操作可以至少部分地实现为存储在计算机可读存储器上的计算机可读指令。在由处理器执行计算机可读指令时，计算机可读指令可以使节点执行操作。

本文描述的主题有时示出包含在不同的其它部件内或与不同的其它部件连接的不同部件。应当理解的是，这样描述的体系结构仅仅是示例性的，并且实际上是可以实现相同功能的许多其它体系结构。在概念意义上，实现相同功能的部件的任何布置被有效地“关联”，从而实现期望的功能。因此，本文中组合以实现特定功能的任何两个部件可被视为彼此“相关联”，使得实现所需功能性，而不管架构或中间部件。同样地，如此关联的任何两个部件也可以被视为彼此“可操作地连接”或“可操作地联接”以实现期望的功能，并且能够这样相关联的任何两个部件也可以被视为彼此“可操作地联接”以实现期望的功能。可操作地联接的特定示例包括但不限于物理上可配对和/或物理上交互的部件和/或无线可交互和/或无线交互的部件和/或逻辑上交互和/或逻辑上可交互的部件。

关于本文中基本上使用的任何复数和/或单数术语，本领域技术人员可以将复数转换为单数和/或从单数转换为复数，如适合于上下文和/或应用。为了清楚起见，本文中可以明确阐述各种单数/复数置换。

本领域技术人员将理解的是，通常，本文中，特别是所附权利要求(例如，所附权利要求的主体)中使用的术语通常旨在作为“开放”术语(例如，术语“包括有”应当被解释为“包括由但不限于”，术语“具有”应当被解释为“至少具有”，术语“包括”应当被解释为“包括但不限于”等)。本领域技术人员将进一步理解的是，如果旨在引入权利要求陈述的特定数量，则这样的意图将在权利要求中被明确地陈述，并且在没有这样的陈述的情况下不存在这样的意图。例如，为了帮助理解，以下所附权利要求可以包含介绍性短语“至少一个”和“一个或多个”的使用以引入权利要求陈述。然而，这样的短语的使用不应被解释为暗示通过不定冠词“一”或“一个”引入权利要求陈述将包含这种引入的权利要求陈述的任何特定权利要求限制为仅包含一个这样的陈述的发明，即使当相同的权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”和不定冠词诸如“一”或“一个”(例如，“一”和/或“一个”通常应被解释为表示“至少一个”或“一个或多个”)；这同样适用于用于引入权利要求陈述的定冠词的使用。另外，即使明确地叙述了引入的权利要求陈述的特定数量，本领域技术人员将认识到的是，这种陈述通常应被解释为意指至少陈述的数量(例如，没有其它修饰语的“两个陈述”的无序叙述通常意味着至少两个陈述，或两个或更多个陈述)。此外，在类似于“A、B和C等中的至少一个”的惯例的那些情况下，通常，这种结构旨在本领域技术人员将理解该惯例的意义上(例如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”将包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、一起具有A和B、一起具有A和C、一起具有B和C、和/或一起具有A、B和C等)。在类似于“A、B或C等中的至少一个”的惯例的那些情况下，通常，这种结构旨在本领域技术人员将理解该惯例的意义上(例如，“具有A、B或C中的至少一个的系统”将包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、一起具有A和B、一起具有A和C、一起具有B和C、和/或一起具有A、B和C等)。本领域技术人员将进一步理解的是，实际上呈现两个或更多个可选术语的任何转折词和/或短语，无论在说明书、权利要求书或附图中，都应当被理解为考虑包括术语中的一个、术语中的任一个或两个术语的可能性。例如，短语“A或B”将被理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。进一步地，除非另有说明，词语“近似”、“大约”、“约”、“基本上”等的使用表示加或减百分之十。

已经出于说明和描述的目的呈现说明性的实施例的前述描述。不旨在关于公开的精确形式的穷举或限制，并且根据上述教导的变型和变化是可能的，或者可以从公开的实施例的实践中获得。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (20)

1.一种能量存储系统，其包括：

能量存储装置；

处理器，其联接到所述能量存储装置；以及

存储器，其联接到所述处理器且被配置为存储由所述处理器执行以控制和监测所述能量存储装置的操作的指令；

其中所述指令被布置在功能模块内，其中每个功能模块与所述存储器中的存储器缓存相关联，其中取决于所述功能模块的控制进程从相关联的存储器缓存读取最后已知的值，其中从相关联的存储器读取最后已知的值使得能够在不关闭所述能量存储装置的情况下改变所述功能模块。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述能量存储装置包括飞轮装置。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述飞轮装置包括：

壳体部分；

转子，其被设置在所述壳体部分内；

下部接触轴承和上部接触轴承，其每一个被设置在所述转子和所述壳体部分之间；以及

卸载磁体，其被配置为提供垂直卸载力，所述垂直卸载力对着所述上部接触轴承而提升所述转子。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述飞轮装置进一步包括控制所述壳体部分内的真空压力的真空控制系统。

5.根据权利要求1所述的系统，其中每个功能模块与传感器或致动器中的至少一个相关联。

6.根据权利要求5所述的系统，其中每个存储器缓存存储与各自的功能模块的所述传感器或所述致动器中的至少一个相关联的值。

7.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括被配置为便于所述能量存储装置的控制和监测的用户界面。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置为在所述能量存储装置基于所述能量存储装置的独特参数并利用能量充电之前传送控制信号。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述独特参数包括马达效率矩阵。

10.一种方法，其包括：

在处理装置处从处于操作中的能量存储装置接收监测信号；

将具有来自共享存储器中的存储器缓存的数据的控制信号传送到所述能量存储装置，其中所述存储器缓存与多个功能模块中的一个相关联并且所述数据由相关联的功能模块中的指令提供，并且其中每个功能模块与传感器或致动器中的至少一个相关联；

在所述能量存储装置处于操作中时，在所述处理装置处接收用于所述多个功能模块中的一个的新指令；以及

在所述能量存储装置处于操作中时，基于所接收的新指令并通过所述处理装置修改用于所述多个功能模块中的一个的指令。

11.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括：

在用户界面上呈现与所述功能模块中的至少一个相关联的数据；

经由所述用户界面接收与所述能量存储装置的监测和控制相关联的输入。

12.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括在所述能量存储装置基于所述能量存储装置的独特参数并利用能量充电之前传送控制信号。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述参数包括马达效率矩阵。

14.一种能量存储系统，其包括：

飞轮装置，其包括：

壳体部分；

转子，其被设置在所述壳体部分内；

下部接触轴承和上部接触轴承，其每一个被设置在所述转子和所述壳体部分之间；以及

卸载磁体，其被配置为提供垂直卸载力，所述垂直卸载力对着所述上部接触轴承并且离开所述下部接触轴承而提升所述转子；

处理器，其联接到所述飞轮装置；

多个传感器；以及

存储器，其联接到所述处理器并且被配置为：

存储由所述处理器执行以控制和监测所述飞轮装置的操作的指令；并且

存储从多个模块接收的值，其中每个模块与所述多个传感器中的一个相关联。

15.根据权利要求14所述的系统，其中所述处理器被配置为发送信号以预加载所述垂直卸载力。

16.根据权利要求14所述的系统，其中所述处理器被配置为基于所述转子的独特特性来调整所述卸载磁体。

17.根据权利要求14所述的系统，其进一步包括联接到所述转子的马达，其中所述处理器被配置为调制所述马达的扭矩。

18.根据权利要求14所述的系统，其中所述处理器被配置为基于伪随机数计划所述飞轮装置的最大充电和放电。

19.根据权利要求14所述的系统，其中所述处理器被配置为计划在夜间所述飞轮装置的最大充电和在白天期间所述飞轮装置的放电。

20.根据权利要求14所述的系统，其进一步包括被配置为便于所述飞轮装置的控制和监测的用户界面。