CN108155671A - 用于在多个dc发电机之间进行负载分担的方法和系统 - Google Patents

用于在多个dc发电机之间进行负载分担的方法和系统 Download PDF

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Abstract

提供一种供与发电机组一起使用的系统。所述系统包括处理器和包括指令的存储器，所述指令在由所述处理器执行时致使所述处理器执行某些操作。所述操作可包括接收命令和接收指示所述发电机组中的至少一个发电机的电流的信号。所述操作可进一步包括基于所述命令和所述信号而致使控制器调整所述发电机组中的至少一个其它发电机的电压电平。

Description

用于在多个DC发电机之间进行负载分担的方法和系统
技术领域
本发明涉及使用多个直流电(DC)发电机进行功率递送和管理。更确切地说，本发明涉及用于在多个DC发电机之间进行负载分担的方法和系统。
背景技术
在航空器系统中，可使用多个发电机将功率递送到分散在整个航空器中的多种负载。在一些情况下，可使用多个发电机对单个负载供电。在此类情况下，负载需要的功率多于任何一个产生器自身可递送的功率，因此必须使用多个发电机以便服务于负载。因此，通常使用并联布置的发电机组通过公共总线将功率递送到负载。
然而，当多个发电机并联连接时，通常使用下垂控制器(droop controller)来维持系统的稳定性并且调整功率分担。否则，发电机之间的过度电压不平衡可能导致高循环功率或多个发电机之间的不合需要的功率分担。这可能导致不稳定和高功率损耗或低效率。动态功率分担已经示出为准许使用多个发电机服务于负载而没有前述问题。
现有技术中的动态功率分担方案包括在发电机中的每一个处的负载分担控制器。这些方案进一步包括在本地计算用于发电机中的每一个的所要功率比。由此，这些典型方案是计算密集型的，且其可能不是实时地执行。因此，在使用当前方法和系统的情况下，多个发电机之间的功率分担变得繁重，这是因为共同递送服务于负载所需的功率所需的发电机数目增大。
发明内容
本文中特征化的实施例帮助解决或缓解上述问题以及所属领域中已知的其它问题。举例来说，实施例提供用于允许多个发电机并联布置以服务于负载而不使用计算密集型功率分担方法的方法和系统。实施例可按需求分配来自发电机的功率以便优化系统的效率或允许其它有利特征，基于本文中所描述的教示，所述其它有利特征对于所属领域的技术人员来说将是显而易见的。
实施例进一步提供使用主从配置分配来自多个发电机的功率的构件。具体来说，实施例允许将多个发电机中的一个配置成一个主发电机并将其余的一个或多个发电机配置成从属装置。主发电机可从从属装置收集信息，并且其可将电压命令发送到从属装置，使得所述从属装置基于具体功率制度而服务于负载。实施例提供功率管理和传递系统，其使用较少的计算功率同时允许集中式控制器提供来自多个发电机的功率分担能力。
一个实施例提供一种供与发电机组一起使用的系统。所述系统包括处理器和包括指令的存储器，所述指令在由所述处理器执行时致使所述处理器执行某些操作。所述操作可包括接收命令和接收指示所述发电机组中的至少一个发电机的电流的信号。所述操作可进一步包括基于所述命令和所述信号而致使控制器调整所述发电机组中的至少一个其它发电机的电压电平。此调整电压并非公共总线电压；而是发电机的内部点的电压。此内部点靠近公共总线。通过终端接触电阻或布线电阻或电磁滤波器，在内部点与公共总线之间存在大体上足够的寄生电阻。在整个文件中，调整电压电平是指调整发电机的此内部点上的电压电平。
另一实施例提供一种包括并联连接的发电机组的系统。发电机组包括第一发电机和第二发电机。第一发电机被配置成基于第二发电机与第一发电机之间的负载分布而调整第二发电机的输出电压电平。
另一实施例提供一种用于在一组发电机之间进行负载分担的方法。该方法包括：通过控制器从发电机组中的一个发电机接收电流，所述控制器可以是单独的控制器，或发电机中的一个的控制器；以及通过控制器发出命令并将其发出到发电机组中的另一发电机，所述命令被配置成致使所述另一发电机调整所述另一发电机的电压电平。
具体地，本申请技术方案1涉及一种供与发电机组一起使用的系统，所述系统包括：处理器；包括指令的存储器，所述指令在由所述处理器执行时致使所述处理器执行包括以下的操作：接收命令；基于所述命令和所述信号而致使控制器调整所述发电机组中的至少一个其它发电机的电压电平。
本申请技术方案2根据技术方案1所述的系统，所述操作进一步包括产生被配置成致使所述控制器调整所述电压的输出命令。
本申请技术方案3根据技术方案2所述的系统，所述输出命令是电压信号。
本申请技术方案4根据技术方案1所述的系统，所述信号指示来自所述发电机组的主发电机的电流，且所述至少一个其它发电机是从属发电机。
本申请技术方案5根据技术方案1所述的系统，所述信号是经编码的信号。
本申请技术方案6根据技术方案1所述的系统，接收所述命令包括从以通信方式连接到所述处理器的外围装置接收离子。
本申请技术方案7根据技术方案1所述的系统，所述控制器被配置为比例积分(PI)控制器。
本申请技术方案8根据技术方案1所述的系统，所述处理器包括在所述发电机组中的一个发电机中。
本申请技术方案9根据技术方案1所述的系统，所述处理器不包括在所述发电机组中的任何一个发电机中。
本申请技术方案10.涉及一种系统，包括：并联连接的发电机组，所述发电机组包括第一发电机和第二发电机，其中所述第一发电机被配置成基于所述第二发电机与所述第一发电机之间的反馈环路而调整所述第二发电机的输出电压电平。
本申请技术方案11根据技术方案10所述的系统，所述第一发电机包括被配置成根据所述反馈环路上的信号估计电参数的数字功率计算硬件。
本申请技术方案12根据技术方案11所述的系统，所述电参数是功率或电流。
本申请技术方案13根据技术方案10所述的系统，所述第一发电机进一步被配置成将命令发出到所述第二发电机，所述命令被配置成致使所述第二发电机调整所述输出电压电平。
本申请技术方案14根据技术方案10所述的系统，所述第一发电机被配置成建立所述第一发电机与所述第二发电机之间的预定功率输出比。
本申请技术方案15涉及一种用于在一组发电机之间进行负载分担的方法，所述方法包括：通过控制器从所述发电机组中的一个发电机接收电流；以及通过所述控制器发出命令并将其发出到所述发电机组中的另一发电机，所述命令被配置成致使所述另一发电机调整所述另一发电机的电压电平。
本申请技术方案16根据技术方案15所述的方法，所述电流来自所述一个发电机与所述另一发电机之间的反馈环路。
本申请技术方案17根据技术方案16所述的方法，所述命令是电压信号。
本申请技术方案18根据技术方案16所述的方法，其进一步包括通过所述控制器接收命令，所述命令被配置成发起对所述电压电平的调整。
本申请技术方案19根据技术方案16所述的方法，其进一步包括通过所述控制器接收命令，其中所述命令被配置成建立所述一个发电机与至少一个其它发电机之间的预定功率比。
下文参考附图描述各种实施例的额外特征、操作模式、优点和其它方面。应注意，本发明不限于本文中所描述的具体实施例。仅出于说明性目的而呈现这些实施例。基于所提供的教示，额外实施例或所公开实施例的修改对于相关领域的技术人员来说将是显而易见的。
附图说明
说明性实施例可采取各种组件和组件布置的形式。说明性实施例示出于附图中，在整个附图中，类似参考编号可指示各图中的对应或类似部件。附图仅用于说明实施例的目的并且不应被解释为限制本发明。鉴于附图的以下启发性描述，本发明的新颖方面对于相关领域的一般技术人员来说应变得显而易见。
图1说明根据本文中所描述的数个方面的系统。
图2说明根据本文中所描述的数个方面的框图。
图3说明根据本文中所描述的数个方面的方法的流程图。
图4说明根据本文中所描述的数个方面的控制器。
具体实施方式
虽然本文中针对特定应用描述说明性实施例，但应理解，本发明不限于此。可获得本文中所提供的教示内容的所属领域的技术人员将认识到其范围内的额外应用、修改和实施例及其中本发明可能明显实用的额外领域。
在一个实施例中，主发电机可选自连结到同一总线的发电机组。主发电机可通过传感器或主发电机与从属发电机之间的数字通信从每个从属发电机收集负载电流信息。
在接收到负载电流信息后，主发电机可执行如下文将更详细地描述的方法，所述方法确定需要调整哪个单独的从属发电机输出电压命令以便得到发电机之间的所要负载分担比。所要负载分担比可用于实现高能量效率或较高的功率容量。
发电机输出电压命令可以是电压参考，并且当从属发电机遵循这些命令时，所要负载分担比得以实现。其它实施例是可能的，但一般来说，实施例允许发电机按需求并且实时地执行负载分担。
图1说明根据本文中所描述的数个方面的系统100。系统100在连接有一个负载的末端处连接到总线120。系统100包括发电机组控制器102、104、106。虽然图1仅示出三个发电机控制器，但系统100可包括与连结到总线120的发电机一样多的发电机控制器。
系统100进一步包括负载分担控制器108，所述负载分担控制器108被配置成从连结到总线120的负载提取或接收至少一种负载电流112并且从连结到总线120的多个发电机中的每一个提取或接收发电机组电流113、114和115。如之前所提及，虽然仅示出与发电机相关联的三种发电机电流，但取决于系统100的复杂度，较多数目种发电机电流是可能的。
负载分担控制器108被配置成输出电压命令116、117和118，所述电压命令116、117和118各自被配置成指导相应发电机控制器调整发电机的输出电压电平。系统100可被配置成根据负载分担控制器108的存储器中的预编程例程提取或接收发电机电流(或一般来说，信号)113、114和115以及负载电流112，以便产生电压命令116、117和118。
在替代实施例中，输出电压命令116、117和118可通过由负载分担控制器108从外围装置110所接收的命令来触发。外围装置110可以是例如通过网络以通信方式连接到系统100的远程装置，或其可以是作为系统100的部件的输入/输出面板。此外，外围装置110可接收触发呈所要功率比形式的电压命令116、117和118的输出的信息，所述功率比可分解为具体输入分担命令，所述具体输入分担命令各自对应于多个发电机的共同功率输出的分数权重。
图2说明负载分担控制器108连同外围装置110的框图200。虽然仅示出用于三个发电机的硬件，但如之前所提及，可以使用额外硬件来适应较大的发电机组。
负载分担控制器108包括电流求和构件201，所述电流求和构件以发电机电流113、114和115作为输入，并且将其相加以得到总电流203。在另一实施例中，发电机电流113、114和115可以是大体上指示在发电机的输出端口处测量到的电流的信号。举例来说，在此类替代实施例中，发电机电流113、114和115中的每一个可以是表示在对应发电机的输出端口处测量到的模拟电流的数字信号。此外，借助实例且不受限制，可根据数据通信协议对信号(113、114和115)进行编码。
在又其它实施例中，信号113、114和115可各自包括表示不同的所关注变量的数个分量，即，信号113、114和115中的每一个可表示发电机信号值。举例来说，单个信号可包括指示发电机输出处的电流、发电机电流的相位、发电机速度和/或任何其它所关注变量的信息。在此类实施例中，负载分担控制器108被配置为控制中心，除了执行负载分担功能之外，其还可从连接到其的多个发电机接收并处理数据。
负载分担控制器108可进一步包括计算块208、210和212。计算块208、210和212被配置成将命令输出到控制器214、216和218，所述控制器214、216和218可各自是所属领域中众所周知的比例积分(PI)控制器。此外，负载分担控制器108可包括处理硬件，所述处理硬件被配置成在如上文关于替代实施例所描述而格式化时解码并处理信号113、114和115。
如图2中所示出，电压命令116、117和118中的每一个与对应输入分担命令(202、204和206)以及由电流求和构件201产生的总电流203相关联。在一个示范性场景中，源自形成于发电机102与负载分担控制器108之间的反馈环路的发电机电流113可以是非零的，而发电机电流114和115可为零。在此情况下，外围装置110可借助于输入分担命令202、204和206提供总电流203(其在示范性场景中等于发电机电流113)的比重。
由此，控制器214、216和218中的每一个可输出电压命令，所述电压命令被配置成致使其相关联发电机输出特定电流(或电压)。因此，在上述实例中，可使用来自发电机组中的一个发电机的发电机电流来控制发电机组中的所有发电机。一般来说，来自至少一个发电机的发电机电流可由负载分担控制器使用以调整所述组中的一个或多个其它发电机的电压或电流输出电平。此外，应注意，前述电流和电压命令可以如此以便得到特定发电机对附接有总线120的发电机组的总功率输出的所要贡献。
一般来说，负载分担控制器108可以是微处理器，其是独立于发电机组中的发电机中的任一个的独立处理器，即，未包括在发电机中的任一个中。然而，在一些替代实施例中，负载分担控制器108可以是来自发电机组的一个发电机的部件。也就是说，其可包括在发电机中的一个中。举例来说，其可嵌入于发电机中的一个内，或其可以是与发电机控制器102或106中的任一个处于相同位置的附加装置。在此情况下，与负载分担控制器108处于相同位置的发电机充当主发电机，而其它发电机充当从属发电机。
图3说明根据本文中所描述的数个方面的方法300的流程图。方法300是用于提供来自并联连结到共用总线的多个发电机的动态且实时的负载分担和功率控制的方法。方法300符合本文中描述的功能和装置。此外，在不脱离方法300的预期范围的情况下，可部分或整体地执行方法300，所述方法300是为并联布置且连结到共用总线的发电机组提供实时且动态的负载分担和功率控制。
方法300可在步骤302处开始，且其可包括在步骤304处提供负载分担控制器。负载分担控制器可被配置成在步骤306处提取或接收负载电流和发电机电流。在步骤308处，负载分担控制器还可被配置成接收分担命令，所述分担命令针对发电机组中的发电机中的每一个建立所要功率比。方法300可进一步包括通过控制器产生一组控制命令，所述控制命令被配置成调整发电机的电压电平(步骤310)。在通过发电机控制器接收到电压命令后，可根据所述命令调整发电机的输出电压，从而得到符合接收到的分担命令的具体功率比。方法300可在步骤314处结束。在一些实施例中，方法300可在环路中使用以持续或周期性地调整功率比。应注意，所描述的步骤可按不同次序执行或以不同方式重组以实现相同目标。
图4说明可用作呈独立或发电机集成配置的负载分担控制器的控制器400(或系统)。控制器400可被配置为负载分担控制器，且控制器400可包括具有具体结构的处理器402。可通过存储在处理器402中所包括的存储器404中的指令和/或通过可由处理器402从存储媒体418提取的指令420将具体结构赋予给处理器402。存储媒体418可与控制器400处于相同位置，如所示出，或其可位于别处并且以通信方式连接到控制器400。
如先前所述，控制器400可以是独立的可编程系统，或其可以是位于大得多的系统中的可编程模块。举例来说，控制器400可以是发电机中的一个的部件。控制器400可包括一个或多个硬件和/或软件组件，所述一个或多个硬件和/或软件组件被配置成提取、解码、执行、存储、分析、分布、评估信息和/或对信息进行分类。此外，控制器400可包括输入/输出(I/O)模块414和/或可被配置成与发电机组介接以便提取或接收负载和发电机电流的通信接口416。可分析并处理这些电流以推断电参数，例如但不限于幅值或时间平均值。
处理器402可包括一个或多个处理装置或核心(未示出)。在一些实施例中，处理器402可以是多个处理器，所述多个处理器各自具有一个或多个核心。处理器402可被配置成执行从存储器406、存储器块408、存储器块410和存储器块412中的至少一个，即从存储器404的存储器块中的一个提取的指令，或可从存储媒体418或通过通信接口416从连接到控制器400的远程装置提取指令。
此外，在不损失一般性的情况下，存储媒体418和/或存储器404可包括易失性或非易失性、磁性、半导体、磁带、光学、可移除、不可移除、只读、随机存取或任何类型的非暂时性计算机可读计算机媒体。存储媒体418和/或存储器404可包括程序和/或可由处理器402使用的其它信息。此外，存储媒体418可被配置成记录在控制器400的操作期间处理、录入或收集的数据数据可以符合数据存储实践的多种方式带上时间戳、带上位置戳、编目、编索引或进行组织。
在一个实施例中，举例来说，存储器块406可包括在由处理器402执行时致使处理器402执行某些操作的指令。操作可包括致使控制器对连接到控制器400的至少一个发电机的电压电平进行调整。调整可基于发电机电流、负载电流和输入分担命令中的至少一个。反馈环路可携载电流或指示从至少一个发电机到控制器的电流的信号。
操作可进一步包括接收被配置成致使发电机控制器调整发电机的电压电平的命令。操作可进一步包括输出被配置成致使至少一个发电机调整电压电平的命令。命令可以是电压信号。
相关领域的技术人员将了解，可在不脱离本发明的精神和范围的情况下配置上述实施例的各种调适和修改。另外，所公开的在多个发电机之间控制功率分担的方法可通过基于相同原理的硬件实施方案来实现。因此，应理解，在所附权利要求书的范围内，可以不同于本文中所具体描述的方式实践本发明。

Claims (10)

1.一种供与发电机组一起使用的系统，所述系统包括：
处理器；
包括指令的存储器，所述指令在由所述处理器执行时致使所述处理器执行包括以下的操作：
接收命令；
接收指示所述发电机组中的至少一个发电机的电流的信号；
基于所述命令和所述信号而致使控制器调整所述发电机组中的至少一个其它发电机的电压电平。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述操作进一步包括产生被配置成致使所述控制器调整所述电压的输出命令。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述输出命令是电压信号。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述信号指示来自所述发电机组的主发电机的电流，且所述至少一个其它发电机是从属发电机。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述信号是经编码的信号。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：接收所述命令包括从以通信方式连接到所述处理器的外围装置接收离子。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述控制器被配置为比例积分(PI)控制器。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述处理器包括在所述发电机组中的一个发电机中。
9.一种系统，包括：
并联连接的发电机组，所述发电机组包括第一发电机和第二发电机，
其中所述第一发电机被配置成基于所述第二发电机与所述第一发电机之间的反馈环路而调整所述第二发电机的输出电压电平。
10.一种用于在一组发电机之间进行负载分担的方法，所述方法包括：
通过控制器从所述发电机组中的一个发电机接收电流；以及
通过所述控制器发出命令并将其发出到所述发电机组中的另一发电机，所述命令被配置成致使所述另一发电机调整所述另一发电机的电压电平。
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