CN109217751B - 用于控制发电系统的设备、方法和计算机可读存储媒体 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制发电系统的设备，所述设备包括被配置成进行以下操作的控制器：识别通过所述发电系统的电功率输出的未来改变成第一功率水平的触发指示；控制所述发电系统响应于所述触发将电功率输出改变成第二功率水平，所述第二功率水平等于或不同于所述第一功率水平；和控制在所述第二功率水平下从所述发电系统到电能存储系统的所述电功率输出的至少一部分的供应以为所述电能存储系统充电。

Description

用于控制发电系统的设备、方法和计算机可读存储媒体
技术领域
本公开涉及用于控制发电系统的设备、方法、计算机程序和非瞬时性计算机可读存储媒体。
背景技术
发电系统可花费相对长时间段达到最大功率输出。举例来说，燃气涡轮发动机可花费大致十秒将功率输出从空闲功率输出提高到最大(或高)功率输出。燃气涡轮发动机瞬态性能(包含加速响应)通常受在不超过可允许的压缩机喘振裕度的情况下燃气涡轮发动机可容许的‘过量供油’的量限制。在低发动机转速(并且因此低功率输出)下，可允许的过量供油小并且燃气涡轮加速响应相对慢。随燃气涡轮发动机的轴速度增加，可允许的过量供油迅速增加并且燃气涡轮加速响应相对快(即，燃气涡轮发动机可更迅速的多地加速)。这可造成对为了燃气涡轮发动机从低功率发动的加速控制时程的具有挑战性要求并且在短时间尺度上提供大量推力和功率。类似限制也应用于减速时程。
发明内容
根据第一方面，提供用于控制发电系统的设备，设备包括被配置成以下的控制器：识别通过发电系统的电功率输出的未来改变成第一功率水平的触发指示；控制发电系统响应于触发将电功率输出改变成第二功率水平，第二功率水平等于或不同于第一功率水平；和控制在第二功率水平下从发电系统到电能存储系统的电功率输出的至少一部分的供应以为电能存储系统充电。
触发可为通过发电系统的电功率输出的未来提高的指示。第二功率水平可等于或小于第一功率水平。
触发可为通过发电系统的电功率输出的未来降低的指示。第二功率水平可等于或大于第一功率水平。
控制器可被配置成：控制发电系统将电功率输出从第二功率水平改变成第一功率水平。
控制器可被配置成：控制从发电系统到推进系统的一个或多个马达的电功率输出的供应。
控制器可被配置成：控制从电能存储系统到推进系统的一个或多个马达的电功率输出的供应。
控制器可被配置成：接收来自用户输入装置的触发信号；并且其中控制器被配置成使用接收的触发信号识别触发。
控制器可被配置成：接收来自全球定位传感器的位置数据；并且其中控制器被配置成使用来自全球定位传感器的位置数据识别触发。
车辆可包括发电系统。控制器可被配置成使用车辆的部件的操作模式识别触发。
发电系统可包括燃气涡轮发动机。
电能存储系统可包含一个或多个电池和/或一个或多个超级电容器。
根据第二方面，提供包括如在前述段落中任一项所描述的设备的车辆。
根据第三方面，提供包括如在前述段落中任一项所描述的设备的供电站。
根据第四方面，提供控制发电系统的方法，方法包括：识别通过发电系统的电功率输出的未来改变成第一功率水平的触发指示；控制发电系统响应于触发将电功率输出改变成第二功率水平，第二功率水平等于或不同于第一功率水平；和控制在第二功率水平下从发电系统到电能存储系统的电功率输出的至少一部分的供应以为电能存储系统充电。
触发可为通过发电系统的电功率输出的未来提高的指示。第二功率水平可等于或小于第一功率水平。
触发可为通过发电系统的电功率输出的未来降低的指示。第二功率水平可等于或大于第一功率水平。
方法可进一步包括控制发电系统将电功率输出从第二功率水平改变成第一功率水平。
方法可进一步包括控制从发电系统到推进系统的一个或多个马达的电功率输出的供应。
方法可进一步包括控制从电能存储系统到推进系统的一个或多个马达的电功率输出的供应。
方法可进一步包括接收来自用户输入装置的触发信号。触发可使用接收的触发信号识别。
方法可进一步包括接收来自全球定位传感器的位置数据。触发可使用来自全球定位传感器的位置数据识别。
车辆可包括发电系统。触发可使用车辆的部件的操作模式识别。
发电系统可包括燃气涡轮发动机。
电能存储系统可包含一个或多个电池和/或一个或多个超级电容器。
根据第五方面，提供计算机程序，当通过计算机读取所述计算机程序时，引起执行如在前述段落中任一项所描述的方法。
根据第六方面，提供包括计算机可读指令的非瞬时性计算机可读存储媒体，当通过计算机读取所述计算机可读指令时，引起执行如在前述段落中任一项所描述的方法。
根据第七方面，提供包括计算机可读指令的信号，当通过计算机读取所述计算机可读指令时，引起执行如在前述段落中任一项所描述的方法。
技术人员应了解，除其中相互排斥外，关于上述方面中的任一项描述的特征可在作必要的修正后应用于任何其它方面。此外，除其中相互排斥外，本文所描述的任何特征可应用于任何方面和/或与本文所描述的任何其它特征组合。
附图说明
现将参考附图仅借助于实例描述实施例，其中：
图1根据各种实例说明包括用于控制发电系统的设备的系统的示意图；
图2根据各种实例说明控制发电系统的方法的流程图；
图3根据第一实例说明发电系统的电功率输出对时间的图；
图4根据第二实例说明发电系统的电功率输出对时间的图；
图5根据第三实例说明发电系统的电功率输出对时间的图；
图6根据各种实例说明包括系统的车辆的示意图；和
图7根据各种实例说明包括系统的供电站的示意图。
具体实施方式
在以下描述中术语‘连接’和‘耦接’意指操作地连接和耦接。应了解，在提到的特征之间可存在任何数目的中间部件，包含没有中间部件。
图1说明包括设备12、发电系统14、电能存储系统16、推进系统18和部件20的系统10的示意图。在一些实例中，系统10可为模块。如本文所用，措辞‘模块’是指其中在稍后的时间并且可能由另一个制造商或由最终用户包含一个或多个特征的装置或设备。举例来说，其中系统10为模块，系统10可仅包含设备12，并且剩余特征可由另一个制造商或由最终用户添加。在另一个实例中，其中系统10为模块，系统10可仅包含设备12、发电系统14和推进系统18，并且剩余特征(例如电能存储系统16和部件20)可由另一个制造商或由最终用户添加。
设备12被配置成控制发电系统14并且可包含控制器22、用户输入装置24和全球定位传感器26。在一些实例中，设备12可为模块并且可仅包含控制器22，并且剩余特征(如用户输入装置24和全球定位传感器26)可由另一个制造商或由最终用户添加。
控制器22可包括任何合适电路以引起执行本文所描述并且如在图2中所说明的方法。控制器22可包括：控制电路；和/或处理器电路；和/或至少一个专用集成电路(ASIC)；和/或至少一个现场可编程门阵列(FPGA)；和/或单或多处理器结构；和/或时序/并行结构；和/或至少一个可编程逻辑控制器(PLC)；和/或至少一个微处理器；和/或至少一个微控制器；和/或中央处理单元(CPU)；和/或图形处理单元(GPU)，以执行所述方法。
在各种实例中，控制器22可包括至少一个处理器28和至少一个存储器30。存储器30存储包括计算机可读指令的计算机程序32，当通过处理器28读取所述计算机可读指令时，引起执行本文所描述并且如在图2中所说明的方法。计算机程序32可为软件或固件，或可为软件和固件的组合。
处理器28可包含至少一个微处理器并且可包括单核处理器，可包括多个处理器核心(如双核处理器或四核处理器)，或可包括多个处理器(其中至少一个可包括多个处理器核心)。
存储器30可为任何合适非瞬时性计算机可读存储媒体、一个或多个数据存储装置，并且可包括硬盘驱动器(HDD)和/或固态驱动器(SSD)。存储器30可为永久不可移动存储器，或可为可移动存储器(如通用串行总线(USB)快闪驱动器或安全数字卡)。存储器30可包含：在计算机程序的实际实行期间采用的本地存储器；大容量存储器；和提供至少某一计算机可读或计算机可用程序代码的临时存储以减少在代码实行期间可从大容量存储器检索的代码次数的超高速缓存存储器。
计算机程序32可存储在非瞬时性计算机可读存储媒体34上。计算机程序32可从非瞬时性计算机可读存储媒体34传递到存储器30。非瞬时性计算机可读存储媒体34可为(例如)USB快闪驱动器、安全数字(SD)卡、光学光盘(如压缩光盘(CD)、数字多功能光盘(DVD)或蓝光光盘)。在一些实例中，计算机程序32可经由信号36(如无线信号或有线信号)传递到存储器30。
输入/输出装置可直接或通过中间输入/输出控制器耦接到控制器22。各种通信适配器还可耦接到控制器22以使得设备12变得通过中间专用或公共网络耦接到其它设备或远程打印机或存储装置。非限制性实例包含这类通信适配器的调制解调器和网络适配器。
用户输入装置24可包括用于使得操作员能够为控制器22提供信号的任何合适装置。举例来说，用户输入装置24可包括以下中的一个或多个：键盘、按键、触控板、触摸屏显示器、计算机鼠标、操纵杆、轭、按钮、开关或节流阀。控制器22被配置成接收来自用户输入装置24的信号。
全球定位传感器26可为任何全球导航卫星系统(GNSS)传感器且被配置成感测发电系统14的位置并且生成位置数据。举例来说，全球定位传感器26可包括全球定位系统(GPS)传感器，和/或伽利略传感器，和/或俄罗斯全球导航卫星系统(GLONASS)传感器，和/或北斗导航卫星系统(BDS)传感器。控制器22被配置成接收来自全球定位传感器26的位置数据。
发电系统14可包括用于产生电能的任何合适发动机、系统或机构。举例来说，发电系统14可包括一个或多个燃气涡轮发动机38，和/或往复发动机(如柴油发动机)，和/或用于产生电能的核反应堆。
控制器22被配置成控制来自发电系统14的电功率输出。举例来说，其中发电系统14包括一个或多个燃气涡轮发动机38，控制器22可被配置成控制到一个或多个燃气涡轮发动机38的燃料供应以提高和降低燃气涡轮发动机38的轴速度，并且因此通过燃气涡轮发动机38的电功率输出。
控制器22被配置成控制发电系统14以为电能存储系统16提供一部分或所有的电功率输出。此外，控制器22被配置成控制发电系统14以为推进系统18提供一部分或所有的电功率输出。应了解，控制器22可控制发电系统14为电能存储系统16和推进系统18同时输出电功率。
电能存储系统16可包含用于存储通过发电系统14产生的电能的一个或多个任何合适装置。举例来说，电能存储系统16可包含一个或多个电池40和/或一个或多个超级电容器42。控制器22被配置成控制从电能存储系统16到推进系统18的电功率输出的供应。
推进系统18被配置成接收来自发电系统14和/或电能存储系统16的电能并且使用电能以生成推进系统10的推力。举例来说，推进系统18可包括一个或多个电马达44和一个或多个风扇46。一个或多个电马达44被配置成将电功率转化成机械功率以旋转一个或多个风扇46并且因此产生推力。
部件20可为车辆或供电站的部件，或可为车辆或供电站的部件的组件。如在图5中所说明，车辆100(如飞行器、船艇或陆地车辆)可包括系统10。举例来说，其中车辆为飞行器，部件20可包含在飞行器的机翼中的翼片。借助于另一个实例，其中车辆为飞行器，部件20可包含飞行器的起落架。如在图6中所说明，供电站101可包括系统10，并且部件20可包含供电站101的一个或多个阀。部件20可接收来自电能存储系统16和/或来自发电系统38的电功率。为了维持图1的清晰性，不说明表示到部件20的电功率供应的箭头。
在下文段落中参考图2到5描述系统10的操作。
在时间T0时，发电系统14的电功率输出为P3。在图3和4中说明的实例中，电功率输出P3为一个或多个燃气涡轮发动机38的空闲功率输出，其中涡轮轴速度为三千转/分钟。在图5中说明的实例中，电功率输出P3为一个或多个燃气涡轮发动机38的相对高(或最大)功率输出，其中涡轮轴速度为一万转/分钟。
在块48，方法可包含在时间T1时接收信号。举例来说，操作员可知道在近期出现瞬态操纵(如飞行器起飞、着陆或滑行)并且可在时间T1时操作用户输入装置24以为控制器22提供触发信号。借助于另一个实例，控制器22可在时间T1时接收在来自全球定位传感器26的信号中的位置数据。
在块50，方法包含识别通过发电系统14的电功率输出的未来改变成第一功率水平P1的触发指示。举例来说，其中控制器22已接收来自用户输入装置24的触发信号，控制器22可使用接收的触发信号识别触发。借助于另一个实例，其中控制器22已接收在来自全球定位传感器26的信号中的位置数据，控制器22可通过确定全球定位传感器26的位置是否在预先确定的地理区域(例如在机场处的跑道)内识别触发，并且因此表明出现瞬态操纵(例如飞行器起飞)。在另一实例中，其中系统10包含部件20，控制器22可使用部件20的操作模式识别触发。举例来说，控制器22可通过确定在飞行器的机翼上的翼片伸长识别触发。
在块52，方法包含控制发电系统14响应于触发将电功率输出改变成第二功率水平P2。举例来说，控制器22可响应于在块50中识别触发提高到一个或多个燃气涡轮发动机38的燃料供应。如在图3和4中所说明，在时间T1时或在其之后不久，来自发电系统14的电功率输出增加到在时间T2时达到的第二功率水平P2。如在图5中所说明，在时间T1时或在其之后不久，来自发电系统14的电功率输出降低到在时间T2时达到的第二功率水平P2。
在块54，方法包含控制在第二功率水平P2下从发电系统14到电能存储系统16的电功率输出的至少一部分的供应以为电能存储系统16充电。举例来说，在图3、4和5中的T1和T2之间的任何时间，控制器22可控制从发电系统14到电能存储系统16的电功率输出的至少一部分的供应以为电能存储系统16充电。
在块56，方法可包含控制发电系统14将电功率输出从第二功率水平P2改变成第一功率水平P1。如在图3中所说明，在时间T2和T3之间，在第二功率水平P2下，来自发电系统14的电功率输出可为恒定的，并且在时间T3时，控制器22控制发电系统14将电功率输出提高到第一功率水平P1。在时间T4时，来自发电系统14的电功率输出达到第一功率水平P1。替代地，如在图4中所说明，控制器22可控制发电系统14在时间T2时将电功率输出提高到第一功率水平(即，来自发电系统14的电功率输出在一段时间内可在第二功率水平P2下不保持恒定)。在时间T3时，来自发电系统14的电功率输出达到第一功率水平P1。如在图5中所说明，控制器22可控制发电系统14在时间T2时将电功率输出降低到第一功率水平P1。
在块58，方法可包含控制从发电系统14到推进系统18的一个或多个马达44的电功率输出的供应。举例来说，在如在图3中所说明的时间T3时，或在如在图4中所说明的时间T2时，控制器22可控制发电系统14将百分之百的电功率输出供应到推进系统18的一个或多个马达44。在另一个实例中，在如在图3中所说明的时间T3时，或在如在图4中所说明的时间T2时，控制器22可控制发电系统14将电功率输出的一部分供应到推进系统18的一个或多个马达44。供应到推进系统18的电功率输出的部分可等于或大于百分之五十，或可等于或大于百分之六十，或可等于或大于百分之七十，或可等于或大于百分之八十，或可等于或大于百分之九十。剩余电功率输出可供应到其它部件(如例如飞行器的电力系统)。
在图5中说明的实例中，在T1之后的任何时间，控制器22可控制发电系统14将电功率输出的一部分供应到推进系统18的一个或多个马达44，并且将电功率输出的一部分供应到电能存储系统16。
在一些实例中，来自发电系统14的电功率输出可供应到电能存储系统16直到已达到第一电功率输出P1之后。举例来说，在图3中，来自发电系统14的电功率输出可在从T1的任何时间和直到在T4之后(即，在已达到第一电功率输出P1之后)的任何时间供应到电能存储系统16。借助于另一个实例，在图4中，来自发电系统14的电功率输出可在从T1的任何时间和直到在T3之后的任何时间供应到电能存储系统16。
在块60，方法可包含控制从电能存储系统16到推进系统18的一个或多个马达44的电功率输出的供应。举例来说，在如在图3中所说明的时间T3时或在其之后，或在如图4中所说明的时间T2时或在其之后，控制器22可控制电能存储系统16将电能供应到一个或多个马达44。因此，电能存储系统16可补充提供到推进系统18的电能并且可因此提供附加推力。
上文所描述的系统10、设备12和方法可提供若干优点。
首先，方法可通过将来自发电系统14的电功率输出在推进系统18需要之前提高来提供相对快的瞬态推力响应。举例来说，一个或多个燃气涡轮发动机38可花费十秒将涡轮轴速度从三千转/分钟(对应于电功率输出P3)提高到一万转/分钟(对应于第一电功率输出P1)，而一个或多个燃气涡轮发动机可花费三秒将涡轮轴速度从七千转/分钟(对应于第二电功率输出P2)提高到一万转/分钟(对应于第一电功率输出P1)。
第二，如上文所提及，方法可使得发电系统14能够相对缓慢减速并且过量能量将存储在电能存储系统16中以供稍后使用。其中发电系统14包含一个或多个燃气涡轮发动机38，这可有助于防止在减速期间一个或多个燃气涡轮发动机38超过其压缩机喘振裕度并且因此可防止损坏一个或多个燃气涡轮发动机38。
飞行器推进规范通常包含在中断飞行等的情况下推力可减小到空闲水平的快速程度的要求。方法和设备12可被配置成满足这类推力降低时间目标同时允许发电系统更缓慢减速和将过量的产生的电功率从推进系统18转移到电能存储系统16。方法和设备12可允许发电系统14被设计用于更慢功率瞬态，并且例如在不需要处置排出阀的情况下进行操作。
第三，在时间T1和T3之间(如在图3中所说明)或在时间T1和T2之间(如在图4中所说明)来自发电系统14的电功率输出转移到电能存储系统16以为电能存储系统16充电。存储的电能可在稍后的时间供应到推进系统18以提供推力。举例来说，除了通过发电系统14供应的电能之外，存储的电能可供应到推进系统18以在时间T3和T4之间(如在图3中所说明)或在时间T2和T3之间(如图4中所说明)提供附加推力。借助于另一个实例，推进系统18可在其中来自发电系统14的排放为不期望、受限制或被禁止的地理区域(如在机场的滑行道)中单独接收存储的电能。
第四，方法可使得一个或多个燃气涡轮发动机38能够以减少的(或零)处置排出流来操作。这可有利地减少来自一个或多个燃气涡轮发动机38的噪声排放。
第五，方法可使得电能存储系统16能够相对小，因为来自发电系统14的电功率输出在推进系统18需要之前提高，并且因此，在瞬态操纵期间可需要来自电能存储系统16的较少(或零)电能。
应理解，本发明不限于上述实施例，并且可在不脱离本文所描述的概念的情况下进行各种修改和改进。举例来说，不同实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例，或含有硬件和软件元件两者的实施例的形式。
除其中相互排斥外，任何特征可单独或与任何其它特征组合采用，并且本公开延伸到并且包含本文所描述的一个或多个特征的所有组合和子组合。

Claims (21)

1.一种用于控制发电系统的设备，所述设备包括被配置成进行以下操作的控制器：
识别通过所述发电系统的电功率输出的未来改变成第一功率水平的触发指示；
控制所述发电系统响应于所述触发将电功率输出改变成第二功率水平，所述第二功率水平等于或不同于所述第一功率水平；和
控制在所述第二功率水平下从所述发电系统到电能存储系统的所述电功率输出的至少一部分的供应以为所述电能存储系统充电，
其中所述触发为通过所述发电系统的电功率输出的未来提高的指示，并且所述第二功率水平等于或小于所述第一功率水平，或者
其中所述触发为通过所述发电系统的电功率输出的未来降低的指示，并且所述第二功率水平等于或大于所述第一功率水平。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制器被配置成：
控制所述发电系统将电功率输出从所述第二功率水平改变成所述第一功率水平。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制器被配置成：控制从所述发电系统到推进系统的一个或多个马达的电功率输出的供应。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制器被配置成：控制从所述电能存储系统到推进系统的一个或多个马达的电功率输出的供应。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制器被配置成：接收来自用户输入装置的触发信号；并且其中所述控制器被配置成使用所述接收的触发信号识别所述触发。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制器被配置成：接收来自全球定位传感器的位置数据；并且其中所述控制器被配置成使用来自所述全球定位传感器的所述位置数据识别所述触发。
7.根据权利要求1所述的设备，其中车辆包括所述发电系统，并且其中所述控制器被配置成使用所述车辆的部件的操作模式识别所述触发。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述发电系统包括燃气涡轮发动机。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述电能存储系统包含一个或多个电池和/或一个或多个超级电容器。
10.一种车辆，包括根据前述权利要求中任一项所述的设备。
11.一种供电站，包括根据权利要求1到9中的任一项所述的设备。
12.一种控制发电系统的方法，所述方法包括：
识别通过所述发电系统的电功率输出的未来改变成第一功率水平的触发指示；控制所述发电系统响应于所述触发将电功率输出改变成第二功率水平，所述第二功率水平等于或不同于所述第一功率水平；和
控制在所述第二功率水平下从所述发电系统到电能存储系统的所述电功率输出的至少一部分的供应以为所述电能存储系统充电，
其中所述触发为通过所述发电系统的电功率输出的未来提高的指示，并且所述第二功率水平等于或小于所述第一功率水平，或者
其中所述触发为通过所述发电系统的电功率输出的未来降低的指示，并且所述第二功率水平等于或大于所述第一功率水平。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括控制所述发电系统将电功率输出从所述第二功率水平改变成所述第一功率水平。
14.根据权利要求12所述的方法，进一步包括控制从所述发电系统到推进系统的一个或多个马达的电功率输出的供应。
15.根据权利要求12所述的方法，进一步包括控制从所述电能存储系统到推进系统的一个或多个马达的电功率输出的供应。
16.根据权利要求12所述的方法，进一步包括接收来自用户输入装置的触发信号；并且其中所述触发使用所述接收的触发信号识别。
17.根据权利要求12所述的方法，进一步包括接收来自全球定位传感器的位置数据；并且
其中所述触发使用来自所述全球定位传感器的所述位置数据识别。
18.根据权利要求12所述的方法，其中车辆包括所述发电系统，并且其中所述触发使用所述车辆的部件的操作模式识别。
19.根据权利要求12所述的方法，其中所述发电系统包括燃气涡轮发动机。
20.根据权利要求12所述的方法，其中所述电能存储系统包含一个或多个电池和/或一个或多个超级电容器。
21.一种非瞬时性计算机可读存储媒体，包括计算机可读指令，当通过计算机读取所述计算机可读指令时，引起执行根据权利要求12所述的方法。
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