CN116131455A - 电力控制器、配电系统和在配电系统中分配电力的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种电力控制器、一种配电系统和一种在配电系统中分配电力的方法，所述电力控制器包括电力特性输入端以及通信连接器以及控制器模块。所述控制器模块适配成：在所述电力特性输入端处获得电力特性，所述电力特性与从关联电源提供给公共电力总线的电量相关；获得所述通信连接器处所接收的至少一个电力系统消息；并且确定要从所述关联电源提供的预期电力的当前份额。

Description

电力控制器、配电系统和在配电系统中分配电力的方法
技术领域
本公开涉及电力控制器、配电系统和在配电系统中分配电力的方法。
背景技术
配电系统管理从能量源到消耗分布式电力的电气负载之间的电力分配。在飞行器中，用于推进所述飞行器的燃气涡轮发动机通常提供机械能，所述机械能最终为许多不同附件提供动力，例如发电机、起动机/发电机、永磁体交流发电机(PMA)、燃料泵和液压泵，例如用于飞行器上所需的除推进以外的功能的设备。例如，现代飞行器需要为与航空电子设备、电动机和其他电气设备相关的电气负载提供电力。
发明内容
在一个方面中，本公开涉及一种电力控制器，所述电力控制器包括电力特性输入端以及通信连接器(communications connection)以及控制器模块。所述控制器模块可以适配成在所述电力特性输入端处获得电力特性，所述电力特性与从关联电源提供给公共电力总线的电量相关。所述控制器模块还可以适配成获得所述通信连接器处所接收的至少一个电力系统消息，所述至少一个电力系统消息源自向所述公共电力总线提供电力的另一个电力控制器。所述控制器模块还可以适配成基于所获得的电力特性以及所获得的至少一个电力系统消息而确定要从所述关联电源提供给所述公共电力总线的预期电力的当前份额，并且根据所确定的预期电力的当前份额来操作所述关联电源。
在另一方面中，本公开涉及一种在配电系统中分配电力的方法，所述方法包括：通过与第一电源相关联的第一电力控制器在公共通信总线上广播已生成消息，所述已生成消息指示所述第一电源的供电能力；通过与第二电源相关联的第二电力控制器获得所述已生成消息；通过所述第二电力控制器基于所获得的已生成消息以及所述第二电源的所述供电能力来确定要从所述第二电源供应的预期电力的当前份额；以及根据所确定的要从所述第二电源提供给公共电力总线的预期电力的当前份额来操作所述第二电源，其中所述公共电力总线与所述第一电源输出端和第二电源输出端连接。
在又一方面中，本公开涉及一种配电系统，所述配电系统包括在与公共电力总线以电气方式并联布置的一组电源、公共通信总线以及分别与所述一组电源相关联的一组电力控制器。所述一组电力控制器中的每一者可以包括电力特性输入端以及连到所述公共通信总线的通信连接器，以及控制器模块。所述控制器模块适配成：在所述电力特性输入端处获得电力特性，所述电力特性与关联电源的可用供电容量相关；获得所述通信连接器处从另一个控制器模块接收的至少一个电力系统消息；基于所获得的电力特性以及所获得的至少一个电力系统消息来确定要从所述关联电源提供给所述公共电力总线的预期电力的当前份额；并且根据所确定的预期电力的当前份额来操作所述关联电源。
技术方案1.一种电力控制器，包括：
电力特性输入端和通信连接器；以及
控制器模块，所述控制器模块适配成：
在所述电力特性输入端处获得电力特性，所述电力特性与从关联电源提供给公共电力总线的电量相关；
获得所述通信连接器处所接收的至少一个电力系统消息，所述至少一个电力系统消息源自向所述公共电力总线提供电力的另一个电力控制器；
基于所获得的电力特性以及所获得的至少一个电力系统消息，确定要从所述关联电源提供给所述公共电力总线的预期电力的当前份额；以及
根据所确定的预期电力的当前份额来操作所述关联电源。
技术方案2.根据技术方案1所述的电力控制器，其中所述控制器模块进一步适配成在所述通信连接器处生成电力系统消息。
技术方案3.根据技术方案2所述的电力控制器，其中所生成的电力系统消息包括至少电力控制器标识和所获得的电力特性。
技术方案4.根据技术方案3所述的电力控制器，其中所产生的电力系统消息进一步包括操作状态指示符。
技术方案5.根据技术方案2所述的电力控制器，其中所述控制器模块进一步适配成防止所生成的电力系统消息与在所述通信连接器处接收的所述至少一个电力系统消息之间发生消息冲突。
技术方案6.根据技术方案1所述的电力控制器，其中所述控制器模块进一步适配成根据所确定的预期电力的当前份额来调节所述关联电源。
技术方案7.根据技术方案1所述的电力控制器，进一步包括电力转换器，所述电力转换器适配成将从所述关联电源接收的电力转换成提供给所述公共电力总线的另一个电力。
技术方案8.根据技术方案1所述的电力控制器，其中所述控制器模块进一步适配成确定要从所述关联电源提供给所述公共电力总线的预期电流的当前份额。
技术方案9.一种在配电系统中分配电力的方法，所述方法包括：
通过与第一电源相关联的第一电力控制器在公共通信总线上广播已生成消息，所述已生成消息指示所述第一电源的供电能力；
通过与第二电源相关联的第二电力控制器获得所述已生成消息；
通过所述第二电力控制器基于所获得的已生成消息以及所述第二电源的供电能力来确定要从所述第二电源提供的预期电力的当前份额；以及
根据所确定的要从所述第二电源提供给公共电力总线的预期电力的当前份额来操作所述第二电源，所述公共电力总线与第一电源输出端和第二电源输出端连接。
技术方案10.根据技术方案9所述的方法，进一步包括：
通过与相应一组电源相关联的一组电力控制器独立地在所述公共通信总线上广播一组已生成消息，所述一组已生成消息指示所述相应一组电源的相应供电能力；
通过所述第二电力控制器获得所述一组独立广播的消息；以及
通过所述第二电力控制器基于所获得的一组独立广播消息以及所述第二电源的所述供电能力来确定要从所述第二电源提供的预期电力的当前份额。
技术方案11.根据技术方案10所述的方法，其中确定要提供的预期电力的当前份额包括计算要提供的预期电流等于所述第二电源对所述一组电源的总供电能力的比率乘以所述公共电力总线所需的总电流。
技术方案12.根据技术方案10所述的方法，进一步包括通过与不向所述公共电力总线提供电力的第三电源相关联的第三电力控制器在所述公共通信总线上获得所述一组独立生成的消息，并且确定所述一组电源是否能够满足所述配电系统的电力需求。
技术方案13.根据技术方案12所述的方法，在确定所述一组电源无法满足所述电力需求之后，通过所述第三电力控制器基于所获得的已生成消息以及所述第三电源的供电能力来确定要从所述第三电源提供的预期电力的当前份额，并且根据所确定的要从所述第三电源提供给所述公共电力总线的预期电力的当前份额来操作所述第三电源。
技术方案14.根据技术方案13所述的方法，其中基于所述一组电源的优先级顺序确定所述第一电源、第二电源或第三电源中的至少一者提供给所述公共电力总线的预期电力的当前份额。
技术方案15.根据技术方案9所述的方法，进一步包括通过所述第二电力控制器在所述公共通信总线上广播指示所述第二电源的供电能力的另一个已生成消息。
技术方案16.根据技术方案9所述的方法，进一步包括：
通过所述第一电力控制器获得所述第二电力控制器的另一个已生成消息；
通过所述第一电力控制器基于所述另一个已生成消息以及所述第一电源的所述供电能力来确定要从所述第一电源提供的预期电力的当前份额；以及
根据所确定的要从所述第一电源提供给公共电力总线的预期电力的当前份额来操作所述第一电源，所述公共电力总线与所述第一电源输出端和所述第二电源输出端连接。
技术方案17.根据技术方案9所述的方法，其中所述已生成消息包括所述第一电力控制器的操作状态。
技术方案18.一种配电系统，包括：
与公共电力总线以电气方式并联的一组电源；
公共通信总线；以及
分别与所述一组电源相关联的一组电力控制器；所述一组电力控制器中的每一者包括：
电力特性输入端以及连到所述公共通信总线的通信连接器；以及控制器模块，所述控制器模块适配成：
在所述电力特性输入端处获得电力特性，所述电力特性与关联电源的可用供电容量相关；
从另一个控制器模块获得所述通信连接器处所接收的至少一个电力系统消息；
基于所获得的电力特性以及所获得的至少一个电力系统消息，确定要从所述关联电源提供给所述公共电力总线的预期电力的当前份额；以及
根据所确定的预期电力的当前份额来操作所述关联电源。
技术方案19.根据技术方案18所述的配电系统，其中每个控制器模块进一步适配成在所述通信连接器处生成电力系统消息。
技术方案20.根据技术方案18所述的配电系统，其中所生成的电力系统消息包括至少所述关联电源的电力控制器标识和所述电力特性。
附图说明
在附图中：
图1是根据本说明书所述的各个方面的飞行器及飞行器配电系统的俯视示意图。
图2是根据本说明书所述的各个方面的配电系统的示例性示意图。
图3是流程图，其中示出根据本说明书所述的各个方面的用于操作图2所示电力系统的方法。
具体实施方式
本公开的方面在本说明书中以飞行器为背景来进行描述，使得能够从能量源例如涡轮发动机、喷气燃料、氢等来产生电力。但是应理解，尽管本公开的一个方面是在飞行器环境中示出的，但是本公开不限于此并且普遍适用于非飞行器应用中的配电系统，例如其他移动应用和非移动工业、商业和住宅应用。例如，适用的移动环境可以包括飞行器、航天器、航天运载器、卫星、机车、汽车等。商业环境可以包括制造设施或发电和配电设施或基础设施。
尽管将描述“一组”各种元件，但是应理解，“一组”可以包括任何数量的相应元件，包括仅一个元件。本说明书中所用的术语“近侧”或“近侧地”是指沿朝向另一个部件的方向移动，或者某个部件相对于另一个参考点而言距离另一个部件更近。同样如本说明书中所使用，尽管传感器可以描述成“感测”或“测量”相应值，但是感测或测量可以包括确定指示相应值或与所述相应值相关的值，而不是直接感测或测量所述值本身。所感测的值或测得的值可以进一步提供给其他部件。例如，所述值可以提供给控制器模块或处理器，并且所述控制器模块或处理器可以对所述值执行处理，以确定表示所述值的代表值或电气特性。此外，尽管本说明书中可以使用各种术语例如“电压”、“电流”和“电力”，但是所属领域中的技术人员将显而易见地了解，这些术语在描述电路方面或者电路操作时可以是可互换的。
连接性词语(例如，附接、联接、连接和接合)应从广义上解释，并且除非另作说明，否则可以包括一组元件之间的中间构件以及这些元件之间的相对移动。因此，连接表述不一定推断出两个元件彼此直接连接并且相对于彼此成固定关系。在非限制性示例中，连接或断开可以选择性地配置成执行相应元件之间的电连接的提供、启用、禁用等。非限制性示例配电总线的连接或断开可以通过开关、总线连系逻辑(bus tie logic)或者配置成启用或禁用总线下游电气负载的供能的任何其他连接器来启用或操作。
本说明书中所用的“系统”或“控制器模块”可以包括至少一个处理器和存储器。所述存储器的非限制性示例可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存或一种或多种不同类型的便携式电子存储器，例如磁盘、DVD、CD-ROM等，或者这些类型存储器的任何适当组合。所述处理器可以配置成运行任何适当程序或可执行指令，所述程序或可执行指令设计成执行各种方法、功能、处理任务、计算等，以实现或完成本说明书中所述的技术操作或操作。所述程序可以包括计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括其上装载或存储有机器可执行指令或数据结构的机器可读介质。所述机器可读介质可以是可以被通用或专用计算机或具有处理器的其他机器访问的任何可用介质。通常，所述计算机程序可以包括具有执行特定任务或实现特定抽象数据类型的技术效果的例程、程序、对象、组件、数据结构、算法等。
本说明书中所用的可控开关元件或“开关”是能够以可控方式在第一操作模式和第二操作模式之间切换的电气装置，其中在所述第一操作模式下，所述开关“闭合”以将电流从开关输入端输送到开关输出端，而在所述第二操作模式下，所述开关“断开”以避免开关输入端与开关输出端之间发生电流输送。在非限制性示例中，连接或断开例如由可控开关元件启用或禁用的连接可以选择性地配置成对相应元件之间的电气连接进行提供、启用、禁用等。
本说明书中所使用的“基本”电气负载可以是配电系统或架构中一个或多个电气负载的一个子集，这些电气负载分级或分类成操作电力架构、运载工具或另一个系统的“基本”或“关键”负载。在一个非限制性方面中，“基本”电气负载可以是飞行器或关键飞行器系统的飞行操作关键电气负载，并且可以根据相关联邦飞行器法规或相关行业标准来定义。
示例性附图仅用于说明，并且附图中所反映的尺寸、位置、顺序和相对尺寸可以更改。
如图1所示，飞行器10图示成具有至少一个燃气涡轮发动机，所述至少一个燃气涡轮发动机图示成左发动机系统12和右发动机系统14。或者，所述动力系统可以具有更少个或更多个发动机系统。左发动机系统12和右发动机系统14可以大体上相同，并且可以进一步包括至少一个电源，例如第一电机或发电机18。左发动机系统12和右发动机系统14可以进一步包括另一个电源，例如第二电机或发电机(未示出)。可以包括本公开的非限制性方面，其中，例如，第一发电机18是主电源，并且第二发电机是辅助、备用或冗余电源。所述飞行器进一步图示成具有一组耗电部件或电气负载20，例如执行器负载(actuator load)、飞行临界负载和非飞行临界负载。
电气负载20经由配电系统与发电机18中的至少一个发电机电连接，所述配电系统包括例如输电线22或母排以及配电节点16。飞行器10可以进一步包括一组补充电源24，所述一组补充电源可以选择性地与输电线22连接，并且可操作地提供补充电力、冗余电力、备用电力、应急电力等。所述补充电源24的非限制性示例可以包括但不限于发电机，例如辅助或应急发电机、太阳能电池板、燃料电池、电池或任何其他电源。如图所示，所述一组补充电源24可以向所述一组输电线22提供电力，并且因此而向所述一组配电节点16或所述一组电气负载20提供电力。
应理解，图1所示的本公开的方面仅为配电系统的一个非限制性示例，并且除了所示出的之外，本公开还预期存在许多其他可能的方面和配置。此外，图1所示各种部件的数量和布置也是与本公开相关联的方面的非限制性示例。
在飞行器10中，运行的左发动机系统12和右发动机系统14提供机械能，所述机械能通常可以经由转轴(spool)提取，以为所述一组发电机18提供驱动力。所述一组发电机18又产生电力例如交流(AC)或直流(DC)电力，并且将所产生的电力提供给输电线22，所述输电线将所述电力输送到定位在整个飞行器10各处的电气负载20。此外，在操作期间，所述一组补充电源24可以选择性地与输电线22连接，并且可操作地向电气负载20提供补充电力。
示例性配电管理功能可以包括但不限于根据例如可用配电源、电气负载20功能的临界状态或飞行器操作模式，例如起飞、巡航或地面操作来选择性地启用或禁用对特定电气负载20的电力输送。可以包括额外的管理功能。在应急或不充分发电期期间，包括但不限于发动机或发电机故障期间，可以操作、启用或连接补充电源24中的至少一个补充电源，以向电气负载20提供电力。可以包括额外的管理功能。
应理解，尽管本公开的方面在图1中以飞行器环境示出，但是本公开不限于此，并且普遍适用于非飞行器应用中的电力系统，例如其他移动应用和非移动工业、商业和住宅应用。例如，尽管本说明书针对飞行器中的电力系统架构，但是本公开的方面可以进一步适用于在非应急操作例如起飞、着陆或巡航飞行操作中提供电力、补充电力、应急电力、基本电力等。
此外，图1所示各种部件的数量和布置也是与本公开相关联的方面的非限制性示例。例如，尽管已经采用飞行器的相对位置图示了各种部件(例如，位于飞行器10机翼上的电气负载20等)，但是本公开的方面并不限于此，并且所述部件不限于示意图中的图示。可以设想存在其他飞行器10配置。
现在参见图2，其中示出根据本说明书中所描述的各个方面的配电系统30的非限制性示意图。配电系统30图示成具有一组发电机18，包括第一发电机32、第二发电机34和第三发电机36。尽管示出三个发电机32、34、36，但是本公开的方面可以包括任何数量的发电机18。配电系统30还图示成包括一组补充电源24，包括第一补充电源38和第二补充电源41。尽管示出两个补充电源38、41，但是本公开的方面可以包括任何数量的补充电源24。所述一组发电机18和所述一组补充电源24中的每一者可以包括用于从相应电源18、24提供电力的电力输出端40。
尽管所述一组发电机18和一组补充电源24以类似方式示出，但是可以包括本公开的非限制性方面，其中相应电源18、24具有各种不同电源或电力特性，例如发电量或以其他方式产生的电量或数量。例如，第一发电机32可以在操作期间连续产生50千瓦(kW)的电力，而第二发电机34和第三发电机36可以在操作期间连续产生100KW的电力。可以包括一组发电机18或一组补充电源24的非限制性示例，其中提供非连续电力。例如，通过太阳能电池板提供电力的“发电机”可以取决于天气或云层，而电池组可以具有能够放电的固定存储电量。在另一个非限制性示例中，即便常规发电机18也可以根据环境条件例如太阳活动周期、温度、变速发电、飞行阶段或维护周期来以不同电力特性操作。
电源18、24、32、34、36、38、41中的每一者可以在它们各自的电力输出端40处电连接到与相应电源18、24、32、34、36、38、41相关联的电力控制器。如图所示，第一电力控制器42可以与第一发电机32连接，第二电力控制器44可以与第二发电机34连接，第三电力控制器46可以与第三发电机36连接，第四电力控制器48可以与第一补充电源38连接，并且第五电力控制器50可以与第二补充电源41连接。每个相应的电力控制器42、44、46、48、50可以进一步包括控制器模块60，所述控制器模块具有处理器62和存储器64。
所述一组电力控制器42、44、46、48、50可以响应于提供给相应电源18、24、32、34、36、38、41的控制信号而可操作地调节相应电源18、24、32、34、36、38、41提供给电力输出端40的电力。例如，响应于来自第一电力控制器42的控制信号，第一发电机32可以可操作地调节、修改、改变或以其他方式控制提供给电力输出端40的电力的至少一个电力特性。所提供电力的至少一个电力特性的非限制性示例可以包括输出电压或输出电流。所述一组电力控制器42、44、46、48、50可以进一步选择性地与公共电力总线52例如图1所示的输电线22连接。所述选择性连接可以包括可控开关元件，所述可控开关元件示意性地图示成开关54，能够启用或禁用相应电源18、24与公共电力总线52之间的电连接。在一个非限制性示例中，开关54可以由相应的关联电力控制器42、44、46、48、50控制。所述公共电力总线52可以进一步与一组电气负载连接，所述一组电气负载示意性地表示成单个电气负载20。
可以包括本公开的非限制性方面，其中电力控制器42、44、46、48、50的至少一个子集可以进一步以电力转换器的形式操作。就这点而言，所述电力控制器/转换器42、44、46、48、50可以操作或被启用以便以可控制方式将第一电力(例如由相应电力输出端40接收到的电力)转换成提供给公共电力总线52的第二电力。以可控方式将所述第一电力转换成第二电力的非限制性示例可以包括升压或降压电力转换(例如，第一电流或电压转换成第二电流或电压)、直流(DC)到交流(AC)电力转换或交流(AC)到直流(DC)电力转换、交流(AC)到交流(AC)电力转换、直流(DC)到直流(DC)电力转换等，或者它们的组合。可以包括本公开的非限制性方面，其中提供给公共电力总线52的电力包括类似一组电力特性(例如，公共电压电平下的直流电压、公共电压电平和公共频率下的交流电压等)，所述一组电力特性可以由所述一组或一个子集的电力控制器/转换器42、44、46、48、50来启用。尽管本说明书中主要使用“电力控制器”，但是应理解，除非另有说明，否则任何“电力控制器”可以包括“电力控制器/转换器”。
所述一组电力控制器42、44、46、48、50可以通过公共通信总线56以通信方式互连，所述公共通信总线在通信连接器43处与每个相应电力控制器42、44、46、48、50连接。所述公共通信总线56可以进一步与可选的电力系统控制器模块70以通信方式互连，所述电力系统控制器模块远离配电系统30，并且具有处理器72和存储器74。本公开的非限制性方面可以包括广播式公共通信总线56，其中所述一组电力控制器42、44、46、48、50和可选的电力系统控制器模块70可以各自独立地将通信消息从通信连接器43广播到通信总线56上，所述通信消息被另一个电力控制器42、44、46、48、50和可选的电力系统控制器模块70或它们各自的通信连接器43接收。在这点而言，通信连接器43可以是双向连接器43，或者相应的通信连接器43可以包括广播输出端和广播输入端。
本说明书中所描述的本公开的方面允许或以其他方式使得配电系统30能够将从所述一组电源18、24提供的电力以自适应方式分配到公共电力总线52和所述一组电气负载20。如图所示，并联配置的电源18、24，包括具有电力特性的不同电气额定值的电源18、24，可以通过相应的电力控制器或控制器/转换器42、44、46、48、50来向公共电力总线52提供电力，以增加总可用电力、系统稳健性(robustness)、冗余度等。
在图示的实例中，与第一发电机32、第二发电机34和第三发电机36相关联的相应开关54闭合，使得能够从相应发电机32、34、36向公共电力总线52提供电力。相反，与第一补充电源38和第二补充电源41相关联的相应开关54断开，从而禁止从相应补充电源38、41向公共电力总线52提供电力。
在操作期间，每个相应电源18、24、32、34、36、38、41的电力控制器42、44、46、48、50可以从其他子集的电源电源18、24、32、34、36、38、41获得一组广播消息。另外，每个相应电源18、24、32、34、36、38、41的每个电力控制器42、44、46、48、50又可以生成并且广播其自己的消息。在一个非限制性示例中，电源18、24、32、34、36、38、41可以仅从向公共电力总线52提供电力的其他子集的电源18、24、32、34、36、38、41(例如，不是第一补充电源38或第二补充电源41，如图所示)获得一组广播消息。可以在电力控制器42、44、46、48、50的相应通信连接器43处生成或接收广播消息。
所述广播消息的非限制性示例可以包括与相应电源18、24、32、34、36、38、41相关的数据集。例如，每个相应电力控制器42、44、46、48、50可以生成消息，所述消息包括用于识别生成此消息的电力控制器42、44、46、48、50(或相应电源18、24、32、34、36、38、41)、相应电源18、24、32、34、36、38、41能力或其组合的至少一个子集的标识符。在一个非限制性示例中，电源18、24、32、34、36、38、41能力可以包括但不限于电源18、24、32、34、36、38、41的一个或多个电力特性。所述电源的电力特性可以进一步包括但不限于可用供电量或容量(可用供电量或容量可由相应电源18、24、32、34、36、38、41提供)、当前电量、电流，或者正在提供给公共电力总线52的可用容量等，或者它们的组合。在另一个非限制性方面中，可以在位于相应电力控制器42、44、46、48、50或电源18、24、32、34、36、38、41处或它们之内的输入端处接收、计算、确定或感测所述电力特性。相应电源18、24、32、34、36、38、41的能力、特性、容量等可以由相应电力控制器42、44、46、48、50通过传感器或测量能力、相应电力输出端40、预定配置等来获得。
在本公开的另一个非限制性方面中，已生成消息可以包括操作状态指示符，所述操作状态指示符指示相应电源18、24、32、34、36、38、41的当前操作状态。操作状态可以包括但不限于表示以下项的指示符：当前正在向公共电力总线52提供电力、当前不在向公共电力总线52提供电力、能够提供给公共电力总线52的可用供电容量、开始向公共电力总线52提供电力所耗费的操作延迟时间段等。
当电源18、24、32、34、36、38、41中的每一者生成相应的已生成消息，并且在公共通信总线56上广播此消息时，收到此消息的电力控制器例如第一电力控制器42可以确定其自身对配电系统30总电力输出的相应配额或贡献，而无需使用集中式控制器、主命令或指令，或者与其他电源18、24、32、34、36、38、41的显式协商(explicit negotiation)或协调。
例如，如果第一电力控制器42已知或了解到与公共电力总线52连接的一组电气负载20或耗电元件的总电力需求是125kW(如图2中的电气负载20所示)，并且第一电力控制器42收到来自第二电力控制器44和第三电力控制器46的广播消息，则第一电力控制器42可以确定其自身对配电系统30向公共电力总线52的总电力输出的相应贡献。在此示例中，所述第一电力控制器42了解其自身的电力特性，即可以从第一发电机32产生50kW的连续电力，并且从第二电力控制器44接收或获得的广播消息将指示第二发电机34的电力特性可以产生100kW的连续电力，并且从第三电力控制器46接收或获得的广播消息将指示第三发电机36的电力特性可以产生100kW的连续电力，所述第一电力控制器42可以做出一些决定。
第一确定可以包括确定配电系统30的预期或需求电力当前份额或比率。所述当前份额或比率可以通过将关联电源的电力特性(第一发电机32，50kW)除以向公共电力总线52提供电力的电源的总供电容量或能力来计算(第一发电机32、第二发电机34和第三发电机36；50kW+100kW+100kW，即总供电容量为250kW)。在图示示例中，所确定的配电系统30的来自第一发电机32和第一电力控制器42的预期或需求电力当前份额或比率可以是0.2或20％。第二确定可以确定或计算配电系统30的需求电力所需的总电流。在一个非限制性示例中，其中所述需求电力是125kW，并且其中，例如，公共电力总线52是以270VDC(伏特直流电压)操作的直流电力总线，电气负载20所需的总电流是125kW除以270VDC，或者约463安培DC(直流)。将第一确定(第一发电机32提供的总需求电力的20％比率)乘以第二确定(463安培是需求电力所需的总电流)得到第一发电机32和第一电力控制器42对配电系统30向公共电力总线52的总电力输出的相应贡献是约92.6安培DC。
一旦第一电力控制器42知道、了解、计算或以其他方式确定所需求或要求的贡献，第一电力控制器42就可以调节第一发电机32以在电力输出端40处将其提供给公共电力总线52，如本说明书中所解释。就这点而言，关联电源(例如，第一发电机32)可以由相应电力控制器(例如，第一电力控制器42)操作、适配或调节，以根据所确定的预期电力相应贡献或当前份额来操作。在上述示例中，由第一发电机32和第一电力控制器42提供的电量是92.6安培DC、270伏特，或者25kW功率(如闭合开关54处所示)。
可以分别在第二发电机34和第二电力控制器44处以及在第三发电机36和第三电力控制器46处对类似计算执行确定、计算等。
在本公开的另一个非限制性示例中，每个相应的电力控制器42、44、46、48、50可以计算当前由与公共电力总线52连接的所述一组电源18、24、32、34、36、38、41提供的电力的总和是否足以满足当前的电力需求。例如，如果由于对额外负载供能或通电而导致电力需求增加，或者如果电源18、24、32、34、36、38、41发生故障或从公共电力总线52断开，则至少一个子集的电力控制器42、44、46、48、50可以确定或以其他方式确认配电系统30的电力不足。
在一个非限制性示例中，所述第四电力控制器48可以确定所述电力不足，并且选择性地根据确定其自身对配电系统30总电力输出的相应贡献来操作第一补充电源38以向公共电力总线52提供一定量的电力(例如，通过选择性地连接或闭合相应的开关54)，如上所述。如果第一补充电源38可以满足所述不足，则配电系统30按预期操作。在另一示例中，如果第一补充电源38无法满足所述不足，则配电系统30可以经由第五电力控制器50和开关54来操作第二补充电源40，或者第一补充电源38和第二补充电源41(和相关部件)的组合以满足所述不足。同样，在过量供电的实例中，可以利用本公开的方面，其中，例如，补充电源24在操作期间确定或以其他方式确认供电过剩，并且作为响应，选择性地停止向公共电力总线52提供补充电力。
应理解，任何数量的发电机18或补充电源24可以包括在本公开的方面中，以在正常操作期间满足电气负载20的电力需求。附加地或替代地，在不同操作阶段(例如，爬升、下降、应急操作)期间，发电机18或补充电源24的组合可以包括在本公开的方面中，以满足电气负载20的电力需求。可以包括非限制性方面，其中，例如，某些电源在操作期间优先于其他电源18、24、32、34、36、38、41(例如，连续发电机18优于可放电电池组)。所述优先级排序可以指示或者存储在相应一组电力控制器42、44、46、48、50或电力系统控制器模块70中。
可以包括本公开的进一步示例性方面，其中向所述一组电力控制器42、44、46、48、50提供可以影响上述确定的其他因素或考虑因素。例如，电力系统控制器模块70可以生成与所述其他因素或考虑因素，包括但不限于环境条件例如太阳活动周期、温度、变速发电、飞行阶段或维护周期相关的一个或多个消息，所述一个或多个消息可以以其他方式影响电源18、24、32、34、36、38、41的输出。在另一个非限制性示例中，所述一组电力控制器42、44、46、48、50可以从任何以通信方式连接的部件例如电力系统控制器模块70接收公共电力总线52或所述一组电气负载20的需求电力。在本公开的又一个示例性方面中，所述可选的电力系统控制器模块70可以在配电系统30的上述方面发生故障的情况下作为备用命令或控制系统操作，以便以可控方式操作所述一组电源18、24、32、34、36、38、41或所述一组电力控制器42、44、46、48、50。
图3示出流程图，其中示出用于在配电系统30中分配电力的方法200的流程图。所述方法200首先在210中通过与第一电源例如第一发电机32相关联的第一电力控制器42在公共通信总线56上广播已生成消息，所述已生成消息指示所述第一电源的供电能力。接下来，方法200包括在220中通过与第二电源例如第二发电机34相关联的第二电力控制器44获得所述已生成消息。方法200继续在230中，通过第二电力控制器44基于所获得的已生成消息以及所述第二电源的供电能力来确定要从所述第二电源提供的预期电力的当前份额，如本说明书中所说明。最后，方法200在240中根据所确定的要从所述第二电源提供给公共电力总线52的预期电力的当前份额来操作所述第二电源，其中所述公共电力总线与第一电源输出端和第二电源输出端40连接。尽管上述方法200仅提及第一控制器42和第二控制器44以及第一电源和第二电源，但是所述方法同样适用于任何数量的关联电力控制器42、44、46、48、60和电源18、24、32、34、36、38、41。
在一个非限制性示例中，方法200包括通过与相应一组电源18、24、32、34、36、38、41相关联的一组电力控制器42、44、46、48、60独立地在公共通信总线56上广播一组已生成消息，所述一组已生成消息指示相应一组电源18、24、32、34、36、38、41的相应供电能力。在另一个非限制性示例中，所述方法200包括通过所述第二电力控制器42获得所述一组独立广播的消息，并且通过所述第二电力控制器42基于所获得的所述一组独立广播消息以及所述第二电源的所述供电能力来确定要从所述第二电源提供的预期电力的当前份额。在又一个非限制性示例中，所述方法200包括确定要提供的预期电力的当前份额，包括计算要提供的预期电流等于第二电源在所述一组电源18、24、32、34、36、38、41总供电能力中的比率乘以公共电力总线52所需的总电流。
方法200的又一个非限制性示例进一步包括通过与第三电源例如不向公共电力总线52提供电力的补充电源24、38、41相关联的另一个电力控制器(例如，第四电力控制器48或第五电力控制器50)在公共通信总线56上获得所述一组独立生成的消息，并且确定所述一组电源18、24、32、34、36、38、41是否能够满足配电系统30的电力需求。在前述示例中，在确定所述一组电源18、24、32、34、36、38、41无法满足电力需求之后，通过另一个电力控制器48、50基于所获得的已生成消息以及补充电源24、38、41的供电能力来确定从要补充电源24、38、41供应的预期电力的当前份额，并且根据所确定的要从所述补充电源24、38、41提供给公共电力总线52的预期电力的当前份额来操作所述补充电源24、38、41。
在又一个非限制性示例中，所述方法200包括基于所述一组电源18、24、32、34、36、38、41的优先级顺序确定所述第一电源、第二电源或第三电源中的至少一者提供给公共电力总线52的预期电力的当前份额。
图示的序列仅用于说明，并不意图以任何方式限制方法200，因为应了解，所述方法的各个部分可以以不同逻辑顺序执行，可以添加或者插入其他部分，或者可以将所述方法的所描述部分拆分成多个部分，或者可以省略所述方法的所描述部分，而不损害所述方法。
本公开中预期还包括除了上述附图中所示之外的许多其他可能的方面和配置。例如，可以调整上述公开内容的一个非限制性方面，使得配电系统30、公共通信总线56或相应一组电力控制器42、44、46、48、50配置或者适配成防止本说明书中所描述的已生成电力系统消息之间发生消息冲突。
本说明书中公开的方面提供一组电力控制器以及操作方法和配电系统。技术效果是上述方面使得并联系统中的每个电源能够确定其自身对系统总输出电力的配额或贡献，而无需使用中央控制器并且不与其他电源协商或协调。上述方面的非限制性优势使得能够改进或优化在一段时间内从多个电源的配电，而无需集中式命令控制器。通常需要在电力系统中的多个并联电源之间配电。本说明书中所描述的方面通过冗余性来改进电力可用性并且可以允许能源的优化。例如，可以优化电网能源，例如在白天从光伏电池吸取更多电力并且在夜间切换到化石燃料、燃料电池、电池组等以减少排放，同时使得用电量降低或减少。在另一个非限制性示例环境中，从发动机的两个级提取电力的飞行器可以通过在上升期间从一个级提取更多电力并且在下降期间从另一个级提取更多电力来优化电力供应。
可以集中控制和命令多个并联电源之间的电力分配。在高可靠性应用例如飞行器中，配备中央控制器可能是昂贵的，因为所有发电机都依赖于它的正确运行和命令。由于确定每个电源的电力分配所需的处理能力，它的设计也可以非常复杂。通过消除对中央控制器的需求，可以实现成本节省。所描述方面的又一个优势在于，如上所述，除了每个电源或电力控制器的简单广播之外，本公开的方面不需要电源之间的协调或协商。此外，本公开的方面适用于正常负载、过载和短路等，并且在操作期间不需要对这些条件中的任何条件进行任何特殊修改或定制。在又一个优势中，当为并联系统添加或减去另一个电源时，本公开的方面允许或使得能够容易并且自动地重新配置来自每个电源的输出电力。另外，本公开的方面可以应用于具有不同额定电力源或类似额定电源的配电系统。
在尚未描述的范围内，可以根据需要将各个方面的不同特征和结构进行组合。无法说明一个特征的所有方面并不意味着理解成无法说明它的所有方面，而是出于简要说明的目的而这样描述。因此，不同方面的各种特征可以根据需要组合和匹配以形成新的方面，无论所述新方面是否明确描述。本公开包括本说明书中所述特征的组合或排列。
本说明书使用示例来公开本公开的方面，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实施本公开的方面，包括制造并使用任何装置或系统以及实施所涵盖的任何方法。本公开的专利保护范围由权利要求书限定，并且可以包括所属领域的技术人员得出的其他示例。如果其他示例的结构构件与权利要求书的字面意义相同，或者如果所述示例包括的等效结构构件与权利要求书的字面意义无实质差别，则所述示例也应在权利要求书的覆盖范围内。

Claims (10)

1.一种电力控制器，包括：
电力特性输入端和通信连接器；以及
控制器模块，所述控制器模块适配成：
在所述电力特性输入端处获得电力特性，所述电力特性与从关联电源提供给公共电力总线的电量相关；
获得所述通信连接器处所接收的至少一个电力系统消息，所述至少一个电力系统消息源自与耦合到所述公共电力总线的另一个电源相关联的另一个电力控制器，所述至少一个电力系统消息指示所述另一个电源的供电能力以及所述另一个电源当前是否正提供电量；
基于与另一个电源相关联的所述至少一个电力系统消息的优先级顺序、所获得的电力特性、以及所获得的至少一个电力系统消息，确定要从所述关联电源提供给所述公共电力总线的预期电力的当前份额，并且其中要从所述关联电源提供的预期电量不同于从所述另一个电源提供的所述电量；以及
根据所确定的预期电力的当前份额来操作所述关联电源。
2.根据权利要求1所述的电力控制器，其中所述控制器模块进一步适配成在所述通信连接器处生成电力系统消息。
3.根据权利要求2所述的电力控制器，其中所生成的电力系统消息包括至少电力控制器标识和所获得的电力特性。
4.根据权利要求3所述的电力控制器，其中所产生的电力系统消息进一步包括操作状态指示符。
5.根据权利要求2所述的电力控制器，其中所述控制器模块进一步适配成防止所生成的电力系统消息与在所述通信连接器处接收的所述至少一个电力系统消息之间发生消息冲突。
6.根据权利要求1或2所述的电力控制器，其中所述控制器模块进一步适配成根据所确定的预期电力的当前份额来调节所述关联电源。
7.根据权利要求1或2所述的电力控制器，进一步包括电力转换器，所述电力转换器适配成将从所述关联电源接收的电力转换成提供给所述公共电力总线的另一个电力。
8.根据权利要求1或2所述的电力控制器，其中所述控制器模块进一步适配成确定要从所述关联电源提供给所述公共电力总线的预期电流的当前份额。
9.一种在配电系统中分配电力的方法，所述方法包括：
通过与第一电源相关联的第一电力控制器在公共通信总线上广播已生成消息，所述已生成消息指示所述第一电源的供电能力以及所述第一电源当前是否正提供电力；通过与第二电源相关联的第二电力控制器获得所述已生成消息；
通过所述第二电力控制器基于所获得的已生成消息、所述第二电源的供电能力、以及所述第一电源和所述第二电源的优先级顺序来确定要从所述第二电源提供的预期电力的当前份额，并且其中预期电力的所述当前份额是与当前通过所述第一电源提供的电量不同的预期电量；以及
根据所确定的要从所述第二电源提供给公共电力总线的预期电力的当前份额来操作所述第二电源，所述公共电力总线与第一电源输出端和第二电源输出端连接。
10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：
通过与相应一组电源相关联的一组电力控制器独立地在所述公共通信总线上广播一组已生成消息，所述一组已生成消息指示所述相应一组电源的相应供电能力；
通过所述第二电力控制器获得所述一组独立广播的消息；以及
通过所述第二电力控制器基于所获得的一组独立广播消息以及所述第二电源的所述供电能力来确定要从所述第二电源提供的预期电力的当前份额。
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