DE112016003239T5

DE112016003239T5 - Steuerung der lastteilung zwischen mehreren motoren

Info

Publication number: DE112016003239T5
Application number: DE112016003239.0T
Authority: DE
Inventors: Yanchai Zhang; Insu Chang; James Chase; Vijay Janardhan; Perry D. CONVERSE
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2015-08-17
Filing date: 2016-07-18
Publication date: 2018-05-09
Also published as: KR20180031767A; JP6923513B2; KR102543460B1; CN108290626A; WO2017030711A1; JP2018533334A; KR20230091192A; KR102593792B1; US9683503B2; US20170051692A1; CN108290626B

Abstract

Es werden ein Verfahren und ein System (100) zur Steuerung der Lastteilung zwischen einer Mehrzahl von Leistungsquellen (106) offenbart. Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst das Verfahren ein Bestimmen einer Gesamtleistungsabgabe, die von der Mehrzahl von Leistungsquellen (106) zu mindestens einem Leistungsverbraucher geleitet werden soll. Das Verfahren umfasst außerdem ein Abrufen einer Kurve (110) eines bremsspezifischen Kraftstoffverbrauchs (BSFC), die mit jeder der Mehrzahl von Leistungsquellen (106) assoziiert ist. Das Verfahren umfasst ferner ein Bestimmen einer Betriebspriorität für jede der Mehrzahl von Leistungsquellen (106) basierend auf betrieblichen Randbedingungen, die mit der jeweiligen Leistungsquelle assoziiert (106) sind. Das Verfahren umfasst ferner ein Bestimmen eines Lastanteils für jede der Mehrzahl von Leistungsquellen (106) wenigstens basierend auf der Gesamtleistungsabgabe, den BSFC-Kurven (110) und den Betriebsprioritäten.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen die Steuerung der Lastteilung zwischen mehreren Motoren einer Maschine und insbesondere Verfahren und Systeme zur Steuerung der Lastteilung zwischen mehreren Maschinen zum Verringern des Gesamtkraftstoffverbrauchs.
Hintergrund
Mobile Maschinen, wie beispielsweise Seeschiffe, weisen häufig mehrere Motoren auf, die gemeinsam genutzt werden, um eine oder mehrere Primärlasten (z. B. Propeller) und verschiedene Hilfslasten (z. B. HLK, Beleuchtung, Pumpen usw.) anzutreiben. Diese Motoren können verschiedene Betriebsbereiche, Drehzahlen usw. aufweisen. Die Motoren können mit den Lasten mechanisch verbunden sein, oder sie können mit den Lasten durch Generatoren elektrisch verbunden sein. Bei einigen Anwendungen können die Lasten eines Schiffes in einer Hybridanordnung sowohl mechanisch als auch elektrisch angetrieben werden.
Bei typischen Marineanwendungen werden mehrere Motoren gleichzeitig betrieben, um einen Leistungsbedarf zu decken. Jeder der mehreren Motoren erzeugt einen Anteil des Leistungsbedarfs proportional zur Kapazität des Motors. Zum Beispiel kann ein bestimmtes Seeschiff zwei Motoren, die jeweils zum Erzeugen von 2000 kW fähig sind, und zwei Motoren aufweisen, die jeweils zum Erzeugen von 5000 kW fähig sind. Wenn der Gesamtleistungsbedarf 7000 kW beträgt, kann der Anteil der an jeden Motor verteilten Last 1000 kW, 1000 kW, 2500 kW bzw. 2500 kW betragen. Solch eine starre Lastteilungskonfiguration ist jedoch möglicherweise nicht die, die am meisten Kraftstoff einspart. Dies ist darauf zurückzuführen, dass jeder Motor eine eigene Kraftstoffverbrauchskurve aufweisen kann, die nichtlinear von der durch den Motor erzeugten Leistung abhängt. Es kann zum Beispiel kraftstoffsparender sein, die Last derart zu verteilen, dass die Motoren 1200 kW, 500 kW, 2300 kW bzw. 3000 kW erzeugen.
Ein Versuch zum Verbessern des Leistungserzeugungswirkungsgrads wird im chinesischen Patent Nr. 101577425 an Toruya et al. (Toruya) offenbart, das am 27. März 2013 veröffentlicht wurde. Toruya offenbart ein Lastverteilungssystem, das in einem Leistungsversorgungsnetz verwendet wird. Das Leistungsversorgungsnetz verfügt über mehrere Generatorsätze. Das System speichert eine Kraftstoffverbrauchskurve, die mit jedem Generatorsatz assoziiert ist. Für einen bestimmten Leistungsbedarf verwendet das System die Kraftstoffverbrauchskurven, um eine Lastteilungskonfiguration zu berechnen, die zu einem minimalen Gesamtkraftstoffverbrauch führt. Das System funktioniert nur offline und speichert die Berechnungsergebnisse in einer Tabelle. Wenn das Leistungsversorgungsnetz später eine Leistungsanforderung empfängt, kann das System oder ein menschlicher Betreiber die entsprechende Lastteilungskonfiguration in der Tabelle nachschlagen.
Obwohl Toruya eine Möglichkeit zur quantitativen Bestimmung einer Konfiguration einer Lastteilung zwischen mehreren Generatorsätzen zum Verringern des Gesamtkraftstoffverbrauchs bietet, berücksichtigt er die Differenzen zwischen den Generatorsätzen nicht in angemessener Weise. Zum Beispiel können Generatorsätze mit der gleichen Kraftstoffverbrauchskurve unter verschiedenen betrieblichen Randbedingungen funktionieren und daher verschiedene Betriebsprioritäten bei der Lastteilung aufweisen. Manchmal kann es wünschenswert sein, dass ein Generatorsatz mit niedrigerer Priorität an der Lastteilung erst dann teilnimmt, nachdem die kombinierte Leistungsabgabe, die von allen Generatorsätzen mit höherer Priorität erzeugt wird, eine bestimmte Schwelle überschreitet. Außerdem funktioniert Toruya nur offline und kann auf schnelle Änderungen des Leistungsbedarfs möglicherweise nicht rechtzeitig reagieren.
Das offenbarte System ist darauf ausgerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme und/oder andere Probleme des Standes der Technik zu beheben.
Kurzdarstellung der Erfindung
In einem Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Steuerung der Lastteilung zwischen einer Mehrzahl von Leistungsquellen. Das Verfahren umfasst ein Bestimmen einer Gesamtleistungsabgabe, die von der Mehrzahl von Leistungsquellen zu mindestens einem Leistungsverbraucher geleitet werden soll. Das Verfahren umfasst außerdem ein Abrufen einer Kurve eines bremsspezifischen Kraftstoffverbrauchs (BSFC), die mit jeder der Mehrzahl von Leistungsquellen assoziiert ist. Das Verfahren umfasst ferner ein Bestimmen einer Betriebspriorität für jede der Mehrzahl von Leistungsquellen basierend auf betrieblichen Randbedingungen, die mit der jeweiligen Leistungsquelle assoziiert sind. Das Verfahren umfasst ferner ein Bestimmen eines Lastanteils für jede der Mehrzahl von Leistungsquellen wenigstens basierend auf der Gesamtleistungsabgabe, den BSFC-Kurven und den Betriebsprioritäten.
In einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Leistungssystem. Das Leistungssystem umfasst eine Mehrzahl von Leistungsquellen, die zum Bereitstellen von Leistung für mindestens einen Leistungsverbraucher ausgelegt sind. Das Leistungssystem umfasst außerdem einen Lastmanager, der mit dem mindestens einen Verbraucher assoziiert und so ausgelegt ist, dass er eine Gesamtleistungsabgabe bestimmt, die von der Mehrzahl von Leistungsquellen zu dem mindestens einen Leistungsverbraucher geleitet werden soll. Das Leistungssystem umfasst ferner ein Leistungsverteilungsmodul, das mit dem Lastmanager und der Mehrzahl von Leistungsquellen kommunikativ verbunden ist. Das Leistungsverteilungsmodul ist so ausgelegt, dass es eine BSFC-Kurve abruft, die mit jeder der Mehrzahl von Leistungsquellen assoziiert ist. Das Leistungsverteilungsmodul ist außerdem so ausgelegt, dass es basierend auf betrieblichen Randbedingungen, die mit der jeweiligen Leistungsquelle assoziiert sind, eine Betriebspriorität für jede der Mehrzahl von Leistungsquellen bestimmt. Das Leistungsverteilungsmodul ist ferner so ausgelegt, dass es einen Lastanteil für jede der Mehrzahl von Leistungsquellen wenigstens basierend auf der Gesamtleistungsabgabe, den BSFC-Kurven und den Betriebsprioritäten bestimmt.
In noch einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein nicht-transitorische, computerlesbares Speichermedium, das Anweisungen zum Steuern der Lastteilung zwischen einer Mehrzahl von Leistungsquellen speichert. Die Anweisungen veranlassen mindestens einen Prozessor zum Ausführen von Operationen, die ein Bestimmen einer Gesamtleistungsabgabe umfassen, die von der Mehrzahl von Leistungsquellen zu mindestens einem Leistungsverbraucher geleitet werden soll. Die Operationen umfassen außerdem ein Abrufen einer BSFC-Kurve, die mit jeder der Mehrzahl von Leistungsquellen assoziiert ist. Die Operationen umfassen ferner ein Bestimmen einer Betriebspriorität für jede der Mehrzahl von Leistungsquellen basierend auf betrieblichen Randbedingungen, die mit der jeweiligen Leistungsquelle assoziiert sind. Die Operationen umfassen ferner ein Bestimmen eines Lastanteils für jede der Mehrzahl von Leistungsquellen wenigstens basierend auf der Gesamtleistungsabgabe, den BSFC-Kurven und den Betriebsprioritäten.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines Leistungssystems zum Steuern der Lastteilung zwischen mehreren Leistungsquellen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
2 ist eine schematische Darstellung eines Betriebs des Leistungssystems von 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform; und
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Steuerung der Lastteilung zwischen mehreren Leistungsquellen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.

Ausführliche Beschreibung
1 veranschaulicht ein beispielhaftes Leistungssystem 100, das in einer Maschine verwendet wird und zum Versorgen einer oder mehreren Lasten mit Leistung ausgelegt ist. Die Maschine weist mehrere Leistungserzeugungseinheiten auf und kann ein Seeschiff, ein Flugzeug, ein Großfahrzeug usw. sein. Lediglich zu Veranschaulichungszwecken wird in der folgenden Beschreibung davon ausgegangen, dass die Maschine eine Seeschiff ist. Für Fachleute ist zu erkennen, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf ein Seeschiff beschränkt ist.
Unter Bezugnahme auf 1 kann das Leistungssystem 100 u. a. einen Lastmanager 102, ein Leistungsverteilungsmodul 104 und eine Mehrzahl von Leistungsquellen 106 umfassen. Der Lastmanager 102 kann eine Anforderung von Leistung von den Leistungsquellen 106 basierend auf einer Eingabe, die von einer zentralen Steuerung des Schiffs empfangen wird, und/oder auf tatsächlichen Abgaben (z. B. einer Leistungsfähigkeit) der einen oder der mehreren Lasten bestimmen. Das Leistungsverteilungsmodul 104 bestimmt einen Lastanteil für jede der Leistungsquellen 106, um den Gesamtkraftstoffverbrauch der Leistungsquellen 106 zu verringern. Jeder der Leistungsquellen 106 erzeugt eine mechanische und/oder elektrische Leistungsabgabe, die dem jeweiligen Lastanteil entspricht.
Die Leistungsquellen 106 können jede Anzahl und jeden Typ von Verbrennungsmotoren verkörpern, von welchen einige oder alle mit entsprechenden Generatoren verbunden sein können, um Generatorsätze zu bilden. Die mechanischen Abgaben der Verbrennungsmotoren können direkt (z. B. mechanisch zu den Antriebswellen, beispielsweise den Propellerantriebswellen für das Schiff geleitet) und/oder durch die Generatoren indirekt (z. B. elektrisch zu Motoren der Schiffschrauben und zu den anderen Hilfslasten geleitet) zu den Lasten geleitet werden. In beispielhaften Ausführungsformen können verschiedene Leistungsquellen 106 zusammenwirken, um den Leistungsbedarf zu decken, der durch den Lastmanager 102 bestimmt wird. Durch Einbeziehen einer Mischung von Typen und/oder Größen von Generatorsätzen können Vorteile realisiert werden, die mit den verschiedenen Sätzen assoziiert sind. Zum Beispiel können größere Generatorsätze mittlerer Drehzahl zu größerer Leistungsabgabe bei höherem Kraftstoffwirkungsgrad (d. h. niedrigerem Kraftstoffverbrauch) und/oder niedrigeren Emissionen fähig sein, während kleinere Generatorsätze mit hoher Drehzahl zu schnellerem Übergangsverhalten und Niedriglastbetrieb mit hohem Wirkungsgrad fähig sein können. Ein bestimmtes Schiff könnte alles identische Generatorsätze, alles verschiedene Generatorsätze oder eine beliebige andere Konfiguration von Generatorsätzen umfassen, wie gewünscht. Es können auch andere Leistungsquellen als Motoren und Generatoren, zum Beispiel Batterien, Brennstoffzellen oder andere Leistungsspeichervorrichtungen, zum Antreiben des Schiffes verwenden werden.
Der Lastmanager 102 kann so ausgelegt sein, dass er eine tatsächliche Abgabe des Leistungssystems 100 mit einer gewünschten Abgabe vergleicht (um z. B. eine gewünschte Fahrgeschwindigkeit oder Lasttragfähigkeit zu erreichen) und in Reaktion einen Leistungsbedarf basierend auf der Differenz bestimmt. In beispielhaften Ausführungsformen umfasst der Lastmanager 102 eine oder mehrere Generatorsteuerungen, die so ausgelegt sind, dass sie eine tatsächliche Busspannung mit einer gewünschten Spannung vergleichen und in Reaktion Befehle für eine Änderung einer elektrischen Leistungsversorgung basierend auf der Differenz erzeugen. Zum Beispiel kann eine Antriebswelle eines Fahrzeugs durch einen Motor angetrieben werden, der von einem gemeinsamen Bus elektrisch gespeist und direkt über die zentrale Steuerung gesteuert wird. Ein Betreiber des Fahrzeugs kann einen Drosselhebel bewegen, um dem Fahrzeug zu befehlen, sich mit einer bestimmten gewünschten Geschwindigkeit zu bewegen. Im Falle eines beispielhaften Seeschiffs können Signale von der zentralen Steuerung die mit einer oder mehreren Antriebswellen verbundenen Propeller veranlassen, schneller oder langsamer zu drehen oder ganz anzuhalten. Wenn die Drehzahl der einen oder der mehreren Antriebswellen geändert wird, können die mit den Antriebswellen assoziierten Motoren mehr oder weniger Elektrizität vom gemeinsamen Leistungsbus verbrauchen. Diese Änderung des Leistungsverbrauchs kann eine entsprechende Spannungsschwankung im Bus verursachen, und der Lastmanager 102 kann die Spannungsschwankung überwachen und in Reaktion den Bedarf an mehr oder weniger elektrischer Leistung erzeugen, die durch die Leistungsquellen 106 dem Bus zugeführt werden soll.
In einem anderen Beispiel kann der Lastmanager 102 eine eigenständige Komponente und so ausgelegt sein, dass er eine tatsächliche Schiffsgeschwindigkeit oder Propellerdrehzahl mit einer gewünschten Geschwindigkeit bzw. Drehzahl vergleicht und in Reaktion ein Steuersignal, das eine Anforderung einer Änderung der (mechanischen und/oder elektrischen) Leistung anzeigt, basierend auf der Differenz erzeugt. In noch einem anderen Beispiel kann der Lastmanager 102 eine tatsächliche Position und/oder Orientierung des Schiffs mit einer gewünschten Position oder Orientierung vergleichen und in Reaktion ein Steuersignal, das eine Anforderung einer Änderung der Leistung anzeigt, basierend auf der Differenz erzeugen. Es können auch andere Vergleiche durch den Lastmanager 102 eingeführt werden, und der Lastmanager 102 kann alle auf dem Fachgebiet bekannten Verfahren und Strukturen zum Bestimmen des Leistungsbedarfs verwenden.
In beispielhaften Ausführungsformen kann der Lastmanager 102 auch die Identität der Lasten bestimmen, welche die Leistung anfordern. Zum Beispiel kann der Lastmanager 102 so ausgelegt sein, dass er mit der zentralen Steuerung periodisch darüber kommuniziert, welche Lasten gerade Leistung verbrauchen.
Unter Bezugnahme auf 1 kann der Lastmanager 102 ein Signal erzeugen, das einen Gesamtleistungsbedarf 108 als eine Funktion der Zeit anzeigt. Der Gesamtleistungsbedarf 108 kann signifikante Leistungsübergänge umfassen (z. B. wenn das Schiff in einem dynamischen Positionierungsmodus ist), oder er kann bei gelegentlichen Schwankungen im Wesentlichen eine Konstante sein (z. B. wenn das Schiff in einem stationären Modus ist). Vom Lastmanager 102 erzeugte Signale, die den Gesamtleistungsbedarf 108 und die Identitäten der die Leistung verbrauchenden Lasten anzeigen, können zur Weiterverarbeitung zum Leistungsverteilungsmodul 104 geleitet werden.
Das Leistungsverteilungsmodul 104 kann viele Formen annehmen, die zum Beispiel ein computergestütztes System, ein mikroprozessorgestütztes System, einen Mikrocontroller, ein elektronisches Steuermodul (ECM), eine elektronische Steuereinheit (ECU) oder beliebige andere geeignete Schaltungen oder Systeme vom Steuerungstyp umfassen. Das Leistungsverteilungsmodul 104 kann verschiedene Komponenten umfassen, die zusammenwirken, um eine Leistungsabgabe zu bestimmen, die aus jeder Leistungsquelle 106 geleitet werden soll. Zum Beispiel kann das Leistungsverteilungsmodul 1104 einen Prozessor, einen Arbeitsspeicher, eine Datenspeichervorrichtung, eine Eingabe/Ausgabe (E/A)-Vorrichtung umfassen. Der Prozessor kann einen oder mehrere im Handel erhältliche Mikroprozessoren, Mikrocontroller, Digitalsignalprozessoren (DSP) und andere ähnliche Vorrichtungen umfassen, die zum Ausführen der Funktionen des Prozessors ausgelegt sein können. Der Arbeitsspeicher kann eine oder mehrere Vorrichtungen umfassen, die zum Speichern von Informationen ausgelegt sind, die durch den Prozessor verwendet werden, um bestimmte Funktionen in Bezug auf die offenbarten Ausführungsformen auszuführen. Zum Beispiel kann der Arbeitsspeicher ein oder mehrere von der Datenspeichervorrichtung oder anderswo geladene Programme speichern, die bei Ausführung das Leistungsverteilungsmodul 104 zum Berechnen und Verteilen der Lastanteile unter den Leistungsquelle 106 befähigen. Die Datenspeichervorrichtung kann eine Datenspeichervorrichtung oder ein computerlesbares Medium vom flüchtigen oder nichtflüchtigen, Magnet-, Halbleiter-, Band-, Wechsel-, fest eingebauten oder einem anderen Typ umfassen. Das Leistungsverteilungsmodul 104 kann außerdem eines oder mehrere von einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC), einem feldprogrammierbaren Gate-Array (FPGA), einem Computersystem und einem Logikschaltkreis umfassen, die so ausgelegt sind, dass sie es dem Leistungsverteilungsmodul 104 ermöglichen, gemäß den offenbarten Ausführungsformen zu funktionieren. Demgemäß kann der Arbeitsspeicher des Leistungsverteilungsmoduls 104 zum Beispiel den Flash-Speicher einer ASIC, Flipflops in einem FPGA, den Direktzugriffsspeicher eines Computersystems, eine in einem Logikschaltkreis enthaltene Speicherschaltung usw. umfassen.
Das Leistungsverteilungsmodul 104 kann alternativ oder zusätzlich mit einem externen Computersystem kommunikativ gekoppelt sein. Es versteht sich, dass das Leistungsverteilungsmodul 104 problemlos in einem allgemeinen Schiffssteuersystem realisiert sein könnte, das zum Steuern zahlreicher Schiffsfunktionen fähig ist. Das Leistungsverteilungsmodul 104 kann mit anderen Komponenten des Steuersystems über Datenstrecken oder durch andere Verfahren kommunizieren. Verschiedene andere bekannte Schaltungen, einschließlich Leistungsversorgungsschaltungen, Signalaufbereitungsschaltungen, Aktortreiberschaltungen (d. h. Schaltungen, welche Solenoids, Motoren oder Piezoaktoren antreiben) und Kommunikationsschaltungen umfassen, können mit dem Leistungsverteilungsmodul 104 assoziiert sein.
Das Leistungsverteilungsmodul 104 ist so ausgelegt, dass es bestimmt, wie viel von einem Gesamtleistungsbedarf durch jede der mehreren Leistungsquellen 106 erzeugt werden muss, um den Gesamtkraftstoffverbrauch zu verringern. Konkret ruft das Leistungsverteilungsmodul 104 von jeder Leistungsquelle 106 (z. B. von einer Steuerung, die mit jedem Motor und/oder mit jedem Generator assoziiert ist) eine Kurve 110 eines bremsspezifischen Kraftstoffverbrauchs (BSFC) ab. Jede BSFC-Kurve 110 kann eine zweidimensionale Kurve sein, welche die Kraftstoffverbrauchsrate der jeweiligen Leistungsquelle 106 als eine Funktion der erzeugten Leistung misst. Alternativ kann die BSFC-Kurve 110 sowohl eine Funktion der erzeugten Leistung als auch der Motordrehzahl und demnach eine dreidimensionale Karte sein. Die BSFC-Kurven 110 können für jede Leistungsquelle 106 und/oder für jeden verschiedenen Typ von Leistungsquelle 106 verschieden sein. Die BSC-Kurven 110 können normalerweise von den verschiedenen Leistungsquellensteuerungen zum Regeln der Kraftstoffversorgung (z. B. Beginn der Einspritzzeit, Einspritzdauer, Einspritzdruck, Einspritzmenge, Ende der Einspritzzeit, Anzahl von Einspritzimpulsen usw.) der verschiedenen Motoren und/oder der Feldbeabstandung der verschiedenen Generatoren bei einer bestimmten Motordrehzahl verwendet werden. Das Leistungsverteilungsmodul 104 kann diese BSFC-Kurven 110 jedoch zum Bestimmen einer kombinierten Kraftstoffverbrauchsrate aller Leistungsquellen 106 in verschiedenen möglichen Lastteilungskonfigurationen und anschließenden Auswählen einer bestimmten Konfiguration verwenden, die niedrigen Kraftstoffverbrauch erreicht.
Die kombinierte Kraftstoffverbrauchsrate aller Leistungsquellen 106 kann als eine Funktion kombinierten Kraftstoffleistungsverbrauchs ausgedrückt werden: $ƒ (P_{T o t a l}) = \frac{P_{1} ƒ_{1} (P_{1}) + P_{2} ƒ_{2} (P_{2}) + Λ+ P_{n} ƒ_{n} (P_{n})}{P_{1} + P_{2} + Λ+ P_{n}}$
Die Funktion kombinierten Kraftstoffverbrauchs ƒ(P_Total) kann einen Minimalwert aufweisen. Lastteilungskonfigurationen, die diesem Minimalwert entsprechen, erreichen einen hohen Kraftstoffwirkungsgrad. Daher kann der Prozess zum Suchen nach einer Lastteilungskonfiguration, die einen hohen Kraftstoffwirkungsgrad erreicht, durch eine Zielfunktion ausgedrückt werden: $ƒ_{m i n} (P_{T o t a l}) = min_{P_{1}, P_{2} Λ P_{n}} \frac{P_{1} ƒ_{1} (P_{1}) + P_{2} ƒ_{2} (P_{2}) + Λ+ P_{n} ƒ_{n} (P_{n})}{P_{1} + P_{2} + Λ+ P_{n}}$
$in Abhängigkeit von P_{T o t a l} = P_{1} + P_{2} + Λ + P_{n}$
$und P_{m i n, i} \leq P_{i} \leq P_{m a x, i}, i = 1,2, Λ n$
Hierbei ist ƒ_i(P_i) die BSFC-Kurve für jede Leistungsquelle 106. P_i ist der Lastanteil jeder Leistungsquelle 106. P_min,i und P_max,i sind die minimal bzw. maximal zulässige Leistungsabgabe für jede Leistungsquelle 106. P_min,i und P_max,i können auf der Basis der Spezifikationen jeder Leistungsquelle 106 bestimmt werden. P_Total ist der durch den Lastmanager 102 bestimmte Gesamtleistungsbedarf 108.
Auf der Basis von Gl. 2 bis 4 kann das Leistungsverteilungsmodul 104 so ausgelegt sein, dass es einen Optimierungsalgorithmus zum Suchen nach einem Satz von Lastanteilen (P₁, P₂, Λ P_n) ausführt, welche bewirken, dass die Funktion kombinierten Kraftstoffverbrauchs ƒ(P_Total) den Minimalwert erreicht. Der Optimierungsalgorithmus kann jeder Optimierungsalgorithmus auf dem Fachgebiet sein. Zum Beispiel kann der Optimierungsalgorithmus ein Algorithmus für Partikelschwarmoptimierung (PSO) sein. Der PSO-Algorithmus stimmt jeden der Lastanteile (P₁, P₂, Λ P_n) innerhalb des jeweiligen Suchraums iterativ ab, bis die Funktion kombinierten Kraftstoffverbrauchs ƒ(P_Total) das Minimum erreicht. In einigen Ausführungsformen kann der PSO-Algorithmus mit anderen Optimierungsverfahren, wie beispielsweise einem Monte-Carlo-Verfahren, kombiniert werden, um die Berechnungseffizienz zu verbessern. Zum Beispiel kann das Leistungsverteilungsmodul 104 zuerst einen Monte-Carlo-Algorithmus implementieren, um Anfangswerte (d. h. Ausgangspositionen für das Abstimmen) für die Lastanteile (P₁, P₂, Λ P_n) zu ermitteln, und diese Anfangswerte dann in den PSO-Algorithmus eingeben.
In beispielhaften Ausführungsformen kann das Leistungsverteilungsmodul 104 Polynome zum Darstellen zweidimensionaler BSFC-Kurven 110 während der Optimierung verwenden. Wenn die BSFC-Kurven 110 jedoch dreidimensionale Karten oder hoch nichtlinear sind, kann das Leistungsverteilungsmodul 104 die Kraftstoffverbrauchsraten in den BSFC-Kurven 110 während der Optimierung nachschlagen. Für die dreidimensionalen BSFC-Kurven 110 kann das Leistungsverteilungsmodul 104 die Lastteilungskonfigurationen außerdem nicht nur als eine Funktion des Gesamtleistungsbedarfs 108, sondern auch einer oder mehrere Motordrehzahlen erzeugen.
Das Leistungsverteilungsmodul 104 ist außerdem so ausgelegt, dass es betriebliche Randbedingungen bestimmt, die mit jeder Leistungsquelle 106 assoziiert sind. Die betrieblichen Randbedingungen können Faktoren umfassen, welche die Fähigkeit der jeweiligen Leistungsquelle 106 zum Erzeugen von Leistungsabgabe zu einem bestimmten Zeitpunkt beeinträchtigen. Die betrieblichen Randbedingungen können das Modell und/oder den Typ der Leistungsquelle, die mechanische Verbindung der Leistungsquelle, die Position der Leistungsquelle auf dem Bus, den Ein-/Aus-Status der Leistungsquelle, den Betriebsbereich der Leistungsquelle, die Übergangsantwortzeit der Leistungsquelle, das Alter und/oder die Abnutzung der Leistungsquelle, die Kompatibilität der Leistungsquelle mit anderen Leistungsquellen, den zur Verwendung durch die Leistungsquelle verfügbaren Kraftstoff usw. umfassen. Die betrieblichen Randbedingungen können in den Steuerungen der Leistungsquellen 106 oder einer Datenspeichervorrichtung gespeichert sein. Die betrieblichen Randbedingungen können vom Leistungsverteilungsmodul 104 auch basierend auf anderen Schiffsparametern abgeleitet werden. Außerdem können die betrieblichen Randbedingungen von einem menschlichen Betreiber eingestellt werden.
Das Leistungsverteilungsmodul 104 kann eine Betriebspriorität für jede Leistungsquelle 106 basierend auf den betrieblichen Randbedingungen bestimmen. Die Betriebspriorität spezifiziert eine Priorität zum Zuweisen eines Lastanteils zu der jeweiligen Leistungsquelle 106. Zum Beispiel kann das Leistungsverteilungsmodul 104 alle Leistungsquellen 106 in drei Prioritätsgruppen einteilen und spezifizieren, dass einer Leistungsquelle 106 mit niedrigerer Priorität kein Lastanteil zugewiesen wird, bis jede der Leistungsquellen 106 mit höherer Priorität ihre festgelegte Betriebsgrenze erreicht hat. Das Leistungsverteilungsmodul 104 kann die Betriebspriorität basierend auf einer oder mehreren der betrieblichen Randbedingungen bestimmen. Wenn zum Beispiel die Position einer Leistungsquelle 106 auf einem Bus in der Nähe der Last ist, zu der die Leistung geleitet wird, kann das Leistungsverteilungsmodul 104 der Leistungsquelle 106 eine höhere Betriebspriorität zuweisen, da es kraftstoffsparender sein kann, die Leistung über eine kürzere Entfernung zu übertragen. Hinsichtlich eines anderen Beispiels kann die tatsächliche Leistungsfähigkeit jeder Leistungsquelle 106 aufgrund der Abnutzung der Leistungsquellen 106 von der assoziierten BSFC-Kurve 110 abweichen. Das Leistungsverteilungsmodul 104 kann Leistungsquellen 106, deren Abweichungen einen vorbestimmten Grad überschreiten, niedrigere Betriebsprioritäten zuweisen.
Das Leistungsverteilungsmodul 104 kann basierend auf den betrieblichen Randbedingungen außerdem bestimmen, ob Lastanteile, die der jeweiligen Leistungsquelle 106 und einer anderen Leistungsquelle 106 zugewiesen sind, in einem voreingestellten Verhältnis gehalten werden sollten. Wenn zum Beispiel zwei Leistungsquellen 106 des gleichen Modells in der gleichen mechanischen Konfiguration mit dem gleichen Bus gekoppelt sind und gleichzeitig in Betrieb sind, kann das Leistungsverteilungsmodul 104 bestimmen, dass diesen beiden Leistungsquellen 106 aufgrund ihrer Ähnlichkeit der gleiche Lastanteil zugewiesen werden sollte.
Wenn in beispielhaften Ausführungsformen Leistungsquellen 106 in mehr als eine Prioritätsgruppe eingeteilt sind, kann das Leistungsmodul 104 die oben beschriebene Optimierung in jeder Prioritätsgruppe implementieren. Konkret kann die Zielfunktion für jede Prioritätsgruppe ausgedrückt werden als: $ƒ_{m i n} (P_{T o t a l, m}) = min_{P_{1}, P_{2} Λ P_{n}} \frac{P_{m,1} ƒ_{1} (P_{m} {_{,}}_{1}) + P_{m,2} ƒ_{2} (P_{m,2}) + Λ+ P_{m, q} ƒ_{n} (P_{m, Q})}{P_{m,1} + P_{m,2} + Λ+ P_{m, Q}}$
$in Abhängigkeit von P_{T o t a l} = P_{T o t a l,1} + P_{T o t a l,2} + Λ + P_{T o t a l, M}$
$P_{T o t a l, m} = P_{m,1} + P_{m,2} + Λ + P_{m, Q}$
${und P}_{m i n, i} \leq P_{m, i} \leq P_{m a x, i}, i = 1,2, Λ n$
Hierbei bezeichnet M die Anzahl von Prioritätsgruppen, und Q bezeichnet die Anzahl von Leistungsquellen in einer Prioritätsgruppe. P_Total,m ist der Teil des Gesamtleistungsbedarfs 108, der aus jeder Prioritätsgruppe geleitet werden soll. Das Leistungsverteilungsmodul 104 kann den P_Total,m basierend auf dem Gesamtleistungsbedarf 108 und der mit den Leistungsquellen 106 assoziierten Betriebspriorität berechnen. Ähnlich dem oben beschriebenen Optimierungsprozess kann das Leistungsverteilungsmodul 104 einen Optimierungsalgorithmus für jede Prioritätsgruppe basierend auf Gl. 5 bis 8 ausführen, um einen Lastanteil für jede der Leistungsquellen 106 in der jeweiligen Prioritätsgruppe zu erhalten.
Innerhalb jeder Prioritätsgruppe kann das Leistungsverteilungsmodul 104 basierend auf den BSFC-Kurven 110 und den betrieblichen Randbedingungen bestimmen, ob mehrere identische Leistungsquellen 106 vorhanden sind. Wenn zum Beispiel zwei Leistungsquellen 106 die gleiche BSFC-Kurve, den gleichen Betriebsbereich und das gleiche Modell aufweisen, kann das Leistungsverteilungsmodul 104 bestimmen, dass die beiden Leistungsquellen 106 identisch sind.
Nach dem Bestimmen, dass eine Prioritätsgruppe mehrere identische Leistungsquellen 106 aufweist, kann das Leistungsverteilungsmodul 104 ferner bestimmen, ob zweien oder mehreren der identischen Leistungsquellen 106 der gleiche Lastanteil zugewiesen werden sollte. Da die identischen Leistungsquellen 106 mit dem gleichen Lastanteil auch die gleiche BSFC-Kurve aufweisen, kann das Leistungsverteilungsmodul 104 diese Leistungsquellen 106 im Optimierungsprozess gemäß Gl. 5 bis 8 als eine Leistungsquelle behandeln. Auf diese Weise wird die Anzahl von abzustimmenden Variablen bei der Optimierung reduziert, und daher wird die Berechnungseffizienz erhöht.
In beispielhaften Ausführungsformen kann das Leistungsverteilungsmodul 104 die oben beschriebenen Optimierungen in Echtzeit ausführen und auf den Gesamtleistungsbedarf 108 vom Lastmanager 102 in wenigen Millisekunden reagieren. Alternativ kann das Leistungsverteilungsmodul 104 zuerst offline eine Lastteilungskarte für die Leistungsquellen 106 erzeugen und dann die Lastteilungskarte in Echtzeit zum Nachschlagen einer dem Gesamtleistungsbedarf 108 entsprechenden Lastteilungskonfiguration verwenden.
2 veranschaulicht einen beispielhaften Betrieb des Leistungssystems 200. In der in 2 offenbarten Ausführungsform weist das Schiff fünf Generatorsätze auf. Die Generatorsätze 1 und 2 sind identisch und jeweils zum Erzeugen von 2000 kW imstande. Das Leistungsverteilungsmodul 104 weist die Generatorsätzen 1 und 2 einer ersten Prioritätsgruppe und die Generatorsätze 3 bis 5 einer zweiten Prioritätsgruppe zu. Das Leistungsverteilungsmodul 104 bestimmt ferner, dass die zweite Prioritätsgruppe nicht verwendet werden sollte, bis die erste Prioritätsgruppe 75 % ihrer Kapazität erreicht hat. Wenn der Gesamtleistungsbedarf 10.000 kW beträgt, bestimmt das Leistungsverteilungsmodul 104 demgemäß, dass 3000 kW aus der ersten Prioritätsgruppe geleitet werden sollten, und 7000 kW aus der zweiten Priorität geleitet werden sollten.
Das Leitungsverteilungsmodul 104 kann die Lastanteile für die ersten und zweiten Prioritätsgruppen separat optimieren. In der ersten Prioritätsgruppe kann das Leistungsverteilungsmodul 104 bestimmen, dass die Generatorsätze 1 und 2 nicht darauf beschränkt sind, den gleichen Lastanteil aufzuweisen. Demnach behandelt das Leistungsverteilungsmodul 104 die Generatorsätze 1 und 2 während der Optimierung individuell. Das Optimierungsergebnis kann anzeigen, dass die Generatorsätze 1 und 2 60 % bzw. 40 % der 3000 kW erzeugen sollten, die der ersten Prioritätsgruppe zugewiesen sind. In der zweiten Prioritätsgruppe kann das Leistungsverteilungsmodul 104 bestimmen, dass die Generatorsätze 3 und 4 den gleichen Lastanteil aufweisen sollten. Demnach verwendet das Leistungsverteilungsmodul 104 nur einen Lastanteil, um die Generatorsätze 3 und 4 bei der Optimierung darzustellen. Das Optimierungsergebnis kann anzeigen, dass die Generatorsätze 3 bis 5 25 %, 25 % bzw. 50% der 7.000 kW erzeugen sollten, die der zweiten Prioritätsgruppe zugewiesen sind.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Das offenbarte Leistungssystem 100 kann auf jede mobile Maschine angewendet werden, in der mehrere Leistungsquellen zusammenwirken, um die mobile Maschine anzutreiben und Hilfslasten unter veränderlichen Bedingungen zu speisen. Das Leistungssystem 100 kann den Gesamtkraftstoffverbrauch durch die Optimierung der Lastteilung unter verschiedenen betrieblichen Randbedingungen verringern. Daher kann das Leistungssystem 100 für eine Kombination höchst unterschiedlicher Leistungsquellen verwendet werden. Der Betrieb des Leistungssystems 100 wird nun in Verbindung mit dem Flussdiagramm von 3 beschrieben.
Bei Schritt 302 bestimmt das Leistungsverteilungsmodul 104 eine Gesamtleistungsabgabe, die aus einer Mehrzahl von Leistungsquellen 106 geleitet werden soll. Die Gesamtabgabe entspricht dem Gesamtleistungsbedarf 108. Das Leistungsverteilungsmodul 104 kann vom Lastmanager 102 ein Signal empfangen, das den Gesamtleistungsbedarf 108 anzeigt. Der Lastmanager 102 kann das Signal, das den Gesamtleistungsbedarf 108 anzeigt, zum Beispiel basierend auf einem Spannungspegel erzeugen, der auf einem gemeinsamen Bus erkannt wird, der Leistung von den Leistungsquellen 106 zu einer oder mehreren Lasten (z. B. Propellern und einem HLK-System) der mobilen Maschine leitet.
Bei Schritt 304 ruft das Leistungsverteilungsmodul 104 eine BSFC-Kurve 110 ab, die mit jeder Leistungsquelle 106 assoziiert ist. Die BSFC-Kurve 110 kann eine zweidimensionale Kurve als eine Funktion der erzeugten Last oder eine dreidimensionale Karte als eine Funktion sowohl der erzeugten Last als auch der Motordrehzahl sein. Wie bereits erwähnt, kann das Leistungsverteilungsmodul 104 die BSFC-Kurven 110 von den Steuerungen abrufen, die mit den Leistungsquellen 106 assoziiert sind. Alternativ können die BSFC-Kurven 110 in einer Datenspeichervorrichtung gespeichert sein, und die Leistungsverteilungsvorrichtung 104 kann auf die Datenspeichervorrichtung zugreifen, um die BSFC-Kurven 110 abzurufen.
Bei Schritt 306 bestimmt das Leistungsverteilungsmodul 104 die betrieblichen Randbedingungen, die mit jeder Leistungsquelle 106 assoziiert sind. Die betrieblichen Randbedingungen können zum Beispiel das Modell und/oder den Typ, die Position auf dem Bus, den Ein-/Aus-Status, die Übergangsverhaltenszeit usw. der Leistungsquelle umfassen. Das Leistungsverteilungsmodul 104 kann die betrieblichen Randbedingungen basierend auf den Spezifikationen jeder Leistungsquelle 106, vom Lastmanager 102 empfangenen Lastinformationen, von der zentralen Steuerung der mobilen Maschine empfangenen Befehlen usw. bestimmen. Die betrieblichen Randbedingungen können auch von einem menschlichen Betreiber durch eine Benutzerschnittstelle des Leistungssystems festgelegt und eingegeben werden.
Bei Schritt 308 bestimmt das Leistungsverteilungsmodul 104 basierend auf den betrieblichen Randbedingungen, ob die Leistungsquellen 106 die gleiche Betriebspriorität aufweisen. Die Betriebspriorität gibt eine Priorität zum Zuweisen eines Lastanteils zu der jeweiligen Leistungsquelle 106 an. Das Leistungsverteilungsmodul 104 kann definieren, dass einer Leistungsquelle 106 mit niedrigerer Priorität kein Lastanteil zugewiesen wird, bis alle Leistungsquellen höherer Priorität ihre festgelegten Betriebsgrenzen erreicht haben. Es gibt viele Situationen, in welchen es wünschenswert ist, die Leistungsquellen 106 nach verschiedenen Betriebsprioritäten zu differenzieren. Zum Beispiel können kleine Generatorsätze mit hoher Drehzahl zu schnellem Übergangsverhalten und Niedriglastbetrieb mit hohem Wirkungsgrad fähig sein. Wenn daher die mobile Maschine schnelle Manöver durchführt, ist möglicherweise eine Verwendung der kleinen Generatorsätze mit hoher Drehzahl gegenüber anderen Typen von Generatorsätzen vorzuziehen. Wenn die Leistungsquellen 106 nicht die gleiche Betriebspriorität aufweisen, geht das Leistungsverteilungsmodul 104 zu Schritt 310 weiter. Wenn alle Leistungsquellen 106 die gleiche Betriebspriorität aufweisen, überspringt das Leistungsverteilungsmodul 104 Schritt 310 und 312 und geht direkt zu Schritt 314 über.
Wenn die Leistungsquellen 106 nicht die gleiche Betriebspriorität aufweisen, teilt das Leistungsverteilungsmodul 104 die Leistungsquellen 106 bei Schritt 310 basierend auf den in Schritt 306 bestimmten Betriebsprioritäten in zwei oder mehr Prioritätsgruppen ein. Die Leistungsquellen 106 in der gleichen Prioritätsgruppe weisen die gleiche Betriebspriorität auf.
Bei Schritt 312 berechnet das Leistungsverteilungsmodul 104 eine Leistung, die aus jeder Prioritätsgruppe geleitet werden soll, basierend auf der Gesamtleistungsabgabe und den Betriebsprioritäten. In der Annahme zum Beispiel, dass es zwei Prioritätsgruppen gibt, und die Betriebsprioritäten anzeigen, dass die Lastanteile der Gruppe niedrigerer Priorität nicht zugewiesen werden sollten, bis die Gruppe höherer Priorität die festgelegte Betriebsgrenze erreicht hat, kann das Leistungsverteilungsmodul 104 bestimmen, dass die Leistung, die aus der Gruppe höherer Priorität geleitet wird, 7000 kW beträgt, und die Leistung, die aus der Gruppe niedrigerer Priorität geleitet wird, 3000 kW beträgt, wenn der Gesamtleitungsbedarf 10.000 kW beträgt und die festgelegte Betriebsgrenze 7000 kW beträgt.
Bei Schritt 314 bestimmt das Leistungsverteilungsmodul 104, ob zwei oder mehr Leistungsquellen 106 in einer Prioritätsgruppe identisch sind. Wenn zum Beispiel zwei Leistungsquellen 106 die gleiche BSFC-Kurve, den gleichen Betriebsbereich und das gleiche Modell aufweisen, bestimmt das Leistungsverteilungsmodul 104, dass die beiden Leistungsquellen 106 identisch sind. Wenn eine Prioritätsgruppe zwei oder mehr identische Leistungsquellen 106 aufweist, geht das Leistungsverteilungsmodul zu Schritt 316 weiter. Wenn nicht, überspringt das Leistungsverteilungsmodul Schritt 316 und 318 und geht direkt zu Schritt 320 über.
Wenn zwei oder mehr Leistungsquellen 106 in einer Prioritätsgruppe identisch sind, bestimmt das Leistungsverteilungsmodul 104 bei Schritt 316 basierend auf den in Schritt 306 bestimmten betrieblichen Randbedingungen, ob den identischen Leistungsquellen 106 der gleiche Lastanteil zugewiesen werden sollte. Wenn zum Beispiel zwei identische Generatorsätze mit dem gleichen Bus verbunden sind, kann es wünschenswert sein, diesen beiden Generatorsätzen den gleichen Lastanteil zuzuweisen. Wenn mindestens zwei identischen Leistungsquellen 106 in der Prioritätsgruppe der gleiche Lastanteil zugewiesen werden sollte, geht das Leistungsverteilungsmodul 104 zu Schritt 318 weiter. Wenn nicht, überspringt das Leistungsverteilungsmodul 104 Schritt 318 und geht direkt zu Schritt 320 über.
Wenn mindestens zwei identischen Leistungsquellen 106 in der Prioritätsgruppe der gleiche Lastanteil zugewiesen werden sollte, wählt das Leistungsverteilungsmodul 104 bei Schritt 318 eine der mindestens zwei identischen Leistungsquellen 106 zur Lastanteiloptimierung aus. Da die mindestens zwei identischen Leistungsquellen 106 die gleiche BSFC-Kurve und den gleichen Lastanteil aufweisen, müssen sie bei der Optimierung nur durch einen Lastanteil dargestellt werden.
Bei Schritt 320 stimmt das Leistungsverteilungsmodul 104 den Lastanteil jeder Leistungsquelle 106 ab, um nach einer kombinierten Lastteilungskonfiguration zu suchen, die den Gesamtkraftstoffverbrauch verringert. Das Leistungsverteilungsmodul 104 kann die Lastanteile durch Ausführen eines Optimierungsalgorithmus basierend auf Gl. 2 bis 4, wenn alle Leistungsquellen 106 die gleiche Betriebspriorität aufweisen, oder basierend auf Gl. 5 bis 8 abstimmen, wenn es mehrere Prioritätsgruppen gibt. Konkret kann das Leistungsverteilungsmodul 104 im Falle der gleichen Betriebspriorität den Optimierungsalgorithmus für die Gesamtleistungsabgabe derart ausführen, dass die Funktion kombinierten Kraftstoffverbrauchs ƒ(P_Total) für alle Leistungsquellen 106 den Minimalwert erreicht, während das Leistungsverteilungsmodul 104 im Falle mehrerer Prioritätsgruppen den Optimierungsalgorithmus in jeder Prioritätsgruppe für die aus der jeweiligen Prioritätsgruppe zu leitenden Leistung derart ausführt, dass die Funktion kombinierten Kraftstoffsverbrauchs ƒ(P_Total,m) für die jeweilige Prioritätsgruppe den Minimalwert erreicht. In beispielhaften Ausführungsformen kann es sich bei dem Optimierungsalgorithmus um einen oder mehrere eines PSO-Algorithmus, eines Monte-Carlo-Algorithmus oder beliebiger anderer Algorithmen handeln, die auf dem Fachgebiet bekannt sind.
Bei Schritt 322 führt das Leistungsverteilungsmodul 104 die Abstimmergebnisse für jede Leistungsquelle 106 zusammen und erzeugt eine kombinierte Lastteilungskonfiguration für die gegebene Gesamtleistungsabgabe (d. h. den Gesamtleistungsbedarf 108).
Bei Schritt 324 sendet das Leistungsverteilungsmodul 104 Leistungsanforderungen basierend auf den Abstimmergebnissen an die Mehrzahl von Leistungsquelle 106. In beispielhaften Ausführungsformen sendet das Leistungsverteilungsmodul 104 für jede Leistungsquelle 106 mit einem von Null verschiedenen Lastanteil in der kombinierten Lastteilungskonfiguration einen Befehl an die mit der Leistungsquelle 106 assoziierte Steuerung zum Veranlassen der Leistungsquelle 106, eine Leistungsabgabe zu erzeugen, die dem Lastanteil entspricht.
Die offenbarten beispielhaften Ausführungsformen stellen eine flexible Lösung zum Verringern des Gesamtkraftstoffverbrauchs mehrerer Leistungsquellen bereit. Durch Unterteilen der mehreren Leistungsquellen in verschiedene Prioritätsgruppen berücksichtigt das System 100 betriebliche Randbedingungen, die mit jeder einzelnen Leistungsquelle assoziiert sind, und kann einen hohen Kraftstoffwirkungsgrad erreichen, ohne andere Betriebsziele der mobilen Maschine zu beeinträchtigen. Wenn zum Beispiel die mobile Maschine in einem Betriebsmodus ist, der schnelles Übergangsverhalten erfordert, können Generatorsätze mit hoher Drehzahl bevorzugt und ihnen bei der Lastteilung höhere Betriebsprioritäten zugewiesen werden. Außerdem berücksichtigt das System 100 durch Bestimmen, ob die Leistungsquellen identisch sind und/oder den gleichen Lastanteil aufweisen, die Ähnlichkeit der mehreren Leistungsquellen und kann die Systemkomplexität reduzieren, Rechenressourcen einsparen und die Reaktionsgeschwindigkeit des Systems erhöhen. Wenn zum Beispiel zwei identische Leistungsquellen mit dem gleichen Bus verbunden sind, macht das Zuweisen des gleichen Lastanteils zu denselben die Verwendung zusätzlicher Steuerelektronik zum ungleichmäßigen Verteilen der Lastanteile überflüssig.
Für Fachleute ist zu erkennen, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen am offenbarten Leistungssystem zum Steuern der Lastteilung zwischen mehreren Leistungsquellen vorgenommen werden können. Andere Ausführungsformen sind für Fachleute bei Betrachtung der Spezifikation und Umsetzung der vorliegenden Offenbarung ersichtlich. Die Spezifikation und die Beispiele sollen lediglich als veranschaulichend angesehen werden, während der eigentliche Schutzbereich durch die folgenden Ansprüche und ihre Äquivalente angezeigt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

CN 101577425 [0004]

Claims

Verfahren zur Steuerung der Lastteilung zwischen einer Mehrzahl von Leistungsquellen (106), wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen einer Gesamtleistungsabgabe, die von der Mehrzahl von Leistungsquellen (106) zu mindestens einem Leistungsverbraucher geleitet werden soll; Abrufen einer Kurve (110) eines bremsspezifischen Kraftstoffverbrauchs (BSFC), die mit jeder der Mehrzahl von Leistungsquellen (106) assoziiert ist; Bestimmen einer Betriebspriorität für jede der Mehrzahl von Leistungsquellen (106) basierend auf betrieblichen Randbedingungen, die mit der jeweiligen Leistungsquelle (106) assoziiert sind; und Bestimmen eines Lastanteils für jede der Mehrzahl von Leistungsquellen (106) wenigstens basierend auf der Gesamtleistungsabgabe, den BSFC-Kurven (110) und den Betriebsprioritäten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des Lastanteils für jede der Mehrzahl von Leistungsquellen (106) umfasst: Einteilen der Mehrzahl von Leistungsquellen (106) in zwei oder mehr Prioritätsgruppen, derart dass die Leistungsquellen (106) in der gleichen Prioritätsgruppe die gleiche Betriebspriorität aufweisen; Berechnen einer Leistung, die aus jeder der zwei oder mehr Prioritätsgruppen geleitet werden soll, basierend auf der Gesamtleistungsabgabe und den Betriebsprioritäten; und Bestimmen des Lastanteils für jede der Mehrzahl von Leistungsquellen (106) wenigstens basierend auf den BSFC-Kurven (110) und der Leistung, die aus jeder der zwei oder mehr Prioritätsgruppen geleitet werden soll.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine Summe der Leistungen, die aus den zwei oder mehr Prioritätsgruppen geleitet werden soll, der Gesamtleistungsabgabe entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des Lastanteils für jede der Mehrzahl von Leistungsquellen (106) umfasst: Bestimmen basierend auf den BSFC-Kurven (110) und den betrieblichen Randbedingungen, dass zwei oder mehr Leistungsquellen (106) identisch sind; und Bestimmen basierend auf den betrieblichen Randbedingungen, dass die zwei oder mehr identischen Leistungsquellen (106) den gleichen Lastanteil aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend: Bestimmen basierend auf den BSFC-Kurven (110) und den betrieblichen Randbedingungen, dass zwei oder mehr Leistungsquellen (106) in einer Prioritätsgruppe identisch sind; und Bestimmen basierend auf den betrieblichen Randbedingungen, dass die zwei oder mehr identischen Leistungsquellen (106) den gleichen Lastanteil aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des Lastanteils für jede der Mehrzahl von Leistungsquellen (106) umfasst: derartiges Abstimmen des Lastanteils für jede der Mehrzahl von Leistungsquellen (106), dass ein Gesamtkraftstoffverbrauch der Mehrzahl von Leistungsquellen (106) einen Minimalwert erreicht.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend: derartiges Abstimmen des Lastanteils für jede Leistungsquellen (106) in einer Prioritätsgruppe, dass ein Gesamtkraftstoffverbrauch der Prioritätsgruppe einen Minimalwert erreicht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des Lastanteils für jede der Mehrzahl von Leistungsquellen (106) umfasst: Bestimmen des Lastanteils für jede der Mehrzahl von Leistungsquellen (106) unter Verwendung eines Partikelschwarmoptimierungsalgorithmus.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Zusammenführen der für jede der Mehrzahl von Leistungsquellen (106) bestimmten Lastanteile; und Erzeugen der zusammengeführten Lastanteile als eine kombinierte Lastteilungskonfiguration für die Gesamtleistungsabgabe.
Leistungssystem (100), umfassend: eine Mehrzahl von Leistungsquellen (106), die zum Bereitstellen von Leistung für mindestens einen Leistungsverbraucher ausgelegt sind; einen Lastmanager (102), der mit dem mindestens einen Verbraucher assoziiert und so ausgelegt ist, dass er eine Gesamtleistungsabgabe bestimmt, die von der Mehrzahl von Leistungsquellen (106) zu dem mindestens einen Leistungsverbraucher geleitet werden soll; und ein Leistungsverteilungsmodul (104), das kommunikativ mit dem Lastmanager und der Mehrzahl von Leistungsquellen (106) verbunden ist, wobei das Leistungsverteilungsmodul (104) ausgelegt ist zum: Abrufen einer BSFC-Kurve (110), die mit jeder der Mehrzahl von Leistungsquellen (106) assoziiert ist; Bestimmen einer Betriebspriorität für jede der Mehrzahl von Leistungsquellen (106) basierend auf betrieblichen Randbedingungen, die mit der jeweiligen Leistungsquelle (106) assoziiert sind; und Bestimmen eines Lastanteils für jede der Mehrzahl von Leistungsquellen (106) wenigstens basierend auf der Gesamtleistungsabgabe, den BSFC-Kurven (110) und den Betriebsprioritäten.