CN102959484B - 具有使用者限定的连接标准的控制系统 - Google Patents

Abstract

一种控制系统(24)设置成与多个发电机组(14)一起使用。控制系统可具有连接到负载(12)并能够单独连接到多个发电机组的每一个的传输网络(16)。该控制系统还可具有被构造成从使用者接收可用参数选择以便用作确定多个发电机组与传输网络连接的标准的选择模块(28)以及与多个发电机组和选择模块通信的控制器(26)。控制器可被构造成检测负载中的变化，并根据负载中的变化确定多个发电机组的至少一个与传输网络的连接装置中的希望变化。控制器还可被构造成根据选择选择地影响所述希望变化。

Description

具有使用者限定的连接标准的控制系统

技术领域

本发明涉及一种控制系统，并且更特别是，本发明涉及一种具有使用者限定的连接标准的控制系统。

背景技术

发电机组通常包括通过例如燃烧式发动机的原动机驱动的发电机以产生电功率。发动机为发电机提供具有相对恒定的转矩和速度的转动输入，并且发电机相应地产生具有相对恒定特征(频率、电压、相位等)的电功率输出。在一些应用中，电功率的需求会超过单个发电机组的功率产生能力，并且因此多个发电机组并行连接，以满足这些情况的需求。优选地，功率需求保持相对恒定，并且所有可用发电机组连续运行，并分别以最佳效率产生一致性的电功率。但是实际上，功率需求随着负载致动和停用而波动，由此在任何给定时刻需要在线的发电机组的数量变化，以有效地提供一致性电功率的需求。

发电机组启动并上线、保持在线、或离线并停机的方式会影响采用该发电机组的系统的性能。例如，一个发电机组比另一发电机组更快地准备加载，但还具有较低的总容量或较高的燃料消耗率。在另一例子中，一个发电机组可具有较低的操作成本，但产生较高程度的污染，并以较高温度运转。类似的权衡也存在于功率质量、维护间隔、初始成本、质保成本、寿命预期、燃料类型等之间。根据特定设施处的哪一个发电机组首先启动、首先停机或操作较长的时间周期，会影响总体的系统性能。

历史上，将启动或停机的命令给予所有的可用发电机组，并且准备加载或准备停机的第一发电机组可以执行该命令。但是在这种情况下，系统的使用者对于该过程具有很少控制，并且发电机组的使用会导致不一致的性能。

发电机组控制的替代方式在2003年12月16日授予Edelman的美国专利No.6664653(“′653专利”)中描述。具体地，′653专利公开了特定发电机组可以根据每个单独发电机组的总运转时间或电功率的当前或预计需求来上线或离线。例如，具有最小运转时间的发电机根据电功率需求的实际或预计增加来首先启动，并且具有最大运转时间的发电机根据较小的功率的实际或预计需要来首先停机。以此方式，每个发电机组操作大约相同的时间量，并且采用该发电机组的系统的寿命由此延长。

虽然′653专利的系统可以在一些情况下提供延长的系统寿命，其优点并没有得到系统使用者的共识，或者会受到限制。特别是，如果使用者更专注于操作成本、功率质量、供应中断或其他类似特征，而不是延长的系统寿命，′653专利的系统会被认为性能不良，即使系统寿命得到延长。

本发明的控制系统针对克服以上给出的一个或多个问题和/或现有技术的其他问题。

发明内容

本发明的一个方面针对一种与多个发电机组一起使用的控制系统。该控制系统可包括连接到负载并可单独连接到多个发电机组的每一个的传输网络。控制系统还可包括被构造成从使用者接收可用参数选择以便用作确定多个发电机组与传输网络的连接的标准的选择模块，以及与多个发电机组和选择模块通信的控制器。该控制器可被构造成检测负载中的变化，并根据负载中的变化确定多个发电机组的至少一个与传输网络的连接装置中的希望变化。该控制器还可被构造成根据该选择选择性地影响该希望变化。

本发明的第二方面针对操作并行地连接到外部负载的多个发电机组的方法。该方法可包括从使用者接收可用参数选择以便用作确定多个发电机组与外部负载的连接的标准。该方法还可包括检测外部负载中的变化，并根据外部负载中的变化确定多个发电机组的至少一个的连接装置中的希望变化。该方法还可包括根据该选择影响该希望变化。

附图说明

图1是示例性公开的功率系统的示意图；以及

图2是描述操作图1的功率系统的示例性公开方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了根据以下公开实施方式的示例性功率系统10。功率系统10可被构造成为外部负载12提供主要、补充和/或备用功率。在一种示例性实施方式中，备用功率可包括在来自公用电网(未示出)的功率中断、不充分或由于其他原因而不适当时提供给外部负载12的储备功率的立即供应。如图1所示，功率系统10可包括多个发电机组14，即包括发电机组14a、14b、14c和14n。发电机组14可通过一个功率传输网络16和多个连接装置18并行联接到外部负载12。

外部负载12可包括被构造成接收由发电机组14供应的电功率并利用电功率来执行一些类型的任务的任何类型的功率消耗系统或装置。外部负载12可包括例如灯、马达、加热元件、电子电路、制冷装置、空气调节单元、计算机服务器等。在一种实施方式中，外部负载12可包括利用不中断电功率来执行一个或多个关键和/或敏感任务的一个或多个系统和/或装置。例如，利用不中断功率的电负载12可包括在医院、机场、计算机服务器、通讯设施和/或工业应用中发现的那些。在外部负载12的一个或多个系统或装置接通或断开时，外部负载12的量级会变化，并需要来自发电机组14的电功率供应的相应变化(即增加或减小)。

传输网络16可包括用于将发电机组14产生的电功率分配到外部负载12的任何系统部件。例如，传输网络16可包括具有发电站、传输线、功率继电器和用于在电网上分配电功率的其他适当装置的系统。在一种实施方式中，传输网络16的各部分可被埋在地下和/或经由传输塔高架延伸。

连接装置18可实施为任何类型的装置，其能够将一个或多个发电机组14与外部负载12联接在一起。例如，连接装置18可包括多种开关、接线箱、电路断流器、断路器、熔断器或可以适用于一个或多个系统的电互连的任何其他部件。连接装置18还可以或替代地包括被构造成减小、增加或通过其他方式将发电机组14提供的功率调节到由传统消费者装置使用的适当水平的变压器和/或功率同步器。

发电机组14可分别包括进行操作以产生电的部件。在一种实施方式中，每个发电机组14可包括联接成使得发电机22机械转动的原动机20，发电机22将电功率提供给外部负载12。为了此公开的目的，原动机20被描述和描绘成热发动机，例如燃烧燃料和空气的混合物以产生机械转动的燃烧式发动机。本领域普通技术人员将理解到原动机20可以是任何类型的燃烧式发动机，例如柴油发动机、汽油发动机或气态燃料供能的发动机。

发电机22可例如是AC感应发电机、永磁发电机、AC同步发电机或通过原动机20机械驱动以产生电功率的转换电感发电机。在一种实施方式中，发电机22可包括多对极(未示出)，每对具有布置在定子(未示出)的圆周上的三相，以产生交流电。通过发电机22产生的电功率可以出于机外目的经由传输网络16引导到外部负载12。

设想到一个或多个发电机组14可与相同功率系统10内的一个或多个其他发电机组14显著不同。即一个或多个发电机组14可具有比其他发电机组14更大或更小的电功率产出率、燃料消耗率、排放物产生率、操作成本、操作温度、噪音水平、效率等。类似地，一个或多个发电机组14可具有不同的维护间隔、运转时间、燃料类型、位置等。这些参数的每个可具有对于单独发电机组14特定的数值，并可对于功率系统10的总体性能具有影响。因此，根据功率系统10的使用者选择作为控制标准的参数，发电机组14可各自不同地操作和控制。

为了帮助调节发电机组14的操作及其与外部负载12的连接，功率系统10可设置控制系统24。控制系统24可包括操作地连接到每个发电机组14和传输网络16的至少一个控制器26以及与控制器26通信的选择模块28。在一种示例性实施方式中，一个控制器26可仅与发电机组14中的一个配对并专用于控制该发电机组14，并且经由至少一个通信缆线30与其他发电机组14的其他控制器26通信。设想到，如果希望，每个控制器26可控制一个以上的发电机组14，并且可以利用任何数量的通信缆线30。选择模块28可以被构造成从功率系统10的使用者接收可用参数的选择和优先级，以便用作确定发电机组14与传输网络16的连接的标准，并且经由通信缆线30将指示使用者选择的信号通信给控制器26。选择模块28可实施为例如机载界面装置，例如硬线连接到控制器26的计算机控制台、例如选择性地连接到控制器26的膝上计算机或PDA的便携式装置或无线连接到控制器26的远程装置。

每个发电机组14可被设计成适应一定范围的电负载。在此范围内操作时，发电机组14的性能可以是基本上一致和有效的，并且发电机组14的部件寿命可以基本上不受到影响。在任何一个发电机组14上的负载超过希望操作范围或落到希望操作范围以下时，发电机组14的性能会变得不一致，效率会变差，并且部件寿命会减小。因此，通信缆线30可在所有发电机组14之间延伸，并且被构造成将来自任何一个发电机组14的有关传输发电机组14的操作的信号传输到相同功率系统10的所有其他发电机组14。这些信号可指示例如传输发电机组14的负载超过希望的操作范围、传输发电机组14的负载落到希望操作范围以下、传输发电机组14的操作状态即将变化(即在任何一个发电机组14的功率逐渐增加或减小，以及连接或断开以供应或停止将功率供应到外部负载12时)、与发电机组14的电输出相关(即与特定发电机组14的频率、电压和/或相位匹配相关)的正常或异常状态和/或本领域已知的其他参数。根据这些信号和使用者选择的标准，控制器26可选择启动、关机或防止其他发电机组14的操作变化以及经由连接装置18连接或断开任何发电机组14与负载12的连接。

每个控制器26可以被构造成检测缆线30上的信号，以便响应于检测的信号来调节其成对发电机组14的操作，并且在缆线30上产生引导到相同功率系统10内的其他发电机组14的信号。每个控制器26可实施为单个或多个微型处理器、场编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)等，其包括响应于多种输入来控制其成对发电机组14的操作的装置。多种可以购买到的微型处理器可被构造成执行控制器26的功能。多种其他已知的电路可以与控制器26相关，包括功率监视电路、功率供应电路、信号调节电路、致动器驱动电路(即驱动螺线圈、马达或压电致动器的电路)、通信电路和其他适当电路。

根据一种实施方式，每个控制器26可被构造成根据缆线30上检测的信号来影响其成对发电机组14的操作状态的变化。例如，响应于缆线30上的过载信号的检测，与离线发电机组14相关的一个或多个控制器26可触发其成对的发电机组14增加功率，以准备将功率供应到外部负载12(即每个控制器26可使其成对发电机组14准备上线)。类似地，响应于缆线30上的产能过剩信号的检测，一个在线发电机组14的每个控制器26可触发其成对的发电机组14减小功率，以准备停止将功率供应到外部负载12(即每个控制器26可使其成对发电机组14准备离线)。另外，响应于缆线30上的过渡信号的检测(即指示一个发电机组14响应于过载或产能过剩信号而试图上线或离线的信号)，功率系统10内的所有其他发电机组14的每个控制器26可禁止其成对发电机组14逐渐增加功率、逐渐减小功率、上线或离线。一旦发电机组14已经逐渐增加功率或减小功率，并产生希望输出水平的电功率(即一旦发电机组准备加载)，并且如果没有其它发电机组当前试图上线或离线，发电机组的成对控制器26可自动致动连接装置18，以便闭合和连接或打开和断开相应发电机组14与外部负载12的连接。

在一种实施方式中，延迟可与发电机组14的操作状态变化相关。即，在检测到于缆线30上过载和/或产能过剩信号之后，每个控制器26可被构造成在触发操作状态变化之前(即在逐渐增加功率、逐渐减小功率、连接或断开其成对发电机组14之前)延迟一设定时间周期。

对于每个发电机组14，设定时间周期可以是不同的。在一个例子中，每个发电机组14可赋予优先级数字，并且设定的时间周期可以是所述优先级数字的函数。例如，发电机组14a可以具有设定时间周期f(a)，发电机组14b可具有设定时间周期f(b)，发电机组14c可以具有设定时间周期f(c)，并且发电机组14n可以具有设定时间周期f(n)。以此方式，即使所有的控制器26可同时检测到缆线30上的过载和/或产能过剩信号，由于不同的时间延迟，在给定时刻，只有一个控制器26可试图改变其成对发电机组14的操作状态。

与发电机组14的操作状态变化相关的时间延迟可与如上所述的使用者选择的标准相关，并且可通过使用者在任何时刻改变。即由于功率系统10内的一些发电机组14可具有不同于功率系统10内的其他发电机组14的操作参数的操作参数，时间延迟可以与这些参数联系在一起，使得特定发电机组14对于延迟来说可具有比其他发电机组14较短或较长的设定时间周期。这些较短或较长的设定时间周期会造成发电机组14在不同时刻并以特定目的启动和上线或关机和离线，使得功率系统10的希望的总体性能得以实现。在一个例子中，操作成本可以是使用者的主要关注，并且发电机组14可以使得操作成本最小的方式控制。但是在另一例子中，废气排放、噪音水平、维护间隔、发电机组寿命等可以是使用者的主要关注，并且发电机组14可以不同方式控制以实现特定目的。如下面更加详细描述，使用者选择的标准可帮助限定和影响使用者针对功率系统10的最终目的。

图2示出了功率系统10的示例性操作。图2将在下面的段落中更加详细讨论以说明本发明的概念。

工业实用性

本发明的功率系统可以希望的方式将电功率的可变供应提供给外部负载。特别是，本发明的功率系统可响应于任一个发电机组上的负载变化以基于使用者选择的标准为目的选择性地使得发电机组上线和离线。通过根据相同功率系统内的任一个发电机组的负载变化调节发电机组的操作状态，每个发电机组可以在产生高效率的希望范围内操作。通过使得发电机组以基于使用者选择的标准的特定指令上线和离线，可以获得功率系统的特定目标。图2示出了描述一种用于操作功率系统10的示例性方法的流程图。现在将详细描述图2。

在功率系统10操作过程中的任何时刻，使用者可经由选择模块28进行参数的选择，该参数用来响应于负载12中的检测变化来确定哪一个发电机组14应该启动并连接到负载12，或是停机并与负载12断开。在一个特定例子中，使用者可从可用参数列表、燃料类型、维护间隔以及产出率中选择，以作为对于使用者重要的并应该用作决定发电机组14的启动和停机指令的标准的参数。使用者可接着将优先级赋予所选参数。例如，使用者可确定：产出率最为重要，随后是燃料类型，并且接着是维护间隔。选择模块28可接收使用者的选择和优先分级，并将相应的信号引入控制器26，该信号指示连接标准(步骤100)。

每个控制器26可根据使用者限定的标准将具体时间周期f(n)赋予其成对的发电机组14(步骤110)。例如，具有所选产出率、在所选燃料上运转和/或在所选间隔内维护的那些发电机组14可被赋予比功率系统10的其他发电机组14更短的时间周期。类似地，在发电机组14的所选的分组中，具有所选产出率的那些发电机组14可被赋予最短的时间周期，而具有所选维护间隔的发电机组14可被赋予该分组的最长时间周期。

在功率系统10的操作过程中，每个控制器26可连续监视缆线30上的指示负载12的离散信号(步骤120)。在此监视过程中，每个控制器26可检测何时通过另一发电机组14在缆线30上产生过载或产能过剩信号，并响应地确定负载12大小的改变(步骤130)。如果没有检测到过载或产能过剩信号，控制可返回到步骤120。但是，如果例如在缆线30上检测到过载信号，可以得出负载12已经增加并且希望附加的发电机组14上线并启动对负载12供应电功率的需求(步骤130：是)。在这种情况下，离线发电机组14的每个控制器26可首先延迟与其成对发电机组14相关的设定时间周期f(n)(步骤140)，并且接着检查看看是否另一发电机组已经响应于缆线30上的过载信号(步骤150)。如果缆线30上的信号指示另一发电机组14已经响应于负载变化，控制可返回到步骤120，而没有进一步动作。但是，如果在步骤150，控制器30没有检测到缆线30上的来自另一发电机组14的响应信号(步骤150：否)，控制器26可改变其成对发电机组14的操作状态，逐渐增加其功率输出，并关闭连接装置18，从而将功率输出连接到外部负载12(步骤160)。

在另一例子中，如果在步骤130，在缆线30上检测到产能过剩信号(步骤130：是)，在采取进一步动作之前，控制器26可延迟与其成对发电机组14相关的设定时间周期(步骤140)。设想到，如果希望，用于响应于过载信号的设定时间周期可以不同于用于响应于产能过剩信号的设定时间周期。在与产能过剩信号相关的设定时间周期已经流逝之后，控制器26可接着检查看看另一发电机组14是否已经响应于产能过剩信号(步骤150)。如果在步骤150，控制器26没有检测到缆线30上的来自另一发电机组14的响应信号，控制器26可改变其成对发电机组14的操作状态，逐渐减小其功率输出，并打开连接装置18，从而将功率输出与外部负载12断开(步骤160)。

本领域普通技术人员将理解到可以在本发明的控制系统进行多种变型和改型而不偏离本发明的范围。本领域普通技术人员从这里公开的控制系统的说明书和实践中将明白本发明的控制系统的其他实施方式。意欲的是说明书和例子只认为是示例性的，本发明的真实范围通过以下权利要求指明。

Claims (10)

1.一种与多个发电机组(14)一起使用的控制系统(24)，包括：

传输网络(16)，其连接到负载(12)并能够单独地连接到所述多个发电机组的每一个；

选择模块(28)，其能够从使用者接收可用参数的选择，以便用作确定所述多个发电机组与所述传输网络的连接的标准；以及

控制器(26)，其与所述多个发电机组和所述选择模块通信，所述控制器能够：

检测所述负载中的变化；

根据所述负载中的变化，确定所述多个发电机组的至少一个与所述传输网络的连接装置中的希望变化；以及

根据所述选择，选择性地影响所述希望变化。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其中：

所述选择模块还能够从使用者接收所选择的参数的优先级；以及

所述控制器还能够根据所述优先级来选择性地影响所述希望变化。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述控制器能够通过逐渐增加所述多个发电机组的至少一个的功率来选择性地影响所述希望变化。

4.根据权利要求3所述的控制系统，还包括与所述多个发电机组相对应的多个连接装置(18)，其中所述控制器能够通过在所述多个发电机组的至少一个已经逐渐增加功率并准备加载之后关闭所述多个连接装置的相对应一个来选择性地影响所述希望变化。

5.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述参数具有对于所述多个发电机组的单独发电机组特定的数值。

6.根据权利要求5所述的控制系统，其中，已知参数与排放、效率、燃料类型、燃料消耗、位置、维护间隔、噪音、操作成本、操作温度、产出率和运行时间中的至少一个相关。

7.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述控制器还能够根据负载中的变化以及基于该选择的特定目的来选择性地影响所述多个发电机组的许多发电机组的连接装置中的希望变化。

8.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述控制器能够监视所述多个发电机组的在线发电机组的操作，以确定所述负载中的变化。

9.一种操作与外部负载(12)并行连接的多个发电机组(14)的方法，所述方法包括：

从使用者接收可用参数的选择，以用作确定所述多个发电机组与所述外部负载的连接的标准；

检测所述外部负载中的变化；

根据所述外部负载中的变化，确定所述多个发电机组的至少一个的连接装置(18)中的希望变化；以及

根据所述选择影响所述希望变化。

10.根据权利要求9所述的方法，其中：

影响所述希望变化包括逐渐增加所述多个发电机组的至少一个的功率；以及

影响所述希望变化还包括在所述多个发电机组的至少一个已经逐渐增加功率并准备加载之后关闭与所述多个发电机组的至少一个相对应的连接装置。