用于发电机组的控制系统和策略技术方案

本发明专利技术涉及用于发电机组的控制系统和策略。具体地，多个发电机组，各自包括可操作地与原动机相关联的发电机，被并联布置以为孤立的电力载荷发电。为了应对与原动机相关的燃料效率、排放物考虑或类似考虑，可采用非对称载荷共享方法来控制多个发电机组的运转。控制策略配置为，根据所述非对称载荷共享方法在多个发电机组之中分配实际功率需求。所述控制策略可应对除实际功率部分以外的电力载荷的无功功率部分。

【技术实现步骤摘要】

本申请整体涉及多个布置在一起的发电机组，其为电力载荷产生电功率，以及更具体地，涉及用于在多个发电机组之中分配电力载荷的方法和策略。
技术介绍
产生交流电形式的电功率以为电力载荷供电的一种方式，特别是当同由公共事业支持的更大的电网的连接不可用时(即“离网”)，是短时间地利用发电机组。发电机组包括原动机和发电机或交流发电机的组合。原动机可以是机械发动机，例如内燃发动机(例如，柴油压缩点火发动机)，或燃气涡轮，在其内烃基燃料和空气燃烧以释放化学能并将化学能转化为机械力或原动力。原动力转而被用于使得发电机的转子相对于定子转动，从而由一部件产生的磁场在与另一部件相关的场绕组中感应电流。产生的电被用于为经由电网或电路与发电机组连接的电力设备、即电力载荷供电。由于电力设备通常额定地运转在特定的电参数下，例如额定频率和额定电压，因而发电机组的电力输出受到控制以遵从额定的特性是重要的。发电机组通常运转以产生充足的功率输出，通常以瓦特或千瓦测量，以满足电力载荷所需求的功率，而电力载荷所需求的功率常常随时间波动。然而有时候，该需求可能比单个发电机组所提供的功率高。在这种情形下，多个发电机组可以并联布置一起运转，以共同地满足功率需求。因此就有必要将实际的功率需求在多个发电机组之中进行分配，特别是当功率需求变化或波动时。操作或配置发电机组以使得发电机组提供的功率输出遵从于电力载荷的要求额定特性也是必要的。这可能因多个发电机组的不同发电机组同其他发电机组相比可能具有不同的输出容量或电力额定值这一事实而复杂化。这可能因另一事实而进一步复杂化，即除了要满足电力载荷所需求的功率外，无功功率也必须应对，无功功率由作为载荷的物理组成部分的无功部件或设备产生。在多个发电机组之中分配功率需求的一种技术是，根据各个发电机组的功率输出的额定容量按比例地以某种方式同步操作多个发电机组，这种方式有时称为对称载荷共享或对称加载。在对称加载中，电力载荷的实际功率需求被转换为组合发电机组的总容量的百分比或占比。每个发电机组根据其相对容量与组合发电机组的总容量的比例运转以输出功率。由此，发电机组均以其各自相对容量的相同百分比运转，并且即使一些发电机组可能相比于其他发电机组产生了更大的绝对输出，发电机组理论上承受相同程度的应力和损耗。对称载荷共享的另一优点是，交流电的电抗功率或无功功率分量也被按比例分配并令人满意地应对。尽管对称载荷共享帮助确保了多个发电机组中的每个都运转在其电力容量和能力范围内，但对称加载并不必然考虑与发电机组的原动机部分相关的效率以及其他考虑。举例来说，原动机，例如内燃发动机，可能在由扭矩-燃料曲线决定的峰值燃料效率运转，而这与由对称载荷共享布置要求的发电机组的输出可能是不相关的。可能没有应对的其他考虑包括自原动机的排放物。为了解决与原动机相关联的考虑，用于在多个发电机组之中分配实际功率需求的另一技术为非对称加载。美国专利公开文本No.2014/0152006(“006”公开文本)中描述了非对称加载或载荷共享的一个例子，其中当在发电机组之中分配实际功率需求时，查阅具有燃料效率数据的效率数据库。尽管如“006”公开文本中所述的非对称加载可以应对与原动机相关的效率考虑，但其又可能改变多个发电机组之中电力输出要求的比例平衡。本专利技术旨在解决这些考虑。
技术实现思路
本专利技术一方面描述了一种相对于电力载荷以非对称载荷共享布置运转多个发电机组的方法。根据所述方法，和电力载荷相关的实际功率要求被接收并用于计算所述多个发电机组中的每一个的每发电机组计算实际功率要求。根据非对称加载策略，每发电机组计算无功功率要求可以根据和发电机组的原动机相关的实际功率要求、燃料消耗考虑和排放物考虑中的至少一项。所述方法进一步根据每发电机组计算实际功率要求和与所述多个发电机组中的每一个相关联的额定功率因子计算所述多个发电机组中的每一个的每发电机组计算无功功率要求。所述方法然后根据每发电机组计算无功功率要求和自电力载荷的实际无功功率要求确定总无功功率补偿。总无功功率补偿在所述多个发电机组之中进行分配，以为所述多个发电机组中的每一个提供每发电机组无功功率补偿。所述方法然后根据每发电机组无功功率补偿和每发电机组计算无功功率要求确定所述多个发电机组的每发电机组最终无功功率要求，并根据相应的每发电机组最终无功功率要求运转所述多个发电机组。另一方面，本专利技术描述了一种电力系统，包括具有第一额定功率因子的第一发电机组和具有第二额定功率因子的第二发电机组。第一发电机组和第二发电机组以并联布置连接至公共总线，公共总线与电力载荷连通。所述电力系统包括多发动机优化控制器，其配置为优化至少与第一发电机组相关联的第一计算实际功率要求以及与第二发电机组相关联的第二计算实际功率要求。第一和第二计算实际功率要求可以基于来自电力载荷的实际功率要求以及燃料消耗考虑和排放物考虑中的至少一个。为了应对与电力载荷相关联的无功功率分量，电力系统还包括无功功率控制器，其与所述多发动机优化控制器及第一发电机组和第二发电机组电连通。所述无功功率控制器可配置为，部分根据第一额定功率因子计算第一计算无功功率要求，以及部分根据第二额定功率因子计算第二计算无功功率要求。并且，无功功率控制器可确定和至少第一发电机组和第二发电机组相关联的总无功功率补偿。无功功率控制器然后将总无功功率补偿分配给第一发电机组和第二发电机组，以提供与第一发电机组相关联的第一无功功率补偿以及与第二发电机组相关联的第二无功功率补偿。在另一个方面，本专利技术描述了用于以非对称载荷共享布置控制并联设置的多个发电机组的一种电子控制器。所述电子控制器具有可执行指令，用于根据和各个发电机组的原动机相关联的效率和/或排放物考虑优化所述多个发电机组中的每一个的实际功率要求。此外，所述电子控制器具有用于根据和各个发电机组相关联的额定功率因子计算所述多个发电机组中的每一个的计算无功功率要求的可执行指令，以及用于根据电力载荷产生的实际无功功率要求确定所述多个发电机组的总无功功率补偿的可执行指令。所述电子控制器能够在所述多个发电机组之中分配总无功功率补偿，以为所述多个发电机组的每一个发电机组提供最终无功功率要求。所述电子控制器还能够，根据所述多个发电机组的每个发电机组的最终无功功率要求以及所述多个发电机组的每一个发电机组的实际功率要求确定每个所述多个发电机组的每一个发电机组的最终表观功率要求。附图说明图1为具有多个发电机组的海洋船舶以及用于调控所述发电机组运转的各个电子控制器的示意图，所述发电机组为船舶的电力要求或载荷产生电功率。图2为由电子控制器实施的控制策略的示意图，所述控制策略用于调控多个发电机组的运转，并被配置为调和电力载荷的实际部分和无功部分。图3为实施所述控制策略的流程图，其描绘了调控多个发电机组的运转的可能的程序。具体实施方式本披露涉及包括多个发电机组的电力系统以及用于调控发电机组的运转的控制策略以及电子或数字控制器，其中发电机组用于产生电功率，具体为产生交流电流。参照附图，其中相似的附图标记指代相似的元件。在图1中描绘了电力系统100，其可布置为为隔离的电力载荷产生电功率，隔离的电力载荷举例来说例如是，如图所示的类似货船或货轮的海洋船舶102的电力要求。尤其，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力分配系统，包括：第一发电机组，其具有第一额定功率因子；第二发电机组，其具有第二额定功率因子；公共总线，其同第一发电机组和第二发电机组以并联布置电连接，所述公共总线与电力载荷连通；多发动机优化控制器，其配置为根据燃料消耗考虑和排放物考虑中的至少一个以及来自电力载荷的实际功率要求，优化至少与第一发电机组相关联的第一实际功率要求以及与第二发电机组相关联的第二实际功率要求；无功功率控制器，其与所述多发动机优化控制器及第一发电机组和第二发电机组电连通，所述无功功率控制器配置为：部分根据第一额定功率因子计算第一计算无功功率要求，以及部分根据第二额定功率因子计算第二计算无功功率要求；确定和至少第一发电机组和第二发电机组相关联的总无功功率补偿；并且将总无功功率补偿分配给至少第一发电机组和第二发电机组，以提供与第一发电机组相关联的第一无功功率补偿以及与第二发电机组相关联的第二无功功率补偿。

【技术特征摘要】
2015.07.06 US 14/792,1591.一种电力分配系统，包括：第一发电机组，其具有第一额定功率因子；第二发电机组，其具有第二额定功率因子；公共总线，其同第一发电机组和第二发电机组以并联布置电连接，所述公共总线与电力载荷连通；多发动机优化控制器，其配置为根据燃料消耗考虑和排放物考虑中的至少一个以及来自电力载荷的实际功率要求，优化至少与第一发电机组相关联的第一实际功率要求以及与第二发电机组相关联的第二实际功率要求；无功功率控制器，其与所述多发动机优化控制器及第一发电机组和第二发电机组电连通，所述无功功率控制器配置为：部分根据第一额定功率因子计算第一计算无功功率要求，以及部分根据第二额定功率因子计算第二计算无功功率要求；确定和至少第一发电机组和第二发电机组相关联的总无功功率补偿；并且将总无功功率补偿分配给至少第一发电机组和第二发电机组，以提供与第一发电机组相关联的第一无功功率补偿以及与第二发电机组相关联的第二无功功率补偿。2.根据权利要求1所述的电力分配系统，其中所述无功功率控制器进一步配置为：根据第一实际功率要求和第一无功功率补偿确定与第一发电机组相关联的第一最终表观功率；以及根据第二实际功率要求和第二无功功率补偿确定与第二发电机组相关联的第二最终表观功率。3.根据权利要求1或2所述的电力分配系统，其中所述无功功率控制器根据来自电力载荷的实际无功功率要求并通过将第一计算无功功率要求和第二计算无功功率要求相加确定总无功功率补偿。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的电力分配系统，其中第一发电机组和第二发电机合起来具有额定总无功功率限值，所述无功功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：张艳钗，V·雅纳德汉，P·D·康弗塞，
申请(专利权)人：卡特彼勒公司，
类型：发明
国别省市：美国;US