本申請(qǐng)要求于2014年2月19日提交的且標(biāo)題為“METHOD FOR LOAD SHARE BALANCING IN A SYSTEM OF PARALLEL-CONNECTED GENERATORS USING SELECTIVE LOAD REDUCTION”的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)序列No.61/941,691的優(yōu)先權(quán)；并且涉及于2015年2月19日提交的且標(biāo)題為“METHOD FOR LOAD SHARE BALANCING IN A SYSTEM OF PARALLEL-CONNECTED GENERATORS USING SELECTIVE LOAD REDUCTION”的美國專利申請(qǐng)序列No.(代理人案號(hào)22888-0208)、于2015年2月19日提交的且標(biāo)題為“METHOD FOR LOAD SHARE BALANCING IN A SYSTEM OF PARALLEL-CONNECTED GENERATORS USING ACCUMULATED DAMAGE MODEL”的美國專利申請(qǐng)序列No.(代理人案號(hào)22888-0206)以及于2015年2月19日提交的且標(biāo)題為“METHOD FOR OPTIMIZING THE EFFICIENCY OF A SYSTEM OF PARALLEL-CONNECTED GENERATORS”的美國專利申請(qǐng)序列No.(代理人案號(hào)22888-0210)，所有這些的全部公開內(nèi)容都通過引用被結(jié)合于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開內(nèi)容一般而言涉及用于生成和分配電力的系統(tǒng)和方法，并且更具體地涉及包含并聯(lián)連接的多個(gè)發(fā)電機(jī)的這樣的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

通常，發(fā)電機(jī)是眾所周知類型的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其具有被轉(zhuǎn)子包圍的定子，轉(zhuǎn)子通過皮帶或軸由原動(dòng)機(jī)(例如，引擎)驅(qū)動(dòng)，以便在定子的導(dǎo)電繞組中電磁感應(yīng)出電流，由此機(jī)械功率被轉(zhuǎn)換成電功率。發(fā)電機(jī)可以是產(chǎn)生直流電流的DC型或產(chǎn)生交變電流的AC型，后一種類型也被稱為交流發(fā)電機(jī)(alternator)。在被用來給向電氣系統(tǒng)供電的電池充電時(shí)，交流發(fā)電機(jī)輸出被整流。DC發(fā)電機(jī)的并聯(lián)系統(tǒng)可以包括用于在必要的時(shí)候?qū)C發(fā)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)換成AC系統(tǒng)輸出功率的逆變器。本文對(duì)“發(fā)電機(jī)”的引用可以指任一種類型(即，DC或AC)，除非指定交流發(fā)電機(jī)。

并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)(其中一種類型(即，DC或AC)的多個(gè)發(fā)電機(jī)并聯(lián)地彼此電氣連接)可以適于在固定裝置中使用，通常是為建筑物或校園提供備用電力，或者在移動(dòng)裝置中使用，并且可以是用于給電池充電的主電源，其中電池向各種類型的車輛(諸如像長途貨運(yùn)拖拉機(jī)或大型公交車)提供電力。

一些并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)采用多個(gè)原動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)多個(gè)發(fā)電機(jī)。例如，引擎可專用于驅(qū)動(dòng)多個(gè)并聯(lián)連接的發(fā)電機(jī)中的僅一個(gè)相應(yīng)的發(fā)電機(jī)，如在大型固定備用電力系統(tǒng)中典型的那樣。

其它并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，尤其是在車輛中使用的那些，采用單個(gè)引擎來驅(qū)動(dòng)多個(gè)發(fā)電機(jī)。例如，長途貨運(yùn)拖拉機(jī)或大型公交車的單個(gè)引擎驅(qū)動(dòng)多個(gè)并聯(lián)連接的發(fā)電機(jī)中的每一個(gè)，其中發(fā)動(dòng)機(jī)通常是安裝到引擎并通過共同的皮帶被機(jī)軸驅(qū)動(dòng)的交流發(fā)電機(jī)。并聯(lián)連接的交流發(fā)電機(jī)的這種基于車輛的系統(tǒng)通常向電池(或多個(gè)電池)提供整流的DC電力，其中電池向車輛的電氣系統(tǒng)提供電力。多個(gè)交流發(fā)電機(jī)可以彼此完全相同，并且可以以共同速度被驅(qū)動(dòng)，該共同速度是引擎機(jī)軸速度的比率。向發(fā)電機(jī)系統(tǒng)提供電力的每個(gè)交流發(fā)電機(jī)(即，每個(gè)活動(dòng)的發(fā)電機(jī))的定子繞組的輸出通常由系統(tǒng)中所有交流發(fā)電機(jī)公用的單個(gè)電壓調(diào)節(jié)器控制或者由用于那個(gè)相應(yīng)的交流發(fā)電機(jī)的單個(gè)專用電壓調(diào)節(jié)器控制。每個(gè)轉(zhuǎn)子的移動(dòng)磁場的強(qiáng)度是由(一個(gè)或多個(gè))電壓調(diào)節(jié)器控制的，其中所述磁場在圍繞的定子的定子繞組中感應(yīng)出電流，以生成交流發(fā)電機(jī)輸出電壓。

并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)在確保電力的不間斷供應(yīng)上是眾所周知的，并且在成本效率、靈活性、可擴(kuò)展性、便于維護(hù)和可服務(wù)性以及可靠性方面與單個(gè)大型發(fā)電機(jī)單元相比具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。

在并聯(lián)系統(tǒng)中操作的各個(gè)發(fā)電機(jī)單元通常具有較小的容量，并且可以是完全相同的或具有可變的輸出。在任一種情況下，這些單元都可以與并聯(lián)的開關(guān)裝置并聯(lián)連接，以便在高峰需求期間實(shí)現(xiàn)最大輸出或者在其它時(shí)間實(shí)現(xiàn)期望的最小輸出。通常來說，每個(gè)發(fā)電機(jī)具有其自己的數(shù)字微控制器(在本文中被稱為發(fā)電機(jī)控制器)，其可以是即插即用設(shè)備。每個(gè)發(fā)電機(jī)控制器控制其相應(yīng)的個(gè)別發(fā)電機(jī)單元的操作，并在整體并聯(lián)系統(tǒng)的操作中合作，這可以由可選地被包括的主控制器來控制。發(fā)電機(jī)可以在它們當(dāng)中協(xié)調(diào)，或者可選地可以指定或者在一個(gè)發(fā)電機(jī)內(nèi)部或者是外部電子控制單元的系統(tǒng)主控制器。

并聯(lián)使用多個(gè)發(fā)電機(jī)提供了與使用具有高容量的單個(gè)大尺寸發(fā)電機(jī)相比更大的靈活性。并聯(lián)操作的多個(gè)較小的發(fā)電機(jī)不需要被分組在一起并且可以是分布式的，使得它們遠(yuǎn)離彼此定位并且不需要如在單個(gè)較大發(fā)電機(jī)的情況下將需要的單個(gè)大空間。此外，當(dāng)調(diào)整發(fā)電機(jī)的尺寸以匹配負(fù)荷需求時(shí)，常常難以準(zhǔn)確地規(guī)劃負(fù)荷的增加以及適當(dāng)?shù)赜?jì)劃預(yù)期的附加負(fù)荷；通過并聯(lián)地操作發(fā)電機(jī)，負(fù)荷的變化可以相對(duì)容易地通過添加附加的并聯(lián)連接發(fā)電機(jī)以用于提供的附加電力供應(yīng)來適應(yīng)。因此，通過操作并聯(lián)系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)，更容易允許負(fù)荷需求的增加。而且，如果并聯(lián)系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)單元發(fā)生故障或需要維護(hù)，則那個(gè)個(gè)別單元可以從服務(wù)中被移除，并且被修理或更換，而不會(huì)中斷系統(tǒng)中其它發(fā)電機(jī)單元的運(yùn)作。

如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員明白的，為了避免損壞，在并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)內(nèi)將進(jìn)入的交流發(fā)電機(jī)引入(或重新引入)到活動(dòng)服務(wù)需要它在它與系統(tǒng)中其它正在操作的交流發(fā)電機(jī)通過共同的總線互連之前，盡可能接近地與系統(tǒng)中其它正在操作的交流發(fā)電機(jī)同步。進(jìn)入的交流發(fā)電機(jī)的同步可以通過以下來實(shí)現(xiàn)：將系統(tǒng)中一個(gè)操作的交流發(fā)電機(jī)連接到總線(被稱為總線交流發(fā)電機(jī))，然后在關(guān)閉進(jìn)入的交流發(fā)電機(jī)的主電力接觸器之前將進(jìn)入的交流發(fā)電機(jī)同步到總線交流發(fā)電機(jī)。通常，交流發(fā)電機(jī)在以下時(shí)間被同步：當(dāng)它們具有相等的端電壓(設(shè)定點(diǎn))時(shí)，這可以通過對(duì)進(jìn)入的交流發(fā)電機(jī)的場強(qiáng)進(jìn)行調(diào)整來實(shí)現(xiàn)；當(dāng)它們具有相等的頻率時(shí)，這可以通過對(duì)進(jìn)入的交流發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行調(diào)整來實(shí)現(xiàn)(但是在基于車輛的系統(tǒng)中通常不要求，在該系統(tǒng)中完全相同的交流發(fā)電機(jī)由引擎機(jī)軸通過共同的皮帶來驅(qū)動(dòng))；以及當(dāng)它們的相電壓處于正確的關(guān)系時(shí)。自動(dòng)同步裝備也是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的，并且可以在許多情況下被用于在并聯(lián)系統(tǒng)中將交流發(fā)電機(jī)帶入活動(dòng)服務(wù)。以上同步功能通常由發(fā)電機(jī)控制器和/或可選的主控制器來調(diào)節(jié)。DC型發(fā)電機(jī)的同步是相對(duì)更簡單的，因?yàn)樗杀幌拗茷槭顾鼈兊碾妷涸O(shè)定點(diǎn)相等。

對(duì)于關(guān)鍵負(fù)荷，多個(gè)發(fā)電機(jī)的并聯(lián)操作中固有的冗余性提供了比由單個(gè)發(fā)電機(jī)單元所提供的更大的可靠性。如果一個(gè)單元發(fā)生故障，則關(guān)鍵負(fù)荷在系統(tǒng)中的其它單元當(dāng)中被重新分配，通常以優(yōu)先級(jí)為基礎(chǔ)。在許多應(yīng)用中，需要最高程度的可靠電力的關(guān)鍵負(fù)荷僅占由系統(tǒng)生成的整體電力的一部分，并且并聯(lián)系統(tǒng)提供在即使其發(fā)電機(jī)單元中的一個(gè)發(fā)生故障的情況下也能維持對(duì)關(guān)鍵負(fù)荷的電力所必需的冗余性。因此，并聯(lián)系統(tǒng)中固有的冗余性提供了多層保護(hù)并且確保對(duì)關(guān)鍵電路的不間斷的電力供應(yīng)。

在并聯(lián)的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中，整體負(fù)荷由在系統(tǒng)中操作的所有并聯(lián)連接的發(fā)電機(jī)(活動(dòng)的發(fā)電機(jī))分擔(dān)。在先前的系統(tǒng)中，通常進(jìn)行在系統(tǒng)的活動(dòng)的或操作的發(fā)電機(jī)之間的負(fù)荷分擔(dān)，以確保所有這些活動(dòng)的發(fā)電機(jī)向系統(tǒng)負(fù)荷貢獻(xiàn)相同的電力，或者使得它們?nèi)挤謸?dān)相同的電壓設(shè)定點(diǎn)。但是，這種做法忽略了一個(gè)事實(shí)，即，一些發(fā)電機(jī)單元可能在系統(tǒng)的壽命期間被停用顯著的時(shí)間段，并且可能導(dǎo)致這些停用時(shí)間段沒有在多個(gè)發(fā)電機(jī)當(dāng)中被相等地分配。

另外，雖然多個(gè)并聯(lián)連接的發(fā)電機(jī)當(dāng)中的每一個(gè)可以共同定位并且在相似的環(huán)境條件下操作，但是對(duì)于多個(gè)并聯(lián)連接的發(fā)電機(jī)當(dāng)中的各個(gè)發(fā)電機(jī)，不管是原始系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一部分還是隨后添加的，它們常常遠(yuǎn)離其它發(fā)電機(jī)定位并且在顯著不同的條件下操作。例如，并聯(lián)系統(tǒng)的其中一個(gè)發(fā)電機(jī)可以在比其它發(fā)電機(jī)中的一個(gè)或多個(gè)相對(duì)更嚴(yán)苛的條件下操作并且因此遭受相對(duì)更大的累積損壞，由此它相對(duì)更容易在系統(tǒng)操作過程中發(fā)生故障。繼續(xù)照常依賴具有相對(duì)較大的發(fā)生故障的可能性的發(fā)電機(jī)的操作，可能不可預(yù)知和不方便地導(dǎo)致其需要更換或修復(fù)。而且，在當(dāng)雖然是暫時(shí)性的但系統(tǒng)中所有發(fā)電機(jī)都可能在操作時(shí)并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)處于高系統(tǒng)負(fù)荷條件的時(shí)候，這種發(fā)電機(jī)單元的不可預(yù)測故障會(huì)破壞系統(tǒng)的可靠性。

并聯(lián)連接的發(fā)電機(jī)的更高效利用以及因此并聯(lián)的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的改進(jìn)的可靠性和效率將由以下系統(tǒng)和方法促進(jìn)，該系統(tǒng)和方法以隨著時(shí)間的推移更好地均衡發(fā)電機(jī)的操作溫度和壓力分配的方式更好地分配在活動(dòng)的發(fā)電機(jī)當(dāng)中分擔(dān)的電氣負(fù)荷，由此最大化系統(tǒng)服務(wù)壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開內(nèi)容提供了具有利用選擇性負(fù)荷減小以用于負(fù)荷分擔(dān)平衡的控制器的并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，以及在并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中利用選擇性負(fù)荷減小以用于負(fù)荷分擔(dān)平衡的方法。根據(jù)本公開內(nèi)容的教導(dǎo)，并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)單元的更高效利用被促進(jìn)，由此與先前的并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)相比而言改進(jìn)了系統(tǒng)的可靠性和效率，并且最大化了系統(tǒng)的服務(wù)壽命。

本公開內(nèi)容提供了一種并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，其具有服務(wù)壽命并且包括適于連接到電氣負(fù)荷的系統(tǒng)總線、可并聯(lián)地電氣連接到系統(tǒng)總線的多個(gè)發(fā)電機(jī)單元以及多個(gè)控制器。每個(gè)發(fā)電機(jī)單元在向系統(tǒng)總線提供電力時(shí)處于活動(dòng)狀態(tài)，并且各個(gè)發(fā)電機(jī)單元在系統(tǒng)服務(wù)壽命期間選擇性地處于活動(dòng)或不活動(dòng)狀態(tài)?；诨顒?dòng)的發(fā)電機(jī)單元的負(fù)荷不可允許地不平衡的指示，由控制器將活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元的電氣負(fù)荷的一部分增量式地轉(zhuǎn)移到另一個(gè)活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元，由此在多個(gè)發(fā)電機(jī)單元當(dāng)中的負(fù)荷分擔(dān)平衡在系統(tǒng)服務(wù)壽命期間發(fā)生。

本公開內(nèi)容還提供了用于在并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中使用選擇性負(fù)荷減小以用于負(fù)荷分擔(dān)平衡的方法，包括：在系統(tǒng)服務(wù)壽命的一部分期間選擇性地激活或停用多個(gè)發(fā)電機(jī)單元中的一個(gè)或多個(gè)；確定活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元的負(fù)荷不可允許地不平衡的指示；以及基于所確定的指示利用至少一個(gè)控制器增量式地將活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元的電氣負(fù)荷的一部分轉(zhuǎn)移到另一個(gè)活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元，由此多個(gè)發(fā)電機(jī)單元當(dāng)中的負(fù)荷分擔(dān)平衡在系統(tǒng)服務(wù)壽命期間發(fā)生。

并聯(lián)系統(tǒng)中每個(gè)發(fā)電機(jī)單元的某些可測量方面反映其在被理解為不利地影響其持續(xù)可靠性的條件下操作。發(fā)電機(jī)在操作期間發(fā)生故障的概率隨著其在操作中的時(shí)間而增加，尤其是在被理解為與其服務(wù)壽命的縮短相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)壓力條件下。通常這種條件包括例如在高溫下的操作。換句話說，對(duì)于給定的操作時(shí)間段，在相對(duì)較高溫度下操作的發(fā)電機(jī)單元的故障有可能發(fā)生在那個(gè)單元在較低溫度下操作時(shí)的故障之前。發(fā)電機(jī)溫度可以受到例如其設(shè)計(jì)、容量、部件材料、位置、安裝放置、冷卻供給、電氣負(fù)荷以及其它因素的影響。如果在操作的累計(jì)時(shí)間中，發(fā)電機(jī)單元的溫度顯著更高而不是更低，則這通常被本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解為更早發(fā)生故障的可能性將更大。這可能是由于受到以上提到的因素中的一個(gè)或多個(gè)因素影響在更高溫度下操作時(shí)經(jīng)歷的更大磨損和材料降級(jí)造成的。

對(duì)于表現(xiàn)出顯著更高的操作溫度的個(gè)別活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元，相對(duì)于與其并聯(lián)連接的其它活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元，減小由其承載的電氣負(fù)荷份額可以減小在這個(gè)發(fā)電機(jī)單元上的壓力，并且有助于延長其服務(wù)壽命，而不會(huì)不適當(dāng)?shù)貙⑵湄?fù)擔(dān)轉(zhuǎn)移到因此承載總系統(tǒng)負(fù)荷的相對(duì)更大部分的其它活動(dòng)的發(fā)電機(jī)。在負(fù)荷部分地被減輕的發(fā)電機(jī)單元上的壓力減小將通過其操作溫度的減小以及因此其引起故障的熱壓力的降低來反映。

根據(jù)本公開內(nèi)容，如果系統(tǒng)中所有并聯(lián)連接的發(fā)電機(jī)都處于服務(wù)中，或者在系統(tǒng)操作期間周期性地輪換進(jìn)入服務(wù)和離開服務(wù)，則其操作溫度被認(rèn)為過高的發(fā)電機(jī)單元上的電氣負(fù)荷被增量式地減小，并被轉(zhuǎn)移到其它活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元，從而導(dǎo)致活動(dòng)的發(fā)電機(jī)的操作溫度隨時(shí)間的推移基本上被維持在所有活動(dòng)的發(fā)電機(jī)的平均操作溫度附近。

在本公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施例中，并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的所有發(fā)電機(jī)單元被周期性地輪換進(jìn)入和離開活動(dòng)服務(wù)，其中其操作溫度顯著高于所有活動(dòng)發(fā)電機(jī)單元的平均操作溫度的活動(dòng)發(fā)電機(jī)單元的負(fù)荷被增量式地減小并分配給其它活動(dòng)的發(fā)電機(jī)。因而，系統(tǒng)中所有發(fā)電機(jī)的累積損壞的服務(wù)壽命可以趨于均衡，從而導(dǎo)致具有最少的發(fā)電機(jī)單元故障的最大系統(tǒng)壽命，該發(fā)電機(jī)單元故障破壞系統(tǒng)的可靠性和效率，并且是臨時(shí)、不可預(yù)測和不方便的。

因此，根據(jù)本公開內(nèi)容的系統(tǒng)和方法更好地允許并聯(lián)系統(tǒng)的所有發(fā)電機(jī)的服務(wù)壽命基本上均衡，而不考慮與其它活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元相比至少一個(gè)發(fā)電機(jī)單元在處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)承擔(dān)總系統(tǒng)負(fù)荷中的較小的部分。

在根據(jù)本公開內(nèi)容的某些并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)實(shí)施例中，每個(gè)發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)控制器與系統(tǒng)的可選地被包括的主控制器串行通信。與并聯(lián)通信網(wǎng)絡(luò)相比，串行通信網(wǎng)絡(luò)一般提供降低的系統(tǒng)成本和復(fù)雜性，并能更好地適應(yīng)更長的數(shù)據(jù)傳輸距離和更小的控制器封裝空間，從而進(jìn)一步有助于系統(tǒng)的成本效率和可靠性。而且，串行通信網(wǎng)絡(luò)常常是并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的客戶需要的，并且有時(shí)可以更容易且更不昂貴地結(jié)合到已有的通信基礎(chǔ)設(shè)施中。

附圖說明

通過結(jié)合附圖參考以下對(duì)示例性實(shí)施例的描述，根據(jù)本公開內(nèi)容的系統(tǒng)和/或方法的上面提到的各個(gè)方面和其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加顯而易見并且更好理解，其中：

圖1繪出了根據(jù)本公開內(nèi)容的示例并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)實(shí)施例的示意圖；

圖2示出了在根據(jù)本公開內(nèi)容的方法實(shí)施例中使用的活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元輪換調(diào)度算法的例子；以及

圖3示出了用在根據(jù)本公開內(nèi)容的方法實(shí)施例中的負(fù)荷分擔(dān)算法的例子。

具體實(shí)施方式

下面描述的本發(fā)明的實(shí)施例并不意在是詳盡的或者將本發(fā)明限定到以下詳細(xì)描述中公開的精確形式。相反，實(shí)施例的選擇和描述是為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員可以明白和理解本發(fā)明的原理和實(shí)踐。

圖1示意性地示出了連接到電氣負(fù)荷的示例并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)實(shí)施例。所繪出的系統(tǒng)20包括主控制器22，以及四個(gè)并聯(lián)連接的發(fā)電機(jī)單元24，它們分別被指定為G1、G2、G3和G4，每一個(gè)具有其自己的發(fā)電機(jī)控制器26。如下面進(jìn)一步討論的，主控制器22的包括是可選的；一個(gè)發(fā)電機(jī)單元24的或者多個(gè)發(fā)電機(jī)單元24的(一個(gè)或多個(gè))發(fā)電機(jī)控制器26可以適于執(zhí)行本文公開的負(fù)荷分擔(dān)平衡方法。發(fā)電機(jī)單元24通常可以由單個(gè)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，或者每一個(gè)可以獨(dú)立于其它而由單獨(dú)的原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。發(fā)電機(jī)單元24也可以是DC或AC類型。

在所繪出的實(shí)施例中，可選地被包括的主控制器22是單獨(dú)的并遠(yuǎn)離發(fā)電機(jī)單元24中的每一個(gè)定位。作為替代，在一些實(shí)施例中，主控制器22和發(fā)電機(jī)單元24中的一個(gè)(其然后可以被認(rèn)為是主發(fā)電機(jī)單元)的發(fā)電機(jī)控制器26可以被集成為組合的主/發(fā)電機(jī)控制器。作為另一個(gè)備選方案，在一些實(shí)施例中，包括在系統(tǒng)20中的多個(gè)發(fā)電機(jī)單元24的相互通信的發(fā)電機(jī)控制器26可以合作地執(zhí)行本文公開的方法，并且根據(jù)所公開的方法在它們之間決定哪些發(fā)電機(jī)單元24將受到影響(即，選擇性地被激活或被停用，或者其電氣負(fù)荷被部分轉(zhuǎn)移)。因此在這樣的實(shí)施例中，可以避免對(duì)單獨(dú)的主控制器22及其附帶成本和封裝考慮的需求。

當(dāng)在系統(tǒng)20中被引入到活動(dòng)服務(wù)時(shí)，發(fā)電機(jī)單元24中的每一個(gè)電氣連接到系統(tǒng)總線28。通過變得連接到系統(tǒng)總線28，被驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元24變?yōu)榛顒?dòng)的；活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元24通過總線28被彼此并聯(lián)連接，并且由每個(gè)發(fā)電機(jī)單元24生成的電力通過總線28被轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)負(fù)荷30。

在所繪出的實(shí)施例中，無論是活動(dòng)的還是不活動(dòng)的，每個(gè)發(fā)電機(jī)控制器26都通過相應(yīng)的串行通信線纜32與主控制器22獨(dú)立地串行通信。從發(fā)電機(jī)控制器26的角度來看，并且如串行通信的概念典型的那樣，每根串行通信線纜32除了其接地線還具有發(fā)送線和接收線，數(shù)據(jù)經(jīng)發(fā)送線從發(fā)電機(jī)控制器26傳送到系統(tǒng)主控制器22，數(shù)據(jù)經(jīng)接收線從系統(tǒng)主控制器22傳送到發(fā)電機(jī)控制器26。每個(gè)發(fā)電機(jī)控制器26通過其相應(yīng)的線纜32連接到主控制器22中的其相應(yīng)地相關(guān)聯(lián)的串行端口34。作為替代，在一些實(shí)施例中，通信線纜32可以是菊花鏈?zhǔn)?，諸如其中主控制器22如以上所討論的那樣被省略的形式。

電流表36可以在系統(tǒng)總線28和系統(tǒng)負(fù)荷30之間被提供，由此由系統(tǒng)20向負(fù)荷30提供的電流被測量和提供，在所繪出的實(shí)施例中，作為到主控制器22的輸入以用于確定負(fù)荷30的大小。這種電流表36還可以經(jīng)由串行通信線纜38與主控制器22進(jìn)行串行通信。作為替代，在一些實(shí)施例中，由每個(gè)活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元24承擔(dān)的負(fù)荷30的部分可以由其發(fā)電機(jī)控制器26測量，并且這些負(fù)荷部分被相加。例如，在其中發(fā)電機(jī)單元是交流發(fā)電機(jī)的一些實(shí)施例中，電流可以根據(jù)所有活動(dòng)的交流發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)器上的占空比來確定。因此，電流以及因此負(fù)荷30可以通過在(一個(gè)或多個(gè))活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元24內(nèi)部的測量來確定。

在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)發(fā)生其中系統(tǒng)的一些發(fā)電機(jī)單元24處于活動(dòng)狀態(tài)的改變時(shí)，活動(dòng)的發(fā)電機(jī)具有共同的、已知的電壓設(shè)定點(diǎn)V_set。利用負(fù)荷30所吸取的電流可以由主控制器22確定負(fù)荷對(duì)系統(tǒng)20的總電力需求，如由電流表36測量和從電流表36傳送的。作為替代，在另一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)發(fā)生其中系統(tǒng)的一些發(fā)電機(jī)單元24處于活動(dòng)狀態(tài)的改變時(shí)，活動(dòng)的發(fā)電機(jī)24具有分別不同的電壓設(shè)定點(diǎn)。不管活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元24是具有單個(gè)共同的電壓設(shè)定點(diǎn)還是各種不同的電壓設(shè)定點(diǎn)，本文所述的方法都確保隨時(shí)間推移在系統(tǒng)20的所有發(fā)電機(jī)24之間基本相等的熱負(fù)荷分擔(dān)。

基于測得的系統(tǒng)20的電力需求，其主控制器22持續(xù)地確定需要處于活動(dòng)狀態(tài)的發(fā)電機(jī)24的數(shù)目，N_{活動(dòng)}。主控制器22和各個(gè)發(fā)電機(jī)控制器26合作，以選擇性地激活和停用各個(gè)發(fā)電機(jī)單元24，或者在活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元24之間移換總系統(tǒng)負(fù)荷的部分，如下面進(jìn)一步討論的。

根據(jù)本公開內(nèi)容，與所有活動(dòng)的發(fā)電機(jī)的平均操作溫度相比，每個(gè)活動(dòng)的并聯(lián)連接的發(fā)電機(jī)單元具有其溫度。如果特定的發(fā)電機(jī)單元具有與許可的相比更高的溫度，則那個(gè)發(fā)電機(jī)上的電氣負(fù)荷被增量式地減??；從較熱運(yùn)行的發(fā)電機(jī)上移除的電氣負(fù)荷的部分被轉(zhuǎn)移到其它活動(dòng)的發(fā)電機(jī)。負(fù)荷減小可以通過以小的增量步進(jìn)減小較熱運(yùn)行的發(fā)電機(jī)的電壓設(shè)定點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。作為替代，在一些實(shí)施例中，通過增加較冷運(yùn)行的(一個(gè)或多個(gè))發(fā)電機(jī)的(一個(gè)或多個(gè))設(shè)定點(diǎn)，電氣負(fù)荷可以在活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元之間重新分配，由此減小在較熱運(yùn)行的發(fā)電機(jī)上的熱負(fù)荷。一些備選實(shí)施例可以執(zhí)行分別減小和增加較熱運(yùn)行和較冷運(yùn)行的發(fā)電機(jī)單元的電壓設(shè)定點(diǎn)的組合，以達(dá)到減小較熱運(yùn)行的發(fā)電機(jī)單元上的熱負(fù)荷的電氣負(fù)荷重新分配。這是個(gè)迭代過程，其在指定的限值內(nèi)持續(xù)，直到所有活動(dòng)的發(fā)電機(jī)分擔(dān)相同的熱負(fù)荷。

被激活的發(fā)電機(jī)單元的列表基于時(shí)間輪換，使得每個(gè)單元在活動(dòng)服務(wù)中具有基本相等的時(shí)間。在一些實(shí)施例中，對(duì)特定發(fā)電機(jī)的增量式負(fù)荷減小可以從一個(gè)活動(dòng)發(fā)電機(jī)輪換周期繼續(xù)到下一個(gè)，如果那個(gè)發(fā)電機(jī)保持活動(dòng)的話。在其它實(shí)施例中，對(duì)特定發(fā)電機(jī)的負(fù)荷減小可以在下一個(gè)活動(dòng)發(fā)電機(jī)輪換周期重新開始，如果那個(gè)發(fā)電機(jī)保持活動(dòng)的話，其中每個(gè)活動(dòng)的發(fā)電機(jī)在發(fā)生其中系統(tǒng)的一些發(fā)電機(jī)單元24處于活動(dòng)狀態(tài)的改變時(shí)被復(fù)位在其相應(yīng)的初始電壓設(shè)定點(diǎn)。在這樣的實(shí)施例中，用于每個(gè)活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元的V_set可以在發(fā)生如上面所提到的其中系統(tǒng)的一些發(fā)電機(jī)單元24處于活動(dòng)狀態(tài)的改變、新的活動(dòng)發(fā)電機(jī)輪換周期開始時(shí)被復(fù)位到其初始值。

在方法實(shí)施例中，系統(tǒng)主控制器22執(zhí)行活動(dòng)發(fā)電機(jī)單元輪換調(diào)度算法，該算法利用N_{活動(dòng)}(容納負(fù)荷30所需的活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元24的數(shù)目)作為其輸入，該算法周期性地輪換系統(tǒng)中所有發(fā)電機(jī)單元24的編號(hào)次序。參考圖2，隨著每個(gè)新周期t(該周期在示出的例子中為十分鐘)的開始，所列出的發(fā)電機(jī)單元G1、G2、G3、G4按順序輪換。在示例性實(shí)施例中，由于每個(gè)活動(dòng)發(fā)電機(jī)輪換周期是十分鐘并且系統(tǒng)20中總共有四個(gè)發(fā)電機(jī)單元24，因此輪換發(fā)電機(jī)列表在四個(gè)時(shí)間周期過去之后(即，40分鐘之后)返回到其初始形式。由于輸入N_{活動(dòng)}保持為三，因此在每個(gè)周期中前三個(gè)列出的發(fā)電機(jī)單元是活動(dòng)的，而第四個(gè)是不活動(dòng)的。在第四個(gè)周期期間(在t＝4期間)，所示出的這個(gè)算法的輸出指示G4、G1和G2是活動(dòng)的，而G3是不活動(dòng)的。N_{活動(dòng)}在必要的時(shí)候改變以適應(yīng)負(fù)荷30的改變，并且因此在任何周期t內(nèi)活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元的數(shù)目可以改變，但是最上面列出的發(fā)電機(jī)單元24將繼續(xù)在那個(gè)周期t內(nèi)是活動(dòng)的。值得注意的是，即使發(fā)電機(jī)單元24被認(rèn)為是主發(fā)電機(jī)單元(其中其發(fā)電機(jī)控制器26和系統(tǒng)主控制器22被集成，如上所述)，發(fā)電機(jī)單元也將被輪換進(jìn)入和離開活動(dòng)服務(wù)，就像系統(tǒng)20的任何其它發(fā)電機(jī)單元24一樣。

在方法實(shí)施例中，系統(tǒng)主控制器22還執(zhí)行負(fù)荷分擔(dān)算法，該算法以被識(shí)別為活動(dòng)的和不活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元24的列表(即，以上討論的活動(dòng)發(fā)電機(jī)單元輪換調(diào)度算法的輸出)作為輸入。在圖3所示的負(fù)荷分擔(dān)算法例子中，活動(dòng)發(fā)電機(jī)單元輪換調(diào)度算法的輸出是全部四個(gè)發(fā)電機(jī)單元24都是活動(dòng)的(在圖3中被指示為Excite₁、Excite₂、Excite₃和Excite₄)。到負(fù)荷分擔(dān)算法的其它輸入是由其相應(yīng)的發(fā)電機(jī)控制器26提供的活動(dòng)發(fā)電機(jī)單元的相應(yīng)操作溫度T。附加地，負(fù)荷分擔(dān)算法利用負(fù)荷分擔(dān)閾值LS和電壓增量V_inc作為常數(shù)。所使用的其它參數(shù)包括系統(tǒng)20被調(diào)節(jié)以提供的電壓V_reg，以及每個(gè)相應(yīng)的活動(dòng)發(fā)電機(jī)單元24的當(dāng)前電壓設(shè)定點(diǎn)V_set。負(fù)荷分擔(dān)閾值LS等于百分之五，并且被指定為每個(gè)個(gè)別活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元24的操作溫度相對(duì)于所有活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元的平均操作溫度必須處于其內(nèi)的限值。電壓增量V_inc是發(fā)電機(jī)單元24的電壓設(shè)定點(diǎn)V_set可以在負(fù)荷平衡周期內(nèi)被增量式地減小的增量，并且被設(shè)置為例如-0.1伏。應(yīng)當(dāng)理解，V_inc可以是比0.1伏更高或更低的大小，并且雖然V_inc在目前討論的特定實(shí)施例中是遞減值(例如，-0.1伏)，但是在作為上面討論的備選方案在其中較冷運(yùn)行的活動(dòng)發(fā)電機(jī)單元的電壓設(shè)定點(diǎn)被增加以幫助減小較熱運(yùn)行的發(fā)電機(jī)單元的電氣負(fù)荷的其它實(shí)施例中，V_inc可以是遞增值(例如，+0.1伏)。過濾器被提供，以便為負(fù)荷平衡周期提供足夠的時(shí)間，由此減小在特定發(fā)電機(jī)上的負(fù)荷的結(jié)果可以在進(jìn)一步調(diào)整之前被實(shí)現(xiàn)。負(fù)荷平衡周期可以是例如大約十到15分鐘。

負(fù)荷分擔(dān)算法被應(yīng)用到每個(gè)活動(dòng)的發(fā)電機(jī)，并且通過確定活動(dòng)的發(fā)電機(jī)的初始電壓設(shè)定點(diǎn)V_set是否比V_reg高至少0.3伏開始。如果是這樣，則所有活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元的平均溫度T_avg被計(jì)算。相對(duì)于T_avg，每個(gè)發(fā)電機(jī)的操作溫度T_i被各個(gè)評(píng)估。如果針對(duì)任何發(fā)電機(jī)單元24的T_i比T_avg大超過負(fù)荷分擔(dān)閾值LS所允許的值(在這里，超過5％)，則那個(gè)發(fā)電機(jī)單元的電壓設(shè)定點(diǎn)V_set,i被減小指定的電壓增量V_inc。

負(fù)荷平衡過程在負(fù)荷平衡周期期間被應(yīng)用到每個(gè)活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元24一次，然后該過程被重復(fù)，直到所有活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元都在負(fù)荷分擔(dān)閾值LS內(nèi)的溫度下操作。

以下是根據(jù)本公開內(nèi)容的優(yōu)選實(shí)施例的列表：

1.一種并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，具有服務(wù)壽命并且包括：

系統(tǒng)總線，適于連接到電氣負(fù)荷；

多個(gè)發(fā)電機(jī)單元，可并聯(lián)地電氣連接到系統(tǒng)總線，每個(gè)發(fā)電機(jī)單元在向系統(tǒng)總線提供電力時(shí)是活動(dòng)的，各個(gè)發(fā)電機(jī)單元在系統(tǒng)服務(wù)壽命期間選擇性地是活動(dòng)的或不活動(dòng)的；以及

多個(gè)控制器；

其中控制器基于活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元的負(fù)荷不可允許地不平衡的指示將活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元的電氣負(fù)荷的一部分增量式地轉(zhuǎn)移到另一個(gè)活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元，由此在多個(gè)發(fā)電機(jī)單元當(dāng)中的負(fù)荷分擔(dān)平衡在系統(tǒng)服務(wù)壽命期間發(fā)生。

2.如實(shí)施例1所述的并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，其中一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)單元的選擇性激活或停用是由控制器基于負(fù)荷所需的活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元的數(shù)目確定的。

3.如實(shí)施例1所述的并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，其中多個(gè)發(fā)電機(jī)單元受到控制器的調(diào)度，通過所述調(diào)度，系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)單元的激活次序被周期性地輪換。

4.如實(shí)施例1所述的并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，其中每個(gè)發(fā)電機(jī)單元具有相應(yīng)的發(fā)電機(jī)控制器，每個(gè)發(fā)電機(jī)控制器定義控制器，

其中每個(gè)發(fā)電機(jī)單元的操作溫度由相應(yīng)的發(fā)電機(jī)控制器監(jiān)視并傳送到控制器，以及

其中控制器基于第一活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元的操作溫度高于許可的預(yù)定水平將所述第一活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元的電氣負(fù)荷的一部分增量式地轉(zhuǎn)移到至少一個(gè)其它活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元，由此所述第一活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元上的電氣負(fù)荷被減小。

5.如實(shí)施例4所述的并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，其中所述許可的預(yù)定水平是相對(duì)于所有活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元的平均操作溫度的。

6.如實(shí)施例5所述的并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，其中所述許可的預(yù)定水平由恒定負(fù)荷分擔(dān)閾值LS定義。

7.如實(shí)施例4所述的并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，其中在所述第一活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元上的負(fù)荷減小是通過以下來實(shí)現(xiàn)的：增量式地減小所述第一活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元的電壓設(shè)定點(diǎn)，直到所有活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元的操作溫度都不高于所述許可的預(yù)定水平。

8.如實(shí)施例4所述的并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，其中在所述第一活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元上的負(fù)荷減小是通過以下來實(shí)現(xiàn)的：增量式地增加至少一個(gè)其它活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元的一個(gè)或多個(gè)電壓設(shè)定點(diǎn)，直到所有活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元的操作溫度都不高于所述許可的預(yù)定水平。

9.如實(shí)施例4所述的并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，其中在所述第一活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元上的負(fù)荷減小是通過以下來實(shí)現(xiàn)的：增量式地減小所述第一活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元的電壓設(shè)定點(diǎn)和增量式地增加至少一個(gè)其它活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元的一個(gè)或多個(gè)電壓設(shè)定點(diǎn)的組合，直到所有活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元的操作溫度都不高于所述許可的預(yù)定水平。

10.如實(shí)施例4所述的并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，其中可選地被包括的主控制器由控制器定義，主控制器與每個(gè)發(fā)電機(jī)控制器進(jìn)行通信。

11.如實(shí)施例10所述的并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，其中可選地被包括的主控制器是單獨(dú)的并且遠(yuǎn)離多個(gè)發(fā)電機(jī)單元中的每一個(gè)定位。

12.如實(shí)施例1所述的并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，其中電氣負(fù)荷的一部分從其被增量式地轉(zhuǎn)移的活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元相對(duì)于至少一個(gè)其它活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元的操作溫度表現(xiàn)出顯著更高的操作溫度，相對(duì)顯著更高的操作溫度指示不可允許地不平衡的負(fù)荷分擔(dān)，由此系統(tǒng)的活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元的操作溫度隨時(shí)間的推移被基本上維持在所有活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元的平均操作溫度附近，并且所述多個(gè)發(fā)電機(jī)單元的服務(wù)壽命趨于均衡。

13.一種在并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中利用選擇性負(fù)荷減小用于負(fù)荷分擔(dān)平衡的方法，包括：

在系統(tǒng)服務(wù)壽命的一部分期間選擇性地激活或停用多個(gè)發(fā)電機(jī)單元中的一個(gè)或多個(gè)；

確定活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元的負(fù)荷不可允許地不平衡的指示；以及

基于所確定的指示，利用至少一個(gè)控制器將活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元的電氣負(fù)荷的一部分增量式地轉(zhuǎn)移到另一個(gè)活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元，由此在多個(gè)發(fā)電機(jī)單元當(dāng)中的負(fù)荷分擔(dān)平衡在系統(tǒng)服務(wù)壽命期間發(fā)生。

14.如實(shí)施例13所述的方法，其中一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)單元的選擇性激活或停用是由控制器基于負(fù)荷所需的活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元的數(shù)目確定的。

15.如實(shí)施例13所述的方法，還包括：

利用控制器使所述多個(gè)發(fā)電機(jī)單元受到調(diào)度，通過所述調(diào)度，系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)單元的激活次序被周期性地輪換。

16.如實(shí)施例13所述的方法，還包括：

利用定義發(fā)電機(jī)控制器的控制器來監(jiān)視相應(yīng)的發(fā)電機(jī)單元的操作溫度并向控制器傳送所述相應(yīng)的發(fā)電機(jī)單元的操作溫度，以及

基于第一活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元的操作溫度高于許可的預(yù)定水平，由控制器增量式地將所述第一活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元的電氣負(fù)荷的一部分轉(zhuǎn)移到至少一個(gè)其它活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元，由此所述第一活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元上的電氣負(fù)荷被減小。

17.如實(shí)施例16所述的方法，其中所述許可的預(yù)定水平是相對(duì)于所有活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元的平均操作溫度的。

18.如實(shí)施例17所述的方法，其中所述許可的預(yù)定水平由恒定負(fù)荷分擔(dān)閾值LS定義。

19.如實(shí)施例16所述的方法，還包括：

通過增量式地減小所述第一活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元的電壓設(shè)定點(diǎn)以及增量式地增加至少一個(gè)其它活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元的一個(gè)或多個(gè)電壓設(shè)定點(diǎn)中的至少一個(gè)來減小所述第一活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元上的負(fù)荷，直到所有活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元的操作溫度都不高于所述許可的預(yù)定水平。

20.如實(shí)施例16所述的方法，其中可選地被包括的主控制器由控制器定義，與每個(gè)發(fā)電機(jī)控制器進(jìn)行通信，所述可選地被包括的主控制器是單獨(dú)的并且遠(yuǎn)離多個(gè)發(fā)電機(jī)單元中的每一個(gè)定位。

雖然結(jié)合本發(fā)明的原理的示例性實(shí)施例已經(jīng)在上文中公開，但是本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施例。相反，本申請(qǐng)意在覆蓋利用其一般原理的本發(fā)明的任何變型、使用或修改。另外，本申請(qǐng)意在覆蓋在本發(fā)明所屬的本領(lǐng)域中已知或習(xí)慣做法之內(nèi)并且屬于所附權(quán)利要求限制的此類與本公開內(nèi)容的偏離。