本申請整體涉及多個布置在一起的發(fā)電機組，其為電力載荷產(chǎn)生電功率，以及更具體地，涉及用于在多個發(fā)電機組之中分配電力載荷的方法和策略。

背景技術(shù)：

產(chǎn)生交流電形式的電功率以為電力載荷供電的一種方式，特別是當同由公共事業(yè)支持的更大的電網(wǎng)的連接不可用時(即“離網(wǎng)”)，是短時間地利用發(fā)電機組。發(fā)電機組包括原動機和發(fā)電機或交流發(fā)電機的組合。原動機可以是機械發(fā)動機，例如內(nèi)燃發(fā)動機(例如，柴油壓縮點火發(fā)動機)，或燃氣渦輪，在其內(nèi)烴基燃料和空氣燃燒以釋放化學能并將化學能轉(zhuǎn)化為機械力或原動力。原動力轉(zhuǎn)而被用于使得發(fā)電機的轉(zhuǎn)子相對于定子轉(zhuǎn)動，從而由一部件產(chǎn)生的磁場在與另一部件相關(guān)的場繞組中感應電流。產(chǎn)生的電被用于為經(jīng)由電網(wǎng)或電路與發(fā)電機組連接的電力設(shè)備、即電力載荷供電。由于電力設(shè)備通常額定地運轉(zhuǎn)在特定的電參數(shù)下，例如額定頻率和額定電壓，因而發(fā)電機組的電力輸出受到控制以遵從額定的特性是重要的。

發(fā)電機組通常運轉(zhuǎn)以產(chǎn)生充足的功率輸出，通常以瓦特或千瓦測量，以滿足電力載荷所需求的功率，而電力載荷所需求的功率常常隨時間波動。然而有時候，該需求可能比單個發(fā)電機組所提供的功率高。在這種情形下，多個發(fā)電機組可以并聯(lián)布置一起運轉(zhuǎn)，以共同地滿足功率需求。因此就有必要將實際的功率需求在多個發(fā)電機組之中進行分配，特別是當功率需求變化或波動時。操作或配置發(fā)電機組以使得發(fā)電機組提供的功率輸出遵從于電力載荷的要求額定特性也是必要的。這可能因多個發(fā)電機組的不同發(fā)電機組同其他發(fā)電機組相比可能具有不同的輸出容量或電力額定值這一事實而復雜化。這可能因另一事實而進一步復雜化，即除了要滿足電力載荷所需求的功率外，無功功率也必須應對，無功功率由作為載荷的物理組成部分的無功部件或設(shè)備產(chǎn)生。

在多個發(fā)電機組之中分配功率需求的一種技術(shù)是，根據(jù)各個發(fā)電機組的功率輸出的額定容量按比例地以某種方式同步操作多個發(fā)電機組，這種方式有時稱為對稱載荷共享或?qū)ΨQ加載。在對稱加載中，電力載荷的實際功率需求被轉(zhuǎn)換為組合發(fā)電機組的總?cè)萘康陌俜直然蛘急?。每個發(fā)電機組根據(jù)其相對容量與組合發(fā)電機組的總?cè)萘康谋壤\轉(zhuǎn)以輸出功率。由此，發(fā)電機組均以其各自相對容量的相同百分比運轉(zhuǎn)，并且即使一些發(fā)電機組可能相比于其他發(fā)電機組產(chǎn)生了更大的絕對輸出，發(fā)電機組理論上承受相同程度的應力和損耗。對稱載荷共享的另一優(yōu)點是，交流電的電抗功率或無功功率分量也被按比例分配并令人滿意地應對。

盡管對稱載荷共享幫助確保了多個發(fā)電機組中的每個都運轉(zhuǎn)在其電力容量和能力范圍內(nèi)，但對稱加載并不必然考慮與發(fā)電機組的原動機部分相關(guān)的效率以及其他考慮。舉例來說，原動機，例如內(nèi)燃發(fā)動機，可能在由扭矩-燃料曲線決定的峰值燃料效率運轉(zhuǎn)，而這與由對稱載荷共享布置要求的發(fā)電機組的輸出可能是不相關(guān)的?？赡軟]有應對的其他考慮包括自原動機的排放物。為了解決與原動機相關(guān)聯(lián)的考慮，用于在多個發(fā)電機組之中分配實際功率需求的另一技術(shù)為非對稱加載。美國專利公開文本No.2014/0152006(“006”公開文本)中描述了非對稱加載或載荷共享的一個例子，其中當在發(fā)電機組之中分配實際功率需求時，查閱具有燃料效率數(shù)據(jù)的效率數(shù)據(jù)庫。盡管如“006”公開文本中所述的非對稱加載可以應對與原動機相關(guān)的效率考慮，但其又可能改變多個發(fā)電機組之中電力輸出要求的比例平衡。本發(fā)明旨在解決這些考慮。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明一方面描述了一種相對于電力載荷以非對稱載荷共享布置運轉(zhuǎn)多個發(fā)電機組的方法。根據(jù)所述方法，和電力載荷相關(guān)的實際功率要求被接收并用于計算所述多個發(fā)電機組中的每一個的每發(fā)電機組計算實際功率要求。根據(jù)非對稱加載策略，每發(fā)電機組計算無功功率要求可以根據(jù)和發(fā)電機組的原動機相關(guān)的實際功率要求、燃料消耗考慮和排放物考慮中的至少一項。所述方法進一步根據(jù)每發(fā)電機組計算實際功率要求和與所述多個發(fā)電機組中的每一個相關(guān)聯(lián)的額定功率因子計算所述多個發(fā)電機組中的每一個的每發(fā)電機組計算無功功率要求。所述方法然后根據(jù)每發(fā)電機組計算無功功率要求和自電力載荷的實際無功功率要求確定總無功功率補償?？偀o功功率補償在所述多個發(fā)電機組之中進行分配，以為所述多個發(fā)電機組中的每一個提供每發(fā)電機組無功功率補償。所述方法然后根據(jù)每發(fā)電機組無功功率補償和每發(fā)電機組計算無功功率要求確定所述多個發(fā)電機組的每發(fā)電機組最終無功功率要求，并根據(jù)相應的每發(fā)電機組最終無功功率要求運轉(zhuǎn)所述多個發(fā)電機組。

另一方面，本發(fā)明描述了一種電力系統(tǒng)，包括具有第一額定功率因子的第一發(fā)電機組和具有第二額定功率因子的第二發(fā)電機組。第一發(fā)電機組和第二發(fā)電機組以并聯(lián)布置連接至公共總線，公共總線與電力載荷連通。所述電力系統(tǒng)包括多發(fā)動機優(yōu)化控制器，其配置為優(yōu)化至少與第一發(fā)電機組相關(guān)聯(lián)的第一計算實際功率要求以及與第二發(fā)電機組相關(guān)聯(lián)的第二計算實際功率要求。第一和第二計算實際功率要求可以基于來自電力載荷的實際功率要求以及燃料消耗考慮和排放物考慮中的至少一個。為了應對與電力載荷相關(guān)聯(lián)的無功功率分量，電力系統(tǒng)還包括無功功率控制器，其與所述多發(fā)動機優(yōu)化控制器及第一發(fā)電機組和第二發(fā)電機組電連通。所述無功功率控制器可配置為，部分根據(jù)第一額定功率因子計算第一計算無功功率要求，以及部分根據(jù)第二額定功率因子計算第二計算無功功率要求。并且，無功功率控制器可確定和至少第一發(fā)電機組和第二發(fā)電機組相關(guān)聯(lián)的總無功功率補償。無功功率控制器然后將總無功功率補償分配給第一發(fā)電機組和第二發(fā)電機組，以提供與第一發(fā)電機組相關(guān)聯(lián)的第一無功功率補償以及與第二發(fā)電機組相關(guān)聯(lián)的第二無功功率補償。

在另一個方面，本發(fā)明描述了用于以非對稱載荷共享布置控制并聯(lián)設(shè)置的多個發(fā)電機組的一種電子控制器。所述電子控制器具有可執(zhí)行指令，用于根據(jù)和各個發(fā)電機組的原動機相關(guān)聯(lián)的效率和/或排放物考慮優(yōu)化所述多個發(fā)電機組中的每一個的實際功率要求。此外，所述電子控制器具有用于根據(jù)和各個發(fā)電機組相關(guān)聯(lián)的額定功率因子計算所述多個發(fā)電機組中的每一個的計算無功功率要求的可執(zhí)行指令，以及用于根據(jù)電力載荷產(chǎn)生的實際無功功率要求確定所述多個發(fā)電機組的總無功功率補償?shù)目蓤?zhí)行指令。所述電子控制器能夠在所述多個發(fā)電機組之中分配總無功功率補償，以為所述多個發(fā)電機組的每一個發(fā)電機組提供最終無功功率要求。所述電子控制器還能夠，根據(jù)所述多個發(fā)電機組的每個發(fā)電機組的最終無功功率要求以及所述多個發(fā)電機組的每一個發(fā)電機組的實際功率要求確定每個所述多個發(fā)電機組的每一個發(fā)電機組的最終表觀功率要求。

附圖說明

圖1為具有多個發(fā)電機組的海洋船舶以及用于調(diào)控所述發(fā)電機組運轉(zhuǎn)的各個電子控制器的示意圖，所述發(fā)電機組為船舶的電力要求或載荷產(chǎn)生電功率。

圖2為由電子控制器實施的控制策略的示意圖，所述控制策略用于調(diào)控多個發(fā)電機組的運轉(zhuǎn)，并被配置為調(diào)和電力載荷的實際部分和無功部分。

圖3為實施所述控制策略的流程圖，其描繪了調(diào)控多個發(fā)電機組的運轉(zhuǎn)的可能的程序。

具體實施方式

本披露涉及包括多個發(fā)電機組的電力系統(tǒng)以及用于調(diào)控發(fā)電機組的運轉(zhuǎn)的控制策略以及電子或數(shù)字控制器，其中發(fā)電機組用于產(chǎn)生電功率，具體為產(chǎn)生交流電流。參照附圖，其中相似的附圖標記指代相似的元件。在圖1中描繪了電力系統(tǒng)100，其可布置為為隔離的電力載荷產(chǎn)生電功率，隔離的電力載荷舉例來說例如是，如圖所示的類似貨船或貨輪的海洋船舶102的電力要求。尤其，電力系統(tǒng)100可為海洋船舶的推進裝置104產(chǎn)生電功率，推進裝置104可以是多個方位推進器。方位推進器為電驅(qū)動裝置，其能夠相對于海洋船舶的船體獨立轉(zhuǎn)動，消除舵的需要。方位推進器由電力系統(tǒng)100產(chǎn)生的電力供能而非直接由動力裝置例如發(fā)動機、反應器或鍋爐來驅(qū)動。除推進裝置104外，海洋船舶的電力要求可包括用于抬升和移動貨船的電動起重機106，用于同海岸以及其他海洋船舶通訊的通訊設(shè)備108，以及可置于海洋船舶的艦橋112內(nèi)的導航控制110，導航控制110用于指揮海洋船舶的移動和運行。這些設(shè)備構(gòu)成了海洋船舶的電力載荷。

可以理解的，海洋船舶102同較大的電網(wǎng)電隔離，因而包括獨立的電力系統(tǒng)100以滿足其自身的電力需求。獨立的，“離網(wǎng)的”電力系統(tǒng)可稱為孤立系統(tǒng)或孤島。除上述的貨船外，獨立的電力系統(tǒng)100的其他海洋應用，包括軍用船只、客輪、油輪等等。除被用在海洋船舶102以外，在此描述的獨立的電力系統(tǒng)100可以被用在油氣采集應用、臨時軍事基地、或無法從公共事業(yè)提供的電網(wǎng)獲得電力或者從公共事業(yè)提供的電網(wǎng)獲得的電力可能中斷的任何其他電力應用。因此，在此描述的電力系統(tǒng)100的一個特性在于，其可獨立于由其他能源例如發(fā)電廠、核反應堆、水電大壩等等提供能源的更大的電網(wǎng)運轉(zhuǎn)。

為了產(chǎn)生電功率，電力系統(tǒng)100包括多個發(fā)電機組120，發(fā)電機組相互協(xié)同運轉(zhuǎn)。尤其，每個發(fā)電機組120包括原動機122和連接至原動機的發(fā)電機124或交流發(fā)電機，原動機122例如是內(nèi)燃發(fā)動機以及，特別是柴油壓縮點火發(fā)動機。原動機122能夠燃燒烴類燃料和空氣以產(chǎn)生機械力或原動力以轉(zhuǎn)動發(fā)電機124內(nèi)的磁場，其轉(zhuǎn)化為電功率。為了向原動機122提供燃燒用的燃料，電力系統(tǒng)100可以可操作地與一個或更多個燃料罐126或燃料存儲容器相關(guān)聯(lián)。除了內(nèi)燃發(fā)動機的例子外，原動機122的其他變種包括燃氣渦輪、旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機、反應器、蒸汽鍋爐，等等。盡管在此描述的發(fā)電機組120的電容量可以額定為任何適當?shù)牧?，但示例性的發(fā)電機組可產(chǎn)生幾千瓦的功率，多個發(fā)電機組的組合可一同產(chǎn)生幾百千瓦的功率。為了控制原動機122和發(fā)電機124的運轉(zhuǎn)，每個發(fā)電機組120可包括發(fā)電機組電子控制器128，其可以是能夠執(zhí)行通常的計算和數(shù)字處理功能的計算設(shè)備。

由發(fā)電機組120的發(fā)電機124產(chǎn)生的電功率可以為交流電流或交流電的形式，與直流電流或直流電相反，其電壓和電流的流動周期性變化方向。交流電的方向的變化或相位變化，可產(chǎn)生與循環(huán)的波形尤其是正弦波形一致的電流和電壓，其中電流和電壓的幅值周期性地且反復地從正值變化至與之相等的負值，再變回正值。由此，發(fā)電機組120中的每個如所示地產(chǎn)生交流電流波形130。為了結(jié)合產(chǎn)生的電流，多個發(fā)電機組120可以并聯(lián)的布置電連接至公共總線132或匯流排。在并聯(lián)布置下，由電力系統(tǒng)100產(chǎn)生的總電流為多個發(fā)電機組120中的每個產(chǎn)生的各個電流的總和，而跨越每個發(fā)電機組兩端的電位或電壓基本相同。公共總線132可經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)或電路與海洋船舶102的電力設(shè)備電連接，電力設(shè)備一起構(gòu)成了船舶的電力載荷134。多個發(fā)電機組因而各自負責提供船舶的電力載荷134的一部分，并一起構(gòu)成了船舶的電源。

在線性交流電路中，電力載荷是純電阻的，電流和電壓的正弦波形可彼此同相，以使得其極性在相同時刻改變并且二者的值的乘積總是正的。電路因而被認為向電力載荷輸送正的功率。然而，與產(chǎn)生交流電流的形式的電功率相關(guān)的一個方面是所需總功率可能超出了電力載荷所耗費的真實或?qū)嶋H功率。如果物理上組成電路的元件、組件或設(shè)備形成了包括純電阻組件和電抗組件的電力載荷，這種情況就會發(fā)生，其中純電阻組件負責消耗電功率并將電功率轉(zhuǎn)化為其他形式的有用功，電抗組件相對于功率產(chǎn)生電抗效應。尤其，如果構(gòu)成電力載荷134的電路包括電抗元件例如電容或電感元件，電抗元件將導致電流和電壓的正弦波形相對于彼此發(fā)生相移，從而對電路中的能量傳輸增加額外的阻抗。為克服額外的阻抗，電力系統(tǒng)必須在轉(zhuǎn)化為功的實際部分或?qū)嶋H功率以外，應對電力載荷要求的功率需求的無功部分(稱為無功功率)。實際功率和無功功率的組合可被稱作表觀功率，即，電力載荷消耗的總功率。

由于發(fā)電機組120并聯(lián)連接，必須出于同步目的調(diào)控其包括有功分量和無功分量的電力輸出。為調(diào)控和協(xié)調(diào)多個發(fā)電機組120，一個或者更多個電子控制器可同各個發(fā)電機組控制器128的每一個連通，各個發(fā)電機組控制器128指揮各個發(fā)電機組的運轉(zhuǎn)，在圖示實施方式中，電子控制器可包括多發(fā)動機優(yōu)化(MEO)控制器140和無功功率控制器142，其功能將在以下進行更具體的描述。電子控制器可包括處理器、專用集成電路(ASIC)或用于執(zhí)行邏輯和數(shù)字功能的其他適當電路，并可具有關(guān)聯(lián)的存儲器或相似的數(shù)據(jù)存儲能力。電子控制器可以為分離的各個單元，或者它們的功能可以分配給多個不同的組件。因此，MEO控制器140和無功功率控制器142可實施于相同的計算設(shè)備而不是如圖1所示的兩個分開的單元上。電子控制器可利用數(shù)字信號、模擬信號或通過其他任何適當方式操作和相互通訊。電子控制器可經(jīng)由線連接相互通訊或者可經(jīng)由無線電頻率或無線網(wǎng)絡(luò)媒介無線通訊。

如上所述，同步多個發(fā)電機組120的一個方法是對稱載荷共享，在對稱載荷共享中每個發(fā)電機組輸出載荷需求的總電力需求的比例份額。例如，若電力載荷的總需求為100千瓦，電力系統(tǒng)100包括額定值相等的兩個發(fā)電機組120，則每個發(fā)電機組120可產(chǎn)生50千瓦的功率，或者說是輸出電力載荷的一半。然而，若發(fā)電機組不具有相等的額定值，對稱載荷共享策略基于比例或按比例決定各個發(fā)電機組必須提供的電力載荷部分。舉例來說，若第一發(fā)電機組具有100千瓦的額定容量而第二發(fā)電機組具有50千瓦的額定容量，電力載荷為100千瓦，則對稱載荷共享方法會指示第一發(fā)電機組產(chǎn)生載荷的三分之二或者說是66.6千瓦，并指示第二發(fā)電機組產(chǎn)生載荷的三分之一或者說是33.3千瓦。由此，對稱載荷共享保證了每個發(fā)電機組運轉(zhuǎn)在其額定電容量的相等的比例份額，并承受相同程度的應力和損耗。

盡管對稱載荷共享均衡地應對電力系統(tǒng)100的多個發(fā)電機組120的不同電容量，其可能不會考慮各個發(fā)電機的原動機122之間的差別。舉例來說，若原動機122為內(nèi)燃發(fā)動機，每個原動機根據(jù)相關(guān)聯(lián)的扭矩-燃料曲線運轉(zhuǎn)，扭矩-燃料曲線決定了發(fā)動機相對于其燃料消耗所產(chǎn)生的原動力。扭矩-燃料曲線可決定或指示在曲線的什么位置原動機運轉(zhuǎn)最為高效或是按照其最佳燃料經(jīng)濟性運轉(zhuǎn)。原動機122的效率點可能不對應于由對稱載荷共享策略對特定的發(fā)電機組120要求的電力輸出。也就是說，分配給發(fā)電機組的電力載荷的部分可能導致原動機低效地運轉(zhuǎn)。

為了應對原動機122的效率，電力系統(tǒng)100可根據(jù)非對稱加載或載荷共享方法進行調(diào)控，其中各個發(fā)電機組120以不同于運轉(zhuǎn)以嚴格輸出電力載荷134的比例份額的基礎(chǔ)運轉(zhuǎn)。例如，分配至各個發(fā)電機組的電力載荷的部分可部分基于原動機的燃料效率。除了燃料效率考慮以外，非對稱載荷共享方法可考慮原動機經(jīng)過燃料燃燒過程產(chǎn)生的排放物。為了確定各個發(fā)電機組120的每一個要提供的電力載荷134的部分，電力系統(tǒng)100可通過MEO控制器140對效率考慮或相似的考慮進行處理。

參考圖2，示出了可能的控制策略200的示意圖，控制策略200可由MEO控制器140和無功功率控制器142協(xié)同實施，以執(zhí)行非對稱載荷共享方法。與圖2所示的方法相關(guān)聯(lián)的電力系統(tǒng)可，例如，包括第一發(fā)電機組和第二發(fā)電機組，但在其他實施方式中，電力系統(tǒng)可包括任何適當數(shù)量的發(fā)電機組。在此描述的控制策略200的步驟可以機器可讀及可執(zhí)行的軟件指令、軟件代碼或者可執(zhí)行計算機程序的方式實現(xiàn)。軟件指令可被進一步實現(xiàn)為一個或更多個程序、子程序或模塊，并可利用各種輔助庫和輸入/輸出功能，以與其他設(shè)備通訊?？刂撇呗赃€可和操作者界面相關(guān)聯(lián)，通過操作者界面控制策略可以和海洋船舶的操作者交互。

在由MEO控制器140執(zhí)行的第一優(yōu)化步驟202中，實際功率要求204被輸入至MEO控制器，其中實際功率要求204為由電力載荷對電力系統(tǒng)產(chǎn)生并且以千瓦測量的電需求。除實際功率要求204以外，與原動機相關(guān)聯(lián)的有關(guān)燃料效率和/或排放物考慮的信息或數(shù)據(jù)，稱為PM數(shù)據(jù)206，也被MEO控制器140接收。有關(guān)原動機的其他信息，例如與第一發(fā)電機組相關(guān)聯(lián)的第一額定功率因子PF₁208和與第二發(fā)電機組相關(guān)聯(lián)的第二額定功率因子PF₂ 209也被輸入至MEO控制器140。額定功率因子，或者PF，為與電設(shè)備例如發(fā)電機組相關(guān)聯(lián)的實際功率與表觀功率的額定比，并因此應對載荷的無功功率部分。功率因子表示因?qū)嶋H功率到做功的轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的實際做功相比于因電路包含的電抗效應導致的功率損失的能力。并且，由于不同的設(shè)計因子或設(shè)計容量，各個發(fā)電機組的額定功率因子可能是不同的。

MEO控制器140利用這些數(shù)值以及可能的其他參數(shù)，來計算第一發(fā)電機組和第二發(fā)電機組將負責提供的電力載荷部分。尤其，由MEO控制器140執(zhí)行的第一優(yōu)化步驟202確定第一發(fā)電機組的第一實際功率要求210和第二發(fā)電機組的第二實際功率要求212。第一實際功率要求KW₁ 201和第二KW₂ 212可以瓦或千瓦(KW)測量，并因此在圖2中以KW₁表示第一功率要求、以KW₂表示第二功率要求。第一實際功率要求KW₁ 201和第二實際功率要求KW₂ 212的數(shù)值可加起來等于電力載荷的總實際功率要求204。由于MEO控制器140接收并利用與原動機相關(guān)的PM數(shù)據(jù)206作為其計算的一部分，第一實際功率要求KW₁ 201和第二實際功率要求KW₂ 212對于與相應第一和第二發(fā)電機組相關(guān)聯(lián)的原動機的運轉(zhuǎn)而言可以是最優(yōu)或是接近最優(yōu)的。但應當注意的是，“優(yōu)化”、“最優(yōu)”及類似用語是表示相對性的術(shù)語，不應被解釋為是絕對的或是解決了在此所述的這些考慮之外的其他考慮。

盡管MEO控制器140可確定第一和第二發(fā)電機組各自的額定容量內(nèi)的第一實際功率要求KW₁ 201和第二實際功率要求KW₂ 212，MEO控制器140可能不能容易地應對電力載荷134的無功功率分量或電抗功率分量。為了應對無功功率部分，無功功率控制器142進一步處理第一實際功率要求KW₁ 201和第二實際功率要求KW₂ 212，以在多個發(fā)電機組之中分配無功功率要求。尤其，無功功率控制器142執(zhí)行第二計算步驟220，其中初步確定各個發(fā)電機組要產(chǎn)生的表觀功率，其中表觀功率為實際功率和無功功率的組合。

在圖示方法中，基于第一實際功率要求KW₁ 210和第一額定功率因子208，針對第一發(fā)電機組計算第一計算表觀功率要求Cal_KVA₁ 222。相似的，基于第二實際功率要求KW₂212和第二額定功率因子209，針對第二發(fā)電機組計算第二計算表觀功率要求Cal_KVA₂224。按慣例，表觀功率以伏-安(VA)計量。為計算第一計算表觀功率要求Cal_KVA₁ 222和第二計算表觀功率要求Cal_KVA₂ 224，無功功率控制器142可使用下述等式：

等式1:Cal_KVA₁＝KW₁/PF₁

等式2:Cal_KVA₂＝KW₂/PF₂

因此，每個發(fā)電機組的計算表觀功率部分基于與各個發(fā)電機組相關(guān)的額定功率因子。額定功率因子因而變成了用于在多個發(fā)電機組之中分配電力載荷的方法中的一部分。

除了確定第一計算表觀功率要求Cal_KVA₁ 222和第二計算表觀功率要求Cal_KVA2 224以外，無功功率控制器142在第二計算步驟220中還可確定構(gòu)成表觀功率計算的無功功率部分的數(shù)值。按慣例，無功功率可以伏-安無功，或瓦計量。對于圖示實施方式，這包括確定與第一發(fā)電機組相關(guān)聯(lián)的第一計算無功功率要求Cal_Kvar₁ 226以及與第二發(fā)電機組相關(guān)聯(lián)的第二計算無功功率要求Cal_Kvar₁ 228。為了計算第一和第二計算無功功率要求，無功功率控制器142可采用以下等式：

等式3:Cal_Kvar₁＝sqrt(Cal_KVA₁²-KW₁²)

等式4:Cal_Kvar₂＝sqrt(Cal_KVA₂²-KW₂²)

等式3和4計算各個發(fā)電機組的無功功率部分，并且與整個電力系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的總計算無功功率要求Cal_Kvar_total230，可通過根據(jù)以下等式累加各個無功功率分量計算得到：

等式5:Cal_Kvar_total＝Cal_Kvar₁+Cal_Kvar₂

應當理解的是，第一計算無功功率要求Cal_Kvar₁ 226、第二計算無功功率要求Cal_Kvar₂ 228以及總計算無功功率要求Cal_Kvar_total230，本質(zhì)上為理論值并且部分基于各個發(fā)電機組的額定功率因子得出。如下所述，控制策略可執(zhí)行額外的步驟來保證理論計算能夠符合電力載荷的實際需求。

在一個實施方式中，無功功率控制器142可在第三檢驗步驟240中將總計算無功功率要求Cal_Kvar_total230同電力系統(tǒng)的無功功率等級進行核對，以確保非對稱載荷共享策略符合系統(tǒng)的等級。在第三檢驗步驟240中，根據(jù)以下等式，將總計算無功功率要求Cal_Kvar_total230同與包括多個發(fā)電機組的電力系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的額定總無功功率限值Rated_Kvar_total 242進行比較：

等式6:Cal_Kvar_total>Rated_Kvar_total

若總計算無功功率要求Cal_Kvar_total 230超過額定總無功功率限值Rated_Kvar_total 242，無功功率控制器142可終止非對稱載荷共享策略，并恢復至標準的對稱載荷共享策略244以避免損壞電力系統(tǒng)。若沒有超過額定總無功功率限值Rated_Kvar_total 242，無功功率控制器142可繼續(xù)多個發(fā)電機組的非對稱加載。

盡管由無功功率控制器142執(zhí)行的第二計算步驟220計算要分配至各個發(fā)電機組的理論無功功率要求，無功功率控制器能夠使得計算數(shù)值與電力載荷的實際需求一致。舉例來說，無功功率控制器142能實施第四確定步驟250，以確定總無功功率補償ΔKvar_total252，其表示自電力載荷測得的實際無功功率需求Req_Kvar_actual 254與總計算無功功率要求Cal_Kvar_total 230之差?？偀o功功率補償ΔKvar_total 252解決第一計算無功功率要求Cal_Kvar1 226、第二計算無功功率要求Cal_Kvar1 228得到的理論數(shù)值和電力載荷之間的任何數(shù)量上的差?？偀o功功率補償ΔKvar_total 252，也可以無功伏-安測量，并可以為正或負值。為確定總無功功率補償ΔKvar_total 252，無功功率控制器142可采用以下等式：

等式7:ΔKvar_total＝Kvar_actual–Cal_Kvar_total

為確定Kvar_actual，測量多個發(fā)電機組中的每個發(fā)電機組的實際功率和表觀功率。對于多個發(fā)電機組中的每個，實際和有效功率可被用于確定每個發(fā)電機組的實際無功功率，例如Kvar_actual-1 256,Kvar_actual-2 257，等等，通過采用例如等式3和4。多個發(fā)電機組的總實際無功功率Kvar_actual 258，可如已經(jīng)指出地通過累加各個實際無功功率來確定。

無功功率控制器142可利用總無功功率補償ΔKvar_total 252來確定可分配至每個發(fā)電機組的最終無功功率要求以控制其輸出。例如，無功功率控制器142可執(zhí)行第五檢驗步驟260以檢驗總無功功率補償ΔKvar_total 252是否為零，為零則表示由無功功率控制器142計算的理論無功分量和電力載荷要求的實際無功部分之間沒有數(shù)量上的差別。無功功率控制器142可因而在設(shè)置最終無功功率要求步驟262中設(shè)置每發(fā)電機組最終無功功率要求，尤其是，根據(jù)以下公式，設(shè)置第一最終無功功率要求Final_Kvar₁ 264和第二最終無功功率要求Final_Kvar₂ 266，分別等于第一計算無功功率要求Cal_Kvar₁ 226和第二計算無功功率要求Cal_Kvar₂ 228：

等式8:Final_Kvar₁＝Cal_Kvar₁

等式9:Final_Kvar₂＝Cal_Kvar₂

然而，如果總無功功率補償ΔKvar_total 252不為零，無功功率控制器142可執(zhí)行額外步驟以在多個發(fā)電機組之中分配無功功率。例如，可執(zhí)行第六確定步驟270，其中確定與第一發(fā)電機組相關(guān)聯(lián)的第一無功功率補償ΔKvar₁ 272和與第二發(fā)電機組相關(guān)聯(lián)的第二無功功率補償ΔKvar₂ 274，以在各個發(fā)電機組間分配總無功功率補償ΔKvar_total 252。第六確定步驟270可利用第一計算無功功率要求Cal_Kvar₁ 226和第二計算無功功率要求Cal_Kvar₂ 228。無功功率控制器142可根據(jù)以下等式處理這些值：

等式10:ΔKvar₁＝ΔKvar_total*(Cal_Kvar₁/(Cal_Kvar₁+Cal_Kvar₂))

等式11:ΔKvar₂＝ΔKvar_total*(Cal_Kvar₂/(Cal_Kvar₁+Cal_Kvar₂₎)

當在多個發(fā)電機組之中分配了總無功功率補償ΔKvar_total 252之后，無功功率控制器142可執(zhí)行第七設(shè)置步驟280，其中，計算第一最終無功功率要求Final_Kvar₁ 282和第二最終無功功率要求Final_Kvar₂ 284，以適應第一無功功率補償ΔKvar₁ 272和第二無功功率補償ΔKvar₂ 274。尤其是，第七設(shè)置步驟280可設(shè)置第一最終無功功率要求Final_Kvar₁ 282為，第一計算無功功率要求Cal_Kvar₁ 226與第一無功功率補償ΔKvar₁ 272相加之和與第一額定無功功率Rated_Kvar₁ 276之中較低的值。相似的，第二最終無功功率要求Final_Kvar₂ 284可被設(shè)置為第二計算無功功率要求Cal_Kvar₂ 228與第二無功功率補償ΔKvar₂ 274相加之和與第二額定無功功率Rated_Kvar₂ 278之中較低的值。通過考慮與發(fā)電機組相關(guān)聯(lián)的額定無功功率，第七設(shè)置步驟280幫助確保電力載荷不會使得各個發(fā)電機組過載。這根據(jù)以下等式實現(xiàn)：

等式12:Final_Kvar₁＝min(Cal_Kvar₁+ΔKvar₁,Rated_Kvar₁)

等式13:Final_Kvar₂＝min(Cal_Kvar₂+ΔKvar₂,Rated_Kvar₂)

為確定各個發(fā)電機組為滿足電力載荷的實際功率以及無功功率所必須產(chǎn)生的表觀功率輸出，無功功率控制器142可執(zhí)行第八確定步驟290。第八確定步驟290計算將分別輸出至第一和第二發(fā)電機組的第一最終表觀功率Final_KVA₁ 292和第二最終表觀功率Final_KVA₂ 294。第一最終表觀功率Final_KVA₁ 292和第二最終表觀功率Final_KVA₂ 294可說明系統(tǒng)所需的實際功率分量和無功功率分量。為確定第一最終表觀功率Final_KVA₁292和第二最終表觀功率Final_KVA₂ 294，第八確定步驟290可利用以下等式：

等式14:Final_KVA₁＝sqrt(KW₁²+Final_Kvar₁²)

等式15:Final_KVA₂＝sqrt(KW₂²+Final_Kvar₂²)

此外，多個發(fā)電機組實際產(chǎn)生的總表觀功率可容易地通過將每發(fā)電機組最終表觀功率全部加起來而確定。

工業(yè)應用性

本發(fā)明可應用于在為孤立載荷提供電力的多個發(fā)電機組之中分配電力載荷，孤立載荷例如航行中的海洋船舶，其無法連接至配電網(wǎng)。本發(fā)明還可應用于具有并行于公共事業(yè)供電網(wǎng)操作并非對稱地運行的發(fā)電機組的應用。參考圖3，示出實施本發(fā)明的多個方面的控制策略300的另一實施方式的流程圖。控制策略300配置為提供，例如與海洋船舶或其他應用相關(guān)聯(lián)的電力載荷所要求的，以千瓦為單位測量的實際功率302。為了確定如何在多個發(fā)電機組之中分配載荷，控制策略300可考慮有關(guān)各個發(fā)電機組的各種信息和數(shù)據(jù)，例如，舉例來說，每個發(fā)電機組304的額定功率因子。根據(jù)控制策略300，有關(guān)發(fā)電機組的其他電信息也得到考慮，例如額定容量或電力輸出限值及類似的信息。

除了發(fā)電機組的電方面的考慮和限制，控制策略300可配置為應對同發(fā)電機組的原動機部分相關(guān)聯(lián)的燃料效率、排放物以及其他考慮306。尤其，這可以通過非對稱載荷共享布置實現(xiàn)，其中由多發(fā)動機優(yōu)化控制器解決和原動機相關(guān)聯(lián)的考慮，多發(fā)動機優(yōu)化控制器執(zhí)行優(yōu)化步驟將所要求的實際功率302優(yōu)化為每發(fā)電機組實際功率要求310的數(shù)值，其也可以以千瓦為單位。除了分配需求或載荷的實際功率部分以外，控制策略300可解決可能由構(gòu)成電力載荷的電路中包括電抗元件或設(shè)備導致的無功功率部分或電抗功率部分。為了應對無功功率分量，控制策略300可至少部分根據(jù)優(yōu)化后的每發(fā)電機組實際功率要求310以及每發(fā)電機組額定功率因子304來確定每發(fā)電機組計算無功功率要求312。每發(fā)電機組計算無功功率要求的計量單位可以為無功伏安，或瓦。

控制策略300可包括多方面的檢驗以確保非對稱載荷共享策略具有足夠容量以滿足功率需求，或者以其他方式避免損壞電力系統(tǒng)。為實施檢驗的一個例子，控制策略300可首先將各個每發(fā)電機組計算無功功率要求累加以確定多個發(fā)電機組的總計算無功功率要求320。在決定步驟322中，可將總計算無功功率要求320同電力系統(tǒng)整體的額定功率或額定容量進行核對。若總計算無功功率要求320超過了系統(tǒng)容量，控制策略300能夠終止非對稱載荷共享配置并切換至可令人滿意地解決無功功率的對稱載荷共享324。

由于計算的總計算無功功率要求320為理論值，控制策略300可包括用以使得理論值更接近實際的步驟。例如，控制策略300可確定總無功功率補償330，其可能是正值或負值，并且其是基于自載荷332的實際無功功率要求和總計算無功功率要求320之差，其中實際無功功率要求可以作為額外的數(shù)據(jù)點被接收?？偀o功功率補償330應當反映出通過策略計算得出的無功功率的量相比于系統(tǒng)的實際需求的任何偏差。接著，控制策略300可確定每發(fā)電機組最終無功功率要求，其指示如何在多個發(fā)電機組之中分配無功功率。舉例來說，若控制策略330能通過總無功功率決定340確定總無功功率補償330為零，這可意味著每發(fā)電機組計算無功功率要求312是基本準確的?？刂撇呗?00能夠在設(shè)置步驟342中設(shè)置最終要求無功功率等于每發(fā)電機組計算要求無功功率，最終要求無功功率被傳達至各個發(fā)電機組以控制其運轉(zhuǎn)。

然而，若總無功功率補償330為非零值，控制策略300可在多個發(fā)電機組之中分配該量以確保無功功率得到充分解決。尤其是，控制策略300確定每發(fā)電機組無功功率補償350，其中每發(fā)電機組無功功率補償350可例如基于各個發(fā)電機組的額定容量確定。然后控制策略300確定每發(fā)電機組最終無功功率要求352，其可以基于每發(fā)電機組計算無功功率要求312和每發(fā)電機組無功功率補償350。在其他實施方式中，每發(fā)電機組最終無功功率要求352也可基于或者考慮發(fā)電機組的其他特性，例如額定電容量或類似特性。在最終分配步驟354中，控制策略能夠?qū)⒚堪l(fā)電機組最終無功功率值傳遞至相應的發(fā)電機組以指示其運轉(zhuǎn)。

因此，在此披露的控制策略的一個可能的優(yōu)點在于，使得孤立的電力系統(tǒng)能夠非對稱地運轉(zhuǎn)多個發(fā)電機組，以解決和原動機相關(guān)的效率或類似考慮，同時也處理可能出現(xiàn)在電力載荷中的無功功率分量。還可以相信，本發(fā)明使得多個不同的發(fā)電機組的運轉(zhuǎn)得以更接近地符合發(fā)電機組的各個額定功率因子以及其他額定容量。應當注意的是，在控制策略的步驟期間，除了可以考慮明確描述的數(shù)值或數(shù)字，其他數(shù)字和數(shù)值也可以考慮。

應當理解的是，前述說明書提供了在此公開的系統(tǒng)和技術(shù)的例子。但應注意本發(fā)明的其他實施方式同前述例子可能在細節(jié)上有所不同。所有對本發(fā)明或其例子的引用，旨在引用當時正在討論的特定例子，而非旨在暗示任何更廣泛地對于本發(fā)明的保護范圍的限制。所有關(guān)于某些特征的表示差別和劣勢的用語，旨在表示這些特征并非優(yōu)選，但并不將其從本發(fā)明的范圍中完全排除，除非另有指示。

在此對于數(shù)值范圍的描述僅僅旨在用作表示落在范圍內(nèi)的各個單個數(shù)值的速記法，除非在此另有所指，并且每個單個數(shù)值都被包含于本說明書中就如同其在此被逐個敘述一樣。在此描述的所有方法可以以任何適當順序執(zhí)行，除非在此另有指示或者與上下文明顯矛盾。

上下文中描述本發(fā)明的(尤其在以下權(quán)利要求中的)術(shù)語“一”“一個”“所述”“至少一”及相似指代語應理解為涵蓋單數(shù)和復數(shù)，除非在此另有所指或明確與上下文矛盾。修飾一系列的一個或更多個對象的術(shù)語“至少一個”的采用(例如，“A和B中的至少一個”)應理解為表示一個選自所列出的對象(A和B)中的對象，或者選自所列出的對象(A和B)中的兩個或更多個對象的任意組合，除非在此另有指示或者明顯與上下文矛盾。

因此，如適用的法律所允許的，本發(fā)明包括在此附有的權(quán)利要求書所記載的主題的所有變型和等同物。并且，本發(fā)明包含以所有可能的變型的上述元件的任何組合，除非在此另有指示或與上下文明顯矛盾。