專利名稱：發(fā)電系統(tǒng)及方法
發(fā)電系統(tǒng)及方法
相關(guān)申請的交叉引用
根據(jù)可適用的條約，本申請要求下列專利的外國優(yōu)先權(quán)2006年12 月29日提交的美國臨時專利申請No.60/877，751和No.60/877，966; 2006年 11月16日提交的美國專利申請No.l 1/600,927;以及2007年6月1日提交 的美國專利申請No.11/809，421和No.11/809,751，通過參考將所有這些申請 的全部內(nèi)容并入本文。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)，更具體地而非排他性地，涉及由包括電能存儲 設(shè)備和引擎驅(qū)動的變速發(fā)電機的系統(tǒng)提供的電功率的管理。
在發(fā)電機系統(tǒng)的很多應(yīng)用中，穩(wěn)態(tài)負載要求一般相對于發(fā)電機功率容 量低。相反，對發(fā)電機的選擇常常由實際上可能短暫的峰值功率要求所驅(qū) 使。在大部分使用時間期間，可以認為這種發(fā)電機"尺寸過大"。因此，在 某些情況下，發(fā)電索統(tǒng)包括用于在峰值使用期間給發(fā)電機補充功率的電能 存儲設(shè)備，這便于減小發(fā)電機的尺寸。在一些系統(tǒng)中，選擇具有足夠的容 量的發(fā)電機，以便給存儲設(shè)備充電的同時給低于給定電平的電力負載提供 功率。
在某些應(yīng)用中，車輛的動力系統(tǒng)包括專用引擎/發(fā)電機組和一個或多個 電化學(xué)電池或電池組形式的電存儲設(shè)備。不幸的是，理想地集成和共同地 管理發(fā)電機和電存儲設(shè)備操作的能力可能是挑戰(zhàn)性的?？蛇x地或附加地， 可以證明，減小功率系統(tǒng)的尺寸/重量和域由引擎/發(fā)電機組運行引起的被察 覺的噪聲/振動是挑戰(zhàn)性的。因此，持續(xù)地存在對該技術(shù)領(lǐng)域做出進一步貢 獻的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個實施方式包括涉及電功率產(chǎn)生、存儲、輸送和/或控制的獨特技術(shù)。其它實施方式包括涉及電功率產(chǎn)生、存儲、輸送和/或控制的獨 特方法、系統(tǒng)、設(shè)備和裝置。從所提供的說明和所附附圖中，本申請的進 一步的實施方式、形式、特征、方面、益處和優(yōu)點應(yīng)變得明顯。
附圖的簡要說明


圖1是承載包括發(fā)電機組的發(fā)電系統(tǒng)的車輛的簡圖。
圖2是包括在圖1的系統(tǒng)中的電路的示意圖。 圖3是涉及圖2的電路的進一步的圖示。
圖4是用于從發(fā)電系統(tǒng)獲得受控AC電功率的圖2的電路的逆變器操作 控制系統(tǒng)圖。
圖5是用于儲存來自外部源的電能的圖2的電路的變換器操作的控制 系統(tǒng)圖。
圖6是用于在不同的功率升壓(boost)操作狀態(tài)下操作圖1的系統(tǒng)的 一個過程的流程圖。
圖7是用于在圖5所示的過程的執(zhí)行期間處理不同類型的功率瞬態(tài)的 流程圖，并進一步涉及不同的功率升壓操作。
具體實施例方式
出于促進理解本發(fā)明原理的目的，現(xiàn)在參考在附圖中示出的實施方式， 且使用特定的語言來描述這些實施方式。然而應(yīng)理解，并不旨在由此來限 制本發(fā)明的范圍。設(shè)想本發(fā)明所涉及的領(lǐng)域中的技術(shù)人員正常地可以獲知 在所述實施方式中進行的任何變更和進一步的修改，以及對本文所述的本 發(fā)明原理的任何進一步的應(yīng)用。
本發(fā)明的一個實施方式涉及發(fā)電和存儲系統(tǒng)，其包括變速發(fā)電機和電 能存儲設(shè)備。在一種形式中，該系統(tǒng)被承載在陸地或海洋車船上，并特別 適合于滿足車輛的艙室和/或其它生活空間的電功率需要。對于這樣的空間， 電功率一般需要用于照明、廚房用具、空氣調(diào)節(jié)、音頻/視覺裝置等。在其 它形式中(只提及幾個可能性)，該在不能利用電力企業(yè)電網(wǎng)的偏遠地區(qū)中 提供該系統(tǒng)作為備用電源或作為主要電源。
圖l示出以電動客車22形式的車輛20。電動客車22包括內(nèi)部生活空間24，并由客車引擎26推動?？蛙囈?6—般是往復(fù)式活塞、內(nèi)燃類型 的。為了補充生活空間24，客車26承載各種類型的電子裝置27，例如一 個或多個空調(diào)88。裝置27可進一步包括照明、廚房用具、娛樂設(shè)備和/或 本領(lǐng)域技術(shù)人員將獲知的此類不同設(shè)備?？蛙?2承載給裝置27選擇性地 提供電力的移動發(fā)電系統(tǒng)28。相應(yīng)地，裝置27電力地裝載系統(tǒng)28。在一 種形式中，系統(tǒng)28的不同組件分布在整個車輛20中一安裝在不同隔室和/ 或其它專用空間中。
系統(tǒng)28包括兩個主電源來自發(fā)電機組30的交流(AC)功率和來自 電能存儲設(shè)備70的直流(DC)功率。發(fā)電機組30包括專用引擎32和三相 AC發(fā)電機34。弓|擎32使用旋轉(zhuǎn)驅(qū)動構(gòu)件36向發(fā)電機34提供旋轉(zhuǎn)機械功 率。在一個配置中，引擎32是直接驅(qū)動發(fā)電機34的往復(fù)式活塞類型，且 發(fā)電機34是安裝到構(gòu)件36的永磁交流發(fā)電機(PMA)類型，構(gòu)件36為引 擎32的驅(qū)動軸的形式。在其它形式中，發(fā)電機34可通過機械連桿機構(gòu)機 械地耦合到引擎32，該連桿機構(gòu)提供期望的匝數(shù)比、變矩器、傳輸和/或本 領(lǐng)域技術(shù)人員將獲知的不同形式的旋轉(zhuǎn)聯(lián)接機構(gòu)。引擎32的操作通過引擎 控制模塊(ECM)(未示出)來調(diào)節(jié)，引擎控制模塊又響應(yīng)于來自系統(tǒng)28 的控制和逆變器組件40的控制信號。
引擎32的旋轉(zhuǎn)運行速度和相應(yīng)地發(fā)電機34的旋轉(zhuǎn)速度響應(yīng)于系統(tǒng)28 的電力加載的變化在選定的運行范圍內(nèi)變化。在該范圍內(nèi)，發(fā)電機組旋轉(zhuǎn) 速度增加，以滿足與系統(tǒng)28上增加的電力負載相伴隨的較大的功率要求。 發(fā)電機組30具有對應(yīng)于低功率輸出的該速度范圍的下極值處的穩(wěn)態(tài)最低速
度以及對應(yīng)于于高功率輸出的該速度范圍的上極值處的穩(wěn)態(tài)最高速度。當(dāng) 發(fā)電機組30的速度變化時，其三相電力輸出根據(jù)AC頻率和電壓變化。
發(fā)電機組30電耦合到組件40。組件40包括功率控制電路40a，用于 管理使用系統(tǒng)28產(chǎn)生并儲存的電功率。電路40a包括三相整流器42、可變 電壓DC功率母線44、電橋46、充電和升壓電路50以及處理器100。組件 40耦合到存儲設(shè)備70以選擇性地以某些運行模式給其充電，并經(jīng)由電路 50以其它運行模式從存儲設(shè)備70提供電能，這將下文中進一步描述。組件 40使用電路50來為存儲設(shè)備、 一個或多個電動客車DC負載74提供DC 電功率，并使用電橋46來提供經(jīng)調(diào)節(jié)的AC電功率。經(jīng)由AC輸出母線80提供AC電負載。當(dāng)功率經(jīng)由母線44從發(fā)電機組30和/或設(shè)備70提供到母 線80時，對電橋46進行控制，以進行在下文中結(jié)合圖4進一步描述的DC 到AC逆變器操作。母線80連接到系統(tǒng)28的AC電源轉(zhuǎn)換開關(guān)82。經(jīng)由 開關(guān)82提供一個或多個客車AC電負載84。系統(tǒng)28也從母線80提供負載 分配86，而在其間沒有介入開關(guān)82。
如圖1所示，開關(guān)82電耦合到外部AC電源90 (岸電)。應(yīng)認識到， 當(dāng)車輛20在運動中時岸電通常不能使用，可能在一些地方是不可用的；且 即使可利用，岸電一般被斷路器或保險絲限制。當(dāng)提供來自源90的功率時， 發(fā)電機組30通常處于非激活。轉(zhuǎn)換開關(guān)82將岸電路由到工作負載84，以 及由逆變器負載分配86提供的負載。使用來自源90的外部AC功率的提供， 組件40選擇性地用作負載84之一，將AC岸電轉(zhuǎn)換成適合于給存儲設(shè)備 70充電的形式。對于該運行模式，控制電橋46來用作如在下文中結(jié)合圖5 進一步描述的AC到DC變換器。
組件40還包括處理器100。處理器100執(zhí)行定義了各種控制、管理和/ 或調(diào)節(jié)功能的操作邏輯。該操作邏輯可以是專用硬件的形式，例如硬線狀 態(tài)機、編程指令和/或本領(lǐng)域技術(shù)人員將獲知的不同形式。處理器100可被 提供為單個組件或操作性耦合組件的集合；并可由數(shù)字電路、模擬電路或 這兩種類型的混合組合組成。當(dāng)處理器100是多組件形式時，處理器100 可具有相對其它組件位于遠處的一個或多個組件。處理器100可包括多個 處理單元，其配置為在管道處理配置中、在并行處理配置中和/或本領(lǐng)域技 術(shù)人員將獲知的此類不同配置中獨立地運行。在一個實施方式中，處理器 100是固態(tài)集成電路類型的可編程微處理設(shè)備，其包括一個或多個處理單元 和存儲器。處理器100可包括一個或多個信號調(diào)節(jié)器、調(diào)制器、解調(diào)器、 算術(shù)邏輯單元(ALU)、中央處理單元(CPU)、限制器、振蕩器、控制時 鐘、放大器、信號調(diào)節(jié)器、濾波器、格式轉(zhuǎn)換器、通信端口、鉗位電路、 延遲設(shè)備、存儲器設(shè)備和/或本領(lǐng)域技術(shù)人員將獲知的執(zhí)行期望通信的不同 電路或功能組件。在一種形式中，處理器100按需要包括計算機網(wǎng)絡(luò)接口， 以便于在不同系統(tǒng)組件和/或未包括在圖示的系統(tǒng)中的組件之間使用控制器 局域網(wǎng)(CAN)標(biāo)準(zhǔn)進行通信。
另外參考圖2的電路示意圖和圖3的控制流程圖，進一步示出系統(tǒng)28的選定方面；其中相同的附圖標(biāo)記指代前面描述的相同組件。在圖3中， 用較重的線加重形成的方框?qū)?yīng)于硬件實現(xiàn)的功能，而用較輕的線加重形 成的方框?qū)?yīng)于通過對處理器100進行編程提供的軟件實現(xiàn)的功能。組件 40包括耦合到三相整流器42的電磁干擾(EMI)濾波器38。在一種形式中， 由適用于三相AC到DC轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)六二極管配置來實現(xiàn)整流器42。當(dāng)發(fā) 電機組30運行時，整流器42接收從發(fā)電機組30輸出的EMI過濾的三相 AC電功率。濾波器38從發(fā)電機組的輸出中移除可能導(dǎo)致不希望有的干擾 的某些時變特征，且整流器42將來自發(fā)電機組30的經(jīng)過濾的三相AC電功 率轉(zhuǎn)換成母線44上的相應(yīng)的DC電壓。
至少一個電容器45耦合在DC母線44兩端，以減小殘余的"紋波"和 /或其它時變分量。當(dāng)功率從母線44提供到母線80時，響應(yīng)于處理器100 的功率控制邏輯104，將母線44上的DC電壓通過電橋46轉(zhuǎn)換成AC電壓。 電橋46是具有4個絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的標(biāo)準(zhǔn)H橋配置，這些 絕緣柵雙極型晶體管由來自處理器100的脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號來控 制。在其它形式中，電橋46可由一個或多個其它開關(guān)類型組成，諸如場 效應(yīng)晶體管(FET)、柵控晶閘管、可控硅整流器(SCR)等。來自邏輯104 的PWM控制信號選擇性地且單獨地驅(qū)動電橋46的柵極/開關(guān)。 一般地，這 些控制信號輸入與逆變器柵極相耦合的介入功率驅(qū)動電路，且這些控制信 號被光隔離器、隔離變壓器等隔離。功率控制邏輯104包括比例積分(PI) 控制器，用于合成近似的正弦AC波形。感測裝置45包括AC電壓傳感器 46a和AC電流傳感器46b。功率控制邏輯104接收相應(yīng)于從電橋46輸送到 母線80的功率的來自電壓傳感器46a的AC電壓(VAC)和來自電流傳感 器46b的AC電流(IAC)。將輸入到邏輯104的VAC和IAC用作反饋，以
使用PI控制器產(chǎn)生輸出功率的正弦波形。
圖4更加詳細地描述了由邏輯104和相應(yīng)的電路104a定義的DC-AC 逆變器控制系統(tǒng)204;其中相同的附圖標(biāo)記指代相似的組件。電橋46由4 個IGBT 104b (更具體地被表示為U、 V、 X和Y)組成，每個都具有相應(yīng) 的續(xù)流二極管(free-wheeling diode) 104c。傳感器46a和46b監(jiān)控電橋46 的VAC和IAC。經(jīng)由控制回路215a，來自傳感器46a的VAC輸入到應(yīng)用 傳遞函數(shù)Hv(s)的控制算子216a。來自DC母線44的被表示為信號Vdc的
17DC電壓也輸入到算子216a。來自算子216a的輸出提供到求和算子217a的 負輸入。求和算子217a的正輸入接收被表示為信號Vac的目標(biāo)AC電壓， 從目標(biāo)AC電壓減去負輸入以提供信號Verr。Verr輸入到應(yīng)用傳遞函數(shù)Gv(s) 的控制算子218a，以向求和算子217c的正輸入提供輸出。經(jīng)由控制回路 2l5c，來自傳感器46b的IAC輸入到應(yīng)用傳遞函數(shù)Hi。(s)的控制算子216c。 算子216c的輸出提供到求和算子217c的負輸入以將其從Verr減去。求和 算子217c的輸出被表示為信號ierr，并將ierr輸入到控制算子218b。算子 218b應(yīng)用傳遞函數(shù)Gi(s)以向電橋46的IGBT 104b提供電壓驅(qū)動信號 Vdrive。應(yīng)認識到，可以使用硬件、軟件、固件或其組合來實現(xiàn)控制系統(tǒng) 204和相應(yīng)的算子/邏輯。還可以分別使用來自于傳感器46a和46b的VAC和IAC輸入以計算用 于控制整個系統(tǒng)的共享功能所需的功率特性。系統(tǒng)控制邏輯110從逆變器 控制邏輯104接收AC功率輸出信息。該信息可用于確定系統(tǒng)功率，并用于 與發(fā)電機組30和設(shè)備70的功率輸送容量進行比較，以調(diào)節(jié)在下文中描述 的某些操作。而且，邏輯IIO使用該AC輸出信息來確定是否存在保證在此類操作中的考慮因素的瞬態(tài)功率條件。電感器47a和電容器47b將電橋46的輸出進一步過濾和轉(zhuǎn)換為期望的 AC功率波形。EMI濾波器48對得到的AC功率波形提供干擾過濾，以在 母線80上提供調(diào)節(jié)的單相AC功率輸出。在一個非限制性實例中，在母線 80上提供標(biāo)稱120VAC、 60赫茲(Hz)輸出，到整流器42的發(fā)電機組三 相輸出在150-250伏AC (VAC)的電壓范圍和200-400赫茲(Hz)的頻率 范圍內(nèi)變化，且在DC母線44上的可變電壓在200伏DC (Vdc)和300伏 DC (Vdc)之間。除了邏輯104以外，處理器100包括發(fā)電機組功率請求控制邏輯102， 以相對于系統(tǒng)28的操作來調(diào)節(jié)發(fā)電機組30的旋轉(zhuǎn)速度。邏輯102向發(fā)電 機組30提供輸入信號，其表示由發(fā)電機組30供電的被請求的目標(biāo)負載。 發(fā)電機組30的發(fā)電機組調(diào)速器103響應(yīng)于邏輯102來調(diào)節(jié)引擎旋轉(zhuǎn)速度， 引擎旋轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)而調(diào)節(jié)發(fā)電機34的旋轉(zhuǎn)速度。通過邏輯102進行控制，使得根據(jù)一個或多個條件(如瞬態(tài))產(chǎn)生不同的發(fā)電機組速度變化率(加速/ 減速)，這一點將在下文中結(jié)合圖6和7進行更充分的解釋。在一個特定的形式中，將調(diào)速器103實現(xiàn)在發(fā)電機組30的引擎控制模 塊(ECM)中，發(fā)電機組30通過CAN接口與處理器100通信。可選地或 附加地，調(diào)速器103的至少一部分可包括在組件40中。速度控制邏輯102 響應(yīng)于包括在處理器100的操作邏輯中的系統(tǒng)控制邏輯110以及引擎速度 傳感器112所提供的引擎速度反饋信號?？梢噪S著電力加載的變化和域設(shè) 備70的充電或升壓操作來使用邏輯102進行速度調(diào)節(jié)，這一點將在下文中 進一步進行描述。反過來，邏輯102給充電和功率升壓控制邏輯106提供 控制輸入。
可控DC-DC變換器60電耦合到DC母線44和電能存儲設(shè)備70。在圖 2中，以圖2所示的電化學(xué)電池設(shè)備75的形式更具體地示出設(shè)備70。使用 電流傳感器76監(jiān)控在設(shè)備70和變換器60之間的電流，以及在節(jié)點78處 監(jiān)控設(shè)備70的DC電壓。在一個實施方式中，可使用一個以上的電流傳感 器和/或電流傳感器類型(未示出)。例如，在一個配置中，可以用于功率管 理目的使用一個傳感器(例如霍爾效應(yīng)傳感器類型)來監(jiān)控設(shè)備70的電流， 而可以使用另一個傳感器(例如分流器類型)來監(jiān)控各種充電狀態(tài)。在其 它實施方式中，可利用更多或更少的傳感器和/或傳感器類型。
變換器60在DC母線44和設(shè)備70之間提供電功率的雙向轉(zhuǎn)換。變換 器60用于使用來自DC母線44的功率給設(shè)備70充電，并為母線80上的工 作功率要求補充(升壓)可用于DC母線44的功率。變換器60包括在充電 和功率升壓控制邏輯106的控制下的DC母線接口電路54和存儲接口電路 64。母線接口電路54包括充電逆變器54a和功率升壓整流器54b。存儲接 口電路64包括充電整流器64a和功率升壓逆變器64b。變壓器58耦合在電 路54和電路64之間。充電逆變器54a和升壓逆變器64b可以是基于IGBT、 FET(包括MOSFET類型)、柵控晶閘管、SCR或本領(lǐng)域技術(shù)人員將獲知的 此類其它適當(dāng)?shù)臇艠O/開關(guān)設(shè)備的H橋類型。進一步地，雖然整流器54b和 64a每個都被表示為不同于相應(yīng)的逆變器54a或64b，在其它實施方式中， 可提供全波類型的形式的一個或多個整流器54b和64a，其由電耦合在相應(yīng) 的逆變器54a或64b組件的輸出兩端的保護型"續(xù)流"二極管組成。對于 該配置的整流器操作，相應(yīng)的逆變器組件保持不活動而變?yōu)椴粚?dǎo)電。
充電比例積分(PI)控制電路52電耦合到充電逆變器54a，且功率升
19壓PI控制電路電耦合到功率升壓逆變器64b。電路52和62每個都接收相 應(yīng)的充電和升壓電流參考值106a和106b作為輸入。通過充電和功率升壓 控制邏輯106使用處理器100來計算電流參考值106a和106b。這些參考值 被確定為功率要求、可用系統(tǒng)功率和任何瞬態(tài)功率條件的存在的函數(shù)?？?系統(tǒng)功率被提供為電撟46提供到母線80的功率(逆變器功率)、發(fā)電機組 30的發(fā)電容量和設(shè)備70的功率輸出容量的函數(shù)。逆變器功率對應(yīng)于由VAC 電壓、IAC電流和從母線80的電力加載產(chǎn)生的相應(yīng)功率因數(shù)所指示的AC 電負載"功率要求"。參考由邏輯102要求的發(fā)電機組功率/負載來確定發(fā)電 機組發(fā)電容量。當(dāng)母線80上的功率要求可以由具有剩余容量的發(fā)電機組30 進行提供時并具有剩余容量時，則可以利用PI控制電路52調(diào)節(jié)變換器60 來使用該剩余容量為來給設(shè)備70充電；并且當(dāng)功率要求超過發(fā)電機組30 的容量時，則可以利用PI控制電路62調(diào)節(jié)變換器60來將補充功率從設(shè)備 70提供到母線80。在下文中結(jié)合圖6和7進一步描述了系統(tǒng)28的動態(tài)"功 率共享"操作的不同方面；然而，首先如下描述變換器60的進一步的方面 及其操作。
使用系統(tǒng)控制邏輯110來控制變換器60，以啟用/禁止充電和升壓操作。 在邏輯110的控制下，充電操作模式和升壓操作模式相互排斥一即，它們 不能被同時啟用。當(dāng)啟用充電模式時，根據(jù)幾種不同模式中的一個模式并 依賴于其充電級對電化學(xué)電池形式的設(shè)備70進行充電。這些充電級可以是
標(biāo)準(zhǔn)類型，并且可以在硬件、軟件或其組合中實現(xiàn)這些充電級。在一種形 式中，三級方法包括成批、吸收和浮充電。當(dāng)充電時，電路52輸出PWM 控制信號，所述PWM控制信號以標(biāo)準(zhǔn)方式來驅(qū)動充電逆變器54a的柵極。 典型地，將PWM控制信號輸入到與每個柵極輸入相耦合的標(biāo)準(zhǔn)功率驅(qū)動電 路(未示出)，并且可以通過光隔離器、隔離變壓器等將PWM控制信號與 標(biāo)準(zhǔn)功率驅(qū)動電路隔離。響應(yīng)于PWM輸入控制信號，逆變器54a將來自 DC母線44的DC功率轉(zhuǎn)換到AC形式，其經(jīng)由變壓器58提供到電路64 的整流器64a。整流器64a將來自變壓器58的AC功率轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)腄C 形式，以給電池設(shè)備75充電。在涉及電池設(shè)備75的標(biāo)稱12Vdc輸出的一 種形式中，變壓器58將逆變器54a所輸出的 電壓逐步降低到適合于給 存儲設(shè)備70充電的較低電平。對于非電池類型的設(shè)備70而言，視情況對"充電模式"中的再充電/能量存儲進行相應(yīng)的修改。
當(dāng)啟用功率升壓模式時，升壓PI控制電路62向升壓逆變器64b提供 PWM控制信號，以控制從設(shè)備70輸送的功率。電路62的輸出是PWM控 制信號的形式，該信號以變壓器升壓配置的標(biāo)準(zhǔn)方式驅(qū)動升壓逆變器64b 的柵極。典型地，按需要或要求將這些控制信號輸入到具有適當(dāng)隔離的功 率驅(qū)動電路(未示出)。當(dāng)補充由發(fā)電機32所提供的功率時，使用電路62 來實現(xiàn)電流控制的功率升壓技術(shù)。響應(yīng)于(1)升壓電流參考值106b和(2) 使用電流傳感器76檢測的存儲設(shè)備70的電流這兩個輸入之間的差異，電 路62提供比例積分輸出調(diào)節(jié)。在響應(yīng)中，逆變器64b將來自設(shè)備70的DC 功率轉(zhuǎn)換成AC形式，其經(jīng)由變壓器58提供到電路54的整流器54b。整流 器64b將來自變壓器58的AC功率轉(zhuǎn)換成用于DC母線44的適當(dāng)?shù)腄C形 式。在涉及設(shè)備70的標(biāo)稱12Vdc輸出的一種形式中，變壓器58逐步升高 從逆變器64b輸出的AC電壓，AC電壓被轉(zhuǎn)換回用于母線44的DC功率。
應(yīng)當(dāng)認識到，在DC母線44上的DC電壓是可變的，而不是調(diào)節(jié)的。 隨著發(fā)電機組30的速度和/或來自設(shè)備70的升壓功率或到設(shè)備70的充電功 率的變化，將AC功率提供到母線80時DC 44上的電壓變化延伸到較大范 圍。在一個優(yōu)選實施方式中，當(dāng)向母線80上的電力負載提供功率的時候， 所述變化范圍的下極值至少是該范圍的上極值的75%。在更優(yōu)選的形式中， 下極值至少是上極值的66%。在甚至更加優(yōu)選的形式中，下極值至少是上 極值的50%。
電橋46也可雙向地進行操作。具體而言地，當(dāng)提供來自源90的可選 岸電時，電橋46可以用于通過將岸電的AC功率波形轉(zhuǎn)換成母線44上的 DC功率來給設(shè)備70充電。圖5示出由控制邏輯104和相應(yīng)的電路104a所 定義的AC到DC變換器控制系統(tǒng)304，其使用岸電通過電橋46實現(xiàn)充電； 其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的組件。對于系統(tǒng)304，傳感器々6a和々6b分 別提供電橋46輸入VAC和IAC。將VAC和IAC輸入到零交叉檢測器電路 114，電路114用于確定來自源90的岸電的功率因數(shù)。該功率因數(shù)用于在 岸電轉(zhuǎn)換到母線44上的DC功率期間動態(tài)地控制橋46。系統(tǒng)204定義DC 母線電壓反饋回路115a、 AC輸出電壓反饋回路115b和AC輸出電流反饋 回路115c。相應(yīng)地，回路115a、 115b和115c分別包括應(yīng)用傳遞函數(shù)Hv(s)、
21HU(s)和Hj。(s)的控制算子116a、 116b和116c。
算子116a提供DC電壓反饋；算子116b提供AC電壓反饋，以及算子 116c提供AC電流反饋。算子116a的輸出提供到求和算子117a的負輸入。 求和算子117a的正輸入接收被表示為信號Vdcref的DC電壓參考值。求和 算子117a輸出輸入的差作為信號Verr，將信號Verr輸入到控制算子118a。 算子118a應(yīng)用傳遞函數(shù)Gv(s)并輸出信號Vvpi。信號Vvpi提供到乘法器 117b。此外，算子116b提供信號Vo作為乘法器117b的輸入。Vvpi x Vo 的作為結(jié)果的乘積提供到求和算子117c的負輸入。求和算子117c的正輸入 接收算子116c的輸出。求和算子117c的輸出被表示為信號ierr，將信號ierr 輸入到控制算子118b。算子118b應(yīng)用傳遞函數(shù)Gi(s)來產(chǎn)生輸出Vdrive信 號，以使用橋46的IGBT 104b來控制從源90輸入的AC功率到母線44上 的DC功率的轉(zhuǎn)換。應(yīng)當(dāng)認識到，可以使用硬件、軟件、固件或其組合來實 現(xiàn)控制系統(tǒng)304和相應(yīng)的算子/邏輯。
來自算子116b的電壓反饋信號Vo用于同步波形輸出。電橋46雙向地 使用單相H橋輸出級，電感器47a充當(dāng)用于功率因數(shù)控制的升壓電感器。 零交叉電路114參考中性波形來檢測正或負波形。IGBT 104b的轉(zhuǎn)換根據(jù)下 列內(nèi)容執(zhí)行(a) IGBTV和IGBTX接入正向正弦波，同時兩個續(xù)流二極 管104c使用在關(guān)斷狀態(tài)中的IGBTU和IGBTY提供升壓，以及(b) IGBT U和IGBT Y接入負向正弦波，同時兩個續(xù)流二極管104c使用在關(guān)斷狀態(tài) 中的IGBT V和IGBT X提供升壓。應(yīng)當(dāng)認識到，電壓和電流的PI控制器 118a和118b可具有不同的類型(例如比例積分微分(PID)類型、比例(P) 類型或比例微分(PD)類型，僅僅列舉幾種可能性)和/或可如本領(lǐng)域技術(shù) 人員獲知的可以利用的正弦輸出波形和/或功率因數(shù)控制的不同方法。
圖6示出了根據(jù)處理器100所執(zhí)行的操作邏輯來執(zhí)行的系統(tǒng)28的功率 管理過程120;其中相同的附圖標(biāo)記表示與前面所述相同組件。此外還參考 圖1-圖5，過程120以條件122開始，條件122測試是否應(yīng)用了來自外部源 90的岸電。如果條件122的測試為真(是)，則執(zhí)行岸電操作124。在操作 124中，應(yīng)用來自于母線80的岸電，以在控制系統(tǒng)304的控制下給裝置170 充電。如結(jié)合圖5解釋的，來自母線80的AC岸電使用電感器47a和電路 46來提供功率因數(shù)校正，并通過電耦合在電橋46的每個柵極兩端的保護性"續(xù)流"二極管被整流。母線44上的因而形成的DC電壓被調(diào)節(jié)到相對恒 定的值，使得母線80上的AC岸電的量值保持恒定。將從岸電得到的DC 電壓提供到變換器60，以給電池76充電。在操作124期間，還將岸電提供 到客車AC負載84、通過轉(zhuǎn)換開關(guān)82提供到逆變器分配86的負載以及提 供到客車DC負載74。
如果條件122的測試為假(否)，則過程120以條件126繼續(xù)。條件126 測試是否系統(tǒng)28在無噪聲模式中操作。如果條件126的測試為真(是)， 則執(zhí)行只有存儲器/電池的操作128。當(dāng)從發(fā)電機組30的操作產(chǎn)生的噪聲水 平不被允許的或是不希望有的情況下以及當(dāng)岸電不可用或否則不被提供的 情況下， 一般利用無噪聲模式。相應(yīng)地，在操作128中，發(fā)電機組30是不 起作用的，且僅從存儲設(shè)備70提供功率。對于在該無噪聲模式中的操作， 存儲設(shè)備70所輸送的功率是電壓控制的，而不是電流控制的，將大致恒定 的電壓提供到DC母線44，以便于在組件40的母線80上輸送大致恒定的 AC電壓。在一種形式中，從組件40得到的AC功率僅提供到逆變器分配 86的負載，開關(guān)82配置成阻止到客車AC負載84的功率分配。DC客車負 載74在操作128期間也被提供服務(wù)。
操作員輸入控制和顯示設(shè)備115操作性地連接到處理器100，以向系統(tǒng) 28提供各種操作員輸入并輸出狀態(tài)信息。在一種形式中，設(shè)備115包括鍵 盤或其它操作員輸入控制，其選擇/取消選擇"無噪聲模式"操作，開啟/ 關(guān)閉系統(tǒng)28，規(guī)定系統(tǒng)28的預(yù)置自動開始/停止時間、 一個或多個超控 (override)命令，和域指導(dǎo)系統(tǒng)的其它操作方面。設(shè)備115還包括一個或 多個輸出設(shè)備(諸如可視顯示器、可聽到的警報等)，以提供系統(tǒng)28的操 作有關(guān)的信息、各種預(yù)置或其它操作員輸入的操作參數(shù)等。在一個非限制 性的形式中，設(shè)備115安裝在客車22的車艙內(nèi)，并經(jīng)由CAN接口與組件 40中的處理器100通信。
如果條件126的測試為假(否)，則進行條件130。條件130測試岸電 共享模式是否有效。響應(yīng)于系統(tǒng)28的電力加載的變化，功率共享模式根據(jù) 系統(tǒng)28的總功率容量和瞬時狀態(tài)而動態(tài)地調(diào)節(jié)發(fā)電機組30的速度和升壓/ 充電操作。應(yīng)當(dāng)認識到，總功率含有(a)使用逆變器電壓和電流測量的 電橋46輸出的ac功率，(b)在存儲設(shè)備測量的dc功率，以及(c)逆變器組件40固有的功率損耗。損耗計算便于目標(biāo)發(fā)電機組速度和穩(wěn)態(tài)操作的升 壓速率的確定，這一點結(jié)合操作138進一步地進行討論。
如果條件130的測試為真(是)，則執(zhí)行條件132。條件132測試在功 率共享模式中的操作期間是否已經(jīng)檢測到功率水平變化或瞬態(tài)。如果條件 132的測試為真(是)，則執(zhí)行瞬態(tài)處理例程150，這一點將結(jié)合圖7進一 步進行描述。如果條件132的測試為假(否)，則功率處于功率共享模式中 的穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)功率輸送以兩種方式之一出現(xiàn)，視穩(wěn)態(tài)電力負載大小而定。 條件134實現(xiàn)了這種可能性。條件134測試電力負載是否低于與可用發(fā)電 機組30的功率有關(guān)的選定閾值(穩(wěn)態(tài)發(fā)電機組額定值)。該測試包括增加 dc和ac功率水平，解決損耗，并比較總功率與發(fā)電機組功率額定值以確定 是否可執(zhí)行設(shè)備70的同時充電。如果是這樣，條件134的測試為真(是)， 并執(zhí)行操作136。
在操作136中，根據(jù)需要(充電啟用/升壓禁止)來支持"發(fā)電機組加 充電"功率共享模式，其使用用于給設(shè)備70充電的額外的發(fā)電機組容量。 操作136的發(fā)電機組加充電功率共享模式一般從瞬態(tài)條件到達穩(wěn)態(tài)，將結(jié) 合例程150對這一點進行進一步描述。將發(fā)電機組加充電模式中的總發(fā)電 機組功率確定為所測量的ac功率輸出加上所測量的dc充電功率減去所估計 的充電器損耗。在一種形式中，通過參考包含充電器電路的損耗的一個或 多個表來將充電器損耗估計為電池電壓和充電電流的函數(shù)。然后，根據(jù)上 面的方法所計算的標(biāo)準(zhǔn)化負載來確定目標(biāo)發(fā)電機組速度。將發(fā)電機組速度 設(shè)置成支持dc和ac負載。當(dāng)發(fā)電機組到達額定充電電平時，其速度可減小。 當(dāng)ac功率要求接近發(fā)電機組額定值時，充電速率可減小，以便使用發(fā)電機 組30維持負載支持。
如果條件134的測試為假(否)，則導(dǎo)致操作138。在操作138中，發(fā) 電機組30和設(shè)備70都用于在"發(fā)電機組加升壓"功率共享模式下、在穩(wěn) 態(tài)時向電力負載提供功率。根據(jù)總ac和dc功率要求減去損耗來計算期望升 壓速率。該升壓速率控制升壓電流，以達到發(fā)電機組和存儲設(shè)備之間的期 望功率共享。通過確定對系統(tǒng)負載的期望存儲功率貢獻并參考一個或多個
表來計算升壓速率，這些表將升壓電路的損耗表示為電池電壓和電流的函 數(shù)。典型地，對于該穩(wěn)態(tài)條件，發(fā)電機組30以速度上限操作，在升壓啟用 模式中從設(shè)備70提供額外的功率。應(yīng)當(dāng)理解，該發(fā)電機組加升壓功率共享 操作一般地也從瞬態(tài)條件到達穩(wěn)態(tài)，下文將結(jié)合例程150進一步進行描述。 在一種形式中，將負載計算歸一化到百分比系統(tǒng)額定值、百分比升壓容量 和百分比發(fā)電機組負載，以便于對不同的發(fā)電機組和升壓規(guī)模的系統(tǒng)定標(biāo)。 作為非限制性的實例，幾個代表性的實現(xiàn)包括7.5kW發(fā)電機組和2.5kW升 壓，總共10kW， 5.5kW發(fā)電機組和2.5kW升壓，總共8kW， 12kW發(fā)電 機組和3kW升壓，總共15kW，以及12kW發(fā)電機組和6kW升壓，總共18kW。 在其它實施方式中通常可以利用不同的配置。
圖7示出了流程圖形式的瞬態(tài)處理例程150。當(dāng)條件132為真(是)時， 由過程120執(zhí)行例程150，這相應(yīng)于檢測瞬態(tài)。如在過程120和例程150中 描述的，"瞬態(tài)"操作指系統(tǒng)28所輸送的電功率的變化，其一般由電力負 載的變化引起。相反，"穩(wěn)態(tài)"操作指大致恒定的負載電平和系統(tǒng)28所輸 送的電功率的相應(yīng)的恒定電平。為了清楚的目的，在所描繪的序列中，過 程120和例程150在分立的邏輯層次處區(qū)分這些操作模式；然而，應(yīng)當(dāng)認 識到，可用各種不同的方法來實現(xiàn)實施，這些方法可以涉及具有以不同順 序和/或并行執(zhí)行的各種操作的類似和/或分立的技術(shù)，以響應(yīng)于電力負載條 件提供穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)操作之間的動態(tài)切換。
例程150根據(jù)與多個閾值有關(guān)的輸出功率的一個或多個特性中的變化 來區(qū)分不同類型的功率瞬態(tài)。進一步地，如圖7的流程圖中所示的，僅僅 示出了對應(yīng)于增加的功率水平的瞬態(tài)("正"瞬態(tài))；然而，應(yīng)當(dāng)認識到， 可以使用互補的方式或不同的方式來處理對應(yīng)于降低的功率水平的瞬態(tài) ("負"瞬態(tài))。總起來說，通過例程150來區(qū)分正瞬態(tài)的4種類別表示
逐漸變小的功率偏移/電平的類型i、類型n、類型III和類型IV。也描述了
選定的負瞬態(tài)操作。
例程150以條件152開始，條件152測試類型I瞬態(tài)是否已經(jīng)出現(xiàn)。類 型I瞬態(tài)是瞬態(tài)功率增加的最極端的類型，其一般對應(yīng)于大電抗性負載的增 加，諸如由同時啟動的多個空調(diào)88的電機的感應(yīng)電流所呈現(xiàn)的負載，或 當(dāng)應(yīng)用超過發(fā)電機組的額定值的電阻性負載的情況。為了檢測這種類型的 負載,對電流的變化進行監(jiān)控。在輸出電流中非常大的變化指示類型I瞬態(tài)。如果條件152的測試為真(是)，執(zhí)行操作154，其通過在設(shè)備70的最大可 用功率輸出電平時立即禁止充電模式(如果可應(yīng)用)并啟用功率升壓模式 來調(diào)節(jié)到較高的功率水平。同時，發(fā)電機組30以其最大可用加速度來提高 速度，以處理瞬態(tài)。應(yīng)當(dāng)認識到，即使以最大加速度，發(fā)電機組30到達其 最大發(fā)電容量也比存儲設(shè)備70慢得多。假定目標(biāo)穩(wěn)態(tài)功率水平小于設(shè)備70 和發(fā)電機組30—起的穩(wěn)態(tài)功率容量(系統(tǒng)功率容量)，則來自設(shè)備70的功 率水平隨著發(fā)電機組速度的增加而降低，以維持所需的功率水平。繼續(xù)進 行來自設(shè)備70/發(fā)電機組30的功率的這種互補的降低/增加直到達到發(fā)電機 組30的最大功率容量位置。對于這種類型的瞬態(tài)，穩(wěn)態(tài)功率水平一般保持 大于單獨的發(fā)電機組30的容量，所以還提供了來自存儲設(shè)備70的補充功 率。在通過操作154完成了對瞬態(tài)類型I的處理之后，例程150返回到過程 120。沒有任何其它瞬態(tài)的情況下，當(dāng)穩(wěn)態(tài)功率水平大于發(fā)電機組功率容量 時，接著是在操作138下的穩(wěn)態(tài)功率共享模式；然而，假定不需要升壓功 率(穩(wěn)態(tài)功率小于發(fā)電機組30的功率容量)，則導(dǎo)致操作136下的功率共 享模式。
如果條件152的測試為假(否)，則執(zhí)行條件156。條件156測試類型 II瞬態(tài)。類型II瞬態(tài)取決于與電流充電和升壓速率有關(guān)的瞬態(tài)規(guī)模。在一 種形式中，如果其規(guī)模超過連續(xù)升壓額定值和電流充電電平的總和，則產(chǎn) 生類型II瞬態(tài)?？梢允褂霉β室驍?shù)變量來進一步地限定類型II瞬態(tài)。例如， 在一個實施方式中，如果功率因數(shù)低于選定閾值，則將瞬態(tài)分類為類型III 瞬態(tài)，而不是類型II瞬態(tài)。在下文中結(jié)合操作166進一步討論類型III瞬態(tài)。
如果條件156的測試為真(是)，則例程150繼續(xù)進行到條件158，以 確定類型II瞬態(tài)是否是與電抗性相對的電阻性。為了在條件152中識別類 型I瞬態(tài)的大電抗性負載，在AC波形周期的僅僅一部分上檢查某些極端條 件下的電流，以促進充電模式禁止和升壓模式啟用(除非升壓模式已經(jīng)是 有效的)。相反地，條件158根據(jù)對應(yīng)于不太極端的瞬態(tài)標(biāo)準(zhǔn)的AC波形的 相對較長的部分來評估實際功率因數(shù)。典型地，根據(jù)條件158測試來評估 兩個AC周期。如果條件158的測試為真(是)，則標(biāo)明電阻性負載類型并 執(zhí)行操作160。在操作160中，來自設(shè)備70的所需升壓功率和發(fā)電機組30 的最大加速度用于快速地滿足瞬態(tài)負載要求。對于類型II瞬態(tài)，穩(wěn)態(tài)功率
26水平保持高于單獨的發(fā)電機組30的容量，所以通常使用存儲設(shè)備70對其 進行補充。在操作160進行的瞬態(tài)類型II處理完成之后，例程150返回到 過程U0。沒有任何其它瞬態(tài)的情況下，在操作138中產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)功率共享模 式(穩(wěn)態(tài)功率》發(fā)電機組功率容量)；然而，假定在穩(wěn)態(tài)時不需要升壓功率 (穩(wěn)態(tài)功率<發(fā)電機組功率容量)，則在穩(wěn)態(tài)時的功率共享模式在操作136 中繼續(xù)。如果條件158的測試為假(否)，則執(zhí)行操作162，其在下面被更 詳細地描述。
如果條件156的測試為假(否)，則條件164測試類型III瞬態(tài)是否已 經(jīng)發(fā)生。如果條件164的測試為真(是)，則執(zhí)行操作162。在操作162中， 應(yīng)用來自裝置170的升壓功率并增加發(fā)電機組速度，以滿足受速度變化率 限制影響的目標(biāo)功率水平，將在下文中進行進一步描述。對于一個實施方 式，升壓電路配置成在相對短的持續(xù)時間的瞬態(tài)期間提供其連續(xù)額定值的 兩倍。該持續(xù)時間通常對應(yīng)于支持類型I和類型II瞬態(tài)并幫助引擎32在大 電阻性負載期間更快地進行加速所需的升壓量，所述類型I和類型II瞬態(tài) 由受到初始突入電流影響的電抗性負載所引發(fā)。對于電抗性負載，例如單 個空調(diào)88，持續(xù)時間長到足以支持低功率因數(shù)負載(如空調(diào)壓縮機電機) 的初始進入，并允許較慢地提高發(fā)電機速度。在啟動之后因而產(chǎn)生的負載 可以小于發(fā)電機組額定值，這允許緩慢地提高到發(fā)電機組最終速度，導(dǎo)致 發(fā)電機組加充電的最終穩(wěn)態(tài)模式。
如果瞬態(tài)是電阻性的，或者具有足夠的規(guī)模，使得在緩慢提高期間不 能維持兩倍的額定升壓電平，則需要發(fā)電機組的快速加速。如果大負載是 電阻性的，則最終模式是發(fā)電機組加升壓，并且升壓速率將仍然從其較高 的瞬態(tài)電平降低到其最大連續(xù)額定電平。多個空調(diào)一般引起此類足夠大的 負載，使得引起立即加速，如結(jié)合操作154的類型I瞬態(tài)所描述那樣。
類型III瞬態(tài)對應(yīng)于可以通過將所需升壓功率與發(fā)電機組30已經(jīng)可用 的功率輸出相加和來處理的功率要求。當(dāng)發(fā)電機組30的速度提高時，由設(shè) 備70提供的功率水平降低，以維持給定的功率水平。例程150從操作162 返回到過程120。如果穩(wěn)態(tài)功率水平大于或等于發(fā)電機組30的功率容量， 則發(fā)電機組30以最大容量/速度運行，并被來自存儲設(shè)備70的補充功率補 充，導(dǎo)致操作138的穩(wěn)態(tài)功率共享模式。相反，如果穩(wěn)態(tài)功率水平小于發(fā)
27電機組功率容量，則升壓功率到達零，并在發(fā)電機組30達到對應(yīng)于穩(wěn)態(tài)功 率水平的速度時被禁用。在這種情況下，充電模式被啟用，從而導(dǎo)致操作 136的穩(wěn)態(tài)功率共享模式。
如果條件164為假(否)，則采取默認的類型IV瞬態(tài)。類型IV瞬態(tài)對 應(yīng)于功率變化和小于發(fā)電機組30的發(fā)電容量的目標(biāo)瞬態(tài)后穩(wěn)態(tài)電平。相應(yīng) 地，執(zhí)行操作166。在操作166中，在充電模式中設(shè)備70充電電平降低， 且發(fā)電機組速度提高。當(dāng)功率負荷的發(fā)電機組份額隨著發(fā)電機組的速度增 加時，充電水平可增加，直到電力負載和充電的功率共同地達到發(fā)電機組 30的發(fā)電容量為止，則達到最大期望充電電平，或者產(chǎn)生發(fā)電機組30的期 望功率輸出。
在操作162和操作166中的發(fā)電機組速度的增加受到選定的加速度限
制，所述加速度分別小于響應(yīng)于類型I和類型II瞬態(tài)的操作154和160中
發(fā)電機組30的加速度。在某些情況下，與發(fā)電機組的操作相關(guān)的振動和/ 或噪聲可以擾亂具有正常感覺和認知能力的用戶一特別是在停置的車輛
中。在一些情況下，可以通過使用隔聲、機械隔離器等減小該干擾。即使 是這樣，發(fā)電機組操作在某些條件下仍然會出現(xiàn)干擾。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與較慢 的速度變化相比，發(fā)電機組速度的突然變化一般更明顯。對于操作162和 166的類型III和IV瞬態(tài)，將發(fā)電機組30的旋轉(zhuǎn)速度限制為選定的變化率， 以減少人類對發(fā)電機組運行的感知，速度的更快速的增加會產(chǎn)生人類對發(fā) 電機組運行的感知。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于一般電動客車和船舶應(yīng)用，負載瞬態(tài) 主要是類型III或類型IV瞬態(tài)。因此，用于此類應(yīng)用的例程150的方法在 正常使用期間顯著地減少了突然的速度變化。
操作162和166中的加速度限制通常實質(zhì)上低于發(fā)電機組30可用的最 大加速度。在一個優(yōu)選形式中，選定的速度變化率限制小于或等于每秒每 分鐘100轉(zhuǎn)(rpm) (100rpm/s)。在較優(yōu)選的形式中，選定的速度變化率限 制小于或等于50rprii/s。在更優(yōu)選的形式中，該限制小于或等于20rpm/s。 在最優(yōu)選的形式中，該限制大約為10rpm/s。在用于類型III或IV瞬態(tài)的充 電電平和發(fā)電機組速度穩(wěn)定之后，例程150返回到過程120。在沒有進一步 的介入瞬態(tài)時，取決于相對于發(fā)電機組30的發(fā)電容量的穩(wěn)態(tài)功率水平，穩(wěn) 態(tài)功率共享模式導(dǎo)致操作136和/或操作138。響應(yīng)于在功率共享模式中較低的目標(biāo)功率水平的負瞬態(tài)，特定的例程
通常依賴于在負瞬態(tài)之前提供功率的方式。對于由來自設(shè)備70的最大升壓 功率和發(fā)電機組30的最大功率輸出所提供的初始穩(wěn)態(tài)電平，通過相應(yīng)地降 低來自設(shè)備70的升壓功率輸出將數(shù)值減少到大于或等于發(fā)電機組30的發(fā) 電容量的值。對于從操作138中的穩(wěn)態(tài)功率水平到操作136中的穩(wěn)態(tài)功率 水平的負瞬態(tài)，來自升壓模式的功率降低到零，其后啟用充電模式，且發(fā) 電機組速度降低的變化率限制小于最大可用減速度，類似于和操作162和 166有關(guān)的發(fā)電機組30的受限加速度。因此，延緩升壓功率水平的降低， 以維持給定的功率水平。 一旦啟用充電，則通常將發(fā)電機組30的減速停止 在維持到負載的穩(wěn)態(tài)功率并在期望電平處執(zhí)行充電電平所需的速度。為了 從穩(wěn)態(tài)功率加充電模式降低負載瞬態(tài)，響應(yīng)于負載減小，來增加充電和/或 降低發(fā)電機組速度，該速度降低的速率的選定限度小于可用的最大減速度。 在升壓有效時的負瞬態(tài)期間，通過進行到較低的升壓速率的逐步變化或禁 止升壓可降低升壓速率。如果升壓被禁止，充電一般增加到可用容量所允 許的期望充電速率。作為結(jié)果，由于期望充電電平，發(fā)電機組30在穩(wěn)態(tài)可 以以比維持因而形成的負載所需的更快的速度運行。在負瞬態(tài)期間，引擎 速度通常陡升以減小對速度變化的感知，但是，如果負瞬態(tài)大到使得它預(yù) 示將在DC母線44上產(chǎn)生不可接受的高電壓，則可以以其最大速率降低該 速度。在一個實施方式中，該閾值DC電壓大約為300伏。
對于類型I-III瞬態(tài)而言， 一般序列最初以發(fā)電機組加充電模式開始， 禁止充電模式，啟用具有期望升壓電平的升壓模式，使發(fā)電機組斜升到支 持最終目標(biāo)AC負載加期望充電負載所需的速度，降低升壓同時增加發(fā)電機 組速度直到升壓達到零，接著重新啟用充電模式，當(dāng)發(fā)電機組繼續(xù)斜升時 使充電電平斜升，直到總系統(tǒng)負載(ac+dc)由發(fā)電機組來支持。在總系統(tǒng) 負載超過發(fā)電機組容量的情況下，充電接著減少，或替代地，升壓用于支 持ac負載。
在一個實施方式中，如果在類型m或iv瞬態(tài)所產(chǎn)生的發(fā)電機組速度
的逐漸加速期間出現(xiàn)額外的瞬態(tài)事件，則系統(tǒng)繼續(xù)更新總系統(tǒng)負載并更新 升壓和目標(biāo)發(fā)電機組速度。如果額外的瞬態(tài)事件出現(xiàn)，則瞬態(tài)可被重新分 類為類型II或I瞬態(tài)，且系統(tǒng)將依照正確的分類來處理。應(yīng)注意，在一般電動客車或船舶應(yīng)用中，負載瞬態(tài)一般主要導(dǎo)致類型III或類型IV瞬態(tài)。
當(dāng)ac功率變得低于發(fā)電機組額定容量時通常在負瞬態(tài)上啟用充電，且 充電速率斜升以匹配發(fā)電機組的減速度，直到發(fā)電機組速度與總系統(tǒng)負載 (ac+dc)匹配。此外，如果負瞬態(tài)明顯大到足以使DC母線44上的電壓超 過上閾值，則發(fā)電機組速度可以其最大速率降低。該限制減小了 DC母線 44超過期望上電平(例如在一個非限制性的例子中為300伏)的時期(如 果存在)。
返回到過程120，操作124、 128、 136和138繼續(xù)進行到條件140。條 件140測試是否繼續(xù)過程120的操作。如果條件140為真(是)，則過程120 返回到條件122以再次執(zhí)行剩余的邏輯。如果條件140為假(否)，則過程 120停止。應(yīng)當(dāng)認識到，過程120和例程150每個都是各種從屬和獨立功能 的象征性邏輯表示，這些功能可用很多不同的方法來實施和/或?qū)崿F(xiàn)。例如， 雖然以有序的連續(xù)方式來示出這些功能，但是可以對多個條件和操作進行 重新排序、合并、分離、并行操作和/或以本領(lǐng)域技術(shù)人員將獲知的不同方 式配置。這樣的可選方案包括類似和/或分立的實現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)認識到，在其它 實施例中，可以使用不同的標(biāo)準(zhǔn)來檢測瞬態(tài)和/或可以提供不同的瞬態(tài)響應(yīng)。 在另一個實施例中，發(fā)電機組30的有限的加速度和/或減速度根本不被使 用，或者通過操作員輸入控制和顯示器115提供的操作員命令被移除?？?選地或附加地，可以識別/檢測更多或更少的瞬態(tài)類型和減由不同的標(biāo)準(zhǔn)來 定義各種瞬態(tài)類型中的一個或多個。在某些操作模式中，可以減少或消除 充電以在穩(wěn)態(tài)降低發(fā)電機組速度。可選地或附加地，可以使用升壓功率來 代替在存儲設(shè)備70的升壓功率容量下較低穩(wěn)態(tài)功率水平處的發(fā)電機組30。 該操作可能受制于存儲設(shè)備70的被監(jiān)控的備用功率水平。升壓功率也可用 于減小否則可由發(fā)電機組30提供的功率，以將發(fā)電機組30維持在較低的 速度。
預(yù)想了本申請的很多其它實施例。例如， 一個或多個燃料電池設(shè)備、 基于電容的存儲設(shè)備和/或不同形式的可再充電電能存儲裝置可用作存儲設(shè) 備70的電化學(xué)電池或電池組的可選或附加形式。而且， 一個或多個燃料電 池(包括但不限于氫/氧反應(yīng)物類型)可用于提供來自發(fā)電機組30和/或能 量存儲設(shè)備70的一些或全部功率。引擎32可為汽油、柴油、氣體或混合供燃料的；或以本領(lǐng)域技術(shù)人員將獲知的不同方式被供以燃料。此外，應(yīng) 當(dāng)認識到，引擎32可不同于往復(fù)式活塞、斷續(xù)燃燒類型，和/或可使用客車 引擎26來代替引擎32給發(fā)電機34提供機械功率或補充引擎32所提供的 機械功率。在又一實施例中，車輛運送系統(tǒng)28是船舶。在該實施例的一個 變形中，在有或沒有引擎32的情況下，發(fā)電機34的旋轉(zhuǎn)機械功率從推進 軸(例如傳動軸)提供?？蛇x地或附加地，發(fā)電機34可按需要具有不同的 類型，包括但不限于線繞磁場交流發(fā)電機等，其適合于適應(yīng)不同發(fā)電機類 型的電路/控制。
另一實施例包括一個以上的整流器/DC母線/逆變器電路，以將來自變 速發(fā)電機的電力轉(zhuǎn)換到固定頻率電力輸出。在一個實施方式中，發(fā)電機構(gòu) 造有兩個隔離的三相輸出，每個向不同的逆變器電路提供電力，但相同的 引擎用作原動機。當(dāng)以這種方式使用多個整流器/DC母線/逆變器電路時， 它們的一些或全部可以包括通過相應(yīng)的DC母線進行操作的充電/升壓電 路。
其它實施例包括轉(zhuǎn)換來自DC母線的DC電功率以向一個或多個電力 負載提供AC電；將來自變速發(fā)電機的AC功率輸出整流以向DC母線提供 可變數(shù)量的電功率；測量提供到一個或多個電力負載的AC電功率；確定隨 著AC電功率和發(fā)電機的容量之間的差異的變化而變化的功率控制參考值， 以向DC母線提供功率；以及響應(yīng)于功率控制參考值的變化而調(diào)節(jié)從電能存 儲設(shè)備到DC母線的DC電功率輸出。
另一個實施例包括轉(zhuǎn)換來自DC母線的DC電功率以向一個或多個電 力負載提供AC電；將來自變速發(fā)電機的AC功率整流以向DC母線提供第 一可變數(shù)量的電功率；檢測施加到一個或多個電力負載的電壓和電流；將 功率控制參考值確定為電壓和電流的函數(shù)；以及響應(yīng)于功率控制參考值而 調(diào)節(jié)來自電能存儲設(shè)備的DC功率，以向DC母線提供第二可變數(shù)量的電功 率。
再一個實施例涉及一種系統(tǒng)，其包括向一個或多個電力負載提供AC 電功率的逆變器；電耦合到逆變器以向逆變器提供DC電功率的可變電壓 DC母線；向可變電壓DC母線提供DC電功率的第一部分的電耦合到可變 電壓DC母線的可控變換器和電耦合到可控變換器的電能存儲裝置;提供可變AC功率輸出的變速發(fā)電機；電耦合在變速發(fā)電機和可變電壓DC母線之 間以提供從AC功率輸出整流的DC電功率的第二部分的整流器；以及檢測 從可變電壓DC母線提供到一個或多個電力負載的電壓和電流的感測裝置。 還包括耦合到可控變換器和感測裝置的控制電路。控制電路響應(yīng)于電壓和 電流來產(chǎn)生表示提供到一個或多個電力負載的AC電功率的變化的功率控 制信號，且可控變換器響應(yīng)于功率控制信號來改變從可控變換器提供到可 變電壓DC母線的DC電功率的第一部分。
在另一個實施例中， 一種裝置包括變速發(fā)電機；電能存儲設(shè)備；耦 合到變速發(fā)電機和電能存儲設(shè)備的DC母線；用于轉(zhuǎn)換來自DC母線的DC 電功率以向一個或多個電力負載提供AC電的模塊;用于將來自變速發(fā)電機 的AC功率輸出進行整流以向DC母線提供可變數(shù)量的電功率的模塊；用于 測量提供到一個或多個電力負載的AC電功率的模塊；用于確定隨著AC電 功率和發(fā)電機的容量之間的差異而變化的功率控制參考值以向DC母線提 供功率的模塊；以及，響應(yīng)于功率控制參考值的變化而調(diào)節(jié)從電能存儲設(shè) 備到DC母線的DC電功率輸出的模塊。
另一個實施例包括具有發(fā)電系統(tǒng)的車輛。該系統(tǒng)包括用于轉(zhuǎn)換來自 DC母線的DC電功率以向一個或多個電力負載提供AC電的模塊；用于將 來自變速發(fā)電機的AC功率進行整流以向DC母線提供第一可變數(shù)量的電功 率的模塊；用于檢測施加到一個或多個電力負載的電壓和電流的模塊；用 于將功率控制參考值確定為電壓和電流的函數(shù)模塊；以及，用于響應(yīng)于該 參考值而調(diào)節(jié)來自電能存儲設(shè)備的DC功率以向DC母線提供第二可變數(shù)量 的電功率的模塊。
另一個實施例包括驅(qū)動具有引擎的變速發(fā)電機，該發(fā)電機以第一旋 轉(zhuǎn)速度運行以在初始電平處向一個或多個電力負載提供電功率；響應(yīng)于電 力負載增加，通過增加從電能存儲設(shè)備提供的電能來增加提供到一個或多 個電力負載的電功率；當(dāng)將電功率維持在比初始電平高的電平處時，減少 從存儲設(shè)備提供到一個或多個電力負載的電能，并將發(fā)電機的運行速度從 第一旋轉(zhuǎn)速度提高到高于第一旋轉(zhuǎn)速度的第二旋轉(zhuǎn)速度；以及，在運行速 度的提高期間，將運行速度的變化率限制到選擇為減少速度變化的人類感 知的速度變化率。
32本申請的又一個實施例涉及安裝在車輛中的發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括由 引擎驅(qū)動的變速發(fā)電機和電能存儲設(shè)備。還包括用于以第一旋轉(zhuǎn)速度運
行發(fā)電機以在初始電平處向一個或多個電力負載提供電功率的模塊；用于 通過增加來自于電能存儲設(shè)備提供的電能來增加提供到一個或多個電力負 載的電功率的模塊；用于當(dāng)將電功率維持在比初始電平高的電平處時減少 從存儲設(shè)備提供到一個或多個電力負載的電能并將發(fā)電機的運行速度從第 一旋轉(zhuǎn)速度提高到高于第一旋轉(zhuǎn)速度的第二旋轉(zhuǎn)速度的模塊；以及，用于 將運行速度的變化率限制到小于運行速度提高時可由系統(tǒng)執(zhí)行的另一速度 變化率的速度變化率。
又一個實施例包括從電能存儲設(shè)備和以第一旋轉(zhuǎn)速度運行的變速發(fā) 電機向一個或多個電力負載提供電功率；降低從存儲設(shè)備提供到一個或多 個電力負載的電功率的數(shù)量，同時將發(fā)電機的運行速度從第一旋轉(zhuǎn)速度提 高到大于第一旋轉(zhuǎn)速度的第二旋轉(zhuǎn)速度；將發(fā)電機的運行速度的提高限制 到小于或等于第一變化率；以及，響應(yīng)于功率瞬態(tài)而以大于第一變化率的 第二變化率加快發(fā)電機的運行速度。
又一個實施例涉及一種系統(tǒng)，其包括引擎，機械地耦合到引擎的變 速發(fā)電機，電能存儲設(shè)備，電耦合到發(fā)電機和電能存儲設(shè)備的功率控制電 路，以及處理器。弓I擎構(gòu)造成驅(qū)動發(fā)電機以提供可變AC功率。處理器操作
性地耦合到功率控制電路并執(zhí)行操作邏輯來向功率控制電路提供控制信 號，以便以第一旋轉(zhuǎn)速度運行發(fā)電機來在第一電平處提供AC電，響應(yīng)于 電力負載變化而增加從 電能存儲設(shè)備提供的DC功率以將AC電增加到第二 電平，響應(yīng)于負載變化而將發(fā)電機的運行速度從第一旋轉(zhuǎn)速度增加到大于 第一旋轉(zhuǎn)速度的第二旋轉(zhuǎn)速度，當(dāng)發(fā)電機的運行速度增加時降低來自電能 存儲設(shè)備的DC功率，以及，將發(fā)電機的運行速度的變化率限制到小于發(fā)電 機的第二速度變化率的第一速度變化率。
本申請的再一個實施例包括一種裝置，其包括具有發(fā)電系統(tǒng)的車輛， 該發(fā)電系統(tǒng)包括由功率控制電路耦合在一起的引擎、變速發(fā)電機和電能存 儲設(shè)備。該功率控制電路還包括用于從電能存儲設(shè)備和以第一旋轉(zhuǎn)速度
運行的變速發(fā)電機向一個或多個電力負載提供電功率的模塊；用于在系統(tǒng)
的第一操作模式期間降低從存儲設(shè)備提供到一個或多個電力負載的電功率的數(shù)量同時將發(fā)電機的運行速度從第一旋轉(zhuǎn)速度增加到大于第一旋轉(zhuǎn)速度 的第二旋轉(zhuǎn)速度的裝置；用于在系統(tǒng)的第一操作模式期間將運行速度限制 到小于或等于第一變化率的變化率的模塊；以及用于在系統(tǒng)的第二操作模 式期間以大于第一變化率的第二變化率將發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)速度加速到第三旋 轉(zhuǎn)速度的模塊。
另一個實施例包括使用引擎驅(qū)動變速發(fā)電機以向一個或多個電力負 載提供電功率的第一部分；從電能存儲設(shè)備向一個或多個電力負載提供電 功率的第二部分；通過電能存儲設(shè)備監(jiān)控電流；以及，當(dāng)提供電功率的第 二部分時，根據(jù)電流來控制來自電能存儲設(shè)備的電功率輸出。在一種形式 中，實施例還包括測量提供到一個或多個電力負載的電功率，將電流控 制參考值確定為電功率和發(fā)電機容量的函數(shù)，以及，根據(jù)電流和電流控制 參考值之間的差異執(zhí)行電功率輸出的控制。
另一個實施例包括:對耦合到可變電壓DC母線的變速發(fā)電機和電能存 儲設(shè)備進行操作；從DC母線向一個或多個電力負載提供電功率；確定電能 存儲設(shè)備和DC母線之間的電流；以及，將從電能存儲設(shè)備提供到DC母線 的電功率調(diào)節(jié)為電流的函數(shù)。在一種形式中，該實施例還包括在功率調(diào) 節(jié)期間，允許DC母線上的電壓在從非零最小值延伸到非零最大值的范圍內(nèi) 變化，非零最小值是非零最大值的75%或更少?？蛇x地或附加地，實施例 還可以包括將發(fā)電機、引擎和存儲設(shè)備安裝在電動客車中；用電動客車
承載一個或多個電力負載；以及將一個或多個電力負載電耦合到逆變器， 該逆變器耦合到DC母線。
另一個實施例涉及一種系統(tǒng)，其包括引擎，機械地耦合到引擎的變
速發(fā)電機，選擇性地提供可變DC功率的電能存儲設(shè)備，耦合到發(fā)電機和存 儲設(shè)備的可變電壓DC母線，耦合到DC母線以提供AC功率輸出的逆變器， 通過能量存儲設(shè)備監(jiān)控電流以提供相應(yīng)的檢測器信號的檢測器，以及，耦 合到DC母線以將來自電能存儲設(shè)備的功率輸出調(diào)節(jié)為檢測器信號和電流 控制參考值的函數(shù)的控制電路。在一種形式中，引擎驅(qū)動發(fā)電機來提供被 整流以提供到DC母線的可變AC功率輸出。
再一個實施例涉及一種裝置，其包括變速發(fā)電機以及用于使用引擎 來驅(qū)動發(fā)電機以向一個或多個電力負載提供電功率的第一部分的模塊，用于從電能存儲設(shè)備向一個或多個電力負載提供電功率的第二部分的模塊，用于通過存儲設(shè)備監(jiān)控電流的模塊，以及，用于當(dāng)向一個或多個電力負載提供電功率的第二部分時根據(jù)使用監(jiān)控模塊確定的電流來控制來自存儲設(shè)備的電功率輸出的模塊。
一個不同的實施例涉及一種裝置，其包括耦合到可變電壓DC母線的可變發(fā)電機和電能存儲設(shè)備。還包括用于從DC母線向一個或多個電力負載提供電功率的模塊；用于確定存儲設(shè)備和DC母線之間的電流的模塊；以及，用于將從存儲設(shè)備提供到DC母線的電功率調(diào)節(jié)為電流的函數(shù)的模塊。
本文所陳述的任何理論、操作機制、論證或發(fā)現(xiàn)意指進一步增強對本發(fā)明的理解，且不旨在使本發(fā)明以任何方式依賴于這些理論、操作機制、論證或發(fā)現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)理解，雖然在上面的描述中對詞語"優(yōu)選的"、"優(yōu)選地"或"優(yōu)選"的使用指示所描述的特征可能是期望的，但是它可以不是必需的，且將缺少這些特征的實施例設(shè)想在本發(fā)明的范圍內(nèi)，該范圍由所附的權(quán)利要求限定。在閱讀權(quán)利要求中，除非在權(quán)利要求中特別地指出相反的情況，當(dāng)使用諸如"一"、"一個"、"至少一個"、"至少一部分"的詞語時，并不旨在將權(quán)利要求僅限制到一個項目。此外，除非特別地指出相反的情況，當(dāng)使用語言"至少一部分"和/或"一部分"時，項目可包括一部分和/或整個項目。雖然在附圖和前述說明中詳細示出和描述了本發(fā)明，相稱地，將附圖和前述說明作為例證性而不是限制性的，應(yīng)當(dāng)理解，僅示出和描述了選定的實施例，而且在本文或由任何一項所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明精神內(nèi)進行的所有變化、更改和等價物都要求保護。
3權(quán)利要求
1、一種方法，包括使用引擎來驅(qū)動變速發(fā)電機，所述發(fā)電機以第一旋轉(zhuǎn)速度運行，從而以初始電平向一個或多個電力負載提供電功率；響應(yīng)于電力負載增加，通過增加從電能存儲設(shè)備提供的電能來增加提供給所述一個或多個電力負載的所述電功率；在將所述電功率維持在比所述初始電平高的電平時，減少從所述存儲設(shè)備提供給所述一個或多個電力負載的所述電能，并將所述發(fā)電機的運行速度從所述第一旋轉(zhuǎn)速度增加到大于所述第一旋轉(zhuǎn)速度的第二旋轉(zhuǎn)速度；以及在所述運行速度的增加期間，將所述運行速度的變化率限制到選擇為降低速度變化的人類感知的速度變化率。
2、 如權(quán)利要求1所述的方法，其包括根據(jù)速度變化率限制來降低所述 發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)運行速度，所述速度變化率限制小于所述引擎的最大可用速 度變化率。
3、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述速度變化率小于所述發(fā)電機的 較高速度變化率，并且所述方法包括-檢測功率瞬態(tài)；以及響應(yīng)于所述功率瞬態(tài)而以所述較高速度變化率使所述發(fā)電機加速。
4、 如權(quán)利要求1所述的方法，其包括-將所述發(fā)電機、所述引擎和所述存儲設(shè)備安裝在車輛中； 利用所述車輛來承載所述一個或多個電力負載；以及 將所述一個或多個電力負載電耦合到逆變器，所述逆變器耦合到DC母線，所述DC母線耦合到安裝在所述車輛中的所述發(fā)電機和所述存儲設(shè) 備。
5、 如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述一個或多個電力負載包括至少 一個空調(diào)以在所述車輛內(nèi)提供冷卻。
6、 如權(quán)利要求l所述的方法，其包括對提供給所述一個或多個電力負載的AC電功率的數(shù)量進行確定；以及響應(yīng)于AC功率的所述數(shù)量而調(diào)節(jié)由所述存儲設(shè)備提供的DC功率水平。
7、 如權(quán)利要求l所述的方法，其包括同時提供來自所述發(fā)電機的AC電功率輸出和從所述存儲設(shè)備到可變 電壓DC母線的DC電功率輸出；對來自所述DC母線的DC功率進行逆變，以向所述一個或多個電力負 載提供AC功率；以及在所述提供和所述逆變期間，允許所述DC母線上的電壓在從非零最小 值到非零最大值之間的范圍內(nèi)變化，所述非零最小值是所述非零最大值的 75%或更小。
8、 一種方法，包括從電能存儲設(shè)備和以第一旋轉(zhuǎn)速度運行的變速發(fā)電機向 一個或多個電 力負載提供電功率，所述變速發(fā)電機由引擎驅(qū)動；降低從所述存儲設(shè)備提供給所述一個或多個電力負載的所述電功率的 數(shù)量，同時將所述發(fā)電機的運行速度從所述第一旋轉(zhuǎn)速度增加到大于所述 第一旋轉(zhuǎn)速度的第二旋轉(zhuǎn)速度；以及將所述發(fā)電機的所述運行速度的增加限制到小于或等于第一變化率；以及響應(yīng)于功率瞬態(tài)，以大于所述第一變化率的第二變化率對所述發(fā)電機 的所述運行速度進行加速。
9、 如權(quán)利要求8所述的方法，其包括利用車輛來承載所述發(fā)電機、 所述電能存儲設(shè)備、所述引擎和所述一個或多個電力負載，所述車輛包括用于推動所述車輛的另一引擎。
10、 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述存儲設(shè)備包括一個或多個電化學(xué)電池，且所述方法包括使用來自 所述發(fā)電機的電力給所述一個或多個電化學(xué)電池充電。
11、 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述一個或多個電力負載包括一個或多個空調(diào)，且所述功率瞬態(tài)是通 過啟動所述一個或多個空調(diào)引起的。
12、 如權(quán)利要求8所述的方法，其包括 對提供給所述一個或多個負載的AC電功率的數(shù)量進行確定； 產(chǎn)生功率控制參考值作為AC電功率的所述數(shù)量和所述發(fā)電機的功率容量的函數(shù)；以及響應(yīng)于所述功率控制參考值而調(diào)節(jié)所述存儲設(shè)備提供的DC功率水平。
13、 如權(quán)利要求8所述的方法，其包括同時提供來自所述發(fā)電機的AC電功率輸出和從所述存儲設(shè)備到可變 電壓DC母線的DC電功率輸出；對來自所述DC母線的DC功率進行逆變，以向所述一個或多個負載提 供AC功率；以及在所述提供和所述逆變期間，允許所述DC母線上的電壓在從非零最小 值到非零最大值之間的范圍內(nèi)變化，所述非零最小值是所述非零最大值的 75%或更小。
14、 如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述功率瞬態(tài)是通過啟動包括在 所述一個或多個負載中的多個空調(diào)引起的。
15、 如權(quán)利要求8所述的方法，其包括將所述發(fā)電機安裝在包括所述一個或多個負載的建筑物中；以及使用所述發(fā)電機向所述建筑物提供備用功率。
16、 一種系統(tǒng)，包括 引擎；變速發(fā)電機，其機械地耦合到所述引擎，所述引擎被構(gòu)造為驅(qū)動所述 發(fā)電機來提供可變AC功率；電能存儲設(shè)備，其選擇性地提供可變DC功率；功率控制電路，其電耦合到所述發(fā)電機和所述電能存儲設(shè)備以提供調(diào)節(jié)的AC電；以及處理器，其操作性地耦合到所述功率控制電路，所述處理器執(zhí)行操作 邏輯來向所述功率控制電路提供控制信號，以便使所述發(fā)電機以第一旋轉(zhuǎn)速度運行，從而以第一電平提供所述AC電，響應(yīng)于電力負載變化而增加從所述電能存儲設(shè)備提供的所述DC 功率以將所述AC電增加到第二電平，響應(yīng)于所述負載變化而將所述發(fā)電機的運行速度從所述第一旋轉(zhuǎn) 速度增加到大于所述第一旋轉(zhuǎn)速度的第二旋轉(zhuǎn)速度，當(dāng)所述發(fā)電機的所述運行速度增加時，降低來自所述電能存儲設(shè)備的所述DC功率，以及將所述發(fā)電機的所述運行速度的變化率限制到第一速度變化率， 所述第一速度變化率小于所述發(fā)電機的第二速度變化率。
17、 如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，還包括車輛，其中，將所述引擎、所 述發(fā)電機、所述存儲設(shè)備、所述功率控制電路和所述處理器安裝在所述車 輛中以提供發(fā)電系統(tǒng)、和用于通過改變所述引擎的速度來控制所述發(fā)電機 的所述運行速度的模塊。
18、 如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，還包括安裝在所述車輛中的多個空調(diào)， 所述發(fā)電系統(tǒng)電耦合到一個或多個所述空調(diào)，以向其提供調(diào)節(jié)的AC電，所 述操作邏輯響應(yīng)于通過啟動所述多個空調(diào)引起的功率瞬態(tài)，向所述功率控制電路提供至少一個另外的控制信號來以所述第二速度變化率使所述發(fā)電 機加速。
19、 如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，所述功率控制電路包括電耦合到所述發(fā)電機和所述存儲設(shè)備的可變電 壓DC母線。
20、 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述功率控制電路包括 整流器，其電連接在所述發(fā)電機和所述DC母線之間； 逆變器，其電連接到所述DC母線以將所述DC母線上的可變電壓功率 轉(zhuǎn)換成AC形式；以及DC-DC變換器，其電連接在所述存儲設(shè)備和所述DC母線之間。
21、 如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，所述功率控制電路包括用于選擇性地啟動和禁止使用所述發(fā)電機對所 述存儲設(shè)備充電的模塊。
22、 一種裝置，包括包含發(fā)電系統(tǒng)的車輛，所述系統(tǒng)包括由功率控 制電路耦合在一起的引擎、變速發(fā)電機和電能存儲設(shè)備，所述功率控制電路還包括用于從所述電能存儲設(shè)備和以第一旋轉(zhuǎn)速度運行的所述變速發(fā)電機向一個或多個電力負載提供電功率的模塊；用于在所述系統(tǒng)的第一運行模式期間，在將所述發(fā)電機的運行速度從 所述第一旋轉(zhuǎn)速度增加到大于所述第一旋轉(zhuǎn)速度的第二旋轉(zhuǎn)速度的同時降 低從所述存儲設(shè)備提供給所述一個或多個電力負載的電功率的數(shù)量的模 塊；用于在所述第一運行模式期間將所述運行速度限制到小于或等于第一 變化率的變化率的模塊；以及用于響應(yīng)于功率瞬態(tài)而在所述系統(tǒng)的第二運行模式期間以大于所述第 一變化率的第二變化率將所述發(fā)電機的所述旋轉(zhuǎn)速度加速到第三旋轉(zhuǎn)速度的模塊。
23、 一種方法，包括對來自DC母線的DC電功率進行逆變，以向一個或多個電力負載提供AC電；對來自變速發(fā)電機的AC功率輸出進行整流，以向所述DC母線提供可 變數(shù)量的電功率；對提供給所述一個或多個電力負載的AC電功率進行測量；確定隨著所述AC電功率和所述發(fā)電機的容量之間的差異的變化而變 化的功率控制參考值，以向所述DC母線提供功率；以及響應(yīng)于所述功率控制參考值的變化而調(diào)節(jié)從電能存儲設(shè)備到所述DC 母線的DC電功率輸出。
24、 如權(quán)利要求23所述的方法，包括利用車輛來承載一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括所述發(fā)電機、所述DC母線、所 述存儲設(shè)備和所述一個或多個電力負載。
25、 如權(quán)利要求23所述的方法，包括 禁用來自所述存儲設(shè)備的所述DC電功率輸出；以及在禁用所述DC電功率輸出之后使用來自所述發(fā)電機的電給所述存儲 設(shè)備充電。
26、 如權(quán)利要求23所述的方法，包括在調(diào)節(jié)所述DC電功率輸出期間減少所述存儲設(shè)備的所述DC電功率輸出；在調(diào)節(jié)來自所述存儲設(shè)備的所述DC電功率輸出期間增加所述發(fā)電機 的旋轉(zhuǎn)速度；以及在增加所述旋轉(zhuǎn)速度期間，將所述旋轉(zhuǎn)速度的變化率限制到不大于比 可用最大變化率小的預(yù)定水平。
27、 如權(quán)利要求26所述的方法，包括 檢測功率瞬態(tài)；以及響應(yīng)于所述功率瞬態(tài)，以高于所述預(yù)定水平的水平對所述發(fā)電機的所 述旋轉(zhuǎn)速度進行加速。
28、 如權(quán)利要求23所述的方法，包括在同時提供來自所述發(fā)電機的所述AC電功率輸出和來自所述存儲設(shè) 備的所述DC電功率輸出時，允許所述DC母線上的電壓在最小非零電壓與 最大非零電壓之間變化，從而給所述一個或多個負載供電，所述最小非零 電壓是所述最大非零電壓的75%或更小。
29、 如權(quán)利要求23所述的方法，包括將所述發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)速度控制為調(diào)節(jié)的DC電功率輸出的函數(shù)。
30、 一種系統(tǒng)，包括逆變器，用于向一個或多個電力負載提供AC電功率； 可變電壓DC母線，其電耦合到所述逆變器以向所述逆變器提供DC電 功率；可控變換器和電能存儲裝置，所述可控變換器電耦合到所述可變電壓 DC母線，所述電能存儲裝置電耦合到所述可控變換器，以向所述可變電壓 DC母線提供所述DC電功率的第一部分；變速發(fā)電機，用于提供可變AC功率輸出；整流器，其電耦合在所述變速發(fā)電機和所述可變電壓DC母線之間，以 提供從所述AC功率輸出整流的所述DC電功率的第二部分；感測裝置，用于檢測從所述可變電壓DC母線提供給所述一個或多個電力負載的電壓和電流；以及控制電路，其耦合到所述可控變換器和所述感測裝置，所述控制電路 響應(yīng)于所述電壓和所述電流來產(chǎn)生表示提供給所述一個或多個電力負載的 所述AC電功率的變化的功率控制信號，所述可控變換器響應(yīng)于所述功率控 制信號來改變從所述可控變換器提供給所述可變電壓DC母線的所述DC電功率的第一部分。
31、 如權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，還包括承載所述逆變器、DC母線、變換器、發(fā)電機、整流器、感測裝置和控 制電路的車輛。
32、 如權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，還包括 用于調(diào)節(jié)所述發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)速度的模塊。
33、 如權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中，所述調(diào)節(jié)模塊包括用于限制所述發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)速度的變化率的模塊。
34、 如權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其中， 所述能量存儲裝置包括至少一個電化學(xué)電池。
35、 如權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其中，所述控制電路包括處理器，所述處理器具有用于動態(tài)地控制所述發(fā)電 機和所述存儲裝置之間的功率共享的模塊。
36、 一種方法，包括使用引擎來驅(qū)動變速發(fā)電機以向一個或多個電力負載提供電功率的第 一部分；從電能存儲設(shè)備向所述一個或多個電力負載提供所述電功率的第二部分；通過所述電能存儲設(shè)備監(jiān)控電流；以及在提供所述電功率的所述第二部分期間，根據(jù)所述電流來控制來自所 述電能存儲設(shè)備的電功率輸出。
37、 如權(quán)利要求36所述的方法，包括.-對提供給所述一個或多個電力負載的所述電功率進行測量；將電流控制參考確定為所述電功率和所述發(fā)電機的容量的函數(shù)；以及 根據(jù)所述電流和所述電流控制參考值之間的差異而對所述電功率輸出 進行控制。
38、 如權(quán)利要求36所述的方法，包括通過整流器將所述電功率的所述第一部分從所述發(fā)電機提供給DC母線；通過DC-DC變換器將所述電功率的所述第二部分從所述電能存儲設(shè)備 提供給所述DC母線；以及對來自所述DC母線的DC功率進行逆變，以向所述一個或多個電力負 載提供AC功率。
39、 如權(quán)利要求38所述的方法，包括在向所述一個或多個電力負載提供AC功率的同時，在從非零最小值到 非零最大值的范圍內(nèi)改變所述DC母線上的電壓，所述非零最小值是所述非 零最大值的75%或更小。
40、 如權(quán)利要求36所述的方法，包括 檢測功率瞬態(tài)條件；以及響應(yīng)于所述功率瞬態(tài)條件而調(diào)節(jié)來自所述電能存儲設(shè)備的電功率輸出。
41、 如權(quán)利要求40所述的方法，包括 將所述發(fā)電機、所述引擎和所述存儲設(shè)備安裝在車輛中； 利用所述車輛來承載所述一個或多個電力負載；以及 將所述一個或多個電力負載電耦合到逆變器，所述逆變器耦合到DC母線，所述DC母線耦合到安裝在所述車輛中的所述發(fā)電機和所述存儲設(shè) 備。
42、 如權(quán)利要求36所述的方法，其中，所述存儲設(shè)備包括一個或多個電化學(xué)電池，且所述方法包括對提供給所述一個或多個負載的所述電功率的數(shù)量進行確定； 響應(yīng)于所述電功率的數(shù)量而向所述一個或多個電池提供電流控制的調(diào)禁用來自所述一個或多個電池的電功率輸出；以及在禁用所述電功率輸出之后使用來自所述發(fā)電機的電力給所述一個或 多個電池充電。
43、 一種系統(tǒng)，包括 引擎；變速發(fā)電機，其機械地耦合到所述引擎，所述引擎被構(gòu)造為驅(qū)動所述發(fā)電機來提供可變AC功率；電能存儲設(shè)備，其用于選擇性地提供可變DC功率；可變電壓DC母線，其耦合到所述發(fā)電機和所述電能存儲設(shè)備；逆變器，其耦合到所述DC母線以提供AC功率輸出；檢測器，其對通過所述電能存儲設(shè)備的電流進行監(jiān)控，以提供相應(yīng)的檢測器信號；以及控制電路，其耦合到所述DC母線，以將來自所述電能存儲設(shè)備的功率lr出調(diào)節(jié)為所述檢測器信號和電流控制參考的函數(shù)。
44、 如權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)，其中， 所述控制電路限定了比例積分調(diào)節(jié)器。
45、 如權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)，其中，所述控制電路包括用于對所述電流和所述電流參考值進行比較的模塊。
46、 如權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)，其中，所述控制電路包括處理器，所述處理器被編程為提供所述比較模塊和 電流控制參考值確定模塊，所述電流控制參考值確定模塊用于根據(jù)對所述AC功率輸出的功率要求和所述發(fā)電機的功率容量來確定所述電流控制參 考值。
47、 如權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)，還包括耦合在所述DC母線和所述存儲設(shè)備之間的雙向DC-DC變換器。
48、 如權(quán)利要求47所述的系統(tǒng)，其中，所述檢測器包括沿著所述存儲設(shè)備和所述雙向DC-DC變換器之間的導(dǎo) 電路徑放置的電流互感器。
49、 一種裝置，包括 變速發(fā)電機； 電能存儲設(shè)備；DC母線，其耦合到所述變速發(fā)電機和所述電能存儲設(shè)備；用于對來自所述DC母線的DC電功率進行逆變以向一個或多個電力負載提供AC電的模塊；用于對來自所述變速發(fā)電機的AC功率輸出進行整流以向所述DC母線提供可變數(shù)量的電功率的模塊；用于對提供給所述一個或多個電力負載的AC電功率進行測量的模塊;用于對隨著所述AC電功率和所述發(fā)電機的容量之間的差異而變化的 功率控制參考值進行確定以向所述DC母線提供功率的模塊；以及用于響應(yīng)于所述功率控制參考值的變化而調(diào)節(jié)從所述電能存儲設(shè)備到 所述DC母線的DC電功率輸出的模塊。
全文摘要
一種電力系統(tǒng)包括引擎、由引擎驅(qū)動的發(fā)電機、電能存儲設(shè)備、將發(fā)電機和存儲設(shè)備耦合在一起的功率控制電路、以及耦合到該電路的處理器。發(fā)電機提供可變AC功率且存儲設(shè)備提供可變DC功率到電路。處理器執(zhí)行操作邏輯來向電路提供控制信號，以便以第一速度運行發(fā)電機來提供第一電平的AC電，增加從存儲設(shè)備提供的DC功率以將AC電提高到第二電平，將發(fā)電機的運行速度從第一速度增加到大于第一速度的第二速度，當(dāng)發(fā)電機的運行速度增加時降低來自存儲設(shè)備的DC功率，以及限制運行速度的加速以減少對速度變化的感知。
文檔編號H02H7/06GK101647170SQ200780049893
公開日2010年2月10日 申請日期2007年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月16日
發(fā)明者M·E·彼得森, M·內(nèi)登, R·L·巴克斯 申請人:康明斯發(fā)電Ip公司