本申請(qǐng)要求于2014年2月19日提交且標(biāo)題為“METHOD FOR LOAD SHARE BALANCING IN A SYSTEM OF PARALLEL-CONNECTED GENERATORS USING ACCUMULATED DAMAGE MODEL”的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)序列No.61/941,684的優(yōu)先權(quán)；并且涉及于2015年2月19日提交且標(biāo)題為“METHOD FOR LOAD SHARE BALANCING IN A SYSTEM OF PARALLEL-CONNECTED GENERATORS USING ACCUMULATED DAMAGE MODEL”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)序列No.(代理人案號(hào)22888-0206)、于2015年2月19日提交且標(biāo)題為“METHOD FOR LOAD SHARE BALANCING IN A SYSTEM OF PARALLEL-CONNECTED GENERATORS USING SELECTIVE LOAD REDUCTION”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)序列No.(代理人案號(hào)22888-0208)以及于2015年2月19日提交且標(biāo)題為“METHOD FOR OPTIMIZING THE EFFICIENCY OF A SYSTEM OF PARALLEL-CONNECTED GENERATORS”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)序列No.(代理人案號(hào)22888-0210)，所有這些的全部公開(kāi)內(nèi)容都通過(guò)引用被結(jié)合于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)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)的這種系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

通常，發(fā)電機(jī)是眾所周知類(lèi)型的旋轉(zhuǎn)電力機(jī)器，其具有被轉(zhuǎn)子包圍的定子，轉(zhuǎn)子通過(guò)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(lèi)型也被稱(chēng)為交流發(fā)電機(jī)(alternator)。在被用來(lái)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(lèi)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(lèi)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，通常是為了給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，其中該電池向各種類(lèi)型的車(chē)輛(諸如像長(zhǎng)途貨運(yùn)拖拉機(jī)或大型公交車(chē))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(lái)驅(qū)動(dòng)多個(gè)發(fā)電機(jī)。例如，引擎可專(zhuān)用于僅僅驅(qū)動(dòng)多個(gè)并聯(lián)連接的發(fā)電機(jī)中相應(yīng)的一個(gè)，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(chē)輛中使用的那些，采用單個(gè)引擎來(lái)驅(qū)動(dòng)多個(gè)發(fā)電機(jī)。例如，長(zhǎng)途貨運(yùn)拖拉機(jī)或大型公交車(chē)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(guò)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(chē)輛的系統(tǒng)通常向電池(或多個(gè)電池)提供被整流的DC電力，其中電池向車(chē)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對(duì)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)器來(lái)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(zhuān)用電壓調(diào)節(jié)器來(lái)控制。每個(gè)轉(zhuǎn)子的移動(dòng)磁場(chǎng)的強(qiáng)度是由(一個(gè)或多個(gè))電壓調(diào)節(jié)器控制的，其中所述移動(dòng)磁場(chǎng)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(kāi)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(lái)說(shuō)，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(chēng)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，該整體并聯(lián)系統(tǒng)的操作可以由可選地被包括的主控制器來(lái)控制。發(fā)電機(jī)可以在它們自身當(dāng)中進(jìn)行協(xié)調(diào)，或者可選地可以指定或者處于一個(gè)發(fā)電機(jī)內(nèi)部的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)單元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在單個(gè)較大發(fā)電機(jī)的情況下會(huì)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)貫轭A(yù)期的附加負(fù)荷做計(jì)劃；通過(guò)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(guò)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(lái)適應(yīng)。因此，通過(guò)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)人員理解的，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)需要它在它和系統(tǒng)中其他正在操作的交流發(fā)電機(jī)通過(guò)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(guò)以下來(lái)實(shí)現(xiàn)：將系統(tǒng)中一個(gè)正在操作的交流發(fā)電機(jī)連接到總線(被稱(chēng)為總線交流發(fā)電機(jī))，并且然后在關(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(guò)對(duì)進(jìn)入的交流發(fā)電機(jī)的場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)行調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)；當(dāng)它們具有相等的頻率時(shí)，這可以通過(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)(但是在基于車(chē)輛的系統(tǒng)中通常不需要，在該基于車(chē)輛的系統(tǒng)中完全相同的交流發(fā)電機(jī)由引擎機(jī)軸通過(guò)共同的皮帶來(lái)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/或可選地包括的主控制器來(lái)調(diào)節(jié)。DC型發(fā)電機(jī)的同步是相對(duì)更簡(jiǎn)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?xún)?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)提供在即使其一個(gè)發(fā)電機(jī)單元發(fā)生故障的情況下也能維持對(duì)關(guān)鍵負(fù)荷的供電所必需的冗余性。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)(即，活動(dòng)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)發(fā)電機(jī)或操作發(fā)電機(jī)之間的負(fù)荷分擔(dān)，以確保所有這些活動(dòng)發(fā)電機(jī)都對(duì)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，并且這種做法會(huì)導(dǎo)致這些停用時(shí)間段沒(méi)有在多個(gè)發(fā)電機(jī)當(dāng)中被平等地分配。

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，它們常常都遠(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)可以在與其它發(fā)電機(jī)中的一個(gè)或多個(gè)相比相對(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(guò)程中發(fā)生故障。照常繼續(xù)依賴(lài)具有相對(duì)較大的發(fā)生故障可能性的發(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)。此外，在當(dāng)雖然是暫時(shí)性地但系統(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(cè)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，將由在系統(tǒng)的使用壽命中更充分地利用并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的各種多個(gè)發(fā)電機(jī)當(dāng)中的每一個(gè)的系統(tǒng)和方法來(lái)促進(jìn)。因此，系統(tǒng)的有用壽命因此可被最大化。同樣，那些發(fā)電機(jī)的更高效利用以及改進(jìn)的系統(tǒng)可靠性和效率將由以下系統(tǒng)和方法來(lái)促進(jìn)：這些系統(tǒng)和方法更好地預(yù)測(cè)系統(tǒng)中多個(gè)發(fā)電機(jī)當(dāng)中的哪一個(gè)發(fā)電機(jī)相對(duì)更容易在操作中發(fā)生故障并且能夠基于它們?cè)诓僮髦泻芸彀l(fā)生故障的相對(duì)可能性來(lái)選擇性地選擇并聯(lián)連接的發(fā)電機(jī)中哪一個(gè)將是活動(dòng)的和不活動(dòng)的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開(kāi)內(nèi)容提供了具有利用累計(jì)損壞模型用于負(fù)荷分擔(dān)平衡的控制器的并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，以及用于在并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中利用累計(jì)損壞模型用于負(fù)荷分擔(dān)平衡的方法。

本公開(kāi)內(nèi)容提供了并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，該并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)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)被激活，并且在系統(tǒng)服務(wù)壽命期間每個(gè)發(fā)電機(jī)單元的累積損壞被建模。基于發(fā)電機(jī)單元的累積損壞，一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)單元在系統(tǒng)服務(wù)壽命的一部分期間被(一個(gè)或多個(gè))控制器選擇性地停用，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(kāi)內(nèi)容還提供了用于在具有服務(wù)壽命的并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中的多個(gè)發(fā)電機(jī)單元當(dāng)中進(jìn)行負(fù)荷分擔(dān)平衡的方法。該方法包括：利用累積損壞模型定義每個(gè)發(fā)電機(jī)單元的累積損壞；以及利用至少一個(gè)控制器來(lái)基于發(fā)電機(jī)單元的累積損壞在系統(tǒng)服務(wù)壽命的一部分期間選擇性地停用一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)單元。因此，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。

所公開(kāi)的系統(tǒng)和方法還促進(jìn)了更好地預(yù)測(cè)多個(gè)并聯(lián)連接的發(fā)電機(jī)當(dāng)中的哪一個(gè)相對(duì)更容易在操作中發(fā)生故障，并且基于它們發(fā)生故障的相對(duì)可能性來(lái)選擇性地選擇在系統(tǒng)中并聯(lián)連接的發(fā)電機(jī)中的哪一個(gè)將是活動(dòng)的和不活動(dòng)的。

根據(jù)本公內(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)，由此與之前的并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)相比改進(jìn)了系統(tǒng)可靠性和效率，并最大化了系統(tǒng)的服務(wù)壽命。

并聯(lián)系統(tǒng)中每個(gè)發(fā)電機(jī)單元的累積損壞標(biāo)準(zhǔn)反映了其在被理解為不利地影響其持續(xù)可靠性的條件下的操作。在操作期間發(fā)電機(jī)發(fā)生故障的概率隨著其操作的時(shí)間而增加，尤其是在被理解為與其使用壽命的縮短相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)壓力(stress)條件下。這種條件通常包括例如在高溫下的操作。換句話說(shuō)，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)溫度可能受到例如其設(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)間期間發(fā)電機(jī)單元的溫度顯著更高而不是更低，則通常被本領(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。這可能是由于在受以上提到的一個(gè)或多個(gè)因素影響的更高溫度下操作時(shí)經(jīng)歷的更大磨損和材料降級(jí)造成的。

因此，發(fā)電機(jī)單元的操作溫度歷史可以充當(dāng)累積損壞等同物，并且指示相對(duì)于將在未來(lái)服務(wù)中經(jīng)歷類(lèi)似電氣負(fù)荷的另一可選擇的發(fā)電機(jī)單元該單元發(fā)生故障的容易程度或持續(xù)可靠性。如上面所指出的，整個(gè)電氣負(fù)荷由并聯(lián)的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的所有操作的發(fā)電機(jī)分擔(dān)。因此，負(fù)荷由系統(tǒng)中被選擇用于活動(dòng)服務(wù)的并聯(lián)連接的發(fā)電機(jī)單元基本上相等地承載，而被預(yù)測(cè)為相對(duì)較不可靠的(一個(gè)或多個(gè))未被選擇的發(fā)電機(jī)單元的引入被推遲到系統(tǒng)的電氣需求認(rèn)為需要的時(shí)候。

根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的教導(dǎo)，并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的可靠性和效率可以有利地受到以下的影響：從其多個(gè)并聯(lián)連接的發(fā)電機(jī)中選擇性地選擇將哪些(一個(gè)或多個(gè))發(fā)電機(jī)單元定期保持在操作中(即，定期處于活動(dòng)單元當(dāng)中)、以及阻止哪些(一個(gè)或多個(gè))發(fā)電機(jī)單元定期投入操作(即，定期處于非活動(dòng)單元當(dāng)中)。

在本公開(kāi)內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施例中，具有最高累積損壞的發(fā)電機(jī)單元是多個(gè)并聯(lián)連接的發(fā)電機(jī)中最后一個(gè)被引入到系統(tǒng)中的活動(dòng)服務(wù)的。因而，系統(tǒng)中所有發(fā)電機(jī)的累積損壞可以趨于均衡，從而帶來(lái)最大系統(tǒng)壽命，具有最少的臨時(shí)、不可預(yù)測(cè)和不方便的破壞系統(tǒng)可靠性和效率的發(fā)電機(jī)單元故障。

每個(gè)并聯(lián)連接的交流發(fā)電機(jī)使用其溫度來(lái)計(jì)算累積損壞等同物。系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)單元按照從最小損壞到最大損壞的次序排序。最小損壞的單元首先被激活，最大損壞的單元最后被激活。

在根據(jù)本公開(kāi)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(zhǎng)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(hù)所需要的，并且有時(shí)可以更容易且更便宜地結(jié)合到已有的通信基礎(chǔ)設(shè)施中。

附圖說(shuō)明

通過(guò)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(kāi)內(nèi)容的系統(tǒng)和/或方法的上面提到的各個(gè)方面和其它特性以及優(yōu)點(diǎn)將變得更加顯而易見(jiàn)并且更好理解，其中：

圖1繪出了根據(jù)本公開(kāi)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；及

圖2示出了用在根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的方法實(shí)施例中的算法的例子。

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(kāi)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)人員可以認(rèn)識(shí)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，該發(fā)電機(jī)單元24分別標(biāo)記為G1、G2、G3和G4，每個(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(kāi)的負(fù)荷分擔(dān)平衡方法。發(fā)電機(jī)單元24通?？梢杂蓡蝹€(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(lèi)型。

在所繪出的實(shí)施例中，可選地包括的主控制器22是單獨(dú)的，并遠(yuǎn)離每個(gè)發(fā)電機(jī)單元24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)發(fā)電機(jī)單元(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(kāi)的方法并且根據(jù)所公開(kāi)的方法在它們之間決定哪些發(fā)電機(jī)單元24將受影響(即，選擇性地被激活或停用)。在這樣的實(shí)施例中，因此可以避免對(duì)單獨(dú)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各自電氣連接到系統(tǒng)總線28。通過(guò)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(guò)總線28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(guò)總線28被傳送到系統(tǒng)負(fù)荷30。

在所繪出的實(shí)施例中，無(wú)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(guò)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(lái)看，并且如對(duì)于串行通信的概念典型的那樣，每根串行通信線纜32除了其接地線以外還具有發(fā)送線和接收線，其中數(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(guò)其相應(yīng)的線纜32連接到主控制器22的其分別相關(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(cè)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承受的負(fù)荷30的部分可以由其發(fā)電機(jī)控制器26測(cè)量，并且這些負(fù)荷部分相加。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，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(lái)確定電流。因此，電流以及因此負(fù)荷30可以通過(guò)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(cè)量而被確定。

在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)的活動(dòng)的發(fā)電機(jī)24具有共同的、已知的電壓設(shè)定點(diǎn)V_set，由此負(fù)荷對(duì)系統(tǒng)20的總電力需求可以由主控制器22利用負(fù)荷30吸取的電流來(lái)確定，如由電流表36測(cè)量和通過(guò)電流表36傳送的。作為替代，在另一個(gè)實(shí)施例中，不同的活動(dòng)的發(fā)電機(jī)24分別具有不同的電壓設(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)還是具有各種不同的電壓設(shè)定點(diǎn)，本文所述的方法都確保隨時(shí)間在系統(tǒng)20的所有發(fā)電機(jī)24當(dāng)中基本相等的熱負(fù)荷分擔(dān)。

基于測(cè)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，如下面進(jìn)一步討論的。

如上面所討論的，累積損壞反映使用的服務(wù)壽命的量，并且因此在某些壓力(例如，熱負(fù)荷)下進(jìn)行進(jìn)一步操作發(fā)生故障的可能性可以通過(guò)測(cè)定其累積損壞來(lái)預(yù)測(cè)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，對(duì)每個(gè)發(fā)電機(jī)的累積損壞可以由Miner規(guī)則來(lái)確定。Miner規(guī)則是簡(jiǎn)單的累積損壞模型，該模型表明，依據(jù)線性損壞假設(shè)并且不管壓力負(fù)荷的次序，如果有k個(gè)不同的壓力級(jí)并且在第i個(gè)壓力級(jí)S_i處發(fā)生故障的平均周期數(shù)是N_i，則損壞分?jǐn)?shù)C為：

${\mathrm{\Σ}}_{i=1}^k\frac{n_i}{N_i}=C$

其中n_i是在壓力S_i處累積的周期數(shù)，并且C是由處于不同的壓力級(jí)下的周期所消耗的壽命的分?jǐn)?shù)。在本實(shí)施例中，不同的壓力級(jí)與在不同熱負(fù)荷處的相應(yīng)操作時(shí)間相關(guān)，由被其相應(yīng)的發(fā)電機(jī)控制器26監(jiān)視和記錄的發(fā)電機(jī)的操作溫度表示。一般而言，當(dāng)損壞分?jǐn)?shù)C達(dá)到1時(shí)，發(fā)電機(jī)單元24已達(dá)到其有用服務(wù)壽命的結(jié)束處，并且其故障如果尚未發(fā)生則應(yīng)當(dāng)被視為即將來(lái)臨。

每個(gè)發(fā)電機(jī)的損壞分?jǐn)?shù)C經(jīng)由其發(fā)送線被傳送到系統(tǒng)主控制器22，在那里它在相關(guān)聯(lián)的串行端口32處被接收。例如，如果系統(tǒng)20包括四個(gè)并聯(lián)連接的發(fā)電機(jī)單元24，G1、G2、G3、G4，如圖1中所示，則每個(gè)的發(fā)電機(jī)控制器26將計(jì)算、記錄和維持壽命直方圖的分?jǐn)?shù)，并且經(jīng)由其相應(yīng)的發(fā)送線持續(xù)地將其相應(yīng)的壽命分?jǐn)?shù)C₁、C₂、C₃、C₄發(fā)送到主控制器22。

在方法實(shí)施例中，系統(tǒng)主控制器22執(zhí)行一種算法，該算法基于從多個(gè)發(fā)電機(jī)控制器26接收到的壽命的相應(yīng)分?jǐn)?shù)以及容納負(fù)荷30所需的活動(dòng)的發(fā)電機(jī)單元24的數(shù)目，將系統(tǒng)20的多個(gè)發(fā)電機(jī)單元24排序以用于選擇它們引入到活動(dòng)服務(wù)或從活動(dòng)服務(wù)中移除，推遲對(duì)被預(yù)測(cè)最快發(fā)生故障的那些發(fā)電機(jī)單元24的激活或移除，除非并且直到它們被需要來(lái)幫助支持負(fù)荷30。

圖2示出了這個(gè)方法的例子，其中該算法的輸入是：從發(fā)電機(jī)控制器26接收到的壽命分?jǐn)?shù)C₁、C₂、C₃和C₄，以及需要處于活動(dòng)狀態(tài)的發(fā)電機(jī)24的數(shù)目N_{活動(dòng)}，該數(shù)目N_{活動(dòng)}通過(guò)基于測(cè)得的由負(fù)荷30吸取的電流和已知的(一個(gè)或多個(gè))電壓設(shè)定點(diǎn)V_set來(lái)計(jì)算電力需求而被確定。參考圖2，該算法接收這些輸入作為進(jìn)入的數(shù)據(jù)；從最小到最大重新排序壽命分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)，由此給發(fā)電機(jī)單元24排序；以及從全部數(shù)目的被排序的發(fā)電機(jī)單元24中選擇N_{活動(dòng)}個(gè)與最低壽命分?jǐn)?shù)相關(guān)聯(lián)的發(fā)電機(jī)單元以用于活動(dòng)運(yùn)行。在圖2的例子中，N_{活動(dòng)}為3，并且分別具有最低的壽命分?jǐn)?shù)C₁、C₃和C₄的發(fā)電機(jī)單元G1、G3和G4被選擇作為在系統(tǒng)20中要處于活動(dòng)狀態(tài)的發(fā)電機(jī)單元24；具有最高壽命分?jǐn)?shù)值C₂的發(fā)電機(jī)單元G2被選擇為不活動(dòng)。雖然該算法被持續(xù)應(yīng)用，但是這些選擇將被維持，直到或者N_{活動(dòng)}改變，C₁、C₂、C₃和C₄之間的壽命分?jǐn)?shù)排序改變，活動(dòng)的發(fā)電機(jī)24意外地發(fā)生故障，或者具有比C₁、C₃或C₄中任何一個(gè)低的壽命分?jǐn)?shù)值(例如，C₅)的附加發(fā)電機(jī)24(例如，單元G5)有可能被添加到系統(tǒng)20。

以下是根據(jù)本公開(kāi)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)被激活，在系統(tǒng)服務(wù)壽命期間每個(gè)發(fā)電機(jī)單元的累積損壞被建模；以及

多個(gè)控制器；

其中，基于發(fā)電機(jī)單元的累積損壞，發(fā)電機(jī)單元中的一個(gè)或多個(gè)在系統(tǒng)服務(wù)壽命的一部分期間被控制器選擇性地停用，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)單元的選擇性停用是由控制器基于負(fù)荷所需的活動(dòng)發(fā)電機(jī)單元的數(shù)目和多個(gè)發(fā)電機(jī)單元的相對(duì)建模的累積損壞來(lái)確定的。

3.如實(shí)施例2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)單元的累積損壞由其相應(yīng)的發(fā)電機(jī)控制器建模，

其中每個(gè)發(fā)電機(jī)單元的建模的累積損壞的指標(biāo)由相應(yīng)的發(fā)電機(jī)控制器傳送到控制器，以及

其中控制器基于負(fù)荷所需的活動(dòng)發(fā)電機(jī)單元的數(shù)目和多個(gè)發(fā)電機(jī)單元的建模的累積損壞的相應(yīng)指標(biāo)的排序，選擇性地停用一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)單元。

4.如實(shí)施例3所述的并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，其中由每個(gè)發(fā)電機(jī)控制器傳送的指標(biāo)是損壞分?jǐn)?shù)C，所述損壞分?jǐn)?shù)C表示依據(jù)Miner規(guī)則通過(guò)相應(yīng)的發(fā)電機(jī)單元處于不同壓力級(jí)下的周期所消耗的發(fā)電機(jī)單元壽命的分?jǐn)?shù)。

5.如實(shí)施例4所述的并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，其中不同的壓力級(jí)與由相應(yīng)的發(fā)電機(jī)單元的操作溫度表示的各個(gè)熱負(fù)荷處的相應(yīng)操作時(shí)間相關(guān)。

6.如實(shí)施例5所述的并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，其中每個(gè)發(fā)電機(jī)單元的操作溫度由相應(yīng)的發(fā)電機(jī)控制器監(jiān)視和記錄。

7.如實(shí)施例3所述的并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，其中控制器定義與每個(gè)發(fā)電機(jī)控制器進(jìn)行通信的可選地被包括的主控制器。

8.如實(shí)施例7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)的并遠(yuǎn)離多個(gè)發(fā)電機(jī)單元中的每一個(gè)定位。

9.如實(shí)施例2所述的并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，其中，在系統(tǒng)的操作過(guò)程中，被選擇性地停用的發(fā)電機(jī)單元具有與任何活動(dòng)發(fā)電機(jī)單元相比更高的建模的累計(jì)損壞。

10.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)單元的累積損壞被建模為反映那個(gè)發(fā)電機(jī)單元在被理解為與發(fā)電機(jī)單元服務(wù)壽命的縮短相關(guān)的至少一個(gè)壓力條件下的操作。

11.如實(shí)施例10所述的并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，其中壓力條件包括那個(gè)發(fā)電機(jī)單元的相應(yīng)的操作溫度歷史。

12.一種用于在具有服務(wù)壽命的并聯(lián)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中的多個(gè)發(fā)電機(jī)單元當(dāng)中進(jìn)行負(fù)荷分擔(dān)平衡的方法，所述方法包括：

利用累積損壞模型定義每個(gè)發(fā)電機(jī)單元的累積損壞；以及

利用至少一個(gè)控制器，用于基于發(fā)電機(jī)單元的累積損壞在系統(tǒng)服務(wù)壽命的一部分期間選擇性地停用發(fā)電機(jī)單元中的一個(gè)或多個(gè)，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。

13.如實(shí)施例12所述的方法，其中一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)單元的停用是由控制器基于負(fù)荷所需的活動(dòng)發(fā)電機(jī)單元的數(shù)目和多個(gè)發(fā)電機(jī)單元的相對(duì)建模的累積損壞確定的。

14.如實(shí)施例13所述的方法，還包括：

利用控制器來(lái)定義每個(gè)相應(yīng)的發(fā)電機(jī)單元的發(fā)電機(jī)控制器以便對(duì)那個(gè)發(fā)電機(jī)單元的累積損壞建模，

從相應(yīng)的發(fā)電機(jī)控制器向控制器傳送每個(gè)發(fā)電機(jī)單元的建模的累積損壞的指標(biāo)，以及

基于負(fù)荷所需的活動(dòng)發(fā)電機(jī)單元的數(shù)目和多個(gè)發(fā)電機(jī)單元的建模的累積損壞的相應(yīng)指標(biāo)的排序，選擇性地停用一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)單元。

15.如實(shí)施例14所述的方法，其中由每個(gè)發(fā)電機(jī)控制器傳送的指標(biāo)是損壞分?jǐn)?shù)C，所述損壞分?jǐn)?shù)C表示依據(jù)Miner規(guī)則通過(guò)相應(yīng)的發(fā)電機(jī)單元處于不同壓力級(jí)下的周期所消耗的發(fā)電機(jī)單元壽命的分?jǐn)?shù)。

16.如實(shí)施例15所述的方法，其中不同的壓力級(jí)與由相應(yīng)的發(fā)電機(jī)單元的操作溫度表示的各個(gè)熱負(fù)荷處的相應(yīng)操作時(shí)間相關(guān)。

17.如實(shí)施例14所述的方法，其中從相應(yīng)的發(fā)電機(jī)控制器向控制器傳送每個(gè)發(fā)電機(jī)單元的建模的累積損壞的指標(biāo)包括向由控制器定義的、與每個(gè)發(fā)電機(jī)控制器進(jìn)行通信的可選地被包括的主控制器傳送所述指標(biāo)。

18.如實(shí)施例17所述的方法，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。

19.如實(shí)施例13所述的方法，還包括選擇性地停用具有與保持活動(dòng)的任何發(fā)電機(jī)單元相比更高的建模的累計(jì)損壞的發(fā)電機(jī)單元。

20.如實(shí)施例12所述的方法，還包括對(duì)每個(gè)發(fā)電機(jī)單元的累積損壞建模，以反映那個(gè)發(fā)電機(jī)單元在被理解為與發(fā)電機(jī)單元服務(wù)壽命的縮短相關(guān)的至少一個(gè)壓力條件下的操作。

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(kāi)，但是本發(fā)明不限于所公開(kāi)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(lèi)與本公開(kāi)內(nèi)容的偏離。