用于優(yōu)化燃料消耗的電力管理系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了用于燃料效率的高效電力管理系統(tǒng)和方法的實施例。電力管理系統(tǒng)包含能量存儲單元、至少一個可再生能量源、控制器和發(fā)動機。發(fā)動機被配置成在不同的速度下運行以提供機械能至變速直流發(fā)電機，以產生電能為能量存儲單元充電。發(fā)動機的速度是響應于由控制器確定的速度參考值變化的。
【專利說明】用于優(yōu)化燃料消耗的電力管理系統(tǒng)和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及高效的電力管理系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的電力管理系統(tǒng)和方法被定制以實現(xiàn)燃料效率。通過使用與至少一個可再生能量源耦合的變速直流發(fā)電機來有助于實現(xiàn)這目標。
【背景技術】
[0002]產生交流電的發(fā)電機的使用實現(xiàn)了發(fā)電。在大多數發(fā)電系統(tǒng)的配置中，會使用兩個或兩個以上的發(fā)電機來滿足用電需要。交流電由一組整流器轉換為直流電。此外，整流器為一組能量存儲單元充電來實現(xiàn)橋接發(fā)電機到發(fā)電機之間的轉換的目的，以保證能量的平穩(wěn)供應。發(fā)電系統(tǒng)中的所使用的發(fā)電機根據運行發(fā)電機所使用的燃料而異。發(fā)電機的一些例子包括核能發(fā)電機、內燃機和以化石燃料為能源來源的發(fā)電機。
[0003]在發(fā)電機系統(tǒng)的很多應用中，穩(wěn)態(tài)負載需求與發(fā)電機的容量通常不盡相關。然而，用于發(fā)電的發(fā)電機是根據其峰值性能為依據來選擇，這通常導致了超過實際需求的發(fā)電機被選擇。而這會導致燃料的過度使用對環(huán)境產生負面影響。盡管有利用太陽能發(fā)電的太陽能發(fā)電機，但這種發(fā)電機并不可靠，因為缺少充足的太陽能而導致發(fā)電機在較低效率的狀態(tài)下工作。
[0004]因此對于可靠的且同時減少對環(huán)境的負面效應的發(fā)電系統(tǒng)是有需求的。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的特定示例性方面的中的一個目的是要解決先前提到的示例性問題和/或完全克服這里提到的發(fā)電系統(tǒng)普遍存在的這些示例性的缺陷。因此，舉例來說，在這里提供和描述的是一些示例性的用于優(yōu)化燃料消耗的電力管理系統(tǒng)和方法的實施例。
[0006]根據本發(fā)明的一個方面，這里提供了一種用于優(yōu)化燃料消耗的電力管理系統(tǒng)，所述電力管理系統(tǒng)包含:能量存儲單元，所述能量存儲單元被配置成為負載供電；至少一個可再生能量源，所述至少一個可再生能量源被配置成產生電能為能量存儲單元充電；控制器，所述控制器被配置成產生速度參考值，所述速度參考值取決于所述能量存儲單元的充電狀態(tài)、所述負載和由所述至少一個可再生能量源產生的電能中的至少一個；及發(fā)動機，所述發(fā)動機被配置成在不同速度下運行以提供機械能至變速直流發(fā)電機，以產生電能為能量存儲單元充電。所述發(fā)動機的速度和最終由所述變速交流電機產生的電能是響應于所述速度參考值變化的，所述速度參考值是由所述控制單元決定的。
[0007]從另一個方面看，一個用于優(yōu)化燃料消耗的電力管理系統(tǒng)的方法也被公開。所述電力管理系統(tǒng)和方法包括產生速度參考值，速度參考值的產生是基于以下所列中的至少一個產生的:能量存儲單元的充電狀態(tài)、負載、至少一個可再生能量源所產生的電能以及發(fā)動機變化的速度。發(fā)動機的速度響應于速度參考值而變化，用于優(yōu)化燃料消耗的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】[0008]本發(fā)明的實施例在下文中參照以下附圖，其中:
[0009]圖1顯示了本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:變速交流發(fā)電機、至少一種可再生能量源、控制器、功率組合器、能量存儲單元、負載和直流母線的交流電網。
[0010]圖2顯示了一個變速直流發(fā)電機的框圖，包括:發(fā)動機、發(fā)電機、調速器、發(fā)動機監(jiān)控系統(tǒng)和輔助電池。
[0011]圖3是顯示一個高效發(fā)電過程的流程圖，包含如下步驟:在控制面板中設置參數，生成速度參考，為調速器提供速度參考值，調整發(fā)動機的速度，為能量存儲單元充電以及將電能輸送到負載上。
【具體實施方式】
[0012]根據下面的圖1到圖3，本發(fā)明中為解決上述的一個或多個傳統(tǒng)的電力管理系統(tǒng)中所存在的問題的代表性的實施例描述如下。為了簡潔和清晰，此處描述主要是涉及用于高效電力管理的系統(tǒng)、設備和技術。然而，這并不排除其他應用本發(fā)明的各種實施例的情況，只要在其他應用中普遍體現(xiàn)了實施例的基本原理，諸如操作上的、功能上的，或性能上的特點。在后面的描述中，相同或類似的參考數字表示相同的或類似的元素。
[0013]本發(fā)明的一個實施例是關于應用于與輸電網絡結合的電力管理系統(tǒng)和/或方法。特別是，電力管理系統(tǒng)和/或方法可以在通信基站，遠程采礦營地或一個或多個油泵井。電力管理系統(tǒng)包含變速直流發(fā)電機、控制器、至少一個可再生能量源、電力組合器、能源存儲單元和負載。在很多實施例中，變速直流發(fā)電機包括發(fā)動機、交流發(fā)電機、調速器、發(fā)動機監(jiān)控系統(tǒng)和控制器。發(fā)動機可以包括柴油機、內燃機、燃氣發(fā)動機、往復式發(fā)動機或任何其他適合變速發(fā)電機使用的發(fā)動機。
[0014]通過利用可再生能源，如太陽能電池陣列、風力渦輪機、水輪發(fā)電機和生物能，該變速直流發(fā)電機可以適應發(fā)動機的速度進行調整，從而運行在一個最理想的水平。改變或調整發(fā)動機的速度是由速度參考值所啟動，該速度參考值會提供給調速器使得發(fā)動機運轉速度運行在一個燃料效率最優(yōu)化的理想水平。
[0015]在一些實施例中，燃料利用的方式是燃燒柴油或其他任何形式的可燃燃料，在這種實施例中，燃料效率的優(yōu)化可以通過減少燃燒產生的二氧化碳的排放進而最小化對環(huán)境的負面影響。該速度參考值是由控制器產生計算出來，該計算是基于至少一個能量存儲單元的充電狀態(tài)，負載和通過至少一個可再生能量源產生的電能。本發(fā)明中描述的發(fā)動機是借助輔助電池啟動或停止。
[0016]變速直流發(fā)電機和至少一個可再生能量源，如太陽能電池陣列等，風力渦輪機、水輪發(fā)電機和生物能可發(fā)電為能量存儲單元充電。根據光照和/或天氣條件，太陽能電池陣列和/或風力渦輪機可以發(fā)電為能量存儲單元充電，這可以降低變速直流發(fā)電機的運轉，實現(xiàn)燃料效率最優(yōu)化。相反，當光照不足和/或有風時，太陽能電池陣列和/或風力渦輪機可能不能運行，為能量存儲單元充電是由變速直流發(fā)電機執(zhí)行。
[0017]變速直流電的控制器包含控制面板，該控制面板是適用于接收電力管理系統(tǒng)的用戶指令的。通過可以接收用戶指令的控制面板，可以進一步控制優(yōu)化燃料效率，因為控制面板讓用戶靈活地輸入參數來控制能量存儲單元充電速度。
[0018]本發(fā)明描述了高效電力管理的一種方法。該方法包括在控制面板上設置參數，計算速度參考值，為調速器提供速度參考值，調整的發(fā)動機的速度，為能量存儲單元充電和將電能輸送到負載。通過計算速度參考值，發(fā)動機的速度可以被調整和/或改變，達到最優(yōu)以實現(xiàn)燃料效率最優(yōu)化。計算速度參考值要考慮至少一個能量存儲單元的充電狀態(tài)，負載和至少一個可再生能量源產生的電能。在有利的天氣條件下，比如，在有光照和/或風的情況下，太陽能電池陣列和/或風力渦輪機可以為能量存儲單元充電而運行。這使得變速直流發(fā)電機運行在一個較低功率的水平進而實現(xiàn)燃料效率最優(yōu)化。
[0019]雖然這種發(fā)明是針對可再生能量源，如太陽能電池陣列等，風力渦輪機、水輪發(fā)電機和生物能使用來實現(xiàn)燃料效率最優(yōu)化，但是本領域技術人員應該知道其他類型的可再生能量源也可以被使用。本領域技術人員應當容易想到下文所述的實施例的任何改變和進一步的修改，以及任何發(fā)明中涉及的本發(fā)明原理的應用。
[0020]圖1根據本發(fā)明的實施例顯示了發(fā)電系統(tǒng)10。該發(fā)電系統(tǒng)10包含變速直流發(fā)電機100、至少一個可再生能量源200、控制器300、電力組合器400、能量存儲單元500、負載600、直流總線網絡700所組成。至少一個可再生能量源200包括風力渦輪機、包含了太陽能電池面板、光伏模塊、光伏面板和組裝太陽能電池的太陽能電池陣列、水輪發(fā)電機和生物能。根據一些實施例的細節(jié)，至少一個可再生能量源200可以包括多個相同的至少一個可再生能量源200。例如，所述發(fā)電系統(tǒng)10可以由兩個風力渦輪機組成。
[0021]在一些實施例中，所述控制器300是變速直流發(fā)電機100的構成要素。也就是說，控制器300是變速直流發(fā)電機100的整合的部分。根據一些實施例的細節(jié)和/或用戶需求，發(fā)電系統(tǒng)10可以包含多個變速直流發(fā)電機100、多個控制器300、多個電力組合器400、多個能量存儲單元500和多個負載600。變速直流發(fā)電機100、至少一個可再生能量源200、控制器300、電力組合器400和能源存儲單元500可以被稱為混合動態(tài)能量均衡器。雖然本發(fā)明中的這些實施例是關于變速直流發(fā)電機100的使用，但對于本領域技術人員應該能理解其他發(fā)電機也可以被使用。負載600可以是電信基站，遠程采礦營地或一個或多個油泵井。
[0022]電力組合器400包括多個輸入端口和多個輸出端口。通過直流總線網絡700，變速直流發(fā)電機100、至少有一個可再生能量源200、控制器300均被電耦合到電力組合器400的各個對應的輸入端口。在控制器300是變速直流發(fā)電機100的組成部分的實施例中，控制器300通過變速直流發(fā)電機100耦合到電力組合器400。類似地，直流總線網絡700也將能量存儲單元500和負載600耦合到各個輸出端口。
[0023]在這種發(fā)電系統(tǒng)中，一個或多個功率調節(jié)器可以促進將電能從變速直流發(fā)電機100和/或至少一個可再生能量源200輸送到電力組合器400。例如，第一個功率調節(jié)器將變速直流發(fā)電機100和電力組合器400耦合，類似地，第二個功率調節(jié)器可以完成至少一個可再生能量源200和能量存儲單元500之間的耦合。
[0024]發(fā)電系統(tǒng)10可以是電網的一個組成部分或一個獨立的提供電能的系統(tǒng)。而變速直流發(fā)電機100是為能源存儲單元500充電的主要電力，至少一個可再生能量源200可以和變速直流發(fā)電機100聯(lián)合工作提供電能。在操作時，至少有一個可再生能量源200為發(fā)電系統(tǒng)10提供了一些益處，因為不像變速直流發(fā)電機100會消耗燃料，至少一個可再生能量源200為能源存儲單元500充電時不會消耗任何燃料。變速直流發(fā)電機100的消耗燃料的類型取決于變速直流發(fā)電機100所使用的發(fā)動機的類型。舉例來說，變速直流發(fā)電機100可以包括柴油機，如果是這樣，消耗的就是柴油燃料。[0025]根據天氣和/或光照條件，本發(fā)明所描述的發(fā)電系統(tǒng)10只要有可能就會優(yōu)化至少一個可再生能量源200，進而優(yōu)化變速直流發(fā)電機100的整個的燃料消耗。例如，當風力條件對于運行至少一個可再生能量源200如風力渦輪機有利時，變速直流發(fā)電機100可以減少其為電能量存儲單元500充電的輸出功率，因此使得變速直流發(fā)電機100降低燃料消耗和實現(xiàn)燃料效率最優(yōu)化。在燃燒柴油或其他可燃燃料的實施例中，這種燃料效率最優(yōu)化可以通過減少二氧化碳的排放燃燒減少對環(huán)境的負面影響的。相應地，當照明條件良好，至少一個可再生能量源200如太陽能電池陣列可以為能量存儲單元500充電。在某些天氣條件下，如有風能和太陽能(如陽光)，風力渦輪機和太陽能電池陣列，可以協(xié)同工作為能量存儲單元500充電。這導致了變速直流發(fā)電機100因為產生的輸出功率減少而消耗更少的燃料。相反，當風能和/或光照條件不利時，風力渦輪機和/或太陽能電池陣列會處在“關閉”模式。這個會導致變速直流發(fā)電機100獨立發(fā)電為能量存儲單元500充電。較之在先前假設中變速直流發(fā)電機100的輸出功率被消減的情況，變速直流發(fā)電機100獨立運行時，會消耗更多的燃料。
[0026]本發(fā)明所述的發(fā)電系統(tǒng)10通過使變速直流發(fā)電機100的速度變化而優(yōu)化燃料消耗。這一點在下文中將會進一步討論。與其他傳統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)不同，本發(fā)明所述的發(fā)電系統(tǒng)10只需要一個變速直流發(fā)電機100。這導致了燃料消耗的降低和總發(fā)電效率的提高。此夕卜，與其他發(fā)電系統(tǒng)相比，本發(fā)明所述的發(fā)電系統(tǒng)10不需要任何整流系統(tǒng)，從而提高空間利用效率。
[0027]變速肓流發(fā)電機
[0028]圖2根據本發(fā)明的一些實施例顯示了變速直流發(fā)電機100的一個框圖。變速直流發(fā)電機100包括發(fā)動機102、交流發(fā)電機104、調速器106和發(fā)動機監(jiān)控系統(tǒng)108，用于啟動和停止柴油機102的輔助電池110。正如前面所討論的，變速直流發(fā)電機100可以包括控制器 300。
[0029]變速直流發(fā)電機100是為發(fā)電給能量存儲單元500充電。在許多實施例中，變速直流發(fā)電機100產生的電量是由發(fā)動機102提供。發(fā)動機102可以包括柴油機，內燃機，燃氣發(fā)動機，往復式發(fā)動機或任何適合配合變速直流發(fā)電機100使用的其他發(fā)動機。發(fā)動機102是可以在不同的速度下運行來提供轉動能或機械能給變速直流發(fā)電機100。對于速度參考值的響應決定和/或改變發(fā)動機102的速度，該速度參考值是提供給調速器106的。調速器106是100的速度敏感元件，它可以通過控制燃料輸送速度來限制發(fā)動機102的速度。調速器106這一功能的實現(xiàn)得益于調速器106為發(fā)動機102提供的反饋機制，這種反饋機制可以在有要求時改變速度，以保持所需的速度。在許多實施例中，調速器106的反饋機制包括提供正弦反饋的磁性拾音器單位。
[0030]發(fā)動機102的轉動速度和相應的變速直流發(fā)電機100的轉速在選定的運行范圍中變化，隨著對速度參考值的響應而異。速度參考值是由控制器300產生，而該速度參考值是基于或取決于至少一個能量存儲單元500的充電狀態(tài)以及負載600和至少一個可再生能量源200產生的電能?？刂破?00后面會更詳細地描述。能量存儲單元500的充電狀態(tài)包括能量存儲單元500的電荷數量和電荷的堆積速率。根據輸出負載600如電信基站和/或遠程采礦營地的有效性，變速直流發(fā)電機100可以改變發(fā)動機102的速度達到燃油效率最優(yōu)化。至少一個可再生能量源200產生的電能是決定速度參考值的因素，當至少一個可再生能量源200產生了足夠的電能為能量存儲單元500充電，速度參考值會使得變速直流發(fā)電機100特別是發(fā)動機102在低速率下運行進而消耗較少的燃料。在一個范例運行中，從控制器300得到的O伏特輸入會產生一個速度參考值，對應于發(fā)動機102每分鐘800轉，控制器300的5伏特輸入會對應于發(fā)動機102每分鐘1300轉。通過提供速度參考給發(fā)動機102，速度參考值促進了發(fā)動機102在最優(yōu)化的速度下運行，從而實現(xiàn)了燃料效率的最優(yōu)化。
[0031]該本領域的技術人員應該理解，交流發(fā)電機104是一種將發(fā)動機102輸出的機械能轉換成交流電形式的電能的一種電子機械裝置。交流發(fā)電機104包括一個三相輸出和兩個輔助線圈。交流發(fā)電機104會因外部直流輸入而被外部激發(fā)。
[0032]發(fā)動機監(jiān)控系統(tǒng)108監(jiān)控發(fā)動機102的狀態(tài)。通過與發(fā)動機102和控制器300的耦合，發(fā)動機監(jiān)控系統(tǒng)108將發(fā)動機102相關的信號，如溫度、水位、發(fā)動機102的速度轉化成可以在顯示屏上顯示給用戶的信息。發(fā)動機監(jiān)控系統(tǒng)108也會在發(fā)動機102有錯誤被監(jiān)測到時保護發(fā)動機102，有錯誤出現(xiàn)時信號會為用戶提供到顯示屏上。
[0033]控制器
[0034]控制器300是發(fā)電系統(tǒng)10的主要過程控制單元?？刂破?00包括用來接收用戶輸入的控制面板、電池電流控制器、電壓控制器和總電流控制器。為了響應用戶的輸入，控制器300會執(zhí)行意為各種不同的控制、管理和/或監(jiān)管功能的操作邏輯，該操作邏輯可以是專用的硬件，比如有電路的機器、程序指令、和/或該本領域的技術人員認為合適的其他某種形式。
[0035]控制器300可以是單獨的元件或者是由至少一個數字電路、模擬電路和混合式電路組成的耦合元件的組合。在一些實施例中，控制器300可以有一個或多個遠程連接的元件。控制器300可以包括多個處理單元，這些處理單元可以單獨工作，可以在管道式處理的設置下工作，可以在平行處理的設置下工作，和/或在該領域的普通技術人員認為合理的其他方式。在一種實施例中，控制器300是包含固態(tài)集成電路的可編程的微加工設備，該電路包含一個或多個處理單元和記憶。控制器300可以包括一個或多個信號調節(jié)器、調節(jié)器、解調器、算術邏輯單元(ALU)、中央處理單元(CPU)、限制器、振蕩器、時鐘控制、放大器、信號調節(jié)器、過濾器、格式轉換器、通信端口、地線夾、延遲設備、內存設備和/或本領域技術人員會想到的那些用于執(zhí)行所需通信的不同的電路或功能組件。在一個配置中，控制器300包括一個計算機網絡接口，可以促進使用控制器局域網絡(CAN)標準的在不同的系統(tǒng)元件和/或根據需要在所描述系統(tǒng)中不包含的組件之間的網絡通信。
[0036]控制面板
[0037]控制器300的控制面板包括顯示器、增減按鈕、輸入按鈕、重置按鈕、ESC按鈕、保存按鈕和啟動按鈕。根據應用的細節(jié)，控制面板允許用戶通過按下一組或多組增減按鈕，輸入按鈕，重置按鈕，ESC按鈕，保存按鈕，開始按鈕來登記有用的參數。
[0038]發(fā)電系統(tǒng)10可以在不同的模式下運行，這些模式可以通過控制器300的一個或多個按鈕來選擇。發(fā)電系統(tǒng)10的模式將在稍后討論。變速直流發(fā)電機100的不同模式間的導航是通過按動增減按鈕在模式菜單中選擇感興趣的模式，一旦該感興趣的模式被加載了，用戶可以按下進入鍵激活模式的參數菜單。該參數菜單可以使用戶利用一個或更多的增減按鈕注冊和/或更改參數的值。參數的描述將在下文詳細討論。一旦注冊參數的值被登記和/或改變，用戶可以按下ESC按鈕返回模式菜單。在模式菜單中，通過按下保存按鈕保存參數。
[0039]開始按鈕是用于啟動感興趣的模式。當操作在一個特定的模式下時，用戶可以通過按下重置按鈕終止運行。
[0040]發(fā)電系統(tǒng)的運行模式
[0041]發(fā)電系統(tǒng)10的模式包括恒流充電模式和恒壓充電模式。在恒流充電模式，直到能量存儲單元500的電壓到達上限，能量存儲單元500的終端電壓才會被控制。到達上限后，會采取一些措施保證能量存儲單元500是完全充電的，同時也防止過度充電。一旦能量存儲單元500被完全充電，恒壓模式則被激活。
[0042]在恒壓充電模式中，電壓是被調節(jié)的而不考慮為能量存儲單元500充電的充電電流。因此，充電電流會逐漸開始減少。
[0043]盡數
[0044]本發(fā)明所述的發(fā)電系統(tǒng)10能夠在不同的模式下運行。在這些模式下，發(fā)電系統(tǒng)10的用戶可以登記和/或修改與每個模式相關聯(lián)的參數。這些參數包括電壓參考值、總電流參考值、電池電流參考值、速度倍增因素和驅動器號。
[0045]電壓參考值參數使變速直流發(fā)電機100可以在不同電壓和電流水平下運行，限制能量存儲單元500不超過允許的最大電壓。例如，如果能量存儲單元500的額定電壓是48伏，則最大允許充電電壓是55伏。當一個電壓參考值通過控制面板在控制器300中登記，變速直流發(fā)電機100會保持大約等于電壓參考值的參數的電壓輸出。
[0046]總電流參考值是不管直流發(fā)電機100的電壓而僅調節(jié)變速直流發(fā)電機100的電流。在很多實施例中，整流的總電流包括能量存儲單元500和負載600的電流。電池電流參考值是能量存儲單元500充電的最大電流。一般來說，電池電流參考值可以通過除以能量存儲單元500的安時(AH)比率，再除以10來計算。
[0047]速度倍增系數決定了發(fā)動機102增加以適應負載600的速度的因素。在許多實施例中，速度倍增系數被表示為一個百分比(%)。
[0048]高效電力管理的過程
[0049]圖3是根據本發(fā)明中的各種實施例，顯示高效發(fā)電800的一個過程流程圖。高效發(fā)電800過程包括的步驟有:設置控制面板802的參數，生成速度參考值804，將速度參考值提供給調速器806，調節(jié)發(fā)動機808的速度，為能量存儲單元810充電和為負載812輸送電能。
[0050]這里介紹的高效的電力管理800的過程提供了一個有效的向能量存儲單元500繼而負載600傳輸電能的方法。如前所述，負載600可以是一個電信基站,遠程的米礦區(qū)或一個或多個油泵井的使用現(xiàn)場。
[0051]在過程的第一步，發(fā)電系統(tǒng)10的用戶在控制器300的控制面板上登記一組用戶偏好或參數。如前所述，變速直流發(fā)電機100可以在不同的模式下運行，對于每一種模式，用戶可以在參數菜單中靈活地登記和/或修改多種參數。一旦參數被設置或配置好，變速直流發(fā)電機100特別是控制器300會開始生成一個速度參考值。這反映在在步驟804中。
[0052]如上所述，變速直流發(fā)電機100是配置用于給能量存儲單元500充電，而變速直流發(fā)電機100的電能是發(fā)動機102提供的。如前所述，發(fā)動機102包括柴油機、內燃機、燃氣發(fā)動機、往復式發(fā)動機或任何其他適合變速直流發(fā)電機100使用的發(fā)動機。發(fā)動機102是配置用于在不同的速度下運行給變速直流發(fā)電機100提供轉動能和機械能。發(fā)動機102的速度是由對于提供給調速器106的速度參考值的響應所決定和/或改變。速度參考值是由控制器300產生，基于或取決于至少一個能量存儲單元500的充電狀態(tài)，負載和至少一個可再生能量源200產生的電能。能量存儲單元500的充電狀態(tài)包括能量存儲單元500的電荷數量和電荷的堆積速率。根據輸出負載600如電信基站和/或遠程采礦營地的有效性，變速直流發(fā)電機100可以改變發(fā)動機102的速度達到燃油效率最優(yōu)化。至少一個可再生能量源200產生的電能是決定速度參考值的因素，當至少一個可再生能量源200產生了足夠的電能為能量存儲單元500充電，速度參考值會使得變速直流發(fā)電機100特別是發(fā)動機102在低速率下運行進而消耗較少的燃料。
[0053]一旦步驟804完成，所產生的速度參考值將提供給調速器106。這顯示在步驟806中。將速度參考值將提供給調速器106，促進了調速器106控制燃料輸送到發(fā)動機102的速率而且發(fā)動機102的速度也相應地被調整。通過調速器106將速度參考值將提供給發(fā)動機102，速度參考值促進了發(fā)動機102在燃料效率最優(yōu)化的速度下運行，實現(xiàn)了燃料效率最優(yōu)化。
[0054]步驟808是改變發(fā)動機102的速度。燃料輸送到發(fā)動機102的速度是由速度參考值決定的，控制燃料輸送的速度可以實現(xiàn)變速直流發(fā)電機100的燃料效率最優(yōu)化。例如，在有光照和/或有風的良好的天氣條件下，至少一個可再生能量源200如風力渦輪機、太陽能電池陣列，水輪發(fā)電機和生物能可以提供為能量存儲單元500充電所需的能量，從而，使得變速直流發(fā)電機100輸出電能的減少，所以節(jié)省了燃料實現(xiàn)了燃料效率最優(yōu)化?；谏鲜觯襟E810中的為能量存儲單元充電步驟是由至少一個變速直流發(fā)電機100和至少一個可再生能量源200實現(xiàn)的。
[0055]在步驟812中，能量存儲單元500中的能量是被輸送到負載600。
[0056]因此，之前展示和討論過的電力管理系統(tǒng)和/或方法的各種實施例滿足了其尋求的目標和優(yōu)勢。在考慮到這些連同有圖表和權利要求的特例后，該本領域的技術人員應當清楚的了解本發(fā)明中的很多的改變、修改、變化和其他用途和應用。所述的電力管理系統(tǒng)和/或方法，連同隨之而來的好處在該技術可以實施的不同的領域的相似設備中也是可以被應用的。所有的不脫離本發(fā)明所述裝置的范圍和精神的這些的改變、修改、變化和其他用途和應用，應該認為是被本發(fā)明中實施例所涵蓋，被權利要求書所限制。
[0057]通過上述方式，所描述的本發(fā)明的各種實施例是為解決至少一個先前提所到的缺點。這種實施例意在被所附的權利要求書所包含，且并不局限于所描述的部分的特定的形式或設置。而且，本領域的技術人員應當清楚，可以對本發(fā)明的內容進行多種改變和/或修改，而同樣被包含在所附的權利要求書中。
【權利要求】
1.一種用于優(yōu)化燃料消耗的電力管理系統(tǒng)，所述電力管理系統(tǒng)包含: 能量存儲單元，所述能量存儲單元被配置成為負載供電； 至少一個可再生能量源，所述至少一個可再生能量源被配置成產生電能為能量存儲單元充電； 控制器，所述控制器被配置成產生速度參考值，所述速度參考值取決于所述能量存儲單元的充電狀態(tài)、所述負載和由所述至少一個可再生能量源產生的電能中的至少一個；及 發(fā)動機，所述發(fā)動機被配置成在不同速度下運行以提供機械能至變速直流發(fā)電機，以產生電能為能量存儲單元充電；其中所述發(fā)動機的速度和最終由所述變速交流電機產生的電能是響應于所述速度參考值變化的，所述速度參考值是由所述控制單元決定的。
2.根據權利要求1 所述的電力管理系統(tǒng)，其中所述能量存儲單元電耦合到負載。
3.根據權利要求1所述的電力管理系統(tǒng)，其中所述至少一個可再生能量源包括以下所列中的至少一個:風力渦輪機、太陽能電池陣列，水輪發(fā)電機和生物能。
4.根據權利要求1所述的電力管理系統(tǒng)，其中所述控制器是變速直流發(fā)電機的構成要素。
5.根據權利要求1所述的電力管理系統(tǒng)，其中所述控制器是單個組件或一組可操作地耦合的組件，所述一組可操作地耦合的組件包括以下所列中的至少一個:數字電路、模擬電路以及混合電路。
6.根據權利要求1所述的電力管理系統(tǒng)，其中所述速度參考值提供給變速器。
7.根據權利要求1所述的電力管理系統(tǒng)，其中所述發(fā)動機包括柴油發(fā)動機、內燃機、燃氣發(fā)動機和往復式發(fā)動機。
8.根據權利要求1所述的電力管理系統(tǒng)，所述電力管理系統(tǒng)進一步包括: 電力組合器，所述電力組合器限定多個輸入端口和多個輸出端口，其中所述至少一個可再生能量源和所述變速直流發(fā)電機被單獨地耦合到所述多個輸入端口中的至少一個，所述能量存儲單元被耦合到所述多個輸出端口中的至少一個。
9.根據權利要求1所述的電力管理系統(tǒng)，其中每一個所述至少一個可再生能量源耦合到功率調節(jié)器，所述功率調節(jié)器被配置以有助于電能傳輸。
10.一種用于優(yōu)化電力管理系統(tǒng)燃料消耗的方法，所述電力管理系統(tǒng)包括: 生成速度參考值，所述速度參考值是基于以下所列中的至少一個產生的:能量存儲單元的充電狀態(tài)、負載和由至少一個可再生能量源產生的電能；及 改變發(fā)動機的速度，其中所述發(fā)動機的速度響應于所述速度參考值而變化，用于優(yōu)化燃料消耗。
11.根據權利要求10所述的方法，其中所述至少一個可再生能量源包括以下所列中的至少一個:風力渦輪機、太陽能電池陣列、水輪發(fā)電機和生物能。
12.根據權利要求10所述的方法，其中所述發(fā)動機包括柴油發(fā)動機、燃燒發(fā)動機、燃氣發(fā)動機和往復式發(fā)動機。
13.根據權利要求10所述的方法，其中所述速度參考值由控制器生成。
14.根據權利要求12所述的方法，其中所述控制器是單個組件或一組可操作地耦合的組件，所述一組可操作地耦合的組件包括以下所列中的至少一個:至少一個數字電路、模擬電路以及混合電路。
15.根據權 利要求10所述的方法還包括了以下所列的至少一個:在控制面板上設置參數、將所述速度參考值提供給所述調速器、為所述能量存儲單元充電和將電能輸送到所述負載。
【文檔編號】H02J9/06GK103765727SQ201180073279
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2011年8月19日 優(yōu)先權日:2011年8月19日
【發(fā)明者】開曼高特·凡拉于罕·納亞爾 申請人:雷根科技有限責任公司