专利名称：发电机组校准控制器的制作方法
技术领域：
本公开总体上涉及校准控制器，并且更具体地涉及用于发电机组的校准控制器。
背景技术：
发电机组(genset)是独立供电模块，其能够持续或临时连接至外接设施，例如连接至家庭、医院或工厂以向一个或多个外部负载提供主要、补充和紧急备用电力。电缆从设施的配电网延伸至发电机组并且利用负载中断设备而被有选择地连接至发电机组。通常安装在每个发电机组上的发电机组控制器监测并分别控制由每个发电机组所产生并发送至外接设施的电力的特性。在一些情况下，发电机组所产生的电压和/或电流可能对于发电机组控制器过高而不能直接测量。在这些情况下，可以使用一个或多个电流和/或电压变压器来将电压和电流调低至更易于由控制器所接受的较低水平。为了每个发电机组提供具有消费者所期望的特性的电力，每个发电机组控制器应当准确测量被调低和转换的电力并且适当地使将该电力与相关的发电机组所产生的电力进行关联。不幸的是，控制器内的不同传感组件和电路以及向控制器提供调低电力的不同变压器会向由控制器所进行的测量中引入位移、比例和延迟误差。因此，为了最优的性能，控制器可能需要进行校准。以往，发电机组控制器的校准通过手工来执行。也就是说，来自发电机组的电力与来自相对应的发电机组控制器的读数同时直接通过计量设备。如果在计量设备上观察到在测量的发电机组电力和控制器读数之间的比例或延时误差，然后技术人员就能够调整发电机组控制器的设置以使得误差减小。虽然对于一些应用而言是令人满意的，但是这样的人工校准过程是耗时的并且对于其它应用而言准确度水平过低。于2010年2月9日公开的Slota等人的美国专利号7660682 (’682专利)中公开了一种校准功率计设备的方法。具体地，’ 682专利公开了一种计量设备，其具有用于在电力线路中调低电能并且将电能从AC转换为DC的变压器，用于测量经变换的电能的参数的电路，用于存储校准因子的存储设备，以及用于处理校准因子并且调节参数测量以对由变压器和电路所导致的比例和延时误差进行补偿。在工厂中出现的第一操作模式中，确定由电路所生成的误差并且计算将在第二操作模式期间使用的校准因子以补偿电路所生成的误差。在电路连接至位于变电站的变压器之后出现的第三操作模式期间，处理器在多个不同测试点将不同的已知电压和/或电流应用于变压器并且测量电路的输出。所测量的输出与期望的输出进行比较并且确定相对应的误差数值。处理器随后确定用于对测试点处的误差进行补偿的调节。存储设备存储校准因子和调节，并且电路在第二操作模式中的参数测量期间参考并实施所存储的信息。虽然’ 682专利的方法在校准功率计时可能有所帮助，但是其优势可能是很小的。特别地，该方法仍然会依赖于在工厂完成的人工校准过程，如以上所描述的，这会是耗时且低准确度的。此外，处理器在变电站所利用的测试点可能不会被选择来提供足够准确的误差确定。另外，’ 682专利的方法在第三操作模式期间与预期数值进行比较，如果预期数值并非与实际数值适当匹配则这可能会存在问题。最后，’682专利的方法无法应用于发电机组控制器。所公开的校准控制器针对克服以上提出的一个或多个问题和/或现有技术中的其它问题。
发明内容
在一方面，本公开针对用于发电机组的控制器。该控制器可以包括具有存储于其中的与偏移误差、比例误差和延时误差相关联的校准因子的存储器模块，以及与该存储器模块进行通信的处理器模块。该处理器模块可以被配置为监测从发电机组引向负载的电力的至少一个参数，并且检测发电机组与负载的连接。该处理器模块还可以被配置为基于处理器模块所监测的和在负载处测量的至少一个参数的比较来确定发电机组与负载连接之后针对校准因子的调节。在另一个方面，本公开针对发电机组。该发电机组可以包括机架，安装到机架的内燃机，以及安装到机架并且由该内燃机所驱动以生成电力的发电机。该发电机组还可以包括被配置为生成至少一个指示电力参数的信号的变压器，以及安装到机架和发电机中至少一个的控制器。该控制器可以包括具有存储于其中的与至少一个信号的偏移误差、比例误差和延时误差相关联的校准因子的存储器模块，以及与该存储器模块进行通信的处理器模块。该处理器模块可以被配置为在发电机组与负载连接之后，基于处理器模块监测的和在负载处测量的至少一个参数的比较来监测至少一个参数，检测发电机组与负载的连接，并且确定针对校准因子的调节。在又一个方面，本公开针对校准系统。该校准系统可以包括被配置为生成至少一个指示电力参数的信号的变压器，处理器以及与该处理器进行通信的控制器。该处理器可以被配置为在电力与负载连接之前执行第一校准以针对至少一个信号的偏移误差、比例误差和延时误差进行调节。该控制器可以被配置为对至少一个信号进行监测，响应于至少一个信号对电力电源的操作进行调整，并且在电力与负载连接之后执行第二校准以针对至少一个信号的比例误差和延时误差进行调节。在又另一个方面，本公开针对电力系统。该电力系统可以包括负载，被配置为生成引向负载的电力的发电机，部署在发电机和负载之间的连接器，以及被配置为生成至少一个指示电力参数的信号的变压器。该电力系统还可以包括处理器，其被配置为在连接器的闭合之前执行第一校准以针对至少一个信号的偏移误差、比例误差和延时误差进行调节。该电力系统可以进一步包括与该处理器进行通信的控制器。该控制器可以被配置为监测至少一个信号，响应于至少一个信号调整发电机的操作，并且在连接器的闭合之后执行第二校准以针对至少一个信号的比例误差和延时误差进行调节，其中连接器的闭合触发第二校准。在另一个方面，本公开针对校准电力系统的方法。该方法可以包括生成具有交流的电力，将该电力转换为较低电压的交流信号，监测该较低电压的交流信号，并且基于该较低电压的交流信号的参数调节电力的生成。该方法可以进一步包括在电力与负载连接之前执行第一校准以针对与直流相关联的偏移误差、比例误差和延时误差进行调节，并且在电力与负载连接之后执行第二校准以针对与较低电压的交流信号相关联的比例误差和延时误差进行调节。
图1是示例性的公开的电力系统的图形图示；图2-4是图示与图1的电力系统相关联的不同的可能的电力监测误差的图形；和图5是图示操作图1的电力系统的示例性的公开方法的流程图。
具体实施例方式图1图示了与某些公开的实施例一致的示例性电力系统10。电力系统10可以包括发电机组(genset) 22和负载12。在一个示例性实施例中，发电机组22可以当从公用电网114所提供的电力中断时向负载12提供紧急备用电力。在另一个实施例中，如果需要，发电机组22可以被配置为提供主要电力或临时补充电力。如图1所示，发电机组22和公用电网14可以利用电力输电网络24连接至负载12。在公用电网14的上游位置(即在允许发电机组22连接至负载12并且从其断开连接而并不影响公用电网14和负载12之间的连接的位置)，可以在发电机组22和负载12之间的电力输电网络24内设置连接器26。负载12可以包括位于发电机组22之外以及外接的任意类型的电力消耗系统或设备。负载12可以接收由公用电网14和发电机组22所提供的电力，并且利用该电力来执行具体任务。负载12例如可以包括例如，电灯、电机、加热元件、电子电路、制冷设备、空调单元、计算机服务器、工业机器等。输电网络24可以实现为用于将公用电网14和发电机组22所生产的电力分配至负载12的任意电力输电系统。例如,输电网络24可以包括输电线路系统、连接设备(例如，开关装置、变压器、功率继电器等等)，以及用于跨电网分配电力的其它适当设备。在一个实施例中，输电网络24的一部分可以被埋在地下和/或经由输电杆塔架空运行。连接器26可以包括能够将发电机组22、输电网络24和负载12耦合在一起的任意类型的设备。例如，连接器26可以包括各种转换开关、接线盒、断路器、保险丝、负载中断设备，或者可适于与一个或多个设备和系统进行电气互连的任意其它组件。连接器26可以人工或自动进行操作以闭合从而传送电力或者断开从而禁止电力传输。发电机组22可以是包括互相作用以产生电力的组件的可移动的机架安装型单元。因此，发电机组22可以包括机架34、安装至机架34的原动机36，以及安装至机架34并且机械耦合以利用原动机36的输出进行旋转的发电机38。出于本公开的目的，原动机36被描绘和描述为热力发动机，例如燃烧燃料和空气的混合物以产生旋转机械输出的内燃机。本领域技术人员将会认识到，原动机36可以为诸如柴油发动机、汽油发动机或气体燃料动力发动机。例如，发电机38可以是AC感应发电机、永磁体发电机、AC同步发电机或开关磁阻发电机。在一个实施例中，发电机38可以包括多个电极配对(未示出)，每个配对具有布置在定子(未示出)圆周上的三个相位以产生具有50或60Hz频率的交流电。发电机38所产生的电力可以利用输电网络24和连接器26而将外接发电机组22引向负载12。发电机组22还可以包括安装到机架34并且容纳控制器48的接线盒46，该控制器48与原动机36、发电机38和连接器26进行通信。除其它之外，控制器48可以包括存储器模块48a和处理器模块48b。处理器模块48b可以实现为能够响应于各种输入控制原动机36、发电机38、连接器26和/或负载12的操作的单个或多个微处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)等。多种可商业获取的微处理器能够被配置为执行处理器模块48b的功能。应当理解的是，处理器模块48b能够容易实现为与对负载12的功能进行控制的那些微处理器分离开来的微处理器，并且处理器模块48b能够经由数据链路或其它方法与负载微处理器进行通信。各种其它已知电路可以与控制器48相关联，包括供电电路、信号调整电路、致动器驱动电路(即，对螺线管、电机或压电致动器供电的电路)、通信电路以及其它适当电路。根据一个实施例，控制器48可以被配置为监测电力系统10的性能，并且作为响应地调整负载12、发电机组22、输电网络24和/或连接器26的操作。例如，控制器48可以监测由发电机组22通过连接器26提供至外接负载12的电力的电流、频率和/或电压参数。响应于所监测的参数数值偏离于期望值的数值，控制器48可以生成针对负载12、连接器26、原动机36和/或发电机38的对应的控制信号，其作用为调节电力的质量和/或需求。在不例性实施例中，一个或多个传感器50可以将来自发电机组22的电力电压和/或电流调低至针对控制器48所进行的监测而言更加能够接受的交流信号。在传感器50进行电力变换并且由控制器48监测电流、频率和/或电压参数的期间，可能会出现误差。如图2-4所示，这些误差可以包括偏移误差(图2)、比例误差(图3)和延时误差(图4)，并且这些误差由与电力系统10的任意组件相关联的硬件和/或软件的低效所导致或者受其影响。偏移误差可能在传感器50生成指示始终低于或高于被监测参数的实际数值(由曲线110表示)的所测量数值(由曲线100表示)的信号时出现，或者在控制器48对来自传感器50的信号进行不正确地解释而与始终较低或较高的数值相对应时出现。比例误差可能在传感器50生成指示以成比例的量偏离参数的实际数值的测量数值的信号时出现，或者在控制器48以成比例的量对信号进行不正确解释时出现。延时误差可能由于构建到电力系统组件的硬件和软件之中的固有时间延迟而贯穿信号的生成和/或解释出现。偏移、比例和延时误差分别可以由图2、3和4中的曲线100和110之间的空间所表示。电力系统10可以包括与发电机组22和负载12相关联的解决以上所描述的偏移、比例和延时误差的校准系统52。校准系统52可以包括控制器48、传感器50、外部处理器54和校准基准计量表56。处理器54例如可以实现为硬接线至控制器48和/或计量表56的计算机控制台，诸如膝上计算机或PDA之类的有选择地连接至控制器48和/或计量表56的便携式设备，或者无线连接至控制器48和/或计量表56的远程设备。计量表56例如可以实现为在控制器48的校准期间用来精确测量电力的电流、电压和/或频率并且将指示所测量参数的信号传送至处理器54的高精度功率计。处理器54可以被配置为执行第一校准过程(在图5中标记为200)，其生成与偏移误差、比例误差和延时误差相关联的校准因子。在一个实施例中，第一校准过程可以在生产控制器48的工厂执行，并且可以在控制器48被连接至发电机组22和/或传感器50之前或者至少在发电机组22连接到负载12之前(即在连接器26闭合之前)与控制器48的校准相关联。在第一校准过程期间所确定的校准因子可以被存储在存储器模块48a内并且在电力系统10的功率监测和/或调整期间由处理器模块48b加以利用。控制器48可以被配置为在发电机组22与公用电网14同步以及发电机组22连接至负载12之后(即，连接器26闭合之后)执行第二校准过程(图5中标记为300)。在一个实施例中，连接器26的闭合可以触发第二校准过程。第二校准过程可以用来调节第一校准过程期间所确定的校准因子，并且因而解决传感器50所导致的额外误差。图5图示了第一和第二校准过程的步骤。在以下部分中将更为详细地对图5进行讨论以进一步阐明所公开的概念。工业实用件所公开的校准控制器和系统可以有助于改进发电机组提供至外接负载的电压和电流的计量中的准确性。具体地，所公开的校准控制器可以在发电机组与公用电网同步以及发电机组连接至负载之前和之后经历和实施不同的校准过程以便对控制器监测中的误差进行调节。通过减小监测中的误差，可以实现发电机组控制中更高的精度。现在将对图5进行详细讨论。如以上所描述的，可以在发电机组22与公用电网14同步以及发电机组22连接至负载12之前实施第一校准过程200。在一个实施例中，例如在生产控制器48的工厂,处理器54可以在控制器48恰好连接至发电机组22之前实施第一校准过程200。在第一校准过程200期间，处理器54可以将具有期望电压和期望安培数的交流3相测试电压引向控制器48 (步骤210)。在一个实施例中，期望电压和期望安培数可以大约为0，虽然也考虑其它数值。此时，控制器48的指示偏离于期望电压和安培数的相对应参数数值的任何输出都可以与偏移误差相关联。例如，在对具有零电流和零安培数的电力进行监测时，控制器48的任何非零输出都可以等同于偏移误差。因此，处理器54可以利用计量表56来测量控制器48的输出，并且直接将所测量的输出与偏移量误差相关联(步骤220)。在一个实施例中，控制器48与测试电压的每个相位相对应的输出可以被单独测量并平均化，并且平均输出随后与偏移误差相关联。对应于偏移误差的第一校准因子随后可以被存储在存储器模块48a内以用于处理器模块48b的后续监测/解释用途。在确定了偏移误差并且实现了相对应的第一校准因子之后，处理器54可以将具有已知高电压水平、已知低电压水平、已知高电流水平和已知低电流水平的3相位交流测试电压引向控制器48 (步骤230)。在一个实施例中，已知高电压水平可以为大约277伏，已知低电压水平可以为大约O伏，已知高电流水平可以为大约4. 5A，而已知低电流水平可以为大约0A。此时，控制器48可以针对指示监测的电力在高和低电压以及电流水平之间交替变化的电力的每个相位输出正弦曲线信号。处理器54可以利用计量表56在大约高和低水平的中间位置(即，正弦曲线的斜率最大的位置)测量正弦曲线信号上相隔两点处的每个信号，确定两点之间的斜率，并且随后将每个信号的斜率直接与比例误差相关联(步骤240)。通过采样最大斜率位置处的信号，可以改善测量的精确度，因为信号的数值可能在此时变化最大并且任何比例误差都可能会容易显现。如果另外在没有斜率的位置(例如，当信号处于高或低水平时)或斜率较小的位置取得样本，则信号根本不会大幅变化并且提供较少的比例误差指示。对应于比例误差的第二校准因子随后可以被存储在存储器模块48a内以用于处理器模块48b的后续监测/解释用途。在确定了比例误差并且实现了相对应的第二校准因子之后，处理器54可以被配置为利用比例误差确定期间所取得的样本来计算延时误差以及相对应的第三校准因子。具体地，在处理器54确定比例误差时，来自控制器48的与电力的三个相位中的每一个相对应的输出信号样本可以被取得并且临时存储在处理器54的存储器内。处理器54可以被配置为随后调节控制器48的采样率并且有选择地针对少于所有的样本以已知延时平移波形的缓冲(buffer)(步骤250)。在一个实施例中，除了一个以外的所有正弦信号都可以以已知延时进行平移。处理器54随后可以被配置为将延迟信号的数值与非延迟信号的数值进行比较，并且基于该比较利用存储在存储器模块48a内的一个或多个预定算法来计算与控制器48的硬件相关联的延时误差以及相对应的第三校准因子(步骤260)。第三校准因子随后可以存储在存储器模块48a内以用于处理器模块48b的后续监测/解释用途。在确定了对应于偏移误差、比例误差和延时误差的三个校准因子之后，现用该因子进行编程的控制器48可以被连接至发电机组22。可替换地，如果第一校准已经用已加载到发电机组22的控制器48完成，则在第一校准过程完成之后，发电机组22的输出可以与公用电网14相同步并且连接器26可以闭合以将来自发电机组22的电力与负载12相连接。如果希望，连接器26的闭合可以手工完成，或者由控制器48或处理器54自动完成。一旦发电机组22的电力已经与公用电网14同步并且被连接至负载12，则控制器48可以开始第二校准过程。如以上所描述的，在一个实施例中，连接器26的闭合可以触发第二校准过程的开始。在第二校准过程期间，控制器48可以利用两个传感器监测来自发电机组22 (即，在连接器26的上游位置)的电力以及负载12处(即，在连接器26的下游位置)的电力的参数数值(步骤310)。控制器48随后可以将来自上游传感器50的信号与来自下游传感器50的信号相比较，并且基于该比较确定针对存储器模块48a中所存储的比例和延时校准因子的调节(步骤320)。这些调节可以应对控制器48之外的影响，例如传感器50、输电网络24、连接器26、负载12等的影响。控制器48可以对校准因子进行相应调节，并且将经调节的校准因子存储在存储器模块48a内以用于处理器模块48b的后续监测/解释用途(步骤330)。若干优势可以与所公开的校准系统相关联。特别地，由于所公开的校准系统可以自动执行第一和第二校准过程，所以几乎不需要操作人员的时间。此外，可以选择在第一和第二校准过程期间所采用的样本点以改进误差检测。另外，由于第一和第二校准过程可以将所测量的数值与高精度计量表所测量的实际数值相比较，因此所产生的校准因子可以用来大幅改进功率监测和调整。对于本领域技术人员将会显而易见的是，可以对所公开的校准系统进行各种修改和变化。考虑到于此所公开的校准系统的说明书和实践，其它实施例对于本领域技术人员而言将是显而易见的。说明书和示例仅意在作为示例，本公开的实际范围由以下权利要求及其等同形式所指示。
权利要求
1.一种校准系统(52),包括: 变压器(50)，其被配置为生成指示电力的参数的至少一个信号； 处理器(54)，其被配置为在所述电力与负载(12)连接之前执行第一校准，以针对所述至少一个信号的偏移误差、比例误差和延时误差进行调节；以及 控制器(48)，其与所述处理器和所述变压器进行通信并被配置为: 监测所述至少一个信号； 响应于所述至少一个信号调整所述电力的电源(22)的操作；以及在所述电力与所述负载连接之后执行第二校准，以针对所述至少一个信号的比例误差和延时误差进行调节。
2.根据权利要求1所述的校准系统，其中所述处理器被配置为在所述电力具有期望的数值时，在所述第一校准期间将所述至少一个信号的数值与所述偏移误差直接关联。
3.根据权利要求2所述的校准系统，其中所述电力是三相电力，并且所述处理器被配置为在所述第一校准期间，针对电力的所述三个相位中的每一个计算所述偏移误差。
4.根据权利要求1所述的校准系统，其中所述处理器被配置为: 在所述第一校准期间，将具有已知低电压水平和已知高电压水平的测试电压引向所述变压器；并且 将对应于所述测试电压的所述至少一个信号与所述比例误差关联。
5.根据权利要求4所述的校准系统，其中所述测试电压是正弦曲线，并且所述相对应的至少一个信号在大约处于所述已知低电压水平和所述已知高电压水平之间的中间位置的点被采样，其中在所述中间位置所述测试电压的斜率最大，所述处理器被配置为将所述点处所述相对应的至少一个信号的斜率与所述比例误差关联。
6.根据权利要求1所述的校准系统，其中所述处理器被配置为: 在所述第一校准期间，将三相测试电压引向所述变压器； 延迟所述三相测试电压中两个相位的采样；并且 将对应于所述两个相位的所述延迟采样的所述相对应的至少一个信号和对应于所述三相位测试电压中其余的第三相位的未延迟样本的所述至少一个信号之间的差异与所述延时误差关联。
7.根据权利要求1所述的校准系统，进一步包括计量器(56)，其被配置为测量所述负载处的所述电力，其中所述控制器被配置为在所述第二校准期间，将所述计量器的输出与所述至少一个信号之间的差异与所述比例和延时误差关联。
8.根据权利要求1所述的校准系统，其中所述电力到所述负载的连接触发所述第二校准。
9.一种校准电力系统(10)的方法,包括: 生成具有交流电的电力； 将所述电力转换为较低电压的交流电信号； 监测所述较低电压的交流电信号； 基于所述较低电压的交流电信号的参数调整所述电力的生成； 在所述电力与负载(12)连接之前执行第一校准，以针对与所述较低电压交流电信号相关联的偏移误差、比例误差和延时误差进行调节；以及在所述电力与所述负载连接之后执行第二校准，以针对与所述较低电压的交流电信号相关联的比例误差和延时误差进行调节。
10.根据权利要求9所述的方法，其中: 执行所述第一校准包括在所述电力具有期望的数值时测量所述偏移误差； 所述交流电是二相电力；并且 所述方法包括在所述第一校准期间，针对电力的所述三个相位中的每一个计算所述偏移 误差。
全文摘要
本发明公开了一种用于发电机组的控制器。所述控制器可以具有存储器模块，其具有存储于其中的与偏移误差、比例误差和延时误差相关联的校准因子，以及与该存储器模块进行通信的处理器模块。该处理器模块可以被配置为对从发电机组引向负载的电力的至少一个参数进行监测，检测发电机组到负载的连接，并且在发电机组到负载的连接之后基于处理器模块所监测的和在负载处测量的至少一个参数的比较来确定发电机组连接到负载之后针对校准因子的调节。
文档编号H02P9/10GK103081346SQ201180042832
公开日2013年5月1日 申请日期2011年7月20日 优先权日2010年7月23日
发明者K·R·弗尔肯, M·A·德沃尔斯基, M·J·梅恩哈特 申请人:卡特彼勒公司