具有预测操作的发电系统的制作方法
【专利说明】具有预测操作的发电系统
[0001]优先权要求
[0002]本专利申请是部分继续申请，且根据35 U.S.C § 120要求2012年7月2日提交的、名称为“预测向负载提供电力的需求以最小化发电机启动时间的备用电力系统”的、序列号为N0.13/540118的美国专利申请的优先权，其公开的全部内容通过引用合并于此。
技术领域
[0003]各个实施例涉及一种备用电力系统，并且更具体地涉及一种预期负载的变化且起作用来最小化发电机的启动时间来向负载供电的备用电力系统。
【背景技术】
[0004]发电机通常用于提供电力。发电机的一个常见用途是作为备用电源。当主电源无法向负载供电时，备用电源通常提供电力到负载。
[0005]发电机的一种常见类型包括内燃机。内燃机驱动产生交流电的交流发电机。
[0006]现有的备用发电机系统利用自动转换开关(ATS)来监控主电源。ATS确定主电源无法用来提供电力到负载，且提供信号到应该启动的备用电源。一旦备用电源接收到该信号，其将开始备用电源的启动程序。
[0007]采用现有备用电力系统的一个缺陷在于在主电源变得不可用和备用电源变得可用之间通常存在延迟。引起延迟的一个因素在于通常存在时间上的间隙以便确定主电源不可用。当主电源提供的电力存在瞬时中断时，该延迟被用来避免备用电源的不必要启动。
[0008]引起延迟的另一个因素在于驱动发电机的发动机的启动程序花费了宝贵的时间。这种延迟在备用电源需要启动前准备的备用电力系统中会特别成问题。该启动前准备导致备用电源的启动时间的增加，从而延长了负载无电力的时间。
【附图说明】
[0009]图1是包括传感器的示例性的备用电力系统的平面示意图，其中主电源正在向负载供电。
[0010]图2示出了图1的平面示意图，其中备用电源正在向负载供电。
[0011]图3是包括通知系统的另一个示例性的备用电力系统的平面示意图，其中主电源正在向负载供电。
[0012]图4示出了图3的平面示意图，其中备用电源正在向负载供电。
[0013]图5是包括监控正在向负载供电的主电源的发电机控制器的另一个示例性的备用电力系统的平面示意图。
[0014]图6示出了图5的平面示意图，其中备用电源正在向负载供电。
[0015]图7是示例性电力系统。
[0016]图8是另一个示例性电力系统。
[0017]图9是另一个示例性电力系统。
[0018]图10是另一个示例性电力系统。
[0019]图11是另一个示例性电力系统。
[0020]图12是用于控制电力系统运行的示例性方法。
[0021]图13是用于控制电力系统运行的示例性方法。
[0022]图14是用于控制电力系统运行的示例性方法。
[0023]图15是用于电力系统的示例性环境。
[0024]图16是用于电力系统的示例性环境。
[0025]图17是用于电力系统的示例性环境。
[0026]图18是用于控制电力系统运行的示例性方法。
[0027]图19是用于控制电力系统运行的示例性方法。
【具体实施方式】
[0028]以下描述和附图充分说明了具体实施例以使本领域技术人员能够实现它们。其它实施例可以包含结构的、逻辑的、电气的、步骤的和其他变化。一些实施例的部分和特征可以包括在其它实施例的部分和特征中，或者取代它们。权利要求中提出的实施例涵盖那些权利要求的所有可用等效物。
[0029]图1-2是示例性的备用电力系统10平面示意图。备用电力系统10包括传感器11，其适于监控提供电力到负载13的主电源12。在一些实施例中，传感器11可监控由主电源12供给的电力的特性，其可被用于检测异常。例如，传感器11可以监测(i)主电源12的电压的均方根；和/或(ii)主电源12的零序电压。
[0030]备用电力系统10进一步包括发电机14，其也适于通过开关17来供给电力到负载
13。例如，发电机14可包括驱动交流发电机的内燃机。
[0031]图1示出了备用电力系统10，其中主电源12正通过开关17供给电力到负载13。图2示出了备用电力系统10，其中备用电源14正通过开关17供给电力到负载13。
[0032]备用电力系统10进一步包括发电机控制器15，其控制发电机14且和传感器11交换数据。发电机控制器15基于从传感器11接收的数据预测向负载13供给电力的需求。然后，发电机控制器15基于预测起作用以便使达到发电机14可用所需要的时间最小化。作用(act1n)可包括执行预启动功能以最小化发电机14的启动时间。
[0033]基于预测来最小化发电机14的启动时间可减少负载13不从主电源12或者不从发电机14接收电力的时间的量。减少负载13没有被供给电力的时间的量允许(i)使用较小的不间断电源；和/或(ii)减少由于缺乏电力导致的设备停机时间。
[0034]在一些实施例中，一旦主电源12无法提供电力给负载13，发电机控制器15可以操作油泵(未示出)来润滑在内燃机中的机械部件(未示出)以最小化发电机14的启动时间。操作油泵来润滑机械部件可以(i)允许内燃机更快启动；(ii)减少轴承表面上的磨损从而增大内燃机的使用寿命；和/或(iii)在发电机14启动前提供油压到油致动调速器或燃料喷射系统。
[0035]还设想了如下的实施例，一旦确定发电机14应当启动，发电机控制器15激活加热元件(未示出)，加热元件增强内燃机中的燃烧以最小化发电机14的启动时间。加热元件可以用于(i)加热用于燃烧的吸入空气或(ii)预热燃烧室。加热用于燃烧的吸入空气允许在冷的条件下空气燃料混合物的迅速压缩点火从而允许冷的条件下更快启动。
[0036]在一些实施例中，一旦确定发电机14应当启动，发电机控制器15可以操作发电机14外壳(未示出)上的进气百叶窗以允许燃烧产物(combust1n)和冷却空气向发电机14的流动以便最小化发电机14的启动时间。由于当发电机14启动时百叶窗可能无法打开，基于主电源12的预测的电力损失而打开进气百叶窗允许更快地启动发电机14。由于(i)百叶窗获得来自发电机起动电池的电源；和/或(ii)当发电机14启动时需要的空气产生压位差(pressure head)，这可以阻止百叶窗打开，因此当发电机14启动时百叶窗可能无法打开。
[0037]还设想了发电机控制器15操作其他的启动辅助装置的实施例。例如，一些类型的流体(例如，乙醚(ether)、替代燃料或一些其它燃料添加剂)可被喷射用于燃烧以使内燃机更快启动，内燃机是发电机14的一部分。作为另一个例子，燃料准备装置(例如，燃料加热器、泵或燃料冷却器)可以被激活以改善内燃机的启动。
[0038]应当指出的是，备用电力系统10可以进一步包括服务器16，其允许与发电机控制器15以及网络(例如，因特网I)上的其他设备交换信息。服务器设备16和发电机控制器15中的至少一个可以基于从传感器11接收的数据来预测供给电力到负载13的需求。
[0039]图3-4是另一个示例性的备用电力系统30的平面示意图。备用电力系统30包括发电机34，其适于供给备用电力到负载33。作为一个例子，发电机34可包括驱动交流发电机的内燃机。
[0040]备用电力系统30进一步包括通知系统31，其预测发电机34供给备用电力到负载33的需求。在一些实施例中，通知系统31可以监测由主电源32供给的电力的特性。作为一个例子，通知系统31可以用于检测由主电源32供给到负载33的电力中的异常。
[0041]图3示出了备用电力系统30，其中主电源32通过开关37供给电力到负载33。图4示出了备用电力系统30，其中备用电源34正通过开关37供给电力到负载33。
[0042]备用电力系统30进一步包括发电机控制器35，其操作发电机34并经由网络(例如，因特网I)与通知系统31交换数据。发电机控制器35基于从通知系统31接收的、与由主电源32供给的电力相关的数据预测供给电力到负载33的需求。然后，发电机控制器35基于预测起作用来最小化发电机34的启动时间。
[0043]基于预测来最小化发电机34的启动时间可减少负载33不从主电源32接收电力或者不从发电机34接收电力的时间的量。减少负载33没有被供给电力的时间的量允许
(i)使用较小的不间断电源；和/或(ii)减少由于缺乏电力导致的设备停机时间。
[0044]类似地，如上面关于发电机控制器15所讨论的，一旦主电源32无法提供电力给负载33，发电机控制器35可以(i)操作油泵(未示出)来润滑在内燃机中的机械部件(未示出)以最小化发电机34的启动时间；(ii ) 一旦主电源32无法提供电力给负载33，激活增强内燃机中燃烧的加热元件(未示出)以最小化发电机34的启动时间；和/或(iii) 一旦主电源32无法提供电力给负载33，操作发电机34外壳(未示出)上的进气百叶窗以允许燃烧产物和冷却空气向发电机34的流动以便最小化发电机34的启动时间。
[0045]应当指出的是，备用电力系统30可以进一步包括服务器36，其经由网络(例如，因特网I )与发电机控制器35交换信息。服务器36和发电机控制器35中的至少一个可以基于从通知系统31接收的数据或对服务器36可用的其他信息来预测供给电力到负载33的需求。
[0046]图5-6是另一个示例性的备用电力系统50的平面示意图。备用电力系统50包括发电机54，其适于供给备用电力到负载53。作为一个例子，发电机54可包括驱动交流发电机的内燃机。
[0047]备用电力系统50进一步包括控制器55，其用于监测由主电源52供给到负载53的电力。当控制器55预测出发电机54要供给到负载53的电力需求时，控制器55启动发电机54。
[0048]在图5-6中示出的示例性实施例中，控制器是可以(或可以不)被安装在发电机54的发电机控制器。还设想了控制器是包括在备用电力系统50中的转换开关(参见例如图5-6中的开关57)的一部分的实施例范围。
[0049]在一些实施例中，控制器55可以监控由主电源52供给的电力的特性。作为一个例子，控制器55可被用于检测由主电源52提供到负载53的电力中的异常。
[0050]图5示出了备用电力系统50，其中主电源52正通过开关57供给电力到负载53。图6示出了备用电力系统50，其中备用电源54正通过开关57供给电力到负载53。
[0051]基于预测来最小化发电机54可用所需时间可减少负载33不从主电源52或发电机54接收电力的时间的量。减少负载33没有被供给电力的时间的量允许(i)使用较小的不间断电源；和/或(ii)减少由于缺乏电力导致的设备停机时间。
[0052]类似地，如上面关于发电机控制器15、35所讨论的，一旦主电源52无法提供电力到负载53，控制器55可以(i)操作油泵(未示出)润滑在内燃机中的机械部件(未示出)以最小化发电机54的启动时间；(ii ) 一旦主电源52无法提供电源到负载53，激活增强内燃机中燃烧的加热元件(未示出)以最小化发电机54的启动时间；和/或(iii) 一旦主电源52无法提供电源到负载53，操作发电机54外壳(未示出)上的进气百叶窗以允许燃烧产物和冷却空气向发电机54的流动以便最小化发电机