DE112015003701T5

DE112015003701T5 - System von parallel geschalteten Generatoren und Verfahren zum Lastausgleich darin mittels eines seriellen Kommunikationsnetzes

Info

Publication number: DE112015003701T5
Application number: DE112015003701.2T
Authority: DE
Inventors: Timothy J. Alfermann
Original assignee: Remy Technologies LLC
Current assignee: Remy Technologies LLC
Priority date: 2014-09-25
Filing date: 2015-09-24
Publication date: 2017-07-06
Also published as: US20160094036A1; US9979196B2; WO2016049384A1

Abstract

Paralleles Generatorsystem, bei dem ein Teil der elektrischen Last von wenigstens einer Generatoreinheit schrittweise auf wenigstens eine andere Generatoreinheit mittels einer Steuerung auf der Basis eines Hinweises übertragen wird, dass die Betriebsbelastungen der Generatoreinheiten unzulässig unausgeglichen sind, wodurch ein Lastausgleich auftritt, der auf eine Vergleichmäßigung der Betriebsbelastungen unter den Generatoreinheiten über die Systemlebensdauer abzielt. Zudem ein Verfahren zum Lastausgleich in einem parallelen Generatorsystem, das ermittelt, ob die Betriebsbelastungsstufen von wenigstens zwei Generatoreinheiten unzulässig unausgeglichen sind, indem Betriebsbelastungsindikatoren der Generatoreinheiten mit denen einer Master-Generatoreinheit verglichen werden und Teile der elektrischen Last zwischen wenigstens zwei Generatoreinheiten auf der Basis der vergleichenden Untersuchung schrittweise übertragen werden, wodurch ein Lastausgleich stattfindet, der auf eine Vergleichmäßigung der Betriebsbelastungsstufen der Generatoreinheiten abzielt.

Description

Prioritätsanspruch und Bezugnahme auf verwandte Anmeldungen Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 62/055,557 mit dem Titel „Verfahren zum Lastausgleich in einem System von parallel geschalteten Generatoren mittels eines seriellen Kommunikationsnetzes”, eingereicht am 25.09.2014 und ist verwandt mit der US-Patentanmeldung Nr. 14/626,372 mit dem Titel „Verfahren zum Lastausgleich in einem System von parallel geschalteten Generatoren mittels eines Schädigungsmodells”, eingereicht am 19.02.2015, der US-Patentanmeldung Nr. 14/626,633 mit dem Titel „Verfahren zum Lastausgleich in einem System von parallel geschalteten Generatoren mittels selektiver Lastreduktion”, eingereicht am 19.02.2015, der US-Patentanmeldung Nr. 14/626,811 mit dem Titel „Verfahren zum Optimieren der Effizienz eines Systems von parallel geschalteten Generatoren, eingereicht am 19.02.2015 und der US-Patentanmeldung Nr.____. mit dem Titel „System von parallel geschalteten Generatoren und Verfahren zum Lastausgleich darin mittels seriellem Kommunikationsnetz, eingereicht am 24.09.2015 (Anwaltsakte Nr. 22888-0235), deren gesamte Offenbarungen durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.
Hintergrund
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Systeme und Verfahren zum Erzeugen und Verteilen elektrischer Leistung, insbesondere auf solche Systeme und Verfahren, die mehrere elektrische Generatoreinheiten betreffen, die parallel geschaltet sind.
Typischerweise ist ein Generator eine rotierende elektrische Maschine wohl bekannten Typs mit einem Stator, der von einem Rotor umgeben ist, der mittels eines Riemens oder einer Welle von einem Primärantrieb (z. B. einem Motor) angetrieben wird, um elektromagnetisch einen elektrischen Strom in leitfähigen Wicklungen des Stators zu induzieren, wodurch mechanische Leistung in elektrische Leistung umgewandelt wird. Der Stator enthält Phasenwicklungen, die in einer Dreiecksschaltung oder einer Sternschaltung gekoppelt sind. Ein Generator kann ein Gleichstromgenerator sein, der Gleichstrom produziert, oder ein Wechselstromgenerator, der Wechselstrom produziert, wobei der letztere Typ auch als ein Drehstromgenerator bezeichnet wird. Wenn dieser zum Aufladen einer Batterie gesetzt wird, die ein elektrisches System speist, wird der Ausgang des Wechselstromgenerators gleichgerichtet. Der Stator ist elektrisch an einen Gleichrichter angeschlossen, der den Ausgang des Wechselstromgenerators mit einem Systembus verbindet. Ein Gleichstromgenerator kann einen Wandler enthalten, um erforderlichenfalls erzeugte Gleichspannung in Wechselspannungsleistung umzuwandeln. Soweit hier auf einen „Generator” Bezug genommen wird, kann sich dies auf beide Typen beziehen (d. h. Gleichstrom oder Wechselstrom), außer ein spezieller Typ ist spezifiziert. Häufig hat jede Generatoreinheit ihren eigenen zugeordneten digitalen Mikrocontroller (der hier als Generatorsteuerung bezeichnet wird), bei dem es sich um ein Plug-and-Play Gerät handeln kann. Jede der Generatorsteuerungen steuert den Betrieb der jeweiligen individuellen Generatoreinheit und kooperiert im Betrieb des gesamten Parallelsystems, das von einer Systemsteuerung gesteuert wird. Die Generatoren können sich untereinander selbst koordinieren oder eine Systemsteuerung bestimmen, die entweder in einem Generator enthalten oder eine externe elektronische Steuereinheit ist.
Parallele Generatorsysteme, in denen mehrere Generatoren eines Typs (d. h. Gleichstrom oder Wechselstrom) elektrisch zueinander parallel geschaltet sind, können zum Einsatz in stationären Anlagen vorgesehen sein, üblicherweise zur Notstromversorgung von Gebäuden oder Anlagen, oder für mobile Einrichtungen. Parallele Generatorsysteme können eine primäre Stromquelle zum Aufladen von Batterien sein, die für verschiedene Arten von Fahrzeugen elektrischen Strom liefern, wie beispielsweise Sattelschleppern oder großen Bussen. Parallele Generatorsysteme sind zur Sicherstellung einer unterbrechungsfreien Spannungsversorgung wohl bekannt und haben wesentliche Vorteile gegenüber großen, einzelnen Generatoreinheiten hinsichtlich Kosteneffizienz, Flexibilität, Ausbaufähigkeit, Wartungs- und Betriebsaufwand sowie Zuverlässigkeit.
Die einzelnen Generatoreinheiten, die in parallelen Systemen arbeiten, haben typischerweise kleineres Leistungsvermögen und können gleiche oder variable Ausgangsleistungen haben. In jedem Fall können die Einheiten mittels paralleler Schalttechnik zueinander parallel geschaltet werden, um bei Lastspitzen maximale Ausgangsleistung oder zu anderen Zeiten die gewünschte minimale Ausgangsleistung zu liefern.
Der parallele Einsatz von mehreren Generatoreinheiten ermöglicht größere Flexibilität als der Einsatz eines einzelnen, größeren Generators größeren Leistungsvermögens. Mehrere kleine Generatoren, die parallel betrieben werden, müssen nicht zusammen gruppiert werden und können verteilt werden, sodass sie voneinander entfernt angeordnet sind und erfordern keinen einzelnen, großen Raum, wie dies bei einem einzelnen, größeren Generator der Fall wäre. Zudem ist es oft schwierig, bei der Bemessung von Generatoren zum Abdecken von Lastanforderungen, einen Lastzuwachs präzise vorherzusagen und angemessen für erwartete zusätzliche Lasten zu planen. Indem Generatoren parallel betrieben werden, können Laständerungen jedoch recht leicht abgefangen werden, indem zusätzliche parallel geschaltete Generatoren für die Bereitstellung zusätzlicher Leistung hinzugefügt werden. Indem Generatoren in parallelen Systemen betrieben werden, ist es somit einfacher, einen Zuwachs in der Lastanforderung zuzulassen. Wenn eine Generatoreinheit in einem parallelen System ausfällt oder gewartet werden muss, kann zudem diese einzelne Einheit aus dem Betrieb genommen werden und repariert oder ersetzt werden, ohne dass der Betrieb der übrigen Generatoreinheiten des Systems unterbrochen wird.
Die Redundanz, die dem parallelen Betrieb von mehreren Generatoren inhärent ist, sorgt für eine größere Zuverlässigkeit als sie von einer einzigen Generatoreinheit für kritische Lasten erreicht werden kann. Wenn eine Einheit ausfällt, können kritische Lasten auf andere Einheiten umverteilt werden. Bei vielen Anwendungen machen kritische Lasten, die das höchste Maß an zuverlässiger Leistung erfordern, nur einen Bruchteil der von dem System erzeigten Gesamtleistung aus. Parallele Systeme liefern die erforderliche Redundanz, um kritische Lasten abzudecken, selbst wenn eine der Generatoreinheiten ausfällt. Die parallelen Systemen inhärente Redundanz schafft somit eine mehrstufige Sicherheit und gewährleistet eine unterbrechungsfreie Stromversorgung für kritische Schaltungen.
Bei einem parallelen Generatorsystem wird die gesamte Last von allen parallel geschalteten Generatoreinheiten, die in dem System arbeiten, den aktiven Generatoreinheiten, geteilt. Bei herkömmlichen Systemen erfolgt die Lastverteilung zwischen den aktiven Generatoreinheiten üblicherweise so, dass alle aktiven Generatoreinheiten dieselbe Leistung zu der Gesamtlast des Systems beitragen, oder so, dass sie alle dieselbe Sollspannung haben.
Manche parallelen Generatorsysteme nutzen mehrere Primärantriebe, um die Generatoren anzutreiben. Beispielsweise kann ein Motor dazu vorgesehen sein, nur einen einzelnen der mehreren parallel geschalteten Generatoren anzutreiben, wie dies in großen stationären Notstromversorgungssystemen typischerweise der Fall ist.
Andere parallele Generatorsysteme, insbesondere in Fahrzeugen eingesetzte Systeme, nutzen einen einzigen Motor, um mehrere Generatoren anzutreiben. Beispielsweise treibt der einzige Motor eines Sattelschleppers oder großen Buses mehrere parallel geschaltete Generatoren an, bei denen es sich in der Regel um Drehstromgeneratoren handelt, die an dem Motor montiert sind und von der Kurbelwelle über einen gemeinsamen Riemen angetrieben werden. Solche fahrzeugbasierten Systeme von parallel geschalteten Drehstromgeneratoren, die von üblicherweise gleichgerichtete Gleichspannungsleistung an eine Batterie (oder mehrere Batterien) liefern, die das Bordnetz des Fahrzeugs mit elektrischer Leistung versorgt. Die Drehstromgeneratoren können untereinander gleich sein und mit einer gemeinsamen Geschwindigkeit angetrieben werden, die eine Kennzahl der Kurbelwellengeschwindigkeit des Motors ist. Der Ausgang der Statorwicklungen jedes Drehstromgenerators, der Leistung an das System abgibt, wird üblicherweise von einem einzigen Spannungsregler gesteuert, den sich alle Drehstromgeneratoren in dem System teilen, oder von einem einzelnen, dem betreffenden Drehstromgenerator zugeordneten Spannungsregler. Die Stärke des Magnetfeldes jedes sich bewegenden Rotors, das Stromfluss in den Statorwicklungen des umgebenden Stators induziert, um die Ausgangsspannung des Drehstromgenerators zu erzeugen, wird von dem Spannungsregler oder den Spannungsreglern gesteuert.
Der Regler des Drehstromgenerators ist dazu eingerichtet, den Anregungsstrom einer vom Rotor getragenen Feldspule zu steuern, die ein Signal von dem Regler erhält, das einen vorgegebenen Tastgrad hat. Der Regler enthält eine Feldtreiberschaltung, die dafür vorgesehen ist, der Feldspule ein elektrisches Signal mit einer Schaltfrequenz zu liefern. Die Feldtreiberschaltung wird von einer zugeordneten Generatorsteuerung gesteuert und ist dazu vorgesehen, den Feldspulenstrom zu steuern, der an die Feldspule abgegeben wird. Die Feldtreiberschaltung kann einen MOSFET Transistor enthalten, der dafür ausgelegt ist, den elektrischen Strom, der in die Feldspule eingespeist wird, zu steuern. Der MOSFET Transistor ist zwischen einem eingeschalteten Zustand und einem ausgeschalteten Zustand mit der Schaltfrequenz schaltbar. Das Schalten des Transistors wird von der zugeordneten Generatorsteuerung gesteuert. Der Stator liefert einen Ausgangsstrom dessen Größe von dem Tastgrad des an die Feldspule angelegten Signals abhängt.
Im Allgemeinen nimmt die Ausgangsspannung des Drehstromgenerators zu, wenn mehr Strom in die Feldspule eingespeist wird. Wenn weniger Strom in die Feldspule eingespeist wird, nimmt die Ausgangsspannung des Drehstromgenerators ab. Drehstromgeneratoren von Fahrzeugen haben herkömmlich Feldtreiber mit fester Frequenz genutzt. Bei diesen Drehstromgeneratoren liefert eine Feldtreiberschaltung der Feldspule Spannungspulse mit einer festen Frequenz, um den Strom zu steuern, obwohl manche Drehstromgeneratoren Feldtreiber mit variablen Frequenzen nutzen, die Spannungspulse mit unterschiedlichen Frequenzen an die Feldspulen abgeben. Insbesondere steuert die Generatorsteuerung die Feldstromausgabe, indem der Regler Steuersignale an das Gate des Transistors liefert. Diese Steuersignale schalten den Transistor ein und aus, sodass die Feldspannung als gepulstes Signal geliefert wird. Das Feldspannungssignal hat eine Pulsdauer τ und eine Pulsperiode T, mit der sich die Pulse wiederholen. Der Tastgrad D wird als τ/T berechnet. In Abhängigkeit von den erhaltenen Eingaben kann eine zugeordnete Generatorsteuerung den Tastgrad D bei einem Versuch anpassen, durch Erhöhen oder Absenken der Pulsdauer τ die Ausgabe des Drehstromgenerators zu steuern. Der vorgegebene Tastgrad jedes Drehstromgenerators, der zwischen Null und 100% betragen kann, entspricht dem Sollwert der Ausgangsspannung.
Im Allgemeinen führen größere Rotorfeldtastgrade und Rotorerregerströme zu größeren Ausgangsströmen des Generators und höheren Betriebstemperaturen und anderen Ursachen für betriebsbedingte Belastungen der Generatoreinheit.
Eine effizientere Auslastung von parallel geschalteten Generatoren und somit eine verbesserte Zuverlässigkeit und Effizienz eines parallelen Generatorsystems würde durch Systeme und Verfahren erleichtert, welche die elektrische Last, die von den aktiven Generatoren getragen wird, besser in einer Art und Weise verteilt, die besser die Betriebstemperaturen, die Tastgrade der Rotorfelder und/oder der Erregerströme des Rotors ausgleicht und dadurch die Belastungsverteilung unter den Generatoreinheiten gleichmäßiger gestaltet und die bestehende Lebensdauer maximiert.
Kurzfassung
Die vorliegende Offenbarung liefert ein paralleles Generatorsystem mit einer Steuerung, die Lastausgleich durchführt, und ein Verfahren zum Einsatz von Lastausgleich in einem parallelen Generatorsystem. Gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung wird eine effizientere Ausnutzung der Generatoreinheiten eines parallelen Generatorsystems erleichtert und dadurch die Systemzuverlässigkeit und Effizienz im Vergleich zu herkömmlichen parallelen Generatorsystemen erhöht sowie die Lebensdauer des Systems maximiert.
Die vorliegende Offenbarung schafft ein paralleles Generatorsystem, das eine Lebensdauer hat und mehrere Generatoreinheiten aufweist, von denen eine eine Master-Generatoreinheit ist, sowie eine Systemsteuerung enthält. Ein Teil der elektrischen Last einer der Generatoreinheiten wird von der Systemsteuerung schrittweise auf eine andere Generatoreinheit übertragen, nämlich auf der Basis eines Vergleichs mit der Master-Generatoreinheit, der angibt, dass die Lasten der Generatoreinheiten, die für die jeweiligen betrieblichen Belastungszustände repräsentativ sind, in unzulässiger Weise unausgeglichen sind, wodurch ein Lastausgleich unter den Generatoreinheiten stattfindet, der darauf abzielt, die Betriebsbelastungsverteilung unter den Generatoreinheiten während der Lebensdauer auszugleichen.
Die vorliegende Offenbarung liefert zudem ein Verfahren zum Einsatz von Lastausgleich in einem parallelen Generatorsystem, das eine Master-Generatoreinheit und wenigstens eine Slave-Generatoreinheit enthält, mit den Schritten: Vergleichen von Lastanteilindikatoren einer vorliegenden Generatoreinheit, die evaluiert wird, und der Master-Generatoreinheit; Ermitteln auf der Basis dieses Vergleichs, ob die Lasten der vorliegenden Generatoreinheit und der Master-Generatoreinheit unzulässig unausgeglichen sind; und Nutzen einer Systemsteuerung zum schrittweisen Übertragen eines Anteils der elektrischen Last der einen Generatoreinheit auf eine andere Generatoreinheit auf der Basis des Vergleichs, wodurch ein Lastausgleich zwischen den Generatoreinheiten stattfindet, der darauf abzielt, die Betriebsbelastung der Generatoreinheiten während der Systemlebensdauer gleichmäßig über die Generatoreinheiten zu verteilen.
Indikatoren der Betriebsbelastungsstufen der Generatoren, die durch die jeweiligen elektrischen Lastanteile bewirkt werden, können beispielsweise die gemessenen Betriebstemperaturen einer bestimmten Komponente der verglichenen Generatoreinheiten, ihre entsprechenden Lastzustände oder die jeweiligen Rotortastgrade oder Erregerströme der verglichenen Drehstromgeneratoren sein. Hierbei kann der zum Vergleich herangezogene Indikator, unabhängig von der speziellen Art, als ein Betriebsbelastungsindikator bezeichnet werden.
Die vorliegende Offenbarung schafft auch ein paralleles Generatorsystem, das eine Lebensdauer aufweist und einen Systembus, der zum Anschließen einer elektrischen Last vorgesehen ist, mehrere Generatoreinheiten einschließlich einer Master-Generatoreinheit und wenigstens einer Slave-Generatoreinheit, die elektrisch parallel an den Systembus angeschlossen sind, und eine Steuerung aufweist, die seriell mit jeder der Generatoreinheiten kommuniziert. Ein Teil der elektrischen Last wenigstens einer Generatoreinheit wird von der Steuerung auf der Grundlage eines Hinweises, dass die Betriebsbelastung der Generatoreinheiten unzulässig unausgeglichen ist, schrittweise auf wenigstens eine andere Generatoreinheit übertragen. Folglich zielt der Lastausgleich auf eine Vergleichmäßigung der Betriebsbelastungen unter den Generatoreinheiten während der Lebensdauer ab.
Die vorliegende Offenbarung schafft zudem ein Verfahren zum Lastausgleich in einem parallelen Generatorsystem mit den Schritten: Übertragen elektrischer Last zwischen zwei oder mehr Generatoreinheiten, die elektrisch an einen Systembus angeschlossen sind und eine Master-Generatoreinheit und wenigstens eine Slave-Generatoreinheit umfassen, während eines Teils der Systemlebensdauer; Nutzen einer Steuerung zum Bestimmen eines Hinweises, dass die Betriebsbelastungszustände von wenigstens zwei Generatoreinheiten unzulässig unausgeglichen sind, durch Auswertungen der entsprechenden Betriebsbelastungszustände der Generatoreinheiten im Vergleich zu dem Betriebsbelastungszustand der Master-Generatoreinheit; und Nutzen wenigstens einer Steuerung zum schrittweisen Übertragen eines Teils der elektrischen Last der Generatoreinheit auf eine andere Generatoreinheit auf der Basis der vergleichenden Auswertung. Folglich zielt der Lastausgleich darauf ab, die Betriebsbelastungszustände unter den Generatoreinheiten während der Systemlebensdauer zu vergleichmäßigen.
Gewisse messbare Aspekte jeder Generatoreinheit in einem parallelen System spiegeln ihren Betrieb unter Bedingungen wieder, von denen man weiß, dass sie die fortlaufende Zuverlässigkeit schädlich beeinträchtigen. Die Wahrscheinlichkeit eines Generatorausfalls im Betrieb steigt mit der Betriebsdauer an, insbesondere in einem oder mehreren Zuständen, von denen man weiß, dass sie mit einer Verkürzung der Lebensdauer einhergehen. Solche Zustände umfassen typischerweise beispielsweise Betrieb unter hohen Temperaturen oder Betrieb unter starker Belastung des Wechselstromgenerators (große Rotorfeldtastgrade oder große Rotorerregerströme), die jeweils zu einer hohen Belastung der Generatoreinheit beitragen können. Mit anderen Worten tritt für eine gegebene Betriebsdauer der Ausfall einer Generatoreinheit, die mit relativ größerer Belastung betrieben wird, wahrscheinlich vor dem Ausfall der Einheit unter vergleichsweise geringerer Belastung auftreten. Die Generatoreinheitenbelastung kann beispielsweise durch Systemdesign, Leistungsvermögen, Material von Bauteilen, Installationsanordnung, Kühlvorrichtungen, elektrischer Last und anderen Faktoren beeinflusst werden. Wenn über die angesammelte Betriebsdauer die Belastung einer Generatoreinheit wesentlich größer als eher kleiner ist, wird von Fachleuten allgemein verstanden, dass die Wahrscheinlichkeit eines früheren Ausfalls größer ist. Dies kann auf größerem Verschleiß und aufgetretener Materialermüdung durch Betrieb bei größerer Belastung, die durch ein oder mehrere der vorstehend genannten Faktoren beeinflusst wird, beruhen.
Das Reduzieren der elektrischen Last oder des thermischen Anteils, der von einer gegebenen Generatoreinheit getragen wird, die im Vergleich zu anderen Generatoreinheiten, zu den sie parallel geschaltet ist, einer wesentlich größeren Betriebsbelastung unterliegt, kann die Belastung dieser Generatoreinheit reduzieren und dazu beitragen, ihre Lebensdauer zu erhöhen, ohne dass ihre Belastung übermäßig auf andere Generatoren übertragen wird, die dementsprechend schrittweise größere Anteile der gesamten Systemlast tragen. Die Belastungsreduktion der teilweise lastreduzierten Generatoreinheit spiegelt sich beispielsweise in einer Reduzierung der Betriebstemperatur und somit in einer Reduzierung der einen Ausfall verursachenden thermischen Belastung wieder.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird die Last einer Generatoreinheit, deren Betriebsbelastung im Vergleich zu der Master-Generatoreinheit als übermäßig angesehen wird, schrittweise reduziert und auf andere Generatoreinheiten übertragen. Die Last einer Generatoreinheit, deren Betriebsbelastung im Vergleich zu der Master-Generatoreinheit als gering angesehen wird, wird schrittweise vergrößert und der anderen Generatoreinheiten abgenommen. Dies führt dazu, dass die Betriebsbelastung von allen Generatoreinheiten im Lauf der Zeit im Wesentlichen auf ein und derselben Stufe gehalten wird, was die Lebensdauer des Systems maximiert.
Bei einem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Offenbarung gehören zu den parallel geschalteten Generatoreinheiten eine Master-Generatoreinheit und wenigstens eine Slave-Generatoreinheit. Ein Betriebsbelastungsindikator jeder Generatoreinheit, der für ihren relativen Lastanteil repräsentativ ist, wird mit dem Betriebsbelastungsindikator, der für den relativen Lastanteil der Master-Generatoreinheit repräsentativ ist, verglichen. Zeigt der Vergleich wesentliche Unterschiede zwischen diesen Betriebsbelastungsindikatoren, wird die Ausgangssollspannung der betreffenden Generatoreinheit schrittweise angepasst, wodurch die elektrische Last dieser Generatoreinheit relativ zu der oder den anderen Generatoreinheiten erhöht oder reduziert wird. Diese Anpassung der Sollspannung kann entweder konstant sein oder linear von der elektrischen Last der betreffenden Generatoreinheit abhängen, sodass die Ausgangssollspannung des betreffenden Generators niedriger oder höher ist als die Ausgangssollspannung der Master-Generatoreinheit. Dementsprechend neigen die Lebensdauern von allen Generatoreinheiten in dem System zur Vergleichmäßigung, was zu einer maximalen Systemlebensdauer mit minimalen dazwischen liegenden, unvorhergesehenen und lästigen Ausfällen von Generatoreinheit, welche die Systemzuverlässigkeit und Effizienz schädigen, führt.
Ein System und ein Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung ermöglichen es besser, die Lebensdauer von allen Generatoren eines parallelen Systems im Wesentlichen anzugleichen, unabhängig davon, ob eine der Generatoreinheiten einen relativ größeren oder kleineren Anteil der gesamten Systemlast als die anderen Generatoreinheiten trägt.
Bei Ausführungsbeispielen paralleler Generatorsysteme gemäß der vorliegenden Offenbarung kommuniziert die Generatorsteuerung jedes Generators seriell mit der Systemsteuerung. Im Vergleich zu parallelen Kommunikationsnetzen ermöglichen serielle Kommunikationsnetze im Allgemeinen geringere Systemkosten sowie geringere Komplexität und lassen sich besser mit längeren Datenübertragungswegen und kleineren Bauräumen der Steuerung vereinbaren, was zusätzlich zu der Kosteneffizienz und der Zuverlässigkeit des Systems beiträgt. Zudem werden serielle Kommunikationsnetze oft von Kunden paralleler Generatorsysteme verlangt und können manchmal leichter und zu geringeren Kosten in eine vorhandene Kommunikationsinfrastruktur integriert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorstehend beschriebene Aspekte sowie andere Merkmale und Vorteile eines Systems und/oder eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung werden deutlicher wahrnehmbar und besser verständlich durch Bezugnahme auf die nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den dazugehörenden Zeichnungen. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines parallelen Generatorsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung; und
2 ein Ausführungsbeispiel eines Lastausgleichalgorithmus zum Einsatz in einem Beispiel eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispiel(en)
Die nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind nicht dazu gedacht, vollständig zu sein oder die Erfindung auf die präzisen Formen zu beschränken, die in der nachstehend detaillierten Beschreibung angegeben sind. Stattdessen sind die Ausführungsbeispiele so gewählt und beschrieben, dass andere Fachleute die Prinzipien und Praktiken der vorliegenden Erfindung wahrnehmen und verstehen können.
1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines parallelen Generatorsystems, das an eine elektrische Last angeschlossen ist. Das System 20 enthält eine Systemsteuerung 22 und vier parallel geschaltete Generatoreinheiten 24, die als G1, G2, G3 bzw. G4 bezeichnet sind und jeweils ihre eigene Generatorsteuerung 26 haben. Die Generatoreinheiten 24 können gemeinsam von einem einzigen Primärantrieb angetrieben werden können oder unabhängig voneinander von separaten Primärantrieben angetrieben werden. Die Generatoreinheiten 24 können sowohl Gleichstrom- oder Wechselstromgeneratoren sein. Eine der Generatoreinheiten 24 (z. B. G1) ist eine Master-Generatoreinheit, die als 24M bezeichnet ist. Die übrigen Generatoreinheiten 24 (z. B. G2, G3, G4) sind Slave-Generatoreinheiten, die als 24S bezeichnet sind. Alle Generatoreinheiten 24 sind parallel an einen Systembus 28 angeschlossen. Die Master-Generatoreinheit 24M dient dazu, zu gewährleisten, dass das System 20 die gewünschte Ausgangsspannung an die Systemlast 30 liefert. Von jeder Generatoreinheit 24 erzeugte Leistung wird über den Systembus 28 an die Systemlast 30 abgegeben. Bei manchen Ausführungsbeispielen beinhaltet die Last 30 eine Batterie (entweder eine einzelne Batterie oder eine Gruppe von miteinander verbundenen Batterien) eines Fahrzeugladesystems und die Generatoreinheiten 24 sind Drehstromgeneratoren, wobei die Ausgangsspannung der parallel geschalteten Drehstromgeneratoren 24 genutzt wird, um die Batterie elektrisch aufzuladen und andere elektrische Vorrichtungen zu betreiben, die zusammen die Last 30 bilden.
Gemäß 1 kann die Systemsteuerung 22 separat und entfernt von jeder der Generatoreinheiten 24 angeordnet sein. Alternativ können die Systemsteuerung 22 und die Generatorsteuerung 26 einer der Generatoreinheiten 24 (welche die Master-Generatoreinheit 24M sein kann) in eine einzige Steuerung integriert sein, wie dies durch die gestrichelte Linie angedeutet ist, die die Steuerung 26 der Generatoreinheit G1 und die Systemsteuerung 22 umgibt. Die Systemsteuerung 22 kann ein Knoten in einem CAN oder LIN Bus sein. Als Alternative kann auch jede Generatorsteuerung ein Knoten in demselben oder einem getrennten CAN oder LIN Bus sein.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann der von der Master-Generatoreinheit 24M getragene Lastanteil oder die entsprechende Betriebsbelastung auf unterschiedlichen Wegen angegeben werden und wird der Systemsteuerung 22 oder allen Slave-Steuerungen 26 mitgeteilt. Der Betriebsbelastungsindikator LM der Master-Generatoreinheit dient zum Vergleich mit den einzelnen Betriebsbelastungsindikatoren Li der jeweiligen Generatoreinheiten, der die entsprechende Betriebsbelastung oder den relativen Lastanteil, der von der betreffenden Generatoreinheit 24 getragen wird, angibt, und wird der Reihe nach ausgewertet.
Der Indikator LM gibt die Betriebsbelastung an, die durch den Lastanteil bewirkt wird, der von der Master-Generatoreinheit 24M getragen wird, und kann beispielsweise dem Tastgrad des Rotorfelds des Master-Drehstromgenerators, dem Erregungsstrom des Rotors des Masterdrehstromgenerators oder der gemessenen Betriebstemperatur einer Komponente der Master-Generatoreinheit entsprechen. Der Indikator Li gibt die Betriebsbelastung an, die durch den Lastanteil ausgelöst wird, die von der entsprechenden Generatoreinheit 24 getragen wird, und hat bevorzugt denselben Typ wie LM, beispielsweise indem er den Tastgrad des Rotorfelds des betreffenden Drehstromgenerators, den Erregerstrom des betreffenden Drehstromgenerators oder die gemessene Betriebstemperatur einer Komponente der betreffenden Generatoreinheit angibt. Dabei wird jede betreffende Generatoreinheit 24, die gemäß der vorliegenden Offenbarung evaluiert wird, als die vorliegende Generatoreinheit bezeichnet. Wenn der Indikator Li der vorliegenden Generatoreinheit als signifikant von dem Indikator LM der Master-Generatoreinheit abweichend eingestuft wird, wird die Ausgangssollspannung der entsprechenden vorliegenden Generatoreinheit 24 angepasst, um den von dieser Generatoreinheit 24 getragenen Lastanteil oder deren Betriebsbelastung zu erhöhen oder abzusenken, wie im Folgenden beschrieben.
Wie in 1 dargestellt, ist jede Generatorsteuerung 21 individuell in serieller Kommunikation mit der Systemsteuerung 22 über ein entsprechendes serielles Kommunikationskabel 32. Aus der Perspektive einer Generatorsteuerung 26 und wie es für serielle Kommunikationskonzepte typisch ist, hat jedes serielle Kommunikationskabel 32 zusätzlich zu seiner Massenader eine Senderader und eine Empfangsader, über die Daten zwischen der Generatorsteuerung 26 und der Systemsteuerung 22 ausgetauscht werden. Jede Generatorsteuerung 26 ist über ihr entsprechendes Kabel 32 an den entsprechend zugeordneten Anschluss 34 der Systemsteuerung 22 angeschlossen. Alternativ können bei manchen Ausführungsbeispielen die Kommunikationskabel 32 verkettet sein.
Ein Strommessgerät 36 kann zwischen dem Systembus 28 und der Systemlast 30 angeordnet sein, wodurch der von dem Systemen 20 an die Last 30 gelieferte elektrische Strom gemessen und der Systemsteuerung 22 als Eingabe zur Verfügung gestellt wird, um die Größe der Last 30 zu ermittelt. Mit anderen Worten kann die totale Leistungsanforderung der Last an das System 20 von der Systemsteuerung 22 mittels des von der Last 30 gezogenen Stroms bestimmt werden, so wie dieser von dem Strommessgerät 36 gemessen und mitgeteilt wird. Ein solches Strommessgerät 36 kann mit der Systemsteuerung 22 über ein serielles Verbindungskabel 38 in serieller Kommunikation stehen. Alternativ kann der Anteil der Last 30, der von jeder der Generatoreinheiten 24 getragen wird, von deren Generatorsteuerung 26 gemessen werden und diese Lastanteile aufsummiert werden. Beispielsweise kann der Strom bei manchen Ausführungsbeispielen, bei denen die Generatoreinheiten Wechselstromgeneratoren sind, von dem Tastgrad von allen Spannungsreglern der Drehstromgeneratoren bestimmt werden. So kann der Strom und damit die Last 30 durch eine interne Messung in den Generatoreinheiten 24 ermittelt werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel haben alle Generatoreinheiten 24 zunächst eine gemeinsame und bekannte Ausgangssollspannung Vset. Alternativ können bei einem anderen Ausführungsbeispiel die Generatoreinheiten 24 zunächst unterschiedliche Ausgangssollspannungen haben. Unabhängig davon ob die Generatoreinheiten 24 zunächst eine einzige, gemeinsame Ausgangssollspannung oder verschiedene unterschiedliche Ausgangssollspannungen haben, gewährleistet, das hier beschriebene Verfahren eine im Wesentlichen gleichmäßige Verteilung der Betriebsbelastungen über alle Generatoreinheiten 24 des Systems 20 im Laufe der Zeit, wodurch die Systemlebensdauer maximiert wird.
Falls das System 20 mehrere parallel geschaltete Drehstromgeneratoren 24 enthält, die von einem einzigen Primärantrieb angetrieben werden, enthalten die entsprechende Generatorsteuerungen 26 des Master-Drehstromgenerators 24M und jeder der anderen Slave-Drehstromgeneratoren 24S einen Spannungsregler, mit dem der entsprechende Drehstromgeneratorausgang angepasst werden kann. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der Master-Drehstromgenerator 24M zudem vom Fernüberwachungstyp sein, der einen kleinen Sensordraht nutzt, um die tatsächliche Spannung an der Batterie zu erfassen und dem Regler des Master-Drehstromgenerators mitzuteilen, um die Ausgangssollspannung des Master-Drehstromgenerators zu erhöhen, sodass Spannungsverlust zwischen dem Master-Drehstromgenerator und der Batterie kompensiert wird und eine konstante, gewünschte Spannung an der Batterie gewährleistet ist. Die zusätzliche Ausgangsspannung zwingt Strom schneller in die Batterie, wodurch die Ladezeit zum vollen Aufladen der Batterie reduziert wird. Bei derartigen Ausführungsbeispielen erhält die Generatorsteuerung 26 des Master-Drehstromgenerators 24M somit ein Signal, das die tatsächliche Spannung angibt, die von dem Systembus 28 an die Batterie angelegt wird. Alternativ kann die tatsächliche Spannung an der Batterie der Generatorsteuerung 26 des Master-Drehstromgenerators 24M auch über einen CAN Bus mitgeteilt werden. Anpassungen der Ausgangssollspannung des Master-Drehstromgenerators 24M zum Kompensieren von Spannungsverlusten bewirken Änderungen an dem Anteil der elektrischen Last, der von dem Master-Drehstromgenerator 24M getragen wird, und somit an seinem Indikator LM, dem Wert, welcher der Systemsteuerung 22 oder der Steuerung 26 des vorliegenden Drehstromgenerators mitgeteilt werden. Der Indikator LM dient als Basis, mit welcher der Indikator Li der jeweiligen Generatoreinheit 24 in einer nachfolgenden Serie von Lastausgleichsevaluationen verglichen wird und, falls vorgeschrieben, für entsprechende Anpassungen der betreffenden Ausgangssollspannungen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung werden alle Generatoreinheiten 24 (d. h. die Master-Generatoreinheit 24M und alle Slave-Generatoreinheiten 24S) nacheinander evaluiert. Für jede Generatoreinheit 24 wird ihr Indikator Li mit dem zuletzt erhaltenen Indikator LM der Master-Generatoreinheit 24M verglichen, der in der Systemsteuerung 22 oder 26 gespeichert ist. Wenn eine spezielle Generatoreinheit 24 eine größere oder kleinere Betriebsbelastung/Lastanteil, wie durch Li angegeben, hat als zulässig, was auf eine ungleiche Lastverteilung hinweist, wird die elektrische Last dieser Generatoreinheit 24 schrittweise reduziert bzw. erhöht. Wenn eine schrittweise Lastreduktion angebracht ist, wird der schrittweise von der Generatoreinheit 24 abgezogene Lastanteil auf die anderen Generatoreinheiten 24 übertragen. Wenn eine schrittweise Erhöhung der elektrischen Last angebracht ist, wird der auf die Generatoreinheit 24 addierte Lastanteil von den anderen Generatoreinheiten 24 abgezogen. Lastreduktionen von und Zuwächse zu der vorliegenden Generatoreinheit 24 können erreicht werden, indem die Ausgangssollspannung dieser Generatoreinheit 24 in kleinen Schritten reduziert bzw. erhöht wird.
Bei manchen alternativen Ausgestaltungen des Systems 20 kann die elektrische Last zwischen der vorliegenden Generatoreinheit 24 und den anderen Generatoreinheiten 24 umverteilt werden, indem Ausgangssollspannung(en) von wenigstens einer der anderen Generatoreinheiten 24 reduziert oder erhöht werden, wodurch der von der vorliegenden Slave-Generatoreinheit 24S getragene Lastanteil, für die eine Anpassung angebracht ist, reduziert oder erhöht wird. Bei anderen alternativen Ausgestaltungen des Systems 20 kann eine Kombination des Reduzierens und Erhöhens der Sollspannungen der betreffenden Generatoreinheit 24 und wenigstens einer der übrigen Generatoreinheiten 24 zu einer Umverteilung der elektrischen Last führen, welche die Betriebsbelastung von allen Generatoreinheiten im System 20 ausgewogen verteilt.
Unabhängig von der Herangehensweise ist die Umverteilung der elektrischen Lasten unter parallel geschalteten Generatoreinheiten 24 im System 20 gemäß der vorliegenden Offenbarung ein iterativer Prozess, der innerhalb vorgegebener Grenzen fortgesetzt wird, bis alle Generatoreinheiten 24 im Wesentlichen mit gleichen Belastungsstufen betrieben werden, wie dies durch die entsprechenden Indikatoren Li innerhalb eines vorgegeben Bereichs relativ zu LM angezeigt wird. Diese Umverteilung der elektrischen Lasten unter den Generatoreinheiten 24 zielt darauf ab, ein effizientes Gleichgewicht zwischen den Betriebsbelastungen zu erzielen, statt nur zwischen den von ihnen getragenen Anteilen der elektrischen Gesamtlast und maximiert somit die Systemlebensdauer.
Gemäß 2 führt die Systemsteuerung 22 bei einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens einen Lastausgleichsalgorithmus durch, der als Eingangsgröße die Liste aller arbeitenden, aktiven Generatoreinheiten 24 des Systems 20 verwendet, nämlich G1, G2, G3, G4, (angegeben als aktiviert 1, aktiviert 2, aktiviert 3 und aktiviert 4), die der Reihe nach zyklisch untersucht werden. Andere Eingaben des Lastausgleichsalgorithmus sind die entsprechenden Indikatoren Li der vorliegenden Generatoreinheiten 24, wenn sie evaluiert werden, die der Systemsteuerung 22 oder 26 von ihren entsprechenden Generatorsteuerungen 26 mitgeteilt werden, sowie der frühere Indikator LM, der zuletzt ermittelt wurde, oder der durchschnittliche LM über eine vorgegebene Zeitdauer. Bei dem Lastausgleichalgorithmus wird der Indikator LM einmal pro Zyklus festgestellt und gemittelt und als LM in den Berechnungen für alle nachfolgende Generatoreinheiten 24 in diesem Zyklus genutzt. In jedem Zyklus der Untersuchungen wird somit ein neuer Indikatorwert LM ermittelt und mit jeder neuen Untersuchung der Master-Generatoreinheit 24M gemittelt. Deshalb kann beim Untersuchen der Master-Generatoreinheit 24M in jedem Zyklus ihr Indikator Li als der vorliegende LM oder der LM Mittelwert verwendet werden.
Der Lastausgleichalgorithmus nutzt zudem als Eingangsgröße einen Betriebsbelastungsindikator-Schwellenwert LS und eine Spannungserhöhung V_inc als Konstanten. Andere verwendete Parameter beinhalten die Spannung, zu deren Bereitstellung das System 20 geregelt wird, V_reg, die Sollspannung V_set der Systemlast 30 und der aktuelle Sollspannungswert V_set,i der jeweils vorliegenden Generatoreinheit 24. Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt der Betriebsbelastungsindikator-Schwellenwert LS 5% und ist als die Grenze spezifiziert, in welcher der Betriebsbelastungsindikator Li jeder vorliegenden Generatoreinheit 24 relativ zu dem Indikator LM der Master-Generatoreinheit 24M liegen muss. Das Spannungsinkrement V_inc ist der Betrag, um den die Ausgangssollspannung V_set,i der vorliegenden Generatoreinheit 24 als Folge der Auswertung schrittweise erhöht oder reduziert werden kann, und beträgt beispielsweise 0,1 Volt. Dabei ist zu verstehen, dass V_inc auch höher oder niedriger sein kann als 0,1 Volt. Ein Filter ist vorgesehen, um ausreichend Zeit für die Lastausgleichsperiode zu schaffen, wobei die Ergebnisse der Lastreduktion an einem gegebenen Generator vor einer weiteren Anpassung erhalten werden können. Die Lastausgleichsperiode kann beispielsweise 10 bis 15 Minuten betragen und nur einem Drehstromgenerator eine Lastverschiebung in einer verzögerten Kadenz zu erlauben, um das Ausgleichen zu glätten.
Gemäß 2 wird der Lastausgleichalgorithmus nacheinander für jede Generatoreinheit 24 durchgeführt. Zuerst für G2, danach für G3, danach für G4, danach für G1, wobei der Indikator LM zu Beginn des nächsten Evaluationszyklus mitgeteilt wird, etc. Bei jeder Evaluation beginnt der Lastausgleichalgorithmus, indem ermittelt wird, ob die Systemlast/Batterie 30 Sollspannung V_set wenigstens 0,3 Volt höher als V_reg ist. Dies schafft ein Verfahren, um allen Drehstromgeneratoren zu ermöglichen zu der Last beizutragen, egal ob sie ordentlich teilen, und ermöglicht es diese in die Evaluation einzubeziehen oder nicht, wenn beispielsweise dem System eine größere Last auferlegt wird, als alle Drehstromgeneratoren liefern können. Wenn die Systemlast/Batterie 30 Sollspannung V_set, wenigstens 0,3 Volt größer als V_reg ist, wird der entsprechende Indikator Li der untersuchten Generatoreinheit 24 ermittelt und in Abhängigkeit von der untersuchten Generatoreinheit 24 wird der ermittelte Indikator Li mit dem zuvor ermittelten LM, gemittelt über die Zeit (z. B. eine Minute), verglichen. Für jede in einem Zyklus durchgeführte Evaluation liefert der Vergleich ein Indikatorverhältnis, das einen Zähler, der aus dem durchschnittlichen Indikatorwert Li besteht, und einem Nenner hat, der aus dem zuvor ermittelten Durchschnittswert LM besteht, der in allen Generatoreinheit-Evaluationen in dem Zyklus verwendet wird. Das Indikatorverhältnis Li/LM ist somit im Ergebnis Li-Durchschnitt/LM-Durchschnitt im Fall der Evaluation einer Slave-Generatoreinheit 24S.
Wenn das Indikatorverhältnis Li/LM minus 1 eine Differenz ergibt, die größer als der Indikator Schwellenwert LS (z. B. 5%) ist, dann wird die Sollspannung V_set,i der vorliegenden Generatoreinheit 24 um V reduziert und der Algorithmus endet. Andernfalls wird der Algorithmus mit einem weiteren Schritt fortgeführt, in dem festgestellt wird, ob die Differenz von 1 minus dem Indikatorverhältnis Li/LM größer als der Indikatorschwellenwert LS (z. B. 5%) ist. Falls ja, wird der Schwellenwert V_set,i der untersuchten Generatoreinheit 24 dann um V_inc erhöht und der Algorithmus endet. Falls nicht, endet der Algorithmus. Sobald der Algorithmus beendet ist, werden die Evaluationen der Reihe nach fortgesetzt und der Lastausgleichalgorithmus für die nächste Generatoreinheit in dem Zyklus durchgeführt.
Dementsprechend wird nach jeder Evaluation mittels des Lastausgleichalgorithmus folglich die Sollspannung V_set,i der vorliegenden Generatoreinheit entweder um das spezifizierte Spannungsinkrement V reduziert oder erhöht, das bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel 0,1 Volt beträgt, wenn Li für eine Generatoreinheit 24 um mehr als die zulässige Indikatorschwellenwert LS (hier um mehr als 5%) von LM abweicht.
Wenn der Systemsteuerung 22 Eingaben über einen CAN oder LIN Bus zur Verfügung gestellt werden oder wenn Generatorsteuerungen 26 ohne eine Systemsteuerung 22 verkettet werden, gibt es somit Vorteile beim fortlaufenden Einsatz des vorstehend beschriebenen Lastausgleichsalgorithmus nacheinander für jede Master- und Slave-Generatoreinheit 24M, 24S in jedem Evaluationszyklus oder Lastausgleichsperiode, wobei der erhaltene Durchschnittswert für jede Evaluation in einem Zyklus erhalten und zugrunde gelegt wird. Im Laufe der Zeit, wenn der Lastausgleichsprozess kontinuierlich wiederholt wird, neigen alle Generatoreinheiten 24 zu einer gleichmäßigen Verteilung der Betriebsbelastungen innerhalb des Indikatorschwellenwerts LS.
Das Folgende ist eine Liste von bevorzugten Ausgestaltungen gemäß der vorliegenden Offenbarung:

1. Paralleles Generatorsystem, das eine Lebensdauer hat und aufweist: einen Systembus, der zum Anschließen an eine elektrische Last ausgelegt ist, mehrere Generatoreinheiten einschließlich einer Master-Generatoreinheit und wenigstens einer Slave-Generatoreinheit, die elektrisch parallel an den Systembus angeschlossen sind, und einer Steuerung in serieller Kommunikation mit jeder der Generatoreinheiten, wobei von der Steuerung ein Teil der elektrischen Last von wenigstens einer Generatoreinheit schrittweise auf wenigstens eine andere Generatoreinheit auf der Grundlage eines Hinweises übertragen wird, dass die Betriebsbelastung der Generatoreinheiten unzulässig unausgeglichen ist, wodurch ein Lastausgleich stattfindet, der auf eine Vergleichmäßigung der Betriebsbelastungen unter den Generatoreinheiten über die Lebensdauer abzielt.
2. Paralleles Generatorsystem nach der bevorzugten Ausgestaltung 1, wobei die elektrische Lastübertragung von der Steuerung zwischen zwei oder mehr Generatoreinheiten auf der Grundlage eines Vergleichs eines Betriebsbelastungsindikatorwerts einer vorliegenden Generatoreinheit mit einem Belastungsindikatorwert der Master-Generatoreinheit bestimmt wird.
3. Paralleles Generatorsystem nach der bevorzugten Ausgestaltung 1 oder 2, wobei jede der Generatoreinheiten von der Steuerung nacheinander als ein vorliegender Generator in einem kontinuierlich wiederholten Evaluationszyklus untersucht wird, und wobei der Betriebsbelastungsindikatorwert der Master-Generatoreinheit, mit dem der Betriebsbelastungsindikator der vorliegenden Generatoreinheit vergleichen wird, der Steuerung von der Master-Generatoreinheit während eines vorangegangenen Evaluationszyklus mitgeteilt wurde.
4. Paralleles Generatorsystem nach einer der vorstehenden bevorzugten Ausgestaltungen, wobei die Steuerung eine Systemsteuerung ist und jede Generatoreinheit eine entsprechende Generatorsteuerung aufweist, die die Regelung der Ausgangssollspannung der Generatoreinheit steuert, wobei der Betriebsbelastungsindikator jeder Generatoreinheit überwacht und seriell von der entsprechenden Generatorsteuerung an die Systemsteuerung übermittelt wird, und wobei schrittweise elektrische Lastübertragungen zwischen einer ersten Ge neratoreinheit und wenigstens einer weiteren Generatoreinheit auf der Grundlage einer Abweichung des Betriebsbelastungsindikators der ersten Generatoreinheit und des Betriebsbelastungsindikators der Master-Generatoreinheit um mehr als einen zulässige Wert voneinander erfolgt, wodurch die Betriebsbelastungsstufen zwischen wenigstens zwei Generatoreinheiten zur Vergleichmäßigung tendieren.
5. Paralleles Generatorsystem der bevorzugten Ausgestaltung 4, wobei der zulässige vorgegebene Wert durch einen konstanten Betriebsbelastungsindikatorschwellenwert LS definiert ist.
6. Paralleles Generatorsystem der bevorzugten Ausgestaltung 4 oder 5, wobei die schrittweise elektrische Lastübertragung eine Absenkung der Betriebsbelastungsstufe der ersten Generatoreinheit enthält, die durch schrittweise Absenkung der Sollspannung der ersten Generatoreinheit erreicht wird, bis der Betriebsbelastungsindikator der ersten Generatoreinheit relativ zu dem Belastungsindikator der Master-Generatoreinheit nicht höher als der zulässige vorgegebene Wert ist.
7. Paralleles Generatorsystem der bevorzugten Ausgestaltung 4 oder 5, wobei der schrittweise elektrische Lastübertrag beinhaltet, dass ein Anstieg der Betriebsbelastungsstufe bei der ersten Generatoreinheit durch einen schrittweisen Anstieg der Sollspannung der ersten Generatoreinheit erreicht wird, bis der Betriebsbelastungsindikator der ersten Generatoreinheit relativ zu dem Belastungsindikator der Master-Generatoreinheit kleiner als ein zulässiger vorgegebener Wert ist.
8. Paralleles Generatorsystem nach einer der vorstehenden bevorzugten Ausgestaltungen, wobei ein Hinweis darauf, ob die Betriebsbelastungen der Generatoreinheiten unzulässig ungleichmäßig sind, mittels der Steuerung durch Vergleich der Indikatoren, die für die jeweiligen Betriebsbelastungsstufen repräsentativ sind, die durch die Lastanteile der jeweiligen Generatoreinheiten ausgelöst werden, mit einem Indikator, der für die Betriebsbelastungszustände repräsentativ ist, die durch den Lastanteil der Master-Generatoreinheit ausgelöst wird, gewonnen wird.
9. Parallele Generatorsystem nach der bevorzugten Ausgestaltung 8, wobei der Indikator die Betriebstemperatur einer Komponente einer Generatoreinheit ist.
10. Paralleles Generatorsystem der bevorzugten Ausgestaltung 8, wobei die Generatoreinheiten Drehstromgeneratoren sind und der Indikator der Rotorfeldtastgrad eines Drehstromgenerators ist.
11. Paralleles Generatorsystem der bevorzugten Ausgestaltung 8, wobei die Generatoreinheiten Drehstromgeneratoren sind und der Indikator der Rotorfelderregerstrom eines Drehstromgenerators ist.
12. Verfahren zum Lastausgleich in einem parallelen Generatorsystem, mit: Übertragen elektrischer Last zwischen zwei oder mehr Generatoreinheiten, die elektrisch an einen Systembus angeschlossen sind, einschließlich einer Master-Generatoreinheit sowie wenigstens einer Slave-Generatoreinheit während eines Teils der Lebensdauer des Systems, Einsatz einer Steuerung zum Ermitteln eines Hinweises, dass die Betriebsbelastungsstufen von wenigstens zwei Generatoreinheiten unzulässig unausgeglichen sind, durch Evaluation der entsprechenden Betriebsbelastungsstufen der Generatoreinheiten im Vergleich mit der Betriebsbelastungsstufe der Master-Generatoreinheit, und Verwenden wenigstens einer Steuerung zum schrittweise Übertragen eines Teils der elektrischen Last von einer Generatoreinheit auf eine andere Generatoreinheit auf der Grundlage der vergleichenden Evaluation, wodurch ein Lastausgleich stattfindet, der auf das Ausgleichen der Betriebsbelastungsstufen unter den Generatoreinheiten während der Systemlebensdauer abzielt.
13. Verfahren der bevorzugten Ausgestaltung 12, zusätzlich mit: Verwenden einer Steuerung, um die Generatoreinheiten einem sich wiederholenden Evaluationszyklus zu unterzeihen, in dem jede Generatoreinheit nacheinander evaluiert wird.
14. Verfahren der bevorzugten Ausgestaltung 12 oder 13, wobei die elektrische Lastübertragung zwischen zwei oder mehr Generatoreinheiten von einer Steuerung auf der Basis eines Vergleichs zwischen einem Betriebsbelastungsindikator für eine Generatoreinheit unter Evaluation, der der Steuerung mitgeteilt wird, und einem Betriebsbelastungsindikator für die Master-Generatoreinheit durchgeführt wird, der zuvor der Steuerung mitgeteilt wird.
15. Verfahren der bevorzugten Ausgestaltung 14, zusätzlich mit: Verwenden einer Steuerung, die eine Generatorsteuerung bildet, um den Betriebsbelastungsindikator der betreffenden Generatoreinheit zu überwachen und seriell an einer Steuerung zu übermitteln, die eine Systemsteuerung bildet, und Schrittweises Übertragen eines Anteils der elektrischen Last einer ersten Generatoreinheit auf wenigstens eine andere Generatoreinheit mittels der Systemsteuerung auf der Grundlage einer Abweichung des Betriebsbelastungsindikators der ersten Generatoreinheit von dem Betriebsbelastungsindikator des Master-Generators um mehr als einen zulässigen vorgegebenen Wert, wodurch die Betriebsbelastungswerte der wenigstens zwei Generatoreinheiten zur Angleichung tendieren.
16. Verfahren der bevorzugten Ausgestaltung 15, wobei der zulässige vorgegebene Wert durch eine konstante Betriebsbelastungsindikatorschwelle LS definiert wird.
17. Verfahren der bevorzugten Ausgestaltung 15 oder 16, mit dem Reduzieren des Betriebsbelastungswerts bei einer ersten Generatoreinheit, indem die Sollspannung der ersten Generatoreinheit schrittweise reduziert wird, bis der Betriebsbelastungsindikator der ersten Generatoreinheit relativ zu dem Belastungsindikator der Master-Generatoreinheit nicht höher als ein zulässiger vorgegebener Wert ist.
18. Verfahren der bevorzugten Ausgestaltung 15 oder 16, mit dem Erhöhen des Betriebsbelastungswerts bei der ersten Generatoreinheit, indem die Sollspannung der ersten Generatoreinheit schrittweise erhöht wird, bis der Betriebsbelastungsindikator der ersten Generatoreinheit relativ zu dem Belastungsindikator der Master-Generatoreinheit nicht kleiner als der zulässige vorgegeben Wert ist.
19. Verfahren nach einer bevorzugten Ausgestaltungen 14 bis 18, wobei der Betriebsbelastungsindikator die Betriebstemperatur einer Komponente einer Generatoreinheit ist.
20. Verfahren einer der bevorzugten Ausgestaltungen 14 bis 18, wobei die Generatoreinheiten Drehstromgeneratoren sind und der Betriebsbelastungsindikator der Rotorfeldtastgrad oder Rotorfelderregerstrom des Drehstromgenerators sind.

Obwohl Ausführungsbeispiele, welche die Prinzipien der vorliegenden Erfindung aufweisen, vorstehend erläutert wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt. Stattdessen soll diese Anmeldung auch beliebige Varianten, Anwendungen oder Anpassungen der Erfindungen unter Gebrauch ihrer allgemeinen Prinzipien abdecken. Zudem ist diese Anmeldung dazu gedacht, solche Abwandlungen von der vorliegenden Offenbarung abzudecken, die in der bekannten oder üblichen Ausführung des technischen Gebiets, auf das sich die Erfindung bezieht, vorkommen und im Schutzumfang der beigefügten Ansprüche liegen.

Claims

Paralleles Generatorsystem, das eine Lebensdauer hat und aufweist: einen Systembus, der zum Anschluss an eine elektrische Last ausgelegt ist, mehrere Generatoreinheiten einschließlich einer Master-Generatoreinheit und wenigstens einer Slave-Generatoreinheit, die elektrisch parallel an den Systembus angeschlossen sind, und eine Steuerung in serieller Kommunikation mit jeder der Generatoreinheiten, wobei von der Steuerung ein Teil der elektrischen Last von wenigstens einer Generatoreinheit schrittweise auf wenigstens eine andere Generatoreinheit auf der Basis eines Hinweises übertragen wird, dass die Betriebsbelastung der Generatoreinheiten unzulässig unausgeglichen ist, wodurch ein Lastausgleich zum Erzielen einer Vergleichmäßigung der Betriebsbelastung unter den Generatoreinheiten während der Lebensdauer erfolgt.
Paralleles Generatorsystem nach Anspruch 1, wobei die elektrische Lastübertragung durch die Steuerung zwischen einer oder mehreren Generatoreinheiten von der Steuerung auf der Grundlage eines Vergleichs eines Betriebsbelastungsindikatorwerts einer gegebenen Generatoreinheit, die evaluiert wird, mit einem Belastungsindikatorwert der Master-Generatoreinheit bestimmt wird.
Paralleles Generatorsystem nach Anspruch 1, wobei jede der Generatoreinheiten der Reihe nach von der Steuerung als vorliegender Generator in einem sich fortlaufend wiederholenden Evalutionszyklus evaluiert wird, und wobei der Betriebsbelastungsindikatorwert der Master-Generatoreinheit, mit dem der Betriebsbelastungsindikator der vorliegenden Generatoreinheit verglichen wird, der Steuerung von der Master-Generatoreinheit während eines vorangegangenen Evaluationszyklus mitgeteilt wurde.
Paralleles Generatorsystem nach Anspruch 1, wobei die Steuerung einer Systemsteuerung ist und jede Generatoreinheit eine entsprechende Generatorsteuerung hat, welche die Regelung der Ausgangssollspannung dieser Generatoreinheit steuert, wobei der Betriebsbelastungsindikator jeder Generatoreinheit überwacht und seriell von der entsprechenden Generatorsteuerung an die Systemsteuerung übermittelt wird, und eine schrittweise elektrische Lastübertragung zwischen einer ersten Generatoreinheit und wenigstens einer weiteren Generatoreinheit auf der Grundlage einer Abweichung des Betriebsbelastungsindikators der ersten Generatoreinheit von dem Betriebsbelastungsindikator der Master-Generatoreinheit um mehr als einen zulässigen vorgegeben Wert stattfindet, wodurch die Betriebsbelastungsstufen zwischen wenigstens zwei Generatoreinheiten zur Vergleichmäßigung tendieren.
Paralleles Generatorsystem nach Anspruch 4, wobei der zulässige vorgegebene Wert durch einen konstanten Betriebsbelastungsindikatorschwellenwert LS definiert ist.
Paralleles Generatorsystem nach Anspruch 4, wobei der schrittweise elektrische Lastübertrag eine Reduktion eines Betriebsbelastungswerts einer ersten Generatoreinheit einschließt, die durch eine schrittweise Reduktion der Sollspannung der ersten Generatoreinheit erreicht wird, bis der Betriebsbelastungsindikator der ersten Generatoreinheit relativ zu dem Belastungsindikator der Master-Generatoreinheit nicht größer als ein zulässiger vorgegebener Wert ist.
Paralleles Generatorsystem nach Anspruch 4, wobei der schrittweise elektrische Lastübertrag eine Erhöhung eine Betriebsbelastungswerts einer ersten Generatoreinheit einschließt, die durch eine schrittweise Erhöhung der Sollspannung der ersten Generatoreinheit erreicht wird, bis der Betriebsbelastungsindikator der ersten Generatoreinheit relativ zu dem Belastungsindikator der Master-Generatoreinheit nicht kleiner als der zulässige vorgegebene Wert ist.
Paralleles Generatorsystem nach Anspruch 1, wobei ein Hinweis, ob die Betriebsbelastungen der Generatoreinheiten unzulässig unausgeglichen sind, durch Einsatz der Steuerung mittels eines Vergleichs von Indikatoren, die für die entsprechenden Betriebsbelastungsstufen, die durch die Belastungsanteile der entsprechenden Generatoreinheiten bewirkt werden, repräsentativ sind, mit einem Indikator, der für die Betriebsbelastungsstufe repräsentativ ist, die durch den Lastanteil der Master-Generatoreinheit bewirkt wird.
Paralleles Generatorsystem nach Anspruch 8, wobei der Indikator die Betriebstemperatur einer Komponente einer Generatoreinheit ist.
Paralleles Generatorsystem nach Anspruch 8, wobei die Generatoreinheiten Drehstromgeneratoren sind und der Indikator der Rotorfeldtastgrad eines Drehstromgenerators ist.
Paralleles Generatorsystem nach Anspruch 8, wobei die Generatoreinheiten Drehstromgeneratoren sind und der Indikator der Rotorfelderregerstrom eines Drehstromgenerators ist.
Verfahren zum Lastausgleich in einem parallelen Generatorsystem, mit: Übertragen elektrischer Last zwischen zwei oder mehr elektrisch an ein Systembus angeschlossenen Generatoreinheiten einschließlich einer Master-Generatoreinheit und wenigstens einer Slave-Generatoreinheit während eines Teils der Systemlebensdauer, Einsatz einer Steuerung zum Bestimmen eines Hinweises, dass die Betriebsbelastungsstufen von wenigstens zwei Generatoreinheiten unzulässig unausgeglichen sind, durch Evaluation der entsprechenden Betriebsbelastungsstufen der Generatoreinheiten im Vergleich mit der Betriebsbelastungsstufe der Master-Generatoreinheit; und Einsatz von wenigstens einer Steuerung zum schrittweise Übertragen eines Anteils der elektrischen Last von einer Generatoreinheit auf eine andere Generatoreinheit auf der Grundlage einer vergleichenden Evaluation, wodurch ein Lastausgleich auftritt, der darauf abzielt, die Betriebsbelastungsstufen unter den Generatoreinheiten über die Systemlebensdauer zu vergleichmäßigen.
Verfahren nach Anspruch 12, zusätzlich mit: Einsatz einer Steuerung, um die Generatoreinheiten einem sich wiederholenden Evaluationszyklus zu unterzeihen, in dem jede Generatoreinheit der Reihe nach evaluiert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei elektrische Lastübertragung zwischen zwei oder mehr Generatoreinheiten von einer Steuerung auf der Basis eines Vergleichs zwischen einem Betriebsbelastungsindikator einer Generatoreinheit, die untersucht wird, der an die Steuerung übermittelt wird, und einem Betriebsbelastungsindikators für eine Master-Generatoreinheit, der zuvor an die Steuerung übermittelt wurde.
Verfahren nach Anspruch 14 zusätzlich mit: Einsatz einer Steuerung, die eine Generatorsteuerung bildet, zum Überwachen und seriellen Übermitteln des Betriebsbelastungsindikators der entsprechenden Generatoreinheit an eine Steuerung, die eine Systemsteuerung bildet, und schrittweises Übertragen eines Anteils der elektrischen Last einer ersten Generatoreinheit auf wenigstens eine weitere Generatoreinheit mittels der Systemsteuerung auf der Basis einer Abweichung des Betriebsbelastungsindikators der ersten Generatoreinheit von dem Betriebsbelastungsindikator des Master-Generators um mehr als einen zulässigen vorgegebenen Wert, wodurch die Betriebsbelastungsstufen der wenigstens zwei Generatoreinheiten zur Vergleichmäßigung tendieren.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der zulässige vorgegebene Wert durch einen konstanten Betriebsbelastungsindikatorschwellenwert LS definiert ist.
Verfahren nach Anspruch 15, mit einem Reduzieren der Betriebsbelastungsstufen einer ersten Generatoreinheit durch schrittweises Reduzieren der Sollspannung der ersten Generatoreinheit bis der Betriebsbelastungsindikator der ersten Generatoreinheit relativ zu dem Belastungsindikator der Master-Generatoreinheit nicht größer als ein zulässiger vorgegebener Wert ist.
Verfahren nach Anspruch 15, mit einem Erhöhen der Betriebsbelastungsstufe einer ersten Generatoreinheit durch schrittweises Erhöhen der Sollspannung der ersten Generatoreinheit bis der Betriebsbelastungsindikator der ersten Generatoreinheit relativ zu dem Belastungsindikator der Master-Generatoreinheit nicht kleiner als der zulässige vorgegebene Wert ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Betriebsbelastungsindikator die Betriebstemperatur einer Komponente einer Generatoreinheit ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Generatoreinheiten Drehstromgeneratoren sind und der Betriebsbelastungsindikator der Rotorfeldtastgrad oder der Rotorfelderregerstrom eines Drehstromgenerators ist.