[发明专利]用于优化燃料消耗的电力管理系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及高效的电力管理系统和方法。本发明的电力管理系统和方法被定制以实现燃料效率。通过使用与至少一个可再生能量源耦合的变速直流发电机来有助于实现这目标。

背景技术

产生交流电的发电机的使用实现了发电。在大多数发电系统的配置中，会使用两个或两个以上的发电机来满足用电需要。交流电由一组整流器转换为直流电。此外，整流器为一组能量存储单元充电来实现桥接发电机到发电机之间的转换的目的，以保证能量的平稳供应。发电系统中的所使用的发电机根据运行发电机所使用的燃料而异。发电机的一些例子包括核能发电机、内燃机和以化石燃料为能源来源的发电机。

在发电机系统的很多应用中，稳态负载需求与发电机的容量通常不尽相关。然而，用于发电的发电机是根据其峰值性能为依据来选择，这通常导致了超过实际需求的发电机被选择。而这会导致燃料的过度使用对环境产生负面影响。尽管有利用太阳能发电的太阳能发电机，但这种发电机并不可靠，因为缺少充足的太阳能而导致发电机在较低效率的状态下工作。

因此对于可靠的且同时减少对环境的负面效应的发电系统是有需求的。

发明内容

本发明的特定示例性方面的中的一个目的是要解决先前提到的示例性问题和/或完全克服这里提到的发电系统普遍存在的这些示例性的缺陷。因此，举例来说，在这里提供和描述的是一些示例性的用于优化燃料消耗的电力管理系统和方法的实施例。

根据本发明的一个方面，这里提供了一种用于优化燃料消耗的电力管理系统，所述电力管理系统包含：能量存储单元，所述能量存储单元被配置成为负载供电；至少一个可再生能量源，所述至少一个可再生能量源被配置成产生电能为能量存储单元充电；控制器，所述控制器被配置成产生速度参考值，所述速度参考值取决于所述能量存储单元的充电状态、所述负载和由所述至少一个可再生能量源产生的电能中的至少一个；及发动机，所述发动机被配置成在不同速度下运行以提供机械能至变速直流发电机，以产生电能为能量存储单元充电。所述发动机的速度和最终由所述变速交流电机产生的电能是响应于所述速度参考值变化的，所述速度参考值是由所述控制单元决定的。

从另一个方面看，一个用于优化燃料消耗的电力管理系统的方法也被公开。所述电力管理系统和方法包括产生速度参考值，速度参考值的产生是基于以下所列中的至少一个产生的：能量存储单元的充电状态、负载、至少一个可再生能量源所产生的电能以及发动机变化的速度。发动机的速度响应于速度参考值而变化，用于优化燃料消耗的目的。

附图说明

本发明的实施例在下文中参照以下附图，其中：

图1显示了本发明的发电系统，该系统包括：变速交流发电机、至少一种可再生能量源、控制器、功率组合器、能量存储单元、负载和直流母线的交流电网。

图2显示了一个变速直流发电机的框图，包括：发动机、发电机、调速器、发动机监控系统和辅助电池。

图3是显示一个高效发电过程的流程图，包含如下步骤：在控制面板中设置参数，生成速度参考，为调速器提供速度参考值，调整发动机的速度，为能量存储单元充电以及将电能输送到负载上。

具体实施方式

根据下面的图1到图3，本发明中为解决上述的一个或多个传统的电力管理系统中所存在的问题的代表性的实施例描述如下。为了简洁和清晰，此处描述主要是涉及用于高效电力管理的系统、设备和技术。然而，这并不排除其他应用本发明的各种实施例的情况，只要在其他应用中普遍体现了实施例的基本原理，诸如操作上的、功能上的，或性能上的特点。在后面的描述中，相同或类似的参考数字表示相同的或类似的元素。

本发明的一个实施例是关于应用于与输电网络结合的电力管理系统和/或方法。特别是，电力管理系统和/或方法可以在通信基站，远程采矿营地或一个或多个油泵井。电力管理系统包含变速直流发电机、控制器、至少一个可再生能量源、电力组合器、能源存储单元和负载。在很多实施例中，变速直流发电机包括发动机、交流发电机、调速器、发动机监控系统和控制器。发动机可以包括柴油机、内燃机、燃气发动机、往复式发动机或任何其他适合变速发电机使用的发动机。

通过利用可再生能源，如太阳能电池阵列、风力涡轮机、水轮发电机和生物能，该变速直流发电机可以适应发动机的速度进行调整，从而运行在一个最理想的水平。改变或调整发动机的速度是由速度参考值所启动，该速度参考值会提供给调速器使得发动机运转速度运行在一个燃料效率最优化的理想水平。