(57)【要約】複数の電源（１０６）間の負荷分担を管理する方法及びシステム（１００）が開示される。所定の実施形態によれば、前記方法は、複数の電源（１０６）から少なくとも１つの電力消費装置に誘導される総電力出力を決定するステップを含む。前記方法は、複数の電源（１０６）のそれぞれに関連する正味燃料消費率（ＢＳＦＣ）曲線（１１０）を検索するステップをまた含む。前記方法は、それぞれの電源（１０６）に関連する動作制約条件に基づいて、複数の電源（１０６）のそれぞれに対する動作優先順位を決定するステップをさらに含む。前記方法は、少なくとも総電力出力、ＢＳＦＣ曲線（１１０）、及び動作優先順位に基づいて、複数の電源（１０６）のそれぞれに対する負荷分担量を決定するステップをさらに含む。【選択図】  図１
2018533334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電源（１０６）間の負荷分担を管理する方法であって：
前記複数の電源（１０６）から少なくとも１つの電力消費装置に誘導される総電力出力を決定するステップ；
前記複数の電源（１０６）のそれぞれに関連する正味燃料消費率（Ｂｒａｋｅ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｆｕｅｌ  Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ：ＢＳＦＣ）曲線（１１０）を検索するステップ；
前記それぞれの電源（１０６）に関連する動作制約条件に基づいて、前記複数の電源（１０６）のそれぞれに対する動作優先順位を決定するステップ；及び
少なくとも前記総電力出力、前記ＢＳＦＣ曲線（１１０）、及び前記動作優先順位に基づいて、前記複数の電源（１０６）のそれぞれに対する負荷分担量を決定するステップを含む、方法。
【請求項２】
前記複数の電源（１０６）のそれぞれに対する負荷分担量を決定するステップは：
同一優先順位グループ内の電源（１０６）が同一動作優先順位を有するように、前記複数の電源（１０６）を２つ以上の優先順位グループにグループ化するステップ；
前記総電力出力及び前記動作優先順位に基づいて、前記２つ以上の優先順位グループのそれぞれから誘導される電力を計算するステップ；及び
少なくとも前記ＢＳＦＣ曲線（１１０）及び前記２つ以上の優先順位グループのそれぞれから誘導される電力に基づいて、前記複数の電源（１０６）のそれぞれに対する前記負荷分担量を決定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記２つ以上の優先順位グループから誘導されるべき電力の和は、前記総電力出力と同一である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記複数の電源（１０６）のそれぞれに対する負荷分担量を決定するステップは：
前記ＢＳＦＣ曲線（１１０）及び前記動作制約条件に基づいて、２つ以上の電源（１０６）を同一ものと決定するステップ；及び
前記動作制約条件に基づいて、前記２つ以上の同一電源（１０６）が同一負荷分担量を有することと決定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ＢＳＦＣ曲線（１１０）及び前記動作制約条件に基づいて、優先順位グループ内の２つ以上の電源（１０６）を同一ものと決定するステップ；及び
前記動作制約条件に基づいて、前記２つ以上の同一電源（１０６）が同一負荷分担量を有することと決定するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記複数の電源（１０６）のそれぞれに対する負荷分担量を決定するステップは：
前記複数の電源（１０６）の総燃料消費量が最小値に到逹するように、前記複数の電源（１０６）のそれぞれに対する前記負荷分担量を調律するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
優先順位グループの総燃料消費量が最小値に到逹するように、前記優先順位グループ内の各電源（１０６）に対する前記負荷分担量を調律するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記複数の電源（１０６）のそれぞれに対する負荷分担量を決定するステップは：
粒子群最適化（ｐａｒｔｉｃｌｅ  ｓｗａｒｍ  ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ）アルゴリズムを使用して前記複数の電源（１０６）のそれぞれに対する前記負荷分担量を決定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記複数の電源（１０６）のそれぞれに対して決定された前記負荷分担量を併合するステップ；及び
前記併合された負荷分担量を前記総電力出力に対する組み合わせた負荷分担構成として生成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
電力システム（１００）であって：
少なくとも１つの電力消費装置に給電するように構成される複数の電源（１０６）；
前記少なくとも１つの消費装置に関連し、前記複数の電源（１０６）から前記少なくとも１つの電力消費装置に誘導される総電力出力を決定するように構成される負荷マネージャー（１０２）；及び
前記負荷マネージャー及び前記複数の電源（１０６）に通信可能に連結される配電モジュール（１０４）を含み、前記配電モジュール（１０４）は、
前記複数の電源（１０６）のそれぞれに関連するＢＳＦＣ曲線（１１０）を検索し；
前記それぞれの電源（１０６）に関連する動作制約条件に基づいて、前記複数の電源（１０６）のそれぞれに対する動作優先順位を決定し；
少なくとも前記総電力出力、前記ＢＳＦＣ曲線（１１０）、及び前記動作優先順位に基づいて、前記複数の電源（１０６）のそれぞれに対する負荷分担量を決定するように構成される、電力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、機械の複数のエンジン間の負荷分担を管理することに関し、より詳細には、総燃料消費量を減らすために、複数のエンジン間の負荷分担を管理する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶などの移動式機械は、しばしば１つ以上の主負荷（例えば、プロペラ）及び様々な補助負荷（例えば、ＨＶＡＣ、照明、ポンプなど）を駆動するために、共に使用される複数のエンジンを含む。これらのエンジンは異なる動作範囲、速度などを有することができる。エンジンは、負荷に機械的に連結され得るか、または発電機を介して負荷に電気的に連結され得る。いくつかの適用例において、船舶の負荷は、ハイブリッド配置で機械的に及び電気的に両方とも駆動され得る。
【０００３】
典型的な海洋適用例では、複数のエンジンが電力需要を満たすために同時に動作される。複数のエンジンのそれぞれは、エンジンの容量に比例して電力需要の分担量を生成する。例えば、特定の船舶は、２，０００ｋＷをそれぞれ生成することができる２つのエンジン、及び５，０００ｋＷをそれぞれ生成することができる２つのエンジンを有することができる。総電力需要が７，０００ｋＷである場合、各エンジンに分配される負荷分担量は、それぞれ１，０００ｋＷ、１，０００ｋＷ、２，５００ｋＷ、及び２，５００ｋＷであり得る。しかしながら、このような硬直した負荷分担構成は、最も燃料効率的ではないことがある。これは、各エンジンが、エンジンによって生成された電力に非線形に依存する特定の燃料消費曲線を有することができるためである。例えば、エンジンなどがそれぞれ１，２００ｋＷ、５００ｋＷ、２，３００ｋＷ、及び３，０００ｋＷを生成するように負荷を分配することが、より燃料効率的であり得る。
【０００４】
発電効率を改善しようとする試みは、２０１３年３月２７日付に公開された、Ｔｏｒｕｙａら（Ｔｏｒｕｙａ）による中国特許第１０１５７７４２５号に開示されている。Ｔｏｒｕｙａは、電力網で使用される負荷分配システムを開示している。電力網は、複数の発電機セットを有する。前記システムは、各発電機セットに関連する燃料消費曲線を格納する。与えられた電力需要に対して、前記システムは、燃料消費曲線を使用して、最小限の総燃料消費量を導く負荷分担構成を計算する。前記システムは、オフラインでのみ作動し、計算結果を表に格納する。その後、電力網が電力需要を受信するとき、前記システムまたはヒューマンオペレーターは、表において対応する負荷分担構成を検索することができる。
【０００５】
Ｔｏｒｕｙａは、総燃料消費量を減らすために、複数の発電機セット間の負荷分担構成を定量的に決定する方法を提供するが、発電機セット間の相違を十分に考慮していない。例えば、同一燃料消費曲線を有する発電機セットは、異なる動作制約条件下で動作することができ、これにより、負荷分担において異なる動作優先順位を有する。時には、すべてのより高い優先順位の発電機セットによって生成される組み合わせた電力出力が所定の閾値を超えた後にのみ、より低い優先順位の発電機セットが負荷分担に関与することが好ましい。また、Ｔｏｒｕｙａは、オフラインでしか作動せず、電力需要の急激な変化に適時に対応できない可能性がある。
【０００６】
開示されたシステムは、前記した問題点及び／または従来技術の他の問題点のうちの１つ以上を克服することに関する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一態様において、本開示は複数の電源の間の負荷分担を管理する方法に関する。前記方法は複数の電源から少なくとも１つの電力消費装置に誘導される総電力出力を決定するステップを含む。前記方法は、複数の電源のそれぞれに関連する正味燃料消費率（Ｂｒａｋｅ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｆｕｅｌ  Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ：ＢＳＦＣ）曲線を検索するステップをまた含む。前記方法は、それぞれの電源と関連した動作制約条件に基づいて、複数の電源のそれぞれに対する動作優先順位を決定するステップをさらに含む。前記方法は、少なくとも総電力出力、ＢＳＦＣ曲線、及び動作優先順位に基づいて、複数の電源のそれぞれに対する負荷分担量を決定するステップをさらに含む。
【０００８】
他の態様において、本開示は、電力システムに関する。該電力システムは、少なくとも１つの電力消費装置に給電するように構成された複数の電源を含む。該電力システムは、少なくとも１つの消費装置に関連し、複数の電源から少なくとも１つの電力消費装置に向けられる総電力出力を決定するように構成された負荷マネージャーをまた、含む。該電力システムは、負荷マネージャー及び複数の電源に通信可能に連結された配電モジュールをさらに含む。配電モジュールは、複数の電源のそれぞれに関連するＢＳＦＣ曲線を検索するように構成される。配電モジュールはまた、それぞれの電源に関連する動作制約条件に基づいて、複数の電源のそれぞれに対する動作優先順位を決定するように構成される。配電モジュールはさらに、少なくとも総電力出力、ＢＳＦＣ曲線、及び動作優先順位に基づいて、複数の電源のそれぞれに対する負荷分担量を決定するように構成される。
【０００９】
また他の態様において、本開示は、複数の電源間の負荷分担を管理するための命令を記憶する非一時的なコンピューター可読記憶媒体に関する。命令は、少なくとも１つのプロセッサが複数の電源から少なくとも１つの電力消費装置に誘導される総電力出力を決定することを含む動作を実行させる。前記動作は、複数の電源のそれぞれに関連するＢＳＦＣ曲線を検索することをまた含む。前記動作は、それぞれの電源に関連する動作制約条件に基づいて、複数の電源のそれぞれに対する動作優先順位を決定することをさらに含む。前記動作は、少なくとも総電力出力、ＢＳＦＣ曲線、及び動作優先順位に基づいて、複数の電源のそれぞれに対する負荷分担量を決定することをさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、例示的な実施形態による、複数の電源間の負荷分担を管理する電力システムの概路図である。
【図２】図２は、例示的な実施形態による、図１の電力システムの動作の概路図である。
【図３】図３は、例示的な実施形態による、複数の電源間の負荷分担を管理する方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、機械に使用され、１つ以上の負荷に給電するように構成された例示的な電力システム１００を示す。前記機械は、複数の発電ユニットを含み、船舶、飛行機、大型車などであり得る。例示の目的のみのために、以下の説明は、機械が船舶であると見做す。しかし、当業者は、本開示が船舶に限定されないことを理解するであろう。
【００１２】
図１を参照すると、電力システム１００は、特に、負荷マネージャー１０２、配電モジュール１０４、及び複数の電源１０６を含むことができる。負荷マネージャー１０２は、船舶の中央コントローラから受信された入力及び／または１つ以上の負荷の実際の出力（例えば、性能）に基づいて、電源１０６からの電力に対する需要を決定する。配電モジュール１０４は、電源１０６の総燃料消費量を減らすために、電源１０６のそれぞれに対する負荷分担量を決定する。電源１０６のそれぞれは、それぞれの負荷分担量と同一機械的及び／または電気的動力出力を生成する。
【００１３】
電源１０６は、任意の数及びタイプの燃焼エンジンを具現することができ、これらのうちでいくつかまたは全てが発電機セットを形成するために対応する発電機に連結される。燃焼エンジンの機械的出力は、負荷に直接送られ（例えば、船舶用プロペラ駆動シャフトのような駆動シャフトに機械的に送られ）、及び／または発電機を介して間接的に送られる（例えば、プロペラのモーター及び他の補助負荷に電気的に送られる）。例示的な実施形態では、負荷マネージャー１０２によって決定された電力需要を満たすために、異なる電源１０６が協動することができる。異なるタイプ及び／またはサイズの発電機セットの混合を含むことによって、異なるセットに関連する利点が実現され得る。例えば、より大きな中速発電機セットは、より高い燃料効率（すなわち、より低い燃料消費量）及び／またはより低い放出でより大きな電力出力を可能にすることができる一方、より小さな高速発電機セットは、より迅速な過渡応答及び高効率低負荷動作を可能にすることができる。特定の船舶は、必要に応じて、すべての同一発電機セット、すべての異なる発電機セット、または任意の他の構成の発電機セットを含むことができる。エンジン及び発電機以外の電源、例えばバッテリー、燃料電池、または他の蓄電装置が船舶に給電するのにまた、使用され得る。
【００１４】
負荷マネージャー１０２は、電力システム１００の実際の出力を所望の出力と比較し（例えば、所望の走行速度または負荷運搬能力を達成し）、その差に基づいて電力需要を応答的に決定するように構成され得る。例示的な実施形態において、負荷マネージャー１０２は、実際のバス電圧を所望の電圧と比較し、その差に基づいて給電の変化に対する命令を応答的に生成するように構成される１つ以上の発電機コントローラを含む。例えば、車両の駆動シャフトは、共通のバスから電気的に給電され、中央コントローラを介して直接制御されるモーターによって駆動され得る。車両の運転者は、スロットルレバーを動かして、車両が特定の所望の速度で移動するように命令することができる。例示的な船舶の場合、中央コントローラからの信号は、１つ以上の駆動シャフトに連結されたプロペラをより速くまたはより遅く回転させるか、または完全に停止させることができる。１つ以上の駆動シャフトの速度が変化するにつれて、駆動シャフトに関連するモーターは、共通の電力バスから多少間の電力を消費し得る。このような電力消費量の変化は、バス内の対応する電圧変動を引き起こすことができ、負荷マネージャー１０２は、電圧変動をモニタリングし、電源１０６によってバスに供給される多少間の電力に対する需要を応答的に生成することができる。
【００１５】
他の実施例において、負荷マネージャー１０２は、スタンドアロン構成要素であることができ、実際の船舶またはプロペラの速度を所望の速度と比較し、その差に基づいて電力（機械的及び／または電気的）の変化に対する需要を示す制御信号を応答的に生成するように構成され得る。また他の実施例において、負荷マネージャー１０２は、実際の船舶の位置及び／または防衛を所望の位置または防衛と比較し、その差に基づいて電力の変化に対する需要を示す制御信号を応答的に生成することができる。他の比較が、負荷マネージャー１０２によってまた実施されることができ、負荷マネージャー１０２は、電力需要を決定するために当技術分野で公知された任意の方法及び構成を取ることができる。
【００１６】
例示的な実施形態において、負荷マネージャー１０２はまた、電力を要求する負荷のアイデンティティを決定することもできる。例えば、負荷マネージャー１０２は、どの負荷が現在電力を消費しているかに対して中央コントローラと周期的に通信するように構成され得る。
【００１７】
図１を参照すると、負荷マネージャー１０２は、時間の関数として総電力需要１０８を示す信号を生成することができる。総電力需要１０８は、著しい電力過渡状態（例えば、船舶が動的位置決めモードにあるとき）を含むことができるか、または大部分の偶発的な変動による定数であり得る（例えば、船舶が静止モードにあるとき）。総電力需要１０８を示す負荷マネージャー１０２によって発生された信号及び電力を消費する負荷のアイデンティティは、さらなる処理のために配電モジュール１０４に誘導され得る。
【００１８】
配電モジュール１０４は、例えば、コンピューターベースシステム、マイクロプロセッサベースシステム、マイクロコントローラ、電子制御モジュール（ＥＣＭ）、電子制御ユニット（ＥＣＵ）、または任意の他の適切な制御タイプ回路またはシステムを含む多くの形態を取ることができる。配電モジュール１０４は、各電源１０６から誘導されるべき電力出力を決定するために協力する様々な構成要素を含むことができる。例えば、配電モジュール１０４は、プロセッサ、メモリ、記憶装置、入力／出力（Ｉ／Ｏ）装置を含むことができる。プロセッサは、１つ以上の市販のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、及びプロセッサの機能を実行するように構成され得る他の同様の装置を含むことができる。メモリは、開示された実施形態に関連する所定の機能を実行するためにプロセッサによって使用される情報を格納するように構成された１つ以上の装置を含むことができる。例えば、メモリは、実行されたときに、配電モジュール１０４が電源１０６など間の負荷分担量を計算及び分配させることができる記憶装置または他の所からロードされた１つ以上のプログラムを格納することができる。記憶装置は、揮発性または不揮発性、磁気、半導体、テープ、光学、脱着式、非脱着式、または他のタイプの記憶装置またはコンピューター可読媒体を含むことができる。配電モジュール１０４は、この配電モジュール１０４が開示された実施形態によって機能できるように構成された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、コンピュータシステム、及び論理回路のうちの１つ以上をまた含むことができる。従って、配電モジュール１０４のメモリは、例えば、ＡＳＩＣのフラッシュメモリ、ＦＰＧＡのフリップフロップ、コンピュータシステムのランダムアクセスメモリ、論理回路に含まれたメモリ回路などを含むことができる。
【００１９】
配電モジュール１０４は、代替的にまたは追加的に、外部コンピュータシステムと通信可能に結合され得る。また、配電モジュール１０４は、複数の船舶機能を制御することができる一般的な船舶制御システムに容易に具現され得ることが理解されるべきである。配電モジュール１０４は、データリンクまたは他の方法を介して制御システムの他の構成要素と通信することができる。電源回路、信号調節回路、アクチュエータ駆動回路（すなわち、回路給電ソレノイド、モーター、またはピエゾアクチュエータ）、及び通信回路を含んだ、様々な他の公知された回路が配電モジュール１０４に関連することができる。
【００２０】
配電モジュール１０４は、総燃料消費量を減らすために、どの程度の総電力需要が複数の電源１０６のそれぞれによって生成されるべきかを決定するように構成される。具体的に、配電モジュール１０４は、各電源１０６から（例えば、各エンジン及び／または各発電機に関連するコントローラから）正味燃料消費率（ＢＳＦＣ）曲線１１０を検索する。各ＢＳＦＣ曲線１１０は、生成された電力の関数としてそれぞれの電源１０６の燃料消費率を測定する２次元曲線であり得る。代替的に、ＢＳＦＣ曲線１１０は、生成された電力及びエンジン速度の両方の関数であることができ、従って３次元マップであり得る。ＢＳＦＣ曲線１１０は、各電源１０６に及び／またはそれぞれの異なるタイプの電源１０６ごとに異なることができる。ＢＳＦＣ曲線１１０は、一般に、異なる電源コントローラによって使用され、与えられたエンジン速度で異なるエンジンの燃料供給（例えば、噴射タイミングの開始、噴射持続時間、噴射圧力、噴射量、噴射タイミングの終了、噴射パルスの数など）及び／または異なる発電機のフィールド間隔を調節することができる。しかしながら、配電モジュール１０４は、これらのＢＳＦＣ曲線１１０を活用して、異なる可能な負荷分担構成におけるすべての電源１０６の組み合わせた燃料消費率を決定した後、低い燃料消費量を達成する特定の構成を選択することができる。
【００２１】
すべての電源１０６の組み合わせた燃料消費率は、組み合わせた燃料消費関数として表すことができる。
【００２２】
【数１】
2018533334.tif 000003
【００２３】
組み合わせた燃料消費関数ｆ（ＰＴｏｔａｌ）は、最小値を有することができる。この最小値に対応する負荷分担構成は、高い燃料効率を達成する。従って、高い燃料効率を達成する負荷分担構成を探索する工程は、目的関数によって表すことができる。
【００２４】
【数２】
2018533334.tif 000004
【００２５】
【数３】
2018533334.tif 000005
【００２６】
【数４】
2018533334.tif 000006
【００２７】
式２は、式３及び式４を条件にする。
ここで、ｆｉ（Ｐｉ）は、各電源１０６のＢＳＦＣ曲線である。Ｐｉは、各電源１０６の負荷分担量である。Ｐｍｉｎ，ｉ及びＰｍａｘ，ｉは、それぞれの各電源１０６の許容可能な最小及び最大電力出力である。Ｐｍｉｎ，ｉ及びＰｍａｘ，ｉは、各電源１０６の仕様に基づいて決定することができる。ＰＴｏｔａｌは、負荷マネージャー１０２によって決定された総電力需要１０８である。
【００２８】
式２〜４に基づいて、配電モジュール１０４は、最適化アルゴリズムを実行して組み合わせた燃料消費関数ｆ（ＰＴｏｔａｌ）が最小値に到逹させる負荷分担量（Ｐ１，Ｐ２，…Ｐｎ）セットを探索するように構成され得る。最適化アルゴリズムは、当技術分野における任意の最適化アルゴリズムであり得る。例えば、最適化アルゴリズムは、粒子群最適化（ｐａｒｔｉｃｌｅ  ｓｗａｒｍ  ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ：ＰＳＯ）アルゴリズムであり得る。ＰＯＳアルゴリズムは、組み合わせた燃料消費関数ｆ（ＰＴｏｔａｌ）が最小値に到達するまで、それぞれの探索空間内の負荷分担量（Ｐ１，Ｐ２，…Ｐｎ）の各々を繰り返し的に調律する。いくつかの実施形態において、ＰＯＳアルゴリズムは、モンテカルロ（Ｍｏｎｔｅ  Ｃａｒｌｏ）方法のような他の最適化方法と組み合わせて計算効率を改善することができる。例えば、配電モジュール１０４は、最初に、モンテカルロアルゴリズムを具現して負荷分担量（Ｐ１，Ｐ２，…Ｐｎ）に対する初期値（すなわち、調律のための初期位置）を見つけた後、これらの初期値をＰＯＳアルゴリズムに供給する。
【００２９】
例示的な実施形態において、配電モジュール１０４は、最適化の間に２次元ＢＳＦＣ曲線１１０を表すために多項式を使用することができる。しかしながら、ＢＳＦＣ曲線１１０が３次元マップまたは高度に非線形である場合、配電モジュール１０４は、最適化の間にＢＳＦＣ曲線１１０で燃料消費率を検索することができる。また、３次元ＢＳＦＣ曲線１１０に対して、配電モジュール１０４は、総電力需要１０８だけでなく、１つ以上のエンジン速度の関数として負荷分担構成を生成することができる。
【００３０】
配電モジュール１０４はまた、各電源１０６に関連する動作制約条件を決定するように構成される。動作制約条件は、任意の特定の時間に電力出力を生成するためにそれぞれの電源１０６の能力に影響を及ぼす要因を含むことができる。動作制約条件は、電源のモデル及び／またはタイプ、電源の機械的連結、バス上の電源の位置、電源のオン／オフ状態、電源の動作範囲、電源の過渡応答時間、電源の老化及び／または摩耗、電源によって生成された放出、他の電源との電源の互換性、電源によって使用可能な燃料などを含むことができる。動作制約条件は、電源１０６のコントローラ内にまたは記憶装置内に格納され得る。動作制約条件はまた、他の船舶パラメータに基づいて配電モジュール１０４によって導出されることもできる。さらに、動作制約条件は、ヒューマンオペレーターによって設定され得る。
【００３１】
配電モジュール１０４は、動作制約条件に基づいて各電源１０６の動作優先順位を決定することができる。動作優先順位は、それぞれの電源１０６に負荷分担量を割り当てる優先順位を指定する。例えば、配電モジュール１０４は、すべての電源１０６を３つの優先順位グループに分割し、より高い優先順位の電源１０６がその指定された動作限界に到達するまでより低い優先順位の電源１０６には負荷分担量が割り当てられないように指定することができる。配電モジュール１０４は、１つ以上の動作制約条件に基づいて動作優先順位を決定することができる。例えば、バス上の電源１０６の位置が、電力が誘導される負荷に近い場合、配電モジュール１０４は、電源１０６により高い動作優先順位を割り当てることができるが、その理由は、より短い距離にわたって電力を送ることがより燃料効率的かもしれないからである。他の実施例においては、電源１０６の摩耗のため、各電源１０６の実際の性能が、関連したＢＳＦＣ曲線１１０から逸脱することができる。配電モジュール１０４は、偏差が予め決定された程度を超過する電源１０６により低い動作優先順位を割り当てることができる。
【００３２】
配電モジュール１０４はまた、動作制約条件に基づいて、それぞれの電源１０６及び他の電源１０６に割り当てられた負荷分担量が、予め設定された比率に維持されるべきかどうかを決定することもできる。例えば、同一モデルの２つの電源１０６が同一機械的構成内の同一バスに結合され、同一時間に実行中である場合、それらの類似性のため、配電モジュール１０４は、同一負荷分担量がこれらの２つの電源１０６に割り当てられるべきであると決定することができる。
【００３３】
例示的な実施形態において、電源１０６が２つ以上の優先順位グループに分割される場合、配電モジュール１０４は、各優先順位グループにおいて前述した最適化を具現することができる。具体的に、各優先順位グループごとの目的関数は、以下のように表すことができる：
【００３４】
【数５】
2018533334.tif 000007
【００３５】
【数６】
2018533334.tif 000008
【００３６】
【数７】
2018533334.tif 000009
【００３７】
【数８】
2018533334.tif 000010
【００３８】
式５は、式６、式７及び式８を条件にする。
ここで、Ｍは優先順位グループの数を示し、Ｑは優先順位グループ内の電源の数を示す。ＰＴｏｔａｌ，ｍは各優先順位グループから誘導される総電力需要１０８の一部分である。配電モジュール１０４は、総電力需要１０８及び電源１０６に関連する動作優先順位に基づいてＰＴｏｔａｏｌ，ｍを計算することができる。前述した最適化工程と同様に、配電モジュール１０４は、式５〜８に基づいて各優先順位グループごとに最適化アルゴリズムを実行して、それぞれの優先順位グループ内の電源１０６のそれぞれに対する負荷分担量を得ることができる。
【００３９】
各優先順位グループ内で、配電モジュール１０４は、ＢＳＦＣ曲線１１０及び動作制約条件に基づいて、複数の同一電源１０６があるかどうかを決定することができる。例えば、２つの電源１０６が同一ＢＳＦＣ曲線、同一動作範囲、及び同一モデルを有する場合、配電モジュール１０４は、２つの電源１０６が同一ものと決定することができる。
【００４０】
複数の同一電源１０６を有する優先順位グループを決定した後、配電モジュール１０４は、同一負荷分担量が同一電源１０６のうちの２つ以上に割り当てられるべきかどうかをさらに決定することができる。同一負荷分担量を有する同一電源１０６がまた同一ＢＳＦＣ曲線を有するので、配電モジュール１０４は、式５〜８による最適化工程においてこれらの電源１０６を１つの電源として処理することができる。このような方式、最適化で調律されるべき変数の数が減少され、これによって、計算効率が向上する。
【００４１】
例示的な実施形態おいて、配電モジュール１０４は、リアルタイムで前述した最適化を実行して、数ミリ秒で負荷マネージャー１０２からの総電力需要１０８に応答することができる。代替的に、配電モジュール１０４は、最初に電源１０６に対する負荷分担マップをオフラインで生成した後、負荷分担マップをリアルタイムで利用して、総電力需要１０８に対応する負荷分担構成を検索することができる。
【００４２】
図２は、電力システム１００の例示的な動作を示す。図２に開示された実施形態において、船舶は５つの発電機セットを有する。発電機セット１及び２は、同一であり、それぞれ２，０００ｋＷを生成することができる。配電モジュール（１０４は、発電機セット１及び２を第１優先順位グループに割り当て、発電機セット３〜５を第２優先順位グループに割り当てる。配電モジュール１０４はさらに、第１優先順位グループがその容量の７５％に到達するまで第２優先順位グループが使用すべきでないと決定する。従って、総電力需要が１０，０００ｋＷである場合、配電モジュール１０４は、３，０００ｋＷが第１優先順位グループから誘導されるべきであり、７，０００ｋＷが第２優先順位から誘導されるべきと決定する。
【００４３】
配電モジュール１０４は、第１及び第２優先順位グループに対する負荷分担量を分離して最適化することができる。第１優先順位グループにおいて、配電モジュール１０４は、発電機セット１及び２が同一負荷分担量を有するように制約されないと決定することができる。従って、配電モジュール１０４は、最適化の間に発電機セット１及び２を個別に処理する。最適化の結果は、発電機セット１及び２が第１優先順位グループに割り当てられた３，０００ｋＷの６０％及び４０％をそれぞれ生成すべきであることを示すことができる。第２優先順位グループにおいて、配電モジュール１０４は、発電機セット３及び４が同一負荷分担量を有するべきであると決定することができる。従って、配電モジュール１０４は、最適化において発電機セット３及び４を表すために１つの負荷分担量のみを使用することができる。最適化の結果は、発電機セット３〜５が第２優先順位グループに割り当てられた７，０００ｋＷの２５％、２５％、及び５０％をそれぞれ生成すべきであることを示すことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
開示された電力システム１００は、複数の電源が協力して移動式機械を駆動し、様々な条件下で補助負荷に給電する任意の移動式機械に適用可能である。電力システム１００は、様々な動作制約条件下で負荷分担の最適化を通じて全体燃料消費量を減らすことができる。従って、電力システム１００は、非常に多様な電源の組み合わせのために使用され得る。次に、電力システム１００の動作が図３のフローチャートに関連して説明されるであろう。
【００４５】
ステップ３０２において、配電モジュール１０４は、複数の電源１０６から誘導される総電力出力を決定する。総出力は、総電力需要１０８と同一である。配電モジュール１０４は、負荷マネージャー１０２から総電力需要１０８を示す信号を受信することができる。負荷マネージャー１０２は、例えば、電源１０６から移動式機械の１つ以上の負荷（例えば、プロペラ及びＨＶＡＣシステム）に電力を誘導する共通バス上で検出された電圧レベルに基づいて、総電力需要１０８を示す信号を生成することができる。
【００４６】
ステップ３０４において、配電モジュール１０４は、各電源１０６に関連するＢＳＦＣ曲線１１０を検索する。ＢＳＦＣ曲線１１０は、生成された電力の関数としての２次元曲線、または生成された電力及びエンジン速度の両方の関数としての３次元マップであり得る。前述したように、配電モジュール１０４は、電源１０６に関連するコントローラからＢＳＦＣ曲線１１０を検索することができる。代替的に、ＢＳＦＣ曲線１１０は、記憶装置内に格納されることができ、配電モジュール１０４は、記憶装置にアクセスしてＢＳＦＣ曲線１１０を検索することができる。
【００４７】
ステップ３０６において、配電モジュール１０４は、各電源１０６に関連する動作制約条件を決定する。動作制約条件は、例えば、電源のモデル及び／またはタイプ、バス上の位置、オン／オフ状態、過渡応答時間などであり得る。配電モジュール１０４は、各電源１０６の仕様、負荷マネージャー１０２から受信された負荷情報、移動式機械の中央コントローラから受信された命令などに基づいて動作制約条件を決定することができる。動作制約条件はまた、電力システム１００のユーザーインターフェースを介してヒューマンオペレーターによって指定され入力され得る。
【００４８】
ステップ３０８において、配電モジュール１０４は、電源１０６が動作制約条件に基づいて同一動作優先順位を有するかどうかを決定する。動作優先順位は、それぞれの電源１０６に負荷分担量を割り当てるための優先順位を指定する。配電モジュール１０４は、すべてのより高い優先順位の電源がそれらの指定された動作限界に到達するまで、より低い優先順位の電源１０６には負荷分担量が割り当てられないことを定義することができる。電源１０６を異なる動作優先順位に区別することを所望の多くの状況が存在する。例えば、小型の高速発電機セットは、速い過渡応答及び高効率低負荷動作を可能にすることができる。従って、移動式機械が迅速な機動を行うときには、他のタイプの発電機セットよりも小型の高速発電機セットを使用することが好ましい。電源１０６が同一動作優先順位を有していない場合、配電モジュール１０４は、ステップ３１０に進む。すべての電源１０６が同一動作優先順位を有する場合、配電モジュール１０４は、ステップ３１０及び３１２をスキップし、直接ステップ３１４に進む。
【００４９】
ステップ３１０において、電源１０６が同一動作優先順位を有していない場合、配電モジュール１０４は、ステップ３０６で決定された動作優先順位に基づいて電源１０６を２つ以上の優先順位グループにグループ化する。同一優先順位グループ内の電源１０６は、同一動作優先順位を有する。
【００５０】
ステップ３１２において、配電モジュール１０４は、総電力出力及び動作優先順位に基づいて、各優先順位グループから誘導されるべき電力を計算する。例えば、２つの優先順位グループがあり、動作優先順位が、より高い優先順位グループが指定された動作限界に到達するまで負荷分担量がより低い優先順位グループに割り当てるべきでないことを示すと仮定すると、総電力需要が１０，０００ｋＷであり、指定された動作限界が７，０００ｋＷである場合、配電モジュール１０４は、より高い優先順位グループから誘導されるべき電力が７，０００ｋＷであり、より低い優先順位グループから誘導されるべき電力が３，０００ｋＷであると決定することができる。
【００５１】
ステップ３１４において、配電モジュール１０４は、優先順位グループ内の２つ以上の電源１０６が同一であるかどうかを決定する。例えば、２つの電源１０６が同一ＢＳＦＣ曲線、同一動作範囲、及び同一モデルを有するとき、配電モジュール１０４は、２つの電源１０６が同一であると決定する。優先順位グループが２つ以上の同一電源１０６を有する場合、配電モジュール１０４は、ステップ３１６に進む。そうでなければ、配電モジュール１０４は、ステップ３１６及び３１８をスキップし、直接ステップ３２０に進む。
【００５２】
ステップ３１６において、優先順位グループ内の２つ以上の電源１０６が同一である場合、配電モジュール１０４は、ステップ３０６で決定された動作制約条件に基づいて、同一電源１０６が同一負荷分担量を割り当てるべきかどうかを決定する。例えば、２つの同一発電機セットが同一バスに連結されるときには、これらの２つの発電機セットに同一負荷分担量を割り当てることが好ましい。優先順位グループ内の少なくとも２つの同一電源１０６が同一負荷分担量を割り当てる必要がある場合、配電モジュール１０４は、ステップ３１８に進む。そうでなければ、配電モジュール１０４は、ステップ３１８をスキップし、直接ステップ３２０に進む。
【００５３】
ステップ３１８において、優先順位グループ内の少なくとも２つの同一電源１０６が同一負荷分担量を割り当てるべきである場合、配電モジュール１０４は、負荷分担量最適化のために少なくとも２つの同一電源１０６のうちの１つのみを選択する。少なくとも２つの同一電源１０６は、同一ＢＳＦＣ曲線及び同一負荷分担量を有するので、最適化において１つの負荷分担量だけによって表される必要がある。
【００５４】
ステップ３２０において、配電モジュール１０４は、各電源１０６の負荷分担量を調律して、総燃料消費量を減らす組み合わせた負荷分担構成を探索する。配電モジュール１０４は、すべての電源１０６が同一動作優先順位を有する場合には、式２〜４に基づいて、または複数の優先順位グループがある場合には、式５〜８に基づいて最適化アルゴリズムを実行することによって負荷分担量を調律することができる。具体的に、同一動作優先順位の場合、配電モジュール１０４は、すべての電源１０６に対する組み合わせた燃料消費関数ｆ（ＰＴｏｔａｌ）が最小値に到逹するように、総電力出力に対する最適化アルゴリズムを実行する行う一方、複数の優先順位グループの場合、配電モジュール１０４は、それぞれの優先順位グループに対する組み合わせた燃料消費関数ｆ（ＰＴｏｔａｌ，ｍ）が最小値に到逹するように、それぞれの優先順位グループから誘導されるべき電力に対して各優先順位グループで最適化アルゴリズムを実行する。例示的な実施形態において、最適化アルゴリズムは、ＰＳＯアルゴリズム、モンテカルロアルゴリズム、または当技術分野で公知された任意の他のアルゴリズムのうちの１つ以上であり得る。
【００５５】
ステップ３２２において、配電モジュール１０４は、各電源１０６の調律結果を併合して与えられた総電力出力（すなわち、総電力需要１０８）に対する組み合わせた負荷分担構成を生成する。
【００５６】
ステップ３２４において、配電モジュール１０４は、調律結果に基づいて複数の電源１０６に電力要請を送る。例示的な実施形態において、組み合わせた負荷分担構成においてゼロでない負荷分担量を有する各電源１０６に、配電モジュール１０４は、電源１０６に関連するコントローラに命令を送って、電源１０６が負荷分担量と同一電力出力を生成させる。
【００５７】
開示された例示的な実施形態は、複数の電源の総燃料消費量を減らすために柔軟な解決策を提供する。複数の電源を異なる優先順位グループに分割することによって、システム１００は、それぞれの個々の電源に関連する動作制約条件を考慮して、移動式機械の他の動作目標を損傷させることなく、高い燃料効率を達成することができる。例えば、移動式機械が迅速な過渡応答を必要とする動作モードにあるときには、高速発電機セットが好ましく、負荷分担においてより高い動作優先順位を与えられることができる。また、電源が同一であるかどうか及び／または同一負荷分担量を有するかどうかを決定することによって、システム１００は、複数の電源間の類似性を考慮してシステム複雑性を減少させ、計算資源を節約し、システム応答速度を向上させることができる。例えば、２つの同一電源が同一バスに連結されるとき、これらに同一負荷分担量を割り当てることは、追加の制御電子装置を使用して負荷分担量を不均等に分配する手間を省けるようにすることができる。
【００５８】
複数の電源間で分担する負荷を管理するための開示された電力システムに対して様々な修正及び変形が行われることが当業者には明らかであろう。他の実施形態が、本明細書の考慮及び本開示の実施から当業者に明らかであろう。明細書及び実施例は、例示的なものとしてのみ見なされるべきであり、真の範囲は、以下の特許請求の範囲及びそれらの等価物によって示されることと意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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