任何任意拓扑结构的电力系统排序方案的制作方法

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任何任意拓扑结构的电力系统排序方案
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年1月24日提交的第62/965,459号美国临时专利申请的优先权利益，该美国临时专利申请的全部内容通过引用并入本文。
3.背景
4.本公开涉及电力系统。更具体地说，本公开涉及用于提供电力系统内的机器和部件的协同控制的系统和方法。
5.概述
6.一个实施例涉及一种包括电路的装置，该电路被构造成：标识第一电源对象(source object)、第二电源对象和负载总线对象；确定第一电源对象、第二电源对象和负载总线对象在单线拓扑结构(one-line topology)上的位置；接收第一电源对象、第二电源对象和负载总线对象的操作参数；使用单线拓扑结构定义第一路由(route)，该第一路由包括电气连接在第一电源对象和负载总线对象之间的对象；使用单线拓扑结构定义第二路由，该第二路由包括电气连接在第二电源对象和负载总线对象之间的所有对象；以及控制第一路由和第二路由的操作。
7.在一些实施例中，该电路还被构造成生成包括所有可用路由的路由表。
8.在一些实施例中，控制第一路由包括通过控制在第一路由上包括的开关对象的闭合(close)动作来选择性地激活第一路由，以及通过控制第一路由上的至少一个开关对象的断开(open)动作来停用第一路由。在一些实施例中，激活第一路由包括与第一路由上的所有对象进行通信，以及在启动被包括在第一路由上的开关对象的闭合动作之前协调每个对象的激活动作。
9.在一些实施例中，定义第一路由包括与电气连接在第一电源对象和负载总线对象之间的所有对象进行通信，以定义在相关联的控制电路内的第一路由上的包含物。
10.在一些实施例中，该电路还被构造成使用单线拓扑结构来定义第三路由，该第三路由不同于第一路由并与第一路由并联，并且包括沿着第三路由、电气连接在第一电源对象和负载总线对象之间的所有对象。在一些实施例中，第一路由定义第一优先级值，而第三路由定义高于第一优先级值的第二优先级值。在一些实施例中，第一优先级值与被包括在第一路由中的开关对象的数量成比例，而第二优先级值与被包括在第三路由中的开关对象的数量成比例。在一些实施例中，第一路由和第三路由中的仅一个在转换时间之后的连续使用期间被同时激活。
11.在一些实施例中，该电路还被构造成禁用第二路由，从而禁止第二路由被激活。
12.另一个实施例涉及一种系统，该系统包括与第一发电机组(genset)和第一发电机组开关相关联的第一发电机组控制器；与第二发电机组和第二发电机组开关相关联的第二发电机组控制器；发电机组分支开关控制器，该发电机组分支开关控制器与发电机组分支开关相关联，该发电机组分支开关经由发电机组分支总线耦合到第一发电机组开关和第二发电机组开关；公用设施开关控制器，该公用设施开关控制器与公用设施开关相关联；以及负载总线控制器，该负载总线控制器与耦合到发电机组分支开关和公用设施开关的负载总
线相关联，其中该系统被构造成生成定义第一路由、第二路由和第三路由的路由表，该第一路由包括第一发电机组、第一发电机组开关、发电机组分支总线和发电机组分支开关以及负载总线，该第二路由包括第二发电机组、第二发电机组开关、发电机组分支总线、发电机组分支开关和负载总线，该第三路由包括公用设施开关和负载总线。该系统通过与第一发电机组控制器、发电机组分支开关控制器和负载总线控制器进行通信来选择性地激活第一路由。该系统通过与第二发电机组控制器、发电机组分支开关控制器和负载总线控制器进行通信来选择性地激活第二路由。该系统通过与公用设施开关控制器和负载总线控制器进行通信来选择性地激活第三路由。
13.在一些实施例中，负载总线控制器包括负载总线路由功能，该负载总线路由功能确定第一路由、第二路由和第三路由中的哪一个应该被激活或停用，并向与任何路由上的任何开关相关联的每个控制器提供转换类型功能，以实现激活或停用。在一些实施例中，第一发电机组控制器包括开关动作处理功能，该开关动作处理功能被构造成从负载总线控制器接收转换类型功能，并控制第一发电机组和第一发电机组开关的操作以实现第一路由的激活或停用。在一些实施例中，开关动作处理功能还被构造成在第一发电机组开关被闭合之前请求激活同步器功能，该同步器功能调整第一发电机组的输出的电压、频率和相位角。在一些实施例中，开关处理功能被构造成将开关状态功能传送到负载总线路由功能，并且由负载总线路由功能基于开关状态功能生成路由状态功能。
14.另一个实施例涉及一种方法，该方法包括生成包括电源对象、开关对象、总线对象和控制器对象的电力系统的单线拓扑结构；用操作参数填充每个对象；生成定义电源对象和总线对象之间的可用路由的路由表，每个路由包括电气连接在路由的电源对象和总线对象之间的所有对象；以及通过激活和停用路由来控制电力系统。
15.在一些实施例中，从对象配置的库中选择每个对象的操作参数。
16.在一些实施例中，该方法还包括生成包括要激活或停用的路由的列表的活动路由列表，以及将转换类型传送给开关对象以控制路由的激活或停用列表。
17.在一些实施例中，路由表将路由id、启用(enable)属性、路由优先级和路由路径分派给每个路由。
18.在一些实施例中，每个控制器对象被分配给电源对象、开关对象和总线对象中的一个或更多个，以通过激活和停用路由来实施(enact)对电力系统的控制。
19.另一个实施例涉及一种非暂时性计算机可读介质，在该非暂时性计算机可读介质中包含计算机可执行指令，当由电力系统的电路执行时，该计算机可执行指令使电力系统执行功能以激活和停用路由。该功能包括标识第一电源对象、第二电源对象和负载总线对象；确定第一电源对象、第二电源对象和负载总线对象在单线拓扑结构上的位置；接收第一电源对象、第二电源对象和负载总线对象的操作参数；使用单线拓扑结构定义第一路由，该第一路由包括电气连接在第一电源对象和负载总线对象之间的对象；使用单线拓扑结构定义第二路由，该第二路由包括电气连接在第二电源对象和负载总线对象之间的所有对象；以及控制第一路由和第二路由的操作。
20.另一个实施例涉及一种系统，该系统包括：第一控制器，其被构造成控制位于电力系统的第一路由上的第一电力系统对象；以及第二控制器，其被构造成控制位于电力系统的第二路由上的第二电力系统对象。第一控制器和第二控制器两者都被构造成执行包括协
调第一电力系统对象和第二电力系统对象的动作的路由级功能，并且第一控制器是主体控制器，而第二控制器是参与者控制器。
21.在一些实施例中，禁止参与者控制器执行路由级功能。
22.在一些实施例中，参与者控制器与主体控制器异步地计算路由级功能的输出，并且参与者控制器的输出不用于协调第一电力系统对象和第二电力系统对象的动作。
23.在一些实施例中，参与者控制器与主体控制器同步地计算路由级功能的输出，并且参与者控制器的输出不用于协调第一电力系统对象和第二电力系统对象的动作。
24.在一些实施例中，由主体控制器执行的路由级功能从主体控制器和参与者控制器接收输入。
25.在一些实施例中，在第一控制器无法执行路由级功能的情况下，第二控制器执行路由级功能。
26.在一些实施例中，第一控制器定义第一对象id，而第二控制器定义第二对象id，该第二对象id定义比第一对象id更高的值，并且基于最低可用对象id选择主体控制器。
27.在一些实施例中，该系统还包括第三控制器，该第三控制器被构造成控制第一电力系统对象。第三控制器是冗余控制器，该冗余控制器被构造成执行包括协调第一电力系统对象和第二电力系统对象的动作的路由级功能。
28.在一些实施例中，第一电力系统对象被布置在第一路由和第二路由两者上。
29.另一个实施例涉及一种系统，该系统包括：第一控制器，该第一控制器被构造成控制位于电力系统的第一路由上的第一电力系统对象，并接收路由级输入和执行包括协调第一电力系统对象的动作的路由级功能；以及第二控制器，该第二控制器被构造成控制位于电力系统的第二路由上的第二电力系统对象，并接收路由级输入和执行包括协调第二电力系统对象的动作的路由级功能。路由级输入包括关于第一路由和第二路由的信息，而路由级功能影响第一路由和第二路由的操作。
30.在一些实施例中，第一控制器被构造成仅接收与协调第一电力系统对象的动作有关的路由级输入。
31.在一些实施例中，第一控制器和第二控制器同步地或异步地计算路由级功能。
32.在一些实施例中，该系统还包括第三控制器，该第三控制器被构造成控制第一电力系统对象。第三控制器是被构造成执行路由级功能的冗余控制器。
33.在一些实施例中，第一控制器是第一发电机组控制器，而第二控制器是第二发电机组控制器，并且路由级功能包括负载共享功能。在一些实施例中，第一发电机组控制器被构造成：发布第一负载值数据，从第二发电机组控制器接收第二负载值数据，基于第一负载值数据和第二负载值数据计算平均负载，以及控制第一电力系统对象的功率输出以实现平均负载。
34.另一个实施例涉及一种系统，该系统包括：第一控制器，该第一控制器被构造成控制电力系统的第一电力系统对象；第二控制器，该第二控制器被构造成控制电力系统的第二电力系统对象，第一控制器和第二控制器两者都被构造成执行第一路由级功能，该第一路由级功能包括协调第一电力系统对象和第二电力系统对象的动作，并且第一控制器是主体控制器，而第二控制器是参与者控制器；第三控制器，该第三控制器被构造成控制电力系统的第三电力系统对象，并接收路由级输入和执行第二路由级功能，该第二路由级功能包
括协调第三电力系统对象的动作；以及第四控制器，该第四控制器被构造成控制电力系统的第四电力系统对象，并且接收路由级输入和执行第二路由级功能，该第二路由级功能包括协调第四电力系统对象的动作。
35.在一些实施例中，禁止参与者控制器执行第一路由级功能。
36.在一些实施例中，参与者控制器与主体控制器异步地计算第一路由级功能的输出，并且参与者控制器的输出不用于协调第一电力系统对象和第二电力系统对象的动作。
37.在一些实施例中，参与者控制器与主体控制器同步地计算第一路由级功能的输出，并且参与者控制器的输出不用于协调第一电力系统对象和第二电力系统对象的动作。
38.在一些实施例中，该系统还包括冗余控制器，该冗余控制器被构造成执行第一路由级功能或第二路由级功能中的至少一个。
39.在一些实施例中，第一控制器、第二控制器、第三控制器或第四控制器中的任何一个可以被构造在共享电路上。
40.另一个实施例涉及一种非暂时性计算机可读介质，在该非暂时性计算机可读介质中包含计算机可执行指令，当由电力系统的第一控制器、第二控制器、第三控制器和第四控制器执行时，该计算机可执行指令使电力系统执行功能以激活和停用路由。该功能包括：利用第一控制器控制电力系统的第一电力系统对象；利用第二控制器控制电力系统的第二电力系统对象；执行第一路由级功能，该第一路由级功能包括利用第一控制器和第二控制器协调第一电力系统对象和第二电力系统对象的动作，其中第一控制器是主体控制器，而第二控制器是参与者控制器；利用第三控制器控制电力系统的第三电力系统对象，利用第三控制器接收路由级输入；执行第二路由级功能，该第二路由级功能包括利用第三控制器协调第三电力系统对象的动作；利用第四控制器控制电力系统的第四电力系统对象；利用第四控制器接收路由级输入；以及执行第二路由级功能，该第二路由级功能包括利用第四控制器协调第四电力系统对象的动作。
41.另一个实施例涉及一种非暂时性计算机可读介质，在该非暂时性计算机可读介质中包含计算机可执行指令，当由电力系统的电路执行时，该计算机可执行指令使电力系统执行功能以激活和停用路由。该功能包括确定多个电源对象，每个电源对象包括电源功能并在单线拓扑结构上被分派位置；确定一个或更多个开关对象，每个开关对象包括开关功能并在单线拓扑结构上被分派位置；确定一个或更多个总线对象，每个总线对象包括总线功能并在单线拓扑结构上被分派位置；确定一个或更多个负载对象，每个负载对象包括负载功能并在单线拓扑结构上被分派位置；以及将每个对象分配给多个控制器中的一个控制器，每个控制器被构造成协同地执行电源功能、开关功能、总线功能和负载功能以提供系统的操作。
42.在一些实施例中，电源功能包括以下项中的一项或更多项：电源状态功能、容量管理器功能、同步器功能、负载共享功能、电源选择功能、电源优先级排序(source prioritization)功能和电网并联功能。开关功能包括以下项中的一项或更多项：开关状态功能、同步检查功能和开关动作处理功能。总线功能包括以下项中的一项或更多项：总线状态功能、路由器功能、系统路由表功能、路由状态功能和不带电(dead)总线访问功能。负载功能包括以下项中的一项或更多项：负载状态功能、负载衰退(decay)功能、负载添加/卸下(shed)功能和敏感负载断开功能。
43.在一些实施例中，该功能还包括确定一个或更多个变压器对象，每个变压器对象包括变压器功能并在单线拓扑结构上被分派位置。
44.在一些实施例中，电源功能、开关功能、总线功能和负载功能中的每一个包括可用算法的列表，并且多个控制器基于对象类型和在单线拓扑结构上的位置来利用可用算法的列表的子集。在一些实施例中，该子集包括所有可用算法。
45.在一些实施例中，每个功能被配置为定义相关联的对象在单线拓扑结构内的操作。
46.在一些实施例中，多个控制器被构造成使用多个控制器中的每一个控制器所共用的软件来执行电源功能、开关功能、总线功能和负载功能。
47.在一些实施例中，基于对象的规格和在单线拓扑结构上的位置自动配置每个功能。
48.另一个实施例涉及一种系统，该系统包括单线拓扑结构，该单线拓扑结构包括：电源对象，该电源对象包括电源状态功能和同步器功能；总线对象，该总线对象包括总线状态功能、路由状态功能、路由器功能和路由表功能；开关对象，该开关对象包括开关状态功能和开关动作处理功能；以及负载对象，该负载对象包括负载状态功能和负载添加/卸下功能；以及路由控制系统，该路由控制系统包括路由器功能，该路由器功能被构造成经由与电源对象、总线对象、开关对象和负载对象的协调来激活和停用单线拓扑结构上的路由。
49.在一些实施例中，电源状态功能标识电源对象的当前操作状态，同步器功能被构造成控制电源对象的频率、电压和相位差，并且路由器功能至少部分地基于电源状态功能来激活和停用路由。
50.在一些实施例中，总线状态功能确定总线对象的电气状态，并且总线状态功能的输出被提供给开关动作处理功能和负载添加/卸下功能，路由状态功能标识每个可用路由的状态，使得路由可以被激活或停用，路由表功能定义存在于单线拓扑结构上的可用路由，以及路由器功能至少部分地基于总线状态功能、路由状态功能和路由表来激活和停用路由。
51.在一些实施例中，开关状态功能标识开关对象的位置，开关动作处理功能控制开关对象的致动，并且路由器功能至少部分地基于开关状态功能向开关动作处理功能提供指令以实施路由的激活和停用。
52.在一些实施例中，负载状态功能将负载对象的状态标识为已通电、电力故障、不带电或衰退，负载添加/卸下功能确定与可用的供电相比负载需求是高还是低，并且路由器功能至少部分地基于负载状态功能和负载添加/卸下功能来激活和停用路由。
53.在一些实施例中，电源对象、总线对象、开关对象和负载对象作为虚拟对象存在于单线拓扑结构上，并且可以经由用户接口输入电源对象、总线对象、开关对象和负载对象的参数。
54.在一些实施例中，路由控制系统包括浮动主体控制方案和完全分布式控制方案中的一种。
55.另一个实施例涉及一种方法，该方法包括在单线拓扑结构上标识电力系统中的机器；在路由级控制系统中生成对象，每个对象与所标识的机器相关联；填充每个对象的参数，其中参数包括相关联机器的操作要求；将每个对象定位在单线拓扑结构上；定义将对象
电气连接起来的路由；以及通过激活和停用路由来控制机器的操作。根据对象的填充参数来实现路由的激活和停用。
56.在一些实施例中，每个对象包括定义该对象在单线拓扑结构内的操作的功能。在一些实施例中，针对包括电源对象、变压器对象、总线对象、开关对象和负载对象的对象类型来选择对象。在一些实施例中，在路由级控制系统中生成对象包括利用软件工具来选择对象和填充单线拓扑结构。
57.在一些实施例中，生成对象还包括从软件工具内的对象选项板库中选择对象。
58.在一些实施例中，路由级控制系统包括与对象相关联的多个控制器，并且控制操作包括在多个控制器之间使用浮动主体控制方案和完全分布式控制方案中的一种来协调对象的功能。
59.本概述仅是说明性的，并不旨在以任何方式进行限制。本文所描述的设备或过程的其他方面、发明特征和优点将在本文结合附图进行阐述的详细描述中变得明显，附图中相似的附图标记指代相似的元件。
60.附图简述
61.图1是根据一些实施例的电力系统的示意图。
62.图2是根据一些实施例的与图1的电力系统相关联的对象表。
63.图3是根据一些实施例的与图1的电力系统相关联的对象功能的示意图。
64.图4是根据一些实施例的电力系统的示意图。
65.图5是根据一些实施例的与图4的电力系统相关联的对象表。
66.图6是根据一些实施例的与图4的电力系统相关联的路由表。
67.图7是根据一些实施例的电力系统的示意图。
68.图8是根据一些实施例的与图7的电力系统相关联的路由表。
69.图9是根据一些实施例的与图7的电力系统相关联的功能逻辑图。
70.图10是根据一些实施例的控制器的示意图。
71.图11是根据一些实施例的电力系统的示意图。
72.图12是根据一些实施例的与图11的电力系统相关联的分配表。
73.图13是根据一些实施例的电力系统的示意图。
74.图14是根据一些实施例的电力系统的示意图。
75.图15是根据一些实施例的电力系统的示意图。
76.图16是根据一些实施例的与图13-图15的电力系统相关联的分配表。
77.图17是根据一些实施例的电力系统的示意图。
78.图18是根据一些实施例的与图17的电力系统相关联的分配表。
79.图19是根据一些实施例的集中控制方案的示意图。
80.图20是根据一些实施例的具有冗余控制器方案的集中控制的示意图。
81.图21是根据一些实施例的浮动主体控制方案的示意图。
82.图22是根据一些实施例的图21的浮动主体控制方案的示意图。
83.图23是根据一些实施例的完全分布式控制方案的示意图。
84.图24是根据一些实施例的图23的完全分布式控制方案的示意图。
85.图25是根据一些实施例的冗余控制器浮动主体方案的示意图。
86.详细描述
87.以下是对与用于电力路由的方法、装置和系统相关的各种概念和该方法、装置和系统的实现的更详细描述。在转到详细说明某些示例性实施例的附图之前，应当理解，本公开不限于在说明书中阐述或在附图中示出的细节或方法。还应当理解，本文使用的术语仅用于描述的目的，且不应被视为限制性的。
88.如本文所用，术语“电力系统拓扑结构”是指用于特定电力系统的电源、电力开关和负载的互连图。如本文所用，术语“单线线路图(single line diagram)”、“单线图(one-line diagram)”或“单线拓扑结构”是指电力系统拓扑结构的简化表示。
89.一般参考附图，本文公开的各种实施例涉及用于电力路由和分布的系统、装置和方法。一些实施例旨在改进现有的电力系统控制方案，其中系统、装置和方法被构造成针对任何任意电力系统拓扑结构对电源进行排序(sequence)和连接、断开连接以及将电源转换到负载总线。一些实施例控制用于连接和断开特定负载电路的结构。一般而言，本文讨论的实施例将电力系统的部件标识为系统架构内的对象。例如，电力系统可以包括电源对象(例如，由公用设施公司提供的电网电力连接、发电机组、太阳能阵列、电池组等)、总线对象(例如，电源总线、负载总线、配电总线等)、变压器对象(例如，无源电力变压器)、开关对象(例如，自动转换开关(ats)、负载开关、电源开关、断路器等)和控制器对象(例如，电源控制器、负载总线控制器、开关控制器等)。每个对象被分派单独的对象标识符，并被插入到可以用单线拓扑结构表示的系统架构中。然后在定义在单线拓扑结构上的每个电源和每个负载之间定义路由，以建立用于从电源到负载进行电力传输的潜在路由。例如，在一些系统架构中，多于一个路由可能可用于从一个电源向给定负载提供电力。每个路由被分派单独的路由标识符。然后将每个对象分派(assign)或分配(allocate)给控制器。通常，对象将被分派给相邻的控制器。例如，耦合到发电机组电源对象并控制该发电机组电源对象的发电机组控制器还可以被分配来控制电源总线。一旦每个对象被分配给控制器，电力系统可以使用与每个单独的控制器对象通信的集中控制器或分布式控制方案来控制对象的操作。例如，可以使用浮动主体控制方案，其中针对特定任务，电力系统内的一个控制器对象充当集中控制，但是充当集中控制的单独的控制器对象根据电力系统所需的任务而改变。在其他实施例中，采用完全分布式控制方案，其中执行特定系统功能的所有控制器对象都是等同物。使它们完全分布的一个特点是：每个控制器确定其自己要采取的动作，而不是为其他控制器确定动作(就像浮动主体控制方案中的主体的情况一样)。在浮动主体控制方案和完全分布式控制方案两者中，由于多于一个控制器对象能够操作电力系统的功能，因此在系统中提供了冗余。
90.基于对象的系统架构允许简化电力系统的设计、实现或调试和操作。每个对象由每个控制器识别，并被定制属性或参数。这允许每个控制器识别它连接到什么、或者每个对象存在于(live on)什么路由上、以及每个对象如何影响该路由。构建基于单线拓扑结构的系统和使用基于对象的路由进行控制的能力提高了设计和构造的效率，同时提供了更稳健的控制方案。
91.如图1所示，简单电力系统30包括公用设施34和发电机组(genset)42，公用设施34提供电网电力(例如，提供交流电流(ac))、连接到公用设施电源总线38，发电机组42向发电机组总线46提供ac电力。公用设施电源总线38连接到公用设施电源开关50，而发电机组总
线46连接到发电机组开关54。在一些实施例中，公用设施电源开关50和发电机组开关54被结合在连接到负载总线62的自动转换开关(ats)中。自动转换开关可以被布置或构造成从公用设施总线38或发电机组总线46中的一个向负载总线62提供电力。负载58连接到负载总线62，被构造成消耗由公用设施34或发电机组42提供的电力。
92.一般而言，电力系统30通过从公用设施34汲取电力到负载58来操作。在公用设施34发生电力中断的情况下，包括公用设施开关50和发电机组开关54的ats可以致动并将负载连接到发电机组42。
93.电力系统30包括发电机组控制器66和开关控制器70。发电机组控制器66主要与发电机组42相关联，并控制发电机组42的操作。开关控制器70主要与包括公用设施开关50和发电机组开关54的ats相关联。
94.第1节-对象
95.如图2所示，电力系统30的部件被标识为对象。电力系统通常包括五个对象类型：电源对象、总线对象、开关对象、负载对象和变压器对象。电力系统30不包括变压器对象，但是在本文件中稍后描述的其他电力系统确实包括变压器对象。在电力系统30内，每个部件用对象id、对象名称、对象类型和对象子类型来标识。控制器(例如，发电机组控制器66和开关控制器70)使用对象id和对象名称来识别部件。对象类型定义对象的什么参数是可配置的。
96.每个对象类型在电力系统30的操作中具有其职责(功能)。每个对象类型还具有定义其身份和额定值(ratings)的属性。注意，大多数对象(但不是全部)是电力系统30中的机器。公用设施电源总线38、发电机组电源总线46和负载总线62是总线对象类型，并且在电力系统30的操作和协调中是重要的，但它们在技术上不是机器。电力系统30本身也可以被视为对象，以及控制器(例如，发电机组控制器66和开关控制器70)也可以被视为对象。对象类型成为该对象类型所拥有的功能的容器。
97.如图3所示，对象类型的每个实例可以包括多个功能、参数或属性，这些功能、参数或属性可以被定制以表示单独的对象在电力系统(例如，电力系统30)内的操作。换句话说，电力系统74被抽象为由以下对象类型组成：电源78、总线82、开关86、负载90、变压器94，以及另外的控制器(未在图3中示出)和电力系统74本身。根据本文公开的实施例，电力系统可以被布置为对象实例的集合；类型对象的每一次出现都有一个实例。每个对象类型都是与该对象类型相关的系统控制功能的超集的容器。对象类型所包含的功能集合总是相同的实现(例如，软件代码)，而不管对象实例处于电力系统中的哪个位置。单独的对象实例的行为仅通过配置设定改变来修改，而不是通过新的软件代码(例如
‘
c’代码)来修改。
98.对象实例通常基于控制器物理上连接到什么而被分布到系统周围的控制器。这使得能够从任何特定的控制器实现或特定的安装控制器拓扑结构中进行功能抽象。也就是说，对象和功能在很大程度上与它们将存在于/运行于其上的控制器分离。例如，发电机组控制器(例如，发电机组控制器66)可以通过控制燃料供应、后处理等来控制相关联的发电机组(例如，发电机组42)的功能，但是发电机组控制器还可以控制其他对象的功能，并且其他控制器可以影响发电机组控制器的操作。每个控制器能够运行不同对象类型的多个实例。对象和它们的功能都经由公共的全局数据空间与彼此通信。系统范围的全局数据空间可以通过联网技术和协议(例如以太网上的dds)来创建。因此，每个对象实例中的功能将与
其他对象类型协同作用，以完成操作电力系统所需的系统控制和排序。
99.这不同于传统的电力系统控制。传统的电力系统通常依赖于运行电力系统控制功能的集中控制器，该集中控制器是为特定客户现场安装而定制开发/编程的。基于对象的分布式控制提供了更灵活地安装的机会，同时提供了稳健的控制环境，并且减少了整个系统的复杂性和所需的定制。
100.下面，关于图3讨论特定于对象的功能。与特定对象类型相关联的功能是示例性的。其他功能可以与该对象类型相关联，包括附加参数、可定制的设定等。此外，一些功能可以从对象类型中消除，或者可以被包括在与图3中所示的不同的对象类型中。
101.第1.1节-电源对象
102.电力系统74内的每个电源对象78(例如，公用设施34和发电机组42)定义七个电源功能，包括：电源状态功能98、容量管理器功能102、同步器功能106、负载共享功能110、电源选择功能114、电源优先级排序功能118和电网并联控制功能122。在一些实施例中，每个电源对象可以包括更多的功能或更少的功能。在一些实施例中，可以在控制方案内置空(null)不用的功能，或者可以添加自定义功能。
103.电源状态功能98标识电源对象的当前操作状态。电源对象需要使其当前的操作状态被知道，以便电源选择和其他功能起作用。注意，电源状态功能98由电力系统控制方案使用，并且不一定指示本地机器控制功能或由本地机器控制功能使用。例如，发电机组42可以在诊断状态下操作并且仍然是有效地操作的，但它无法作为电源向电力系统30提供电力。电源状态功能98然后会将发电机组42标识为不可用，即使它当前正在操作。在一些实施例中，为了完全支持在电力系统30的更大控制方案内对电源对象的抽象，不管电源的类型如何，电源状态应该是通用的。例如，电源对象可以包括电源状态的超集，并且基于电源对象的细节来选择电源状态的子集(例如，用于发电机组的第一电源状态子集和用于公用设施的第二电源状态子集)。电源还具有它们与电力系统控制功能共享的其他动态信息(例如，电流容量、负载等)，作为电源的“状态”信息的一部分。在一些实施例中，电源状态功能98包括指示以下项的信息：电源是否准备好在需要时被调用、电源是否是基于传感器可用的并且是否有时间稳定、电源是否已经发生故障、和/或电源是否被禁用(例如由于关闭故障或未处于自动模式)。
104.容量管理器功能102提供电力系统30内的可用容量的动态模型。在线容量的连续管理是重要的。所需的功率容量驱动有多少个电源(按优先级顺序)被连接到负载总线对象(例如，负载总线62)的决定。必须有足够的容量在线以不仅支持当前负载，而且在附加的电源(如果可用的话)可以上线之前接受附加的负载，而不会使电力系统30过载。对于关键应用，可能还需要额外的电源在线，以应对(cover)电源的意外突然缺失(loss)。关于添加电源或移除电源的决策的输入包括：
[0105]-单独的电源容量是多少？一些电源对象(例如电池、太阳能阵列或风电源)可能是动态的。
[0106]-当前在线总容量是多少？
[0107]-当前总负载是多少？
[0108]-当前在线备用容量(总容量-负载)是多少？
[0109]-期望的备用容量水平是多少？
[0110]-是否需要针对任何一个电源的意外缺失进行保护？两个电源？
[0111]-如果连接了电网，那么电网功率设定点是多少？
[0112]-是否有重要负载阶跃即将到来的通知？该负载是多少？
[0113]-是否有电源容量显著损失(例如，电源减额、太阳能流入量减少、风速下降或电池放电限制)即将到来的通知？
[0114]-是否需要有意使电源离线(例如用于服务)？
[0115]-如果这是黑启动(black start)，那么最初应该带来多少容量？全部？选择的电源？
[0116]
同步器功能106提供电源对象的同步的参数和状态。传统上，发电机组控制器将自身与它所连接到的总线同步，或者与另一个单一电源(例如公用设施)同步。单个发电机组控制器进行所有的感测测量来实现这一点。随着分布式电力系统控制方案支持各种单线拓扑结构或配置和电源类型，该功能成为能够将单个或多个发电机组与电力系统中的任何感测点同步的服务。同步器功能106允许在电力系统30内的控制器之间传送同步参数，以允许内聚同步和分布式控制。也就是说，同步的感测和启动可以发生在其他控制器上。此外，同步器功能106标识电源对象是否能够同步。系统需要知道可以调用哪些电源进行同步，用于将该电源与带电总线(live bus)并联的目的。同步可以包括匹配频率、匹配频率偏移、匹配电压或匹配相位的任何能力。它可以不包括所有能力。
[0117]
负载共享功能110标识在与其他负载共享电源彼此之间划分负载时电源对象是否能够保持标称电压和频率。通常，电源对象还必须能够成为电网构成者(former)，以便在负载共享中使用。
[0118]
电源选择功能114将电源优先级排序、电源状态和功率容量管理信息汇集在一起以输出应当在线的电源的列表。如果电源需要改变，那么使其在线或离线的过程由其他下游功能(例如，与总线对象相关联的路由和排序控制)处理。
[0119]
电源优先级排序功能118为可用的电源对象提供列出的优先级顺序。所有电源都具有活动优先级编号分配，该活动优先级编号分配用于根据其他电源的状态和有多少负载来确定应该按什么顺序调用电源。该优先级编号可以是动态的，或者它可以是静态的。优先级分配来自于电力系统的操作的当前目标是什么。对于一些目标，控制系统可以计算优先级排序。对于其他更复杂的目标/计算，外部优化算法(例如，云或边缘计算设备)可以设置电源优先级排序。一些可能的在本地管理的目标包括：
[0120]-运行该系统以最大化来自可再生电源的贡献。
[0121]-运行该系统，使得机器不会全部同时出现用于服务。
[0122]-运行该系统，使得所有机器保持大致相等的磨损量。
[0123]-运行该系统以最大化资产的寿命。
[0124]-运行该系统以最小化运营费用。
[0125]-基于外部优化算法设置的动态优先级排序而运行该系统。
[0126]
电网并联控制功能122标识哪些电源类型可以与其他电源对象类型或子类型并联操作。对于给定的电力系统，通常会对哪些电源可以相互并联操作以及并联操作多长时间来设置限制。为了解决任何电力系统的一般问题，需要n^2的电源矩阵才能配置允许的组合。例如，电源对象的电网并联功能可以定义以下选项中的一个或更多个选项：ot＝断开转
换；hct＝硬闭合转换(《100ms重叠)；sct＝软闭合转换(受最大并联时间限制)；all＝允许所有模式；或ep＝扩展并联(无时间限制)。
[0127]
第1.2节-总线对象
[0128]
电力系统30内的每个总线对象82(例如，公用设施电源总线38、发电机组电源总线46和负载总线62)定义五个总线功能，包括：总线状态功能126、路由状态功能130、路由器功能134、不带电总线访问功能138和系统路由表功能142。在一些实施例中，每个总线对象可以包括更多的功能或更少的功能。在一些实施例中，可以在控制方案内置空不用的功能，或者可以添加自定义功能。
[0129]
任何总线对象82的总线状态功能126是开关控制逻辑以及诸如负载添加/卸下的其他功能所需要的。每个总线对象82的电气状态由总线状态算法确定。可能的总线状态包括：可用、发生故障、不带电(dead)或衰退(decaying)。负载总线路由器功能可以使用总线状态作为确定转换类型的一部分。开关动作处理功能可以使用总线状态以便确定是否可以考虑闭合开关对象。
[0130]
路由状态功能130标识功率可以从电源流过电力系统30到达负载的路由。路由状态功能130标识每个可用路由的状态或健康状况，使得可以激活或停用路由。可能的状态包括：未知、已断开、无法断开、已连接和/或无法连接。每个路由的状态由路由状态算法确定。路由状态可以由负载总线路由器用来选择可行的路由。如果路由无法连接，那么负载总线路由器可以选择下一个最高优先级的路由(如果该路由可用的话)。
[0131]
电力系统30的一个核心概念是排序控制概念，其标识连接负载总线和电源的路由，并通过在闭合状态或断开状态之间控制开关来激活和/或停用路由。开关逻辑(例如，存储在开关控制器70中)负责(例如，经由同步器服务请求、同步检查、不带电总线闭合等)使开关(例如，公用设施开关50和发电机组开关54)安全闭合。路由器功能134基于当前的电源选择来决定激活或停用哪些路由。路由器功能134还确定正在发生什么类型的转换(例如，断开转换、闭合转换等)，并且可能涉及转换的排序。路由器功能134被示出为由负载总线对象82拥有。在一些实施例中，路由器功能134可以作为浮动主体功能操作，该浮动主体功能可以在多个控制器中运行或与多个不同的对象类型相关联以用于冗余。路由器功能134在负载总线和电源之间起作用。在电力系统中，其中负载总线在其下面具有单独的负载馈线，分布式负载添加/卸下功能将单独地负责管理负载电路的连接和断开。此外，在一些实施例中，负载本身将经由路由器功能被连接和断开。
[0132]
在一些实施例中，电源对象78或负载对象90可以请求路由保持(route hold)以将特定路由保持在连接状态。如果不存在其他更高优先级的原因来停用该路由，那么它将被准许并仍然保持为活动的，直到负载对象90或电源对象78指示不再需要该路由。例如，电源对象78可以请求路由保持以确保带负载的运行时间的最小长度，以防止不利的寿命/维护影响。例如，负载对象90可以请求路由保持以确保其在某个最小时间量内保持连续被供电以对ups电池进行再充电。如果电力系统被配置为需要人工干预以进行重新传输，那么负载对象90也可以请求路由保持。
[0133]
不带电总线访问功能138(可替代地称为首次启动(first start))起作用以将单个带电电源对象78(例如，发电机组42)闭合到不带电总线，同时禁止所有其他电源对象78(例如，所有其他发电机组)闭合到该不带电总线。利用支持各种单线拓扑结构或配置和电
源类型的分布式电力系统控制方案，不带电总线访问功能138可以被制成通用的，并且充当电力系统74中的、开关/断路器对象86需要在带电侧和不带电侧之间闭合或甚至在两个不带电侧之间闭合的任何地方的服务。不带电总线访问功能138起作用以协调和仲裁单个带电电源的闭合以使不带电总线通电，同时阻止所有其他带电电源闭合到该总线，直到操作完成。还可以包括故障场景情况下的回退(fall back)。
[0134]
系统路由表功能142定义在单线拓扑结构上呈现的可用路由。系统路由表功能142列出负载总线对象82和各个电源对象78之间的所有可能的连接路径。系统路由表功能142提供用于从电源对象78获取电力到负载总线对象82的路由表，并由负载总线路由器使用。可以通过包括用户接口的工具将系统路由表功能142编程到电力系统74上的所有控制器或控制器的子集中。理想情况下，该工具将具有图形界面和系统对象库，其可以用来绘制单线拓扑结构。该工具然后可以自动计算路由表。
[0135]
第1.3节-开关对象
[0136]
电力系统74内的每个开关对象86(例如，公用设施开关50和发电机组开关54)定义三个开关功能，包括：开关状态功能146、同步检查功能150和开关动作处理功能154。在一些实施例中，每个开关对象86可以包括更多的功能或更少的功能。在一些实施例中，可以在控制方案内置空不用的功能，或者可以添加自定义功能。
[0137]
开关状态功能146标识开关对象86的位置、开关对象86的主触点的位置、开关对象86是否正在检修、开关故障、闭合动作是否悬而未决和/或开关对象86是否被禁止闭合。
[0138]
同步检查功能150通过期待看到电压、频率和相位角匹配到对设备安全的水平(例如，机械应力/电气应力)并且不会产生不可接受的功率扰动而实现两个带电电源对象78的闭合。通常使用在单个控制器处对两个电源对象78进行的测量来执行同步检查功能150。这可以是相关联的控制器中的完全本地功能，该相关联的控制器在连接的开关对象86的每一侧具有感测访问或可见性。
[0139]
开关动作处理功能154控制开关对象86的致动。基于系统路由表功能142，基于开关动作处理功能154将开关对象86断开、闭合或不做任何事情。开关动作处理功能154还启动后续动作，例如同步检查功能或不带电总线访问功能138，以便闭合、或等待斜坡(ramp)卸载完成以启用断开。此外，开关动作处理功能154通过计算总线对象82上的可用容量(例如，电源容量额定值与总线上当前的负载量之间的差值)来监视总线闲置容量。总线闲置容量可以用于决定是否允许发生悬而未决的闭合。如果在开关对象86的上游侧没有足够的闲置容量来支持下游侧的负载，那么开关将不闭合。它所适用的一些场景是在如果闭合将会使不带电的负载通电的任何开关对象86处。
[0140]
第1.4节-负载对象
[0141]
电力系统74内的每个负载对象90(例如，负载58)定义四个负载功能，包括：负载状态功能158、负载衰退功能162、负载添加/卸下功能166和敏感负载断开功能170。在一些实施例中，每个负载对象90可以包括更多的功能或更少的功能。在一些实施例中，可以在控制方案内置空不用的功能，或者可以添加自定义功能。
[0142]
负载状态功能158将负载对象90的状态标识为已通电、电力故障、不带电或衰退，并确定连接到公共或共享的总线对象82的所有负载对象90。一旦负载状态功能158确定哪些负载对象90被连接，则所有连接的负载对象90的当前状态被确定。
[0143]
负载衰退功能162确定负载对象90何时已经断电并与电源断开了足够长的时间，以允许负载对象90重新连接到带电的电源。例如，它允许电机负载在重新通电之前有时间停止旋转，以便避免不期望的操作/设备应力。
[0144]
负载添加/卸下功能166可以与负载衰退功能162一起工作，以确定与可用的供电(即，来自所连接的电源对象78的供电)相比，负载需求是高还是低，并相应地连接或断开公共总线对象82上的电流。负载添加/卸下功能166用于在容量允许时添加(即，连接)负载电路，并在系统容量过载时卸下(即，断开)负载电路。负载添加/卸下功能166可以是独立的功能，或者可以利用路由器功能134。
[0145]
敏感负载断开功能170为敏感负载直接连接在负载总线对象82上的情况提供控制。在敏感负载对象90场景中，敏感负载断开功能170与上游的开关对象86通信以控制断开、闭合和其他动作，以向敏感负载对象90提供控制。换句话说，如果负载电路具有敏感的负载命名(designation)，那么该电路将在检测到电力故障时立即断开连接(即，断路)，而不是保持连接到可能只是部分发生故障的电源(例如电压不足(brownout)或单相运行情况)。
[0146]
第1.5节-变压器对象
[0147]
电力系统74内的每个变压器对象94定义四个变压器功能，包括：比率功能174、绕组类型功能178、x/r比率功能182和额定值功能186。在一些实施例中，每个变压器对象94可以包括更多的功能或更少的功能。在一些实施例中，可以在控制方案内置空不用的功能，或者可以添加自定义功能。变压器对象94可以负责确定和传送其当前状态。在许多实施例中，变压器对象94将不具有任何直接控制动作。电力系统性能将受益于知道变压器对象94的位置(电气上)及其规格。例如，同步检查可能想要知道变压器对象的delta/wye 30度(deg)偏移的情况。变压器类型规格将自动确定+30或-30。还会想要知道变压器比率功能174以用于电压匹配。如果在电源路径中存在不同的x/r'，那么功率流管理可能想要知道变压器对象的x/r比率功能182，以更好地平衡负载共享。
[0148]
第2节-系统架构
[0149]
上面讨论的基于对象的抽象可以应用于任何电力系统架构。图4示出了电力系统190，该电力系统190包括比图1中示出的电力系统30更多的部件/对象。图5中示出了电力系统190中的每个对象的对象id、对象名称、对象类型和对象子类型。电力系统190包括四个电源对象，该四个电源对象包括公用设施194、第一发电机组198、第二发电机组202和第三发电机组206。
[0150]
电力系统190包括九个开关对象。五个开关对象是电源开关，并且包括连接到公用设施194的公用设施开关210、连接到第一发电机组198的第一发电机组开关214、连接到第二发电机组202的第二发电机组开关218、连接到第三发电机组206的第三发电机组开关222、以及耦合到第一发电机组198、第二发电机组202和第三发电机组206中的每一个的发电机组分支开关226。四个开关对象是负载开关，并包括第一负载开关230、第二负载开关234、第三负载开关238和第四负载开关242。
[0151]
变压器对象246连接在第三发电机开关222和发电机组分支开关226之间。在一些实施例中，电力系统190可以包括多于一个变压器对象。
[0152]
电力系统190包括11个总线对象。发电机组分支总线250连接在第一发电机组开关
214、第二发电机组开关218、变压器246和发电机组分支开关226之间；变压器总线254连接在第三发电机组开关222和变压器246之间；负载分支总线258连接在公用设施开关210和发电机组分支开关226、以及第一负载开关230、第二负载开关234、第三负载开关238和第四负载开关242之间；公用设施总线262连接在公用设施194和公用设施开关210之间；第一发电机组总线266连接在第一发电机组198和第一发电机组开关214之间；第二发电机组总线270连接在第二发电机组202和第二发电机组开关218之间；第三发电机组总线274连接在第三发电机组206和第三发电机组开关222之间；第一负载总线278连接在第一负载和第一负载开关230之间；第二负载总线282连接在第二负载和第二负载开关234之间；第三负载总线286连接在第三负载和第三负载开关238之间；以及第四负载总线290连接在第四负载和第四负载开关242之间。
[0153]
电力系统190还包括六个控制器对象，该六个控制器对象包括第一发电机组控制器294、第二发电机组控制器298、第三发电机组控制器302、公用设施开关控制器306、发电机组分支开关控制器310和负载分支控制器314。利用控制器对象实现对电力系统190内所有对象的控制，并且将每个对象类型的功能分派给特定控制器，如下文更详细地描述的。对象功能的协调和执行可以经由利用所有或一些控制器对象的分布式控制方案来执行。分布式控制方案还将在下面进一步详细讨论。
[0154]
可以使用控制器内的设置来配置电力系统190中的每个对象，以表示真实世界的机器和总线功能。这允许使用围绕单线拓扑结构而设计的设置和配置来准确地控制电力系统190，而不需要自定义编程的控制系统。
[0155]
第3节-路由
[0156]
电力系统190包括多个相互连接的对象，并提供功率可以从电源对象流向负载对象的路径或路由。如图6所示，系统路由表(例如，如由总线对象的系统路由表功能142创建)列出了针对给定电力系统的负载总线和各个电源之间的所有可能的路由。启用属性是允许路由被禁用的配置。路由id属性是负载总线标识符和电源标识符的组合。路由优先级是当从负载总线到电源存在多于一个路由时使用的配置。路由优先级可能具有从路由上的开关的数量导出的默认值，但可由用户更改。例如，开关越多，优先级越低。
[0157]
系统路由表向负载总线路由器提供信息，使得它知道去往各个电源的路由是什么(因此它知道激活哪些路由来连接所期望的电源)。系统路由表还由开关动作处理使用，使得开关可以知道它“存在于”哪些路由上，使得它可以适当地响应由路由器功能生成的活动路由列表。
[0158]
在图4中示出的电力系统190定义了四个可用的路由，并在图6中进行描绘。这些路由定义从可用电源对象向负载分支总线258提供电力的所有可用电力路径。图6中的所有路由被示出为启用(y)，但是在一些实施例中，在电源对象离线的情况下(例如，在公用设施194中发生了中断)，路由可以被禁用(n)。第一路由320被赋予路由id lb1.g1、路由优先级1，并定义路由路径lb1-sw4-b1-swg1-g1。路由id通常可以指示点对点路由(例如，lb1.g1指示路由连接第一发电机组198和负载分支总线258)，或者根据需要可以使用另一个命名标准。路由优先级被设置为1，因为电源和负载之间的多个路由在电力系统190中是不可能的。第一路由320的路由路径定义功率从第一发电机组198流过第一发电机组开关214、发电机组分支总线250、发电机组分支开关226并流到负载分支总线258上。
[0159]
第二路由324被赋予路由id lb1.g2，其指示功率通常从第二发电机组202流向负载分支总线258。该路由被启用，并且具有优先级1。路由路径是lb1-sw4-b1-swg2-g2，其指示功率从第二发电机组202流过第二发电机组开关218、发电机组分支总线250、发电机组分支开关226并流到负载分支总线258上。
[0160]
第三路由328被赋予路由id lb1.g3，其指示功率通常从第三发电机组206流向负载分支总线258。该路由被启用，并且具有优先级1。路由路径是lb1-sw4-b1-swg3-g3，其指示功率从第三发电机组206流过第三发电机组开关222、发电机组分支总线250、发电机组分支开关226，并且流到负载分支总线258上。如由第三路由路径所示，诸如变压器246的无源对象可以从路由路径中排除。在一些实施例中，无源对象或所有对象可以包括在路由路径定义中。
[0161]
第四路由332被赋予路由id lb1.u1，其指示功率通常从公用设施194流向负载分支总线258。该路由被启用，并且具有优先级1。路由路径是lb1-swu1-u1，其指示功率从公用设施194流过公用设施开关210并流到负载分支总线258上。
[0162]
因此，针对电力系统190的路由表包括四个可能的路由，第一路由320、第二路由324、第三路由328和第四路由332。电力系统190的控制系统(包括第一发电机组控制器294、第二发电机组控制器298、第三发电机组控制器302、公用设施开关控制器306、发电机组分支开关控制器310和负载分支控制器314)利用路由表来有效地控制驻留在各个路由上的所有对象，产生期望的结果。例如，如果公用设施194离线，那么电力系统190可以识别对更多电力的需要，并激活第一路由320、第二路由324和第三路由328中的任何一个以产生电力。路由路径的激活提供了一种自动化和协调的解决方案来致动或控制驻留在激活的路由路径上的所有对象。
[0163]
为了进一步展示路由表概念，复杂电力系统336在图7中以单线拓扑结构示出，并且包括第一公用设施340和第二公用设施344，它们可以是基于电网的电源或以其他方式从外部电源(例如，发电厂)供应的电源。电力系统336还包括第一发电机组348、第二发电机组352和第三发电机组356。在一些实施例中，发电机组是柴油机驱动的或由燃烧另一种燃料类型的内燃机驱动。电力系统336还包括太阳能阵列或太阳能站360和电池组364。诸如风或水力发电的其他电源和任何其他电源可以连接到本文所设想的电力系统。电力系统336包括七个电源对象。在一些实施例中，包括多于七个或少于七个电源对象。
[0164]
电力系统336还包括七个相应的电源开关，这些电源开关包括选择性地耦合第一公用设施340的第一公用设施开关368、选择性地耦合第二公用设施344的第二公用设施开关372、选择性地耦合第一发电机组348的第一发电机组开关376、选择性地耦合第二发电机组352的第二发电机组开关380、选择性地耦合第三发电机组356的第三发电机组开关384、选择性地耦合太阳能站360的太阳能开关388、以及选择性地耦合电池组364的电池开关392。
[0165]
发电机组分支总线393被构造成：经由第一发电机组开关376与第一发电机组348通信，经由第二发电机组开关380与第二发电机组352通信，以及经由第三发电机组开关384和变压器394与第三发电机组356通信。发电机组开关376、380、384提供发电机组电源对象与发电机组分支总线393的选择性耦合。
[0166]
发电机组分支总线393被构造成：经由第一发电机组分支开关398与第一负载总线
396进行选择性通信，以及经由第二发电机组分支开关402与第二负载总线400进行选择性通信。负载总线开关404提供第一负载总线396和第二负载总线400之间的选择性通信(即，连接)。
[0167]
四个负载开关408、412、416、420连接到第一负载总线396，并选择性地向四个相应的负载提供电力。四个负载开关424、428、432、436连接到第二负载总线400，并选择性地向四个相应的负载提供电力。虽然示出了四个负载耦合到每条负载总线，但设想了多于四个或少于四个的负载。每个负载可以包括单个电力消费者，或者可以包括负载系统(例如，由电力系统336馈电的微电网)。
[0168]
当对象被添加到图7中所示的单线拓扑结构时，在单线拓扑结构上定义的每个对象将被分派如上所讨论的属性或参数，使得对象的功能在电力系统336内是已知的。将生成对象表，该对象表提供对象名称(例如，第一发电机组348被命名为s1等)和参数列表。此外，电力系统336包括与各种对象相关联的控制器，以提供对部件的致动和控制。
[0169]
电力系统336包括比图4中所示的电力系统190更多的路由动态。电力系统336定义了图8中所示的二十四(24)个分立路由。图7中示出了这些路由中的连接第一负载总线396的十一个路由。未示出连接第二负载总线400的路由，以在图7内提供更好的清晰度。由电力系统336定义的路由更清楚地说明了优先级的概念。例如，路由r1.7包括路由优先级2，因为该路由包括第一发电机组分支开关398、发电机组分支总线393和第二发电机组分支开关402，以便将第一负载总线396与第二公用设施344耦合。可替代地，路由r1.8包括路由优先级1，因为第一负载总线396和第二公用设施344之间的路径更直接。
[0170]
在图7和图8所示的示例中，用于每个路由的负载总线路由器(例如，上面讨论的负载总线路由器134)被分配给相关联的负载总线。也就是说，在第一负载总线396上结束的所有路由将由与第一负载总线396相关联的负载总线路由器控制，并且在第二负载总线400上结束的所有路由将由与第二负载总线400相关联的负载总线路由器控制。排序控制概念的一个租户(tenant)是：存在连接负载总线和电源的路由，并且通过激活或停用路由，使路由上的开关起作用以闭合或断开。开关逻辑负责控制每个单独的开关(例如，根据包括同步器服务请求、同步检查、不带电总线闭合等的期望排序来闭合)。负载总线路由器基于当前的电源对象选择来决定激活或停用哪些路由。它还将确定正在发生什么类型的转换(断开转换、闭合转换等)，并且可能涉及转换的排序。负载总线路由器功能可以由负载总线对象拥有或分配给负载总线对象，并作为浮动主体功能进行操作，该浮动主体功能可以在多个控制器中运行以用于冗余。注意，负载总线路由器在负载总线和电源之间起作用。在其中负载总线在其下面具有单独的负载馈线的应用中，分布式负载添加/卸下功能可以单独地负责管理负载电路的连接/断开。在一些实施例中，负载本身将经由路由器功能134被连接和断开。
[0171]
各个电源对象或负载对象可以请求路由保持，以将特定路由保持在连接状态。如果不存在其他更高优先级的原因来停用该路由，那么将准许路由保持，并且该路由仍然保持活动，直到负载对象或电源对象指示不再需要该路由。例如，电源可以请求路由保持以确保带负载的运行时间的最小长度，以防止不利的寿命/维护影响。例如，负载对象可以请求路由保持以确保其在某个最小时间量内保持连续被供电以对ups电池进行再充电。如果系统被配置为需要人工干预以进行重新传输，那么负载对象也可以请求路由保持。
[0172]
在一些实施例中，默认路由优先级简单地是路由中的开关的数量的总和。如果存在到电源的多个路由，那么选择要调用的路由的算法将取决于许多事物(包括路由优先级)。路由选择中的其他因素可能包括系统和开关的当前状态。例如，如果在具有更高优先级(即，更低优先级编号)的路径集上存在的断开开关比在具有更低优先级(即，更高优先级编号)的路径上的断开开关更多，那么使用具有更高优先级编号的更低优先级路径可能是有意义的(例如，选择路由r1.7而不是路由r1.8)。在一些实施例中，以下因素可被包括在路由选择中：1)使用最少的断开开关来选择路由，或2)使用路径中的开关的数量，或3)使用自定义的优先级配置，等等。还可以考虑故障模式。如果具有更低优先级编号的更高优先级路径无法连接，那么电力系统可以恢复到具有更高优先级编号的下一个更低优先级路径，假设其他条件允许该路由被激活(例如，该路由的连接不产生任何电源或操作模式冲突)。
[0173]
负载总线路由器还可以解决可能发生的冲突。一般来说，冲突是通过清楚定义优先级来解决的。电源具有优先级，负载具有优先级，路由可以具有优先级(例如，如果存在冗余路径，那么路由可以具有优先级编号)，并且操作的原因具有优先级层次结构。在一些实施例中，负载总线路由器可以解决冲突。例如，如果系统具有冗余的路由和请求路由的多个负载总线，那么负载总线路由器可以禁止可能发生的回路(即并联路径)。一些回路可能被允许用于路由之间的快速重叠转换。
[0174]
路由的使用允许提高的控制效率，并且提高了电力系统的配置和调试的可靠性。
[0175]
第4节-信号流
[0176]
根据本公开的电力系统的操作标识系统架构上的分立对象，并且用于控制该系统的操作的权限可以分布在电力系统的各个控制器中。下面将进一步详细讨论分布式控制的细节。图9示出了高级逻辑方案440，其用于使用路由级功能控制从电源对象到负载总线对象的功率传递，以控制以上讨论的路由路径。如本文所使用的，短语“路由级功能”是指由电力系统的对象执行以实现电力系统的协同功能的功能。下面将进一步详细讨论每个对象的路由级功能。一般来说，电源管理器的任务是向负载总线路由器指示哪些电源应该连接到负载总线。负载总线路由器激活和停用到所指示的电源的路由。开关动作处理功能决定每个开关是否断开、闭合或不做任何事情，这取决于活动或非活动的路由。以下描述涉及交互以实施电力系统的控制的功能块(例如，路由级功能)。
[0177]
如图9所示，电源管理器444负责监视所有电源的状态、选择电源并确保有足够的容量。电源管理器444的主要输出之一是负载总线电源列表448，其列出应该连接到负载总线的电源(即，期望的电源连接列表)。电源兼容性矩阵446定义在两个电源之间允许什么类型的转换，以及实际上(effectively)哪些电源可以并联。例如，具有n个电源的系统，针对该系统有1/2*(n^2-n)种组合来定义兼容性。电源兼容性矩阵446由电源管理器444和负载总线路由器452两者使用。在一些实施例中，电源管理器444使用电源兼容性矩阵446来避免选择不允许的电源组合。
[0178]
如果负载总线电源列表448没有使当前连接的电源(或预期要连接的那些电源)与负载总线匹配，那么负载总线路由器452诊断差异并朝着使当前连接的电源与负载总线电源列表448匹配来确定序列中的下一个步骤。存在当前连接的电源与负载总线电源列表448不匹配的几种可能的情况。例如：1)电源已经发生故障，并且正在被不同的电源替换；2)需要额外的容量，所以正在添加电源；或者3)启动了带负载的测试转换。一旦确定了下一个步
骤，则负载总线路由器452更新两个主要输出，即活动路由列表456和转换类型460。活动路由列表456只包含应该连接的那些路由(即，期望的路由)。转换类型460由开关动作处理功能464接收，然后该开关动作处理功能464基于转换类型460确定需要对活动路由列表456进行的任何改变。转换类型460的值包括：无、断开转换、硬闭合转换、软闭合转换、或扩展并联。在一些实施例中，一个开关动作处理功能464存在于每个开关控制器中。在一些实施例中，可以存在开关动作处理功能464的多个实例(例如，每个开关对象一个实例，每个控制器对象多个实例，等等)，使得系统中的每个开关总共存在开关动作处理功能464的一个实例。此外，在一些实施例中，负载总线路由器452在请求完整的电源转换时使用电源兼容性矩阵446。负载总线路由器452针对所有涉及的电源组合检查电源兼容性矩阵446，并将为转换类型选择最低公分母。在一些实施例中，电源管理器444可以覆写电源兼容性矩阵446的结果并经由原因输出信号挑选较小的转换类型。用于电源兼容性矩阵446设置的选项可以包括：ot＝断开转换—电源不能被并联；hct＝硬闭合转换—电源只能被并联《100ms；sct＝软闭合转换—电源能够被并联以完成斜坡式负载转换(适用最大并联时间)；和/或ep＝扩展并联—电源能够无限并联。设置的其他选项或细节可能会根据系统实现而改变。
[0179]
基于活动路由列表456，开关动作处理功能464决定相关联的开关是否应该闭合、断开或保持在其当前状态。开关动作处理功能464知道开关“存在于”哪些路由上(即，该开关是哪些路由的一部分)，这从系统路由表468获得。
[0180]
当开关动作处理功能464确定开关应该闭合时，开关动作处理功能464首先确定开关是否位于活动的路由上并且当前是否断开。如果开关在活动的路由上并且断开，那么开关动作处理功能464需要采取适当的动作以使开关安全闭合。开关每一侧的总线状态472决定什么是可能的。闭合只能在总线状态472为可用-不带电、可用-可用或不带电-不带电的条件下发生。一旦满足总线状态472的条件，就需要进一步的条件，例如：获得独占的不带电总线闭合许可476，满足同步检查条件480，以及检查足够的上游容量484以支持下游负载。一旦条件到位，就请求闭合开关，并且电力开关控制488中的特定于机构的逻辑(例如，自动转换开关(ats)、断路器、接触器等)起作用来闭合开关。
[0181]
当开关动作处理功能464确定开关应该断开时，开关动作处理功能464首先确定开关是否是闭合的并且是否没有位于任何活动的路由上。如果转换类型456是扩展并联或软闭合转换，那么在负载斜坡状态492指示通过该开关的负载已经完成斜坡断开(ramp off)之后，经由电力开关控制488命令该开关断开。如果转换类型456是硬闭合转换或断开转换，那么立即命令该开关断开。
[0182]
开关状态496由开关状态算法确定。可能的开关状态496的值包括：未知、断开、无法断开、闭合、以及无法闭合。开关动作处理功能464将开关状态496与活动路由列表456和系统路由表468结合使用，以确定是否尝试断开开关、闭合开关或者对开关不做任何事情。
[0183]
每个路由的路由状态500通过路由状态算法来确定。可能的路由状态500包括：未知、已断开连接、无法断开连接、已连接、无法连接。路由状态500由负载总线路由器452使用以选择可行的路由。如果路由无法连接，那么负载总线路由器452将选择下一个最高优先级路由(如果该路由是可用的话)。
[0184]
同步器功能504存在于电源中或被分配给电源，这些电源具有调整它们的电压、频率和相位角输出以便与另一个电源(例如发电机组)的电压、频率和相位角输出相匹配的能
536描述的指令、命令和/或控制过程。所描绘的配置将电路a 528、电路b 532和电路c 536表示为机器或计算机可读介质。然而，如上所述，该图示并不意味着是限制性的，因为本公开设想了电路a 528、电路b 532和电路c 536、或者电路a 528、电路b 532和电路c 536中的至少一个电路被配置为硬件单元的其他实施例。所有这样的组合和变化都旨在落入本公开的范围内。
[0191]
用于实现结合本文公开的实施例描述的各个过程、操作、说明性逻辑、逻辑块、模块和电路的硬件和数据处理部件(例如，处理器516)可以利用以下部件来实现或执行：通用单芯片或多芯片处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其他可编程逻辑设备、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件或被设计为执行本文描述的功能的其任意组合。通用处理器可以是微处理器，或者任何传统的处理器或状态机。处理器还可以被实施为计算设备的组合，例如dsp和微处理器的组合、多个微处理器、一个或更多个微处理器与dsp内核的结合、或者任何其他这样的配置。在一些实施例中，一个或更多个处理器可由多个电路共享(例如，电路a 528、电路b 532和电路c 536可包括或以其他方式共享同一处理器，在一些示例实施例中，该处理器可以执行经由存储器的不同区域存储或以其他方式存取的指令)。可替代地或附加地，一个或更多个处理器可以被构造成独立于一个或更多个协处理器来实现或以其他方式执行某些操作。在其他示例实施例中，两个或更多个处理器可以经由总线耦合，以实现独立的、并行的、流水线式或多线程的指令执行。所有这样的变化都旨在落入本公开的范围内。
[0192]
存储器设备520(例如，存储器、存储器单元、储存设备)可以包括用于存储数据和/或计算机代码的一个或更多个设备(例如，ram、rom、闪存、硬盘储存器)，该数据和/或计算机代码用于完成或促进本公开中描述的各个过程、层和模块。存储器设备520可以可通信地连接到处理器516，以向处理器516提供计算机代码或指令，用于执行本文描述的过程中的至少一些过程。此外，存储器设备520可以是或包括有形的、非瞬态的易失性存储器或非易失性存储器。因此，存储器设备520可以包括数据库部件、目标代码部件、脚本部件或用于支持本文描述的各种活动和信息结构的任何其他类型的信息结构。
[0193]
电路a 528负责相关联的机器或对象544的操作。例如，电路a 528可以控制发电机组、后处理系统、电池组、开关或任何其他对象类型的操作。由电路a 528确定的控制动作经由通信接口540传送到对象544。
[0194]
电路b 532负责确定分配给电路b 532的对象控制。在利用分布式控制的电力系统中，电路b 532可以与其他控制器548和/或传感器552通信，以确定什么对象落在控制器508的指导和控制下。
[0195]
电路c 536负责实施电力路由控制440，并且经由通信接口540与外部系统进行通信，以激活/停用路由和完成电力路由控制方案440的其他动作。
[0196]
尽管在图9和图10中示出了具有特定功能的各种电路，但应当理解，控制器508可以包括用于完成本文描述的功能的任何数量的电路。例如，电路a 528、电路b 532和电路c 536的活动和功能可以在多个电路中被组合或被组合为单个电路。还可以包括具有附加功能的附加电路。此外，控制器508还可以控制超出本公开范围的其他活动。在一些实施例中，本文描述的电路可以包括一个或更多个处理电路，该处理电路包括耦合到一个或更多个处理器的一个或更多个存储器设备，该一个或更多个存储器设备被配置成在其上存储指令，
当由该一个或更多个处理器执行时，该指令使该一个或更多个处理器执行本文执行的和参考电路描述的操作。
[0197]
如上所述，并且在一种配置中，“电路”可以在机器可读介质中实现，以便由各种类型的处理器(例如图10的处理器516)执行。所标识的可执行代码的电路可以例如包括计算机指令的一个或更多个物理块或逻辑块，该物理块或逻辑块可以例如被组织为对象、过程、或功能。然而，所标识的电路的可执行文件不需要物理上位于一起，而是可以包括存储在不同位置的不同指令，当逻辑上连接在一起时，这些指令构成电路并实现该电路的既定目的。实际上，计算机可读程序代码的电路可以是单个指令、或许多指令，并且甚至可以分布在若干不同的代码段上、分布在不同的程序之间、以及跨若干存储器设备分布。类似地，操作数据可以在本文中在电路内被标识和图示，并且可以以任何合适的形式体现以及在任何合适类型的数据结构内被组织。操作数据可以作为单个数据集被收集，或者可以分布在不同的位置，包括分布在不同的存储设备上，并且可以至少部分地仅仅作为电子信号存在于系统或网络上。
[0198]
虽然上面简要地定义了术语“处理器”，但术语“处理器”和“处理电路”意在被广义地解释。在这方面，并且如上所述，“处理器”可以被实现为一个或更多个通用处理器、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、数字信号处理器(dsp)或构造成执行由存储器提供的指令的其他合适的电子数据处理部件。一个或更多个处理器可以采取单核处理器、多核处理器(例如，双核处理器、三核处理器、四核处理器等)、微处理器等的形式。在一些实施例中，一个或更多个处理器可以在装置外部，例如一个或更多个处理器可以是远程处理器(例如，基于云的处理器)。可替代地或附加地，一个或更多个处理器可以在装置内部和/或装置本地。在这方面，给定的电路或其部件可以设置在本地(例如，作为本地服务器、本地计算系统等的一部分)或被远程设置(例如，作为诸如基于云的服务器的远程服务器的一部分)。为此，如本文描述的“电路”可以包括跨一个或更多个位置分布的部件。
[0199]
本公开的范围内的实施例包括程序产品，其包括用于携带或具有存储于其上的机器可执行指令或数据结构的机器可读介质。这种机器可读介质可以是任意可用介质，其可由通用或专用计算机或具有处理器的其他机器访问。举例来讲，这种机器可读介质可以包括ram、rom、eprom、eeprom或其他光盘储存器、磁盘储存器或其他磁储存设备、或可用于携带或存储以机器可执行指令或数据结构形式的所需程序代码且可以通过通用或专用计算机或具有处理器的其他机器访问的任何其他介质。前述项的组合也被包括在机器可读介质的范围内。例如，机器可执行指令包括指令和数据，该指令和数据使得通用计算机、专用计算机或专用处理机器执行某一功能或一组功能。
[0200]
第5.2节-控制器分配
[0201]
多个控制器通常专用于一个机器。在一些情况下，它们可能支持多个机器。本文设想的一个概念是电力系统中的每个电力系统对象实例要由控制器“拥有”，该控制器通常是与该对象最直接相关联(即，具有与该对象相关联的某个io)的控制器。在一些情况下，对象将具有副本或重复控件，该副本或重复控件在多个控制器中运行并使用分布式控制的浮动主体模型为需要主体控制的功能提供冗余。
[0202]
上面讨论的对象模型实现了应用灵活性。对于一些电力系统，将有多于一种方法来向对象分派控制器。这可能是通过电力系统设计中的有意识选择，或者是由于所涉及的
机器。在一些实施例中，如果每个负载不需要负载监视，那么一个控制器或许可以处理四个开关，否则它可能每一个或两个开关需要一个控制器。
[0203]
在经典的ats+发电机组系统中，有两个具有对象分配的控制器，如图11所示。电力系统556包括连接到公用设施电源总线564、提供电网电力(例如，提供交流电流(ac))的公用设施560，以及向发电机组总线572提供ac电力的发电机组568。公用设施电源总线564和发电机组总线572连接到自动转换开关(ats)开关576。ats 576还连接到负载总线580。自动转换开关576可以被布置或构造成从公用设施总线564或发电机组总线572之一向负载总线580提供电力。负载584连接到负载总线580，并消耗由公用设施560或发电机组568提供的电力。电力系统556还包括发电机组控制器588和开关控制器592。发电机组控制器588主要与发电机组568相关联，并控制发电机组568的操作。开关控制器592主要与ats 576相关联。
[0204]
如图12所示，电力系统556的对象被分配给发电机组控制器588、ats控制器592或发电机组控制器588和ats控制器592两者。电力系统556中仅有的分配重叠是在发电机组总线572(bg1)上。出现重叠是因为发电机组控制器588(c1)和ats控制器592(c2)两者都具有对发电机组总线572(bg1)的感测。因此，以上讨论的基于对象的电力路由控制方案将针对关于发电机组控制器588的发电机组568和发电机组总线572来实现，并且基于对象的电力路由控制方案将针对关于ats控制器592的剩余对象来实现。
[0205]
如图13所示，基于断路器的单转换对、单发电机组电力系统596包括连接到公用设施电源总线604、提供电网电力(例如，提供交流电流(ac))的公用设施600以及向发电机组总线612提供ac电力的发电机组608。公用设施电源总线604连接到公用设施电源断路器616，并且发电机组总线612连接到发电机组断路器620。断路器是开关类型的对象。公用设施电源断路器616和发电机组开关620连接到负载总线624，并且负载628连接到负载总线624。单个控制器632(例如，发电机组控制器)管理整个电力系统596，并因此具有连接(interface)到所有五个电力系统对象所必需的所有io，并且将拥有与这些对象相关的所有功能，如图16的分配图所示。
[0206]
如图14所示，电力系统596’类似于图13的电力系统596，并且标记有带撇号的部件。电力系统596’包括两个控制器，即发电机组控制器636和公用设施断路器控制器640。这可能发生，是因为公用设施断路器616’位于远离发电机组608’和发电机组断路器620’的地方。电力系统596’的一个优点是可以知道和测量负载总线624(lb1)的状态。如图16所示，发电机组608’、发电机组断路器620’、负载总线624’、发电机组总线612’和负载628’被分配给发电机组控制器636。公用设施600’、公用设施断路器616’、负载总线624’、公用设施总线604’和负载628’被分配给公用设施断路器控制器640。
[0207]
如图15所示，电力系统596”类似于图13的电力系统596，并且标记有带双撇号的部件。电力系统596”包括三个控制器，即发电机组控制器644、公用设施断路器控制器648和发电机组断路器控制器652。由于公用设施断路器616”和发电机组断路器620”位于远离发电机组608”的地方且彼此远离，因此这种布置可能是期望的。如图16所示，发电机组608”和发电机组总线612”被分配给发电机组控制器636。公用设施600”、公用设施断路器61”、负载总线624”、公用设施总线604”和负载628”被分配给公用设施断路器控制器648。发电机组断路器620”、负载总线624”、发电机组总线612”和负载628”被分配给发电机组断路器控制器652。
[0208]
如图17所示，类似于上面关于图4讨论的电力系统190的电力系统190’被示出，并且标记有撇号系列的对象。除了示出通信路径之外，图17还示出了对象到每个控制器294’、298’、302’、306’、310’、314’的分配。例如，第一发电机组控制器294’从发电机组分支总线250’、第一发电机组总线266’和第一发电机组开关214’接收信息，并且还向第一发电机组开关214’提供信息或控制信号。没有为第二发电机组控制器298’和第三发电机组控制器302’提供通信箭头，以提供附图的更好的清晰度。图17还示出了如何在公用设施开关控制器306’、发电机组分支开关控制器310’和负载总线控制器314’之间共享负载总线路由器功能。类似地，图17示出了负载共享功能分布在第一发电机组控制器294’、第二发电机组控制器298’和第三发电机组控制器302’之间。图18示出了电力系统190’中的对象的分配。
[0209]
第5.3节-对象和功能实现
[0210]
有不同的方法可以用来实现上面讨论的电力系统的控制器中的对象。本公开内的电力系统对象是用于与该对象相关的、在电力系统控制级处操作的功能的容器。
[0211]
一种对象实现方法包括针对控制器的嵌入式软件应用，该控制器被硬编码(例如，编译)有固定(例如，最大)数量的每种类型的对象以及每个对象包含的完整功能集合。例如，控制器可以支持多达两个电源对象、三个总线对象、两个开关对象和两个负载对象。在一些实施例中，控制器可以支持更多或更少的对象或与更多或更少的对象相关联。如果需要的话，可以不使用可用的对象选项。例如，一些安装可能不需要最大数量的可用对象。使用了控制器中的哪些可用对象实例会在调试或配置时设置。
[0212]
在另一种方法中，控制器具有更复杂的操作系统，并且只能根据需要在运行时实例化对象。
[0213]
基于对象的方法允许经由设置工具改进激活和配置。关于电力系统的控制器都包括相同的对象/功能软件代码，该对象/功能软件代码然后被配置为定义需要哪些对象/功能、控制器负责哪些对象(即，分配)、对象位于系统单线拓扑结构中的什么位置(即，路由图(map)或表)、以及经由各种其他设置(例如，电源的功率输出、时间限制、容量等)对行为进行某种进一步的用户定制。基于计算机的设置工具可以用来定义和配置电力系统。设置工具可以包括所有可能的系统对象及其变体的选项板库。用户从库中选择对象，将它们拖动到绘图区域，并为其电力系统绘制单线拓扑结构。一旦用户绘制了电力系统并包括控制器所在的位置，每个对象就会被用户赋予身份和其他相关设置。设置工具然后能够导出系统路由表。一旦生成系统路由表，设置工具就连接到控制器所位于的电力系统网络中，并将配置数据发送到每个控制器。一旦配置数据被上传到控制器，单线拓扑结构和基于对象的控制就被启动。
[0214]
在该方案中，工具中使用面向对象的方法来绘制单线拓扑结构、为每个对象设置所有需要的属性、以及然后自动连接到系统并从单个连接点将适当的设置下载到所有控制器。该工具包括所有支持的电力系统对象的选项板库。
[0215]
在典型的发电机组和微电网控制中，发电机组调度、电力路由、转换控制和负载卸下通常是在设计和配置仿真期间由训练有素和经验丰富的人员手动编码到控制器中，通常为了系统稳定性需要广泛的测试来确认微电网和排序的正确操作。设计通常不能被重新用于其他站点或实现，而且对微电网系统的任何后续改变或更新还可能需要相同级别的设计和测试，导致编程、配置困难和缺乏系统冗余。
[0216]
该工具为每个对象建议属性，并允许用户/设计者更改属性。该工具自动连接到系统，并将适当的设置从与微电网的单个连接点下载到所有控制器，因此无需进行从系统到系统手动配置控制器。该工具支持调试过程和对所得到的设计的仿真和/或测试。
[0217]
第6.1节-集中控制
[0218]
上面讨论的电力系统在基于对象的框架上进行操作，该框架提供对象之间的通信和协作，以实现提高调试的容易性和可靠性的优雅的控制方案。在本节中，讨论了可以在上面讨论的电力系统的框架内实现的各种控制方案。
[0219]
如图19所示，集中控制方案656包括一个控制器(传统上被称为主控制器660)，其负责告诉其他控制器664要做什么。其他控制器664传统上被称为从控制器。主控制器660将从其他控制器664和它本身收集所有必要的输入，然后运行它的算法(例如，函数)并产生输出，然后这些输出指导其他控制器664的动作。电力系统的操作完全取决于主控制器660。
[0220]
如图20所示，具有冗余控制器方案668的集中控制包括主控制器672，并且增加了备用主控制器676以在主控制器672发生故障的情况下提供冗余。通常，主控制器672和备用主控制器676两者并行地执行相同的代码，并起到相互检查的作用。一个控制器被指定为初级主设备(primary master)672，而另一个控制器是次级主设备(secondary master)676。如果初级主设备672发生故障，则次级主设备676将立即介入并接管对其他控制器680的控制。该方法可以消除集中控制方案656的单点故障漏洞。
[0221]
在图19和图20中，连接主控制器和从控制器的线路指示只有主设备具有与从设备的任何通信。从控制器彼此不进行通信。通信可以包括在硬连线架构上、使用通信链路或另一个通信系统传输信息和/或信号。
[0222]
第6.2节-分布式控制
[0223]
本公开内的分布式控制是指不依赖于单个控制器来操作整个电力系统的控制方案。也就是说，单个控制器缺失虽然可能导致电力系统的操作降级，但不会使电力系统完全无法操作。图21-图25描绘了三种分布式控制方案，它们与基于对象的方法一起可以建立稳健的和冗余的分布式控制电力系统。
[0224]
第6.3节-浮动主体控制
[0225]
如图21所示，浮动主体控制方案684包括多个控制器688，该多个控制器688各自都能够执行特定的系统功能，但是该功能使得它在任何给定时间需要由仅仅一个“大脑”或动作控制器来执行。也就是说，存在一种人们可以称之为集中控制的形式，即使实际上仅仅用于单独的任务或功能。当前处于执行功能的角中的动作控制器被称为主体控制器692。有能力执行但目前不是活动主体控制器692的其他控制器688被称为参与者控制器。如果主体控制器692在任何时候发生故障或以其他方式无法执行其对电力系统的职责，则参与者控制器之一无缝地介入并接管主体控制器692的角。该行为被描述为浮动主体，因为主体可以浮动到能够实现该功能的任何控制器688。
[0226]
当前处于特定系统功能的参与者的角中的每个控制器688对于如何处理该系统功能具有三个选项。第一，它可以拒绝执行该功能，并且仅在控制器688成为主体控制器692时才开始运行该功能。如果在控制器688承担主体控制器692的角时不需要无缝，则完成执行拒绝。第二，控制器688可以异步地(相对于当前主体控制器692)运行该功能并计算输出，即使它的输出目前没有被使用。在异步操作中，如果控制器688成为主体控制器692，那
么控制器688通常将位于处于与前主体控制器692具有相同输出的相同状态的执行迭代内。第三，控制器688可以与主体控制器692同步地操作锁定步骤，使得任何接管都是完全无缝的。
[0227]
如图22所示，当前主体控制器692收集来自所有参与者控制器688及其自身的所有输入。然后，主体控制器692计算输出/命令以传递给所有参与者控制器688和其自身。除了参与者控制器688的算法输出没有被使用之外，每个参与者控制器688可能正在做与主体控制器692完全相同的事情。
[0228]
主体控制器692的选择可以在电力系统中的控制器之间自动确定。在一些实施例中，每个控制器688包括唯一的控制器或对象id，并且选择具有最低对象id编号的控制器688作为主体控制器692。
[0229]
第6.4节-完全分布式控制
[0230]
一些电力系统功能自身适合于完全分布式的控制模型，而不是主体/参与者。如图23所示，在完全分布式控制方案696中，执行特定系统功能的所有控制器700是等同物。使它们完全分布的一个特点是：每个控制器700确定其自己要采取的动作，而不是像浮动主体控制方案684中的主体控制器的情况那样还为其他控制器确定要采取的动作。完全分布式控制方案696也可以被称为自我确定方法。
[0231]
如图24所示，完全分布式控制方案696的信息流的一般情况给出了每个控制器700收集所需的所有输入，并且仅计算用于其自身的命令/输出。图24仅示出了单个控制器700正在做的事情，但每个控制器700是同时进行计算的。
[0232]
第6.5节-冗余控制
[0233]
虽然浮动主体控制方案684和完全分布式控制方案696在许多场景下确实减少了单点控制器故障对电力系统控制的影响，但仍然存在单个控制器缺失可能对电力系统的正常运转造成重大影响的可能性。如图25所示，冗余浮动主体方案704包括多个控制器708，每个控制器708能够充当主体控制器712。此外，冗余控制器716被安装在电力系统拓扑结构中的关键位置。然后使用类似于浮动主体控制方案684的方案来决定哪个控制器708或冗余控制器716当前充当主体控制器712。
[0234]
在图21、图23和图25中，控制器之间的线路旨在表示每个控制器与所有其他控制器进行通信。大致圆形表示简化了系统的外观，但每个控制器与每个其他控制器之间的连接都是有意的。
[0235]
第6.6节-示例
[0236]
返回到图17，电力系统190’包括总线对象，这些总线对象包括负载总线路由器功能，该负载总线路由器功能被配置为浮动主体类型的功能。公用设施开关控制器306’、负载总线控制器314’和发电机组分支开关控制器310’都“拥有”或被分配负载总线258’，并且因此，它们中的任何一个都可以是针对负载总线258’的负载总线路由器功能的主体控制器。使用选择具有最低id的控制器作为主体控制器的方案，公用设施开关控制器306’将被标识为主体控制器。
[0237]
在一些实施例中，第一发电机组控制器294’、第二发电机组控制器298’或第三发电机组控制器302’也可以提供用作针对负载总线路由器功能的主体控制器，但是针对负载总线路由器功能的主体控制器将有利地能够对负载总线258’的能力进行电压感测。能够对
负载总线258’进行电压感测的仅有的控制器是公用设施开关控制器306’、负载总线控制器314’和发电机组分支开关控制器310’。如果这些控制器中的每一个都发生故障，那么没有其他控制器可以做执行负载总线路由器功能的工作。因此，在实践中，并不是所有的控制器都是等同的，并且需要主体控制的功能可能来自电力系统中所有控制器的不同子集(取决于功能)。
[0238]
图17中还示出了负载共享功能，该负载共享功能存在于所有电源对象中，并以完全分布式的方式起作用。第一发电机组控制器294’、第二发电机组控制器298’或第三发电机组控制器302’中的每一个拥有电源对象。这三个控制器294’、298’、302’中的每一个通过消耗来自其他控制器和其自身的数据、然后计算用于供其自身使用的结果来执行其负载共享功能的实例。
[0239]
在分布式控制方案的更具体的示例中，负载共享功能的目标是让每个电源相等地共享负载。每个电源上的控制器发布其当前负载值数据。第一发电机组控制器294’将第一发电机组198’、第二发电机组202’和第三发电机组206’的所有负载相加在一起，并计算平均负载。第一发电机组控制器294’然后将其当前负载值与平均负载进行比较。如果其当前负载小于平均负载，那么它没有承担足够的负载。第一发电机组控制器294’然后将起作用以增加第一发电机组198’的功率输出。第二发电机组控制器298’正在做该同样的事情并确定它自己需要的校正，而第三发电机组控制器302’也在这样做。因此，每个发电机组控制器仅仅确定其自己的动作，而不确定其他发电机组控制器需要采取的动作。
[0240]
可能的是，完全分布式算法或浮动主体算法可能在单个控制器内具有多个实例。参考上面的完全分布式示例，单个控制器可能拥有两个电源对象，并且因此具有负载共享功能的两个单独的实例。这仍然意味着该功能的每个实例都以完全分布式的方式操作，即使它出现在单个控制器内。该控制器缺失将导致两个电源缺失。
[0241]
在浮动主体功能在控制器内具有两个实例的情况下，将有两个参与者能够充当该一个控制器内的浮动主体。如果该控制器发生故障，那么在该功能的池中的参与者将减少两个。
[0242]
如本文所使用的，术语“大致(approximately)”、“大约(about)”、“基本上(substantially)”和类似的术语旨在具有与本公开的主题所属领域的普通技术人员常见和接受的用法相一致的广义含义。阅读本公开的本领域技术人员应当理解，这些术语旨在允许对所描述和要求保护的某些特征进行描述，而不将这些特征的范围限制于所提供的精确数值范围。因此，这些术语应被解释为表明：所描述和要求保护的主题的非实质性或无关紧要的修改或变更被认为在如所附权利要求中所述的本公开的范围内。
[0243]
应该注意的是，如本文用来描述各个实施例的术语“示例性的”及其变型旨在表明：这些实施例是可能的实施例的可能的示例、表示或说明(并且这些术语并不旨在暗示这些实施例必然是特别的或最高级的示例)。
[0244]
如本文使用的术语“耦合”及其变型是指两个构件直接或间接地彼此连接。这种连接可以是不动的(例如，永久的或固定的)或可移动的(例如，可移除的或可释放的)。这种连接可以通过以下方式实现：两个构件彼此直接耦合；两个构件使用一个或更多个单独的介于中间的构件彼此耦合；或者两个构件使用介于中间的构件彼此耦合，该介于中间的构件与两个构件中的一个构件一体成型为单个整体。如果“耦合”或其变型被附加术语修饰(例
如，直接耦合)，则上面提供的“耦合”的一般定义被附加术语的普通语言含义修饰(例如，“直接耦合”意味着两个构件的连接没有任何单独的中间构件)，导致比上面提供的“耦合”的一般定义更窄的定义。这种耦合可以是机械的、电气的或流体的。例如，电路a可通信地“耦合”到电路b可以表示电路a与电路b直接通信(即，没有中间件)或与电路b间接通信(例如，通过一个或更多个中间件)。
[0245]
本文对元件位置(例如，“顶部”、“底部”、“上面”、“下面”)的引用仅用于描述附图中各个元件的取向。应当注意，根据其他示例性实施例，各个元件的取向可以不同，并且这种变化旨在被本公开所涵盖。
[0246]
尽管附图和描述可以说明方法步骤的特定顺序，但是这些步骤的顺序可以不同于所描绘和描述的内容，除非上面另有说明。此外，除非上面另有说明，否则两个或更多个步骤可以同时或部分同时执行。例如，这种变化可能取决于所选择的软件和硬件系统以及设计者的选择。所有这种变化都在本公开的范围内。同样地，所描述的方法的软件实现可以用具有基于规则的逻辑和其他逻辑的标准编程技术来完成，以完成各个连接步骤、处理步骤、比较步骤和决策步骤。
[0247]
重要的是要注意，如各种示例性实施例中所示的电力系统、对象和控制方案的构造和布置只是说明性的。此外，在一个实施例中公开的任何元素可以与本文公开的任何其他实施例结合或一起使用。此外，来自上述一节(例如，第1.4节-负载对象)的元素可以与单独的节(例如，第4节-信号流)中描述的任何其他元素结合或一起使用。例如，关于图3(例如，第1节-对象)描述的示例性实施例的对象参数和功能可以结合到关于图4、图7、图9、图10、图11、图13-图15和图17(例如，第5.2节
‑‑
控制器分配)描述的示例性实施例的电力系统和对象中。尽管上文描述了来自一个实施例的元素可以被结合到或用于另一个实施例中的仅一个示例，但应理解，各种实施例的其他元素可以与本文公开的任何其他实施例结合或一起使用。

技术特征：

1.一种装置，包括：电路，其被构造成：标识第一电源对象、第二电源对象和负载总线对象；确定所述第一电源对象、所述第二电源对象和所述负载总线对象在单线拓扑结构上的位置；接收所述第一电源对象、所述第二电源对象和所述负载总线对象的操作参数；使用所述单线拓扑结构定义第一路由，所述第一路由包括电气连接在所述第一电源对象和所述负载总线对象之间的对象；使用所述单线拓扑结构定义第二路由，所述第二路由包括电气连接在所述第二电源对象和所述负载总线对象之间的所有对象；和控制所述第一路由和所述第二路由的操作。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电路还被构造成生成包括所有可用路由的路由表。3.根据权利要求1所述的装置，其中，控制所述第一路由包括通过控制被包括在所述第一路由上的开关对象的闭合动作来选择性地激活所述第一路由，以及通过控制所述第一路由上的至少一个开关对象的断开动作来停用所述第一路由。4.根据权利要求3所述的装置，其中，激活所述第一路由包括与所述第一路由上的所有对象通信，以及在启动被包括在所述第一路由上的所述开关对象的闭合动作之前协调每个对象的激活动作。5.根据权利要求1所述的装置，其中，定义所述第一路由包括与电气连接在所述第一电源对象和所述负载总线对象之间的所有对象进行通信，以定义在相关联的控制电路内的所述第一路由上的包含物。6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电路还被构造成使用所述单线拓扑结构来定义第三路由，所述第三路由不同于所述第一路由并与所述第一路由并联，并且所述第三路由包括沿着所述第三路由、电气连接在所述第一电源对象和所述负载总线对象之间的所有对象。7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述第一路由定义第一优先级值，而所述第三路由定义高于所述第一优先级值的第二优先级值。8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述第一优先级值与被包括在所述第一路由中的开关对象的数量成比例，而所述第二优先级值与被包括在所述第三路由中的开关对象的数量成比例。9.根据权利要求6所述的装置，其中，所述第一路由和所述第三路由中的仅一个在转换时间之后的连续使用期间被同时激活。10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电路还被构造成禁用所述第二路由，从而禁止所述第二路由被激活。11.一种系统，包括：第一发电机组控制器，所述第一发电机组控制器与第一发电机组和第一发电机组开关相关联；第二发电机组控制器，所述第二发电机组控制器与第二发电机组和第二发电机组开关
相关联；发电机组分支开关控制器，所述发电机组分支开关控制器与发电机组分支开关相关联，所述发电机组分支开关经由发电机组分支总线耦合到所述第一发电机组开关和所述第二发电机组开关；公用设施开关控制器，所述公用设施开关控制器与公用设施开关相关联；和负载总线控制器，所述负载总线控制器与耦合到所述发电机组分支开关和所述公用设施开关的负载总线相关联，其中，所述系统被构造成生成路由表，所述路由表定义：第一路由，所述第一路由包括所述第一发电机组、所述第一发电机组开关、所述发电机组分支总线和所述发电机组分支开关以及所述负载总线，第二路由，所述第二路由包括所述第二发电机组、所述第二发电机组开关、所述发电机组分支总线、所述发电机组分支开关和所述负载总线，以及第三路由，所述第三路由包括所述公用设施开关和所述负载总线，其中，所述系统通过与所述第一发电机组控制器、所述发电机组分支开关控制器和所述负载总线控制器通信来选择性地激活所述第一路由，其中，所述系统通过与所述第二发电机组控制器、所述发电机组分支开关控制器和所述负载总线控制器通信来选择性地激活所述第二路由，以及其中，所述系统通过与所述公用设施开关控制器和所述负载总线控制器通信来选择性地激活所述第三路由。12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述负载总线控制器包括负载总线路由功能，所述负载总线路由功能确定所述第一路由、所述第二路由和所述第三路由中的哪一个应该被激活或停用，并向与任何路由上的任何开关相关联的每个控制器提供转换类型功能以实现激活或停用。13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述第一发电机组控制器包括开关动作处理功能，所述开关动作处理功能被构造成从所述负载总线控制器接收所述转换类型功能，并且控制所述第一发电机组和所述第一发电机组开关的操作以实现所述第一路由的激活或停用。14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述开关动作处理功能还被构造成在所述第一发电机组开关被闭合之前请求激活同步器功能，所述同步器功能调整所述第一发电机组的输出的电压、频率和相位角。15.根据权利要求13所述的系统，其中，所述开关处理功能被构造成将开关状态功能传送到所述负载总线路由功能，以及其中，由所述负载总线路由功能基于所述开关状态功能生成路由状态功能。16.一种方法，包括：生成包括电源对象、开关对象、总线对象和控制器对象的电力系统的单线拓扑结构；用操作参数填充每个对象；生成定义电源对象和总线对象之间的可用路由的路由表，每个路由包括电气连接在所述路由的电源对象和总线对象之间的所有对象；和通过激活和停用路由来控制所述电力系统。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，从对象配置的库中选择每个对象的操作参数。18.根据权利要求16所述的方法，还包括生成活动路由列表，所述活动路由列表包括要激活或停用的路由的列表；和将转换类型传送到开关对象以控制路由的激活或停用列表。19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述路由表将路由id、启用属性、路由优先级和路由路径分派给每个路由。20.根据权利要求16所述的方法，其中，每个控制器对象被分配给所述电源对象、所述开关对象和所述总线对象中的一个或更多个，以通过激活和停用路由来实施对所述电力系统的控制。

技术总结

系统和装置包括电路，该电路被构造成：标识第一电源对象、第二电源对象和负载总线对象；确定第一电源对象、第二电源对象和负载总线对象在单线拓扑结构上的位置；接收第一电源对象、第二电源对象和负载总线对象的操作参数；使用单线拓扑结构定义第一路由，该第一路由包括电气连接在第一电源对象和负载总线对象之间的对象；使用单线拓扑结构定义第二路由，该第二路由包括电气连接在第二电源对象和负载总线对象之间的所有对象；以及控制第一路由和第二路由的操作。由和第二路由的操作。由和第二路由的操作。