電力管理控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】控制配電系統(tǒng)的系統(tǒng)包括系統(tǒng)控制器，其被配置為確定多個(gè)子系統(tǒng)的每一個(gè)在第一時(shí)間期間的電力分配。該系統(tǒng)還包括與系統(tǒng)控制器通信耦合的子系統(tǒng)控制器。該子系統(tǒng)控制器與設(shè)備關(guān)聯(lián)且被配置為接收來(lái)自系統(tǒng)控制器的電力分配數(shù)據(jù)，其表示該設(shè)備的電力分配。子系統(tǒng)控制器還被配置為接收表示操作設(shè)備的請(qǐng)求的操作請(qǐng)求數(shù)據(jù)，并根據(jù)電力分配數(shù)據(jù)、操作請(qǐng)求數(shù)據(jù)以及與設(shè)備有關(guān)的成本-效用函數(shù)生成針對(duì)第二時(shí)間期間的設(shè)備模型操作。子系統(tǒng)控制器還被配置為將與第二時(shí)間期間中的設(shè)備的模型化操作有關(guān)的預(yù)測(cè)的電力需求數(shù)據(jù)傳輸給系統(tǒng)控制器。
【專利說(shuō)明】電力管理控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明一般涉及一種運(yùn)載工具電力管理控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]運(yùn)載工具電力系統(tǒng)的最基本功能是為運(yùn)載工具系統(tǒng)廣生、調(diào)整以及分配電能(例如，電力)。在出現(xiàn)故障和其他意外事件時(shí)，運(yùn)載工具電力系統(tǒng)還可以被配置為提供安全保證。隨著若干運(yùn)載工具電力子系統(tǒng)的增加，負(fù)載和系統(tǒng)管理變得愈加復(fù)雜。
[0003]對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)(S卩，有很多獨(dú)立負(fù)載的系統(tǒng))，在給定時(shí)間的電力需求是難于預(yù)測(cè)的。某些現(xiàn)有控制方法專注于發(fā)電單元的能力并已經(jīng)使用負(fù)荷削減作為一種手段來(lái)避免超負(fù)荷狀況以及保持對(duì)高優(yōu)先級(jí)負(fù)載的服務(wù)。為了實(shí)施負(fù)載削減，可以根據(jù)優(yōu)先級(jí)列表對(duì)負(fù)載劃分“等級(jí)”，當(dāng)超負(fù)荷狀況存在或即將發(fā)生時(shí)，根據(jù)該優(yōu)先級(jí)列表可以切斷(例如，去掉或關(guān)斷)一個(gè)或更多負(fù)載。負(fù)荷削減易于實(shí)施且需要少量計(jì)算開(kāi)銷；然而，由于負(fù)荷削減過(guò)程的簡(jiǎn)單，運(yùn)載工具電力系統(tǒng)操作的負(fù)載和源的配置可能是次優(yōu)的。提供本發(fā)明以響應(yīng)這些問(wèn)題及其他問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此，本發(fā)明提供一種電力管理控制系統(tǒng)，其使用對(duì)偶分解法用于電力系統(tǒng)(例如，配電系統(tǒng))如下一代“多電”飛機(jī)電力系統(tǒng)的電負(fù)荷和源的分布式管理。電力管理控制系統(tǒng)使用可伸縮方法，其將有限時(shí)間跨度上電力系統(tǒng)的總能源使用量看作是電力系統(tǒng)的每個(gè)單元(例如，子系統(tǒng)或設(shè)備)的一個(gè)或更多子問(wèn)題(例如，計(jì)算)。每個(gè)單元的子問(wèn)題被逐個(gè)解決，如通過(guò)最短路徑算法，并隨后使用代數(shù)更新規(guī)則如子梯度更新規(guī)則調(diào)整，從而迭代地得到源和負(fù)載分配。以這種方式獲得的源和負(fù)載分配是最優(yōu)或接近最優(yōu)的。相應(yīng)地，電力管理控制系統(tǒng)可以以使得所有單元共同高效運(yùn)行的方式協(xié)調(diào)多個(gè)單元(例如，源設(shè)備，負(fù)載設(shè)備或其組合)，其中每個(gè)單元具有不同的行為。
[0005]例如，為了調(diào)度電力系統(tǒng)的負(fù)載和源，產(chǎn)生成本-效用函數(shù)(例如，數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu))，其建立為每個(gè)源設(shè)備產(chǎn)生電力的運(yùn)行成本和/或運(yùn)轉(zhuǎn)每個(gè)負(fù)載設(shè)備的效用(或負(fù)成本)的數(shù)學(xué)模型(例如，表示)。設(shè)計(jì)成本-效用函數(shù)以降低運(yùn)行和發(fā)電成本，同時(shí)提高電力系統(tǒng)的效用(例如，功能)。電力系統(tǒng)所有單元的成本-效用函數(shù)被組合以平衡(例如優(yōu)化)有限時(shí)間范圍內(nèi)電力系統(tǒng)中所有單元的運(yùn)行。
[0006]電力管理控制系統(tǒng)可以包括系統(tǒng)控制器和一個(gè)或更多子系統(tǒng)(或設(shè)備)控制器。每個(gè)設(shè)備的成本-效用函數(shù)可以被分配給相應(yīng)的子系統(tǒng)控制器。每個(gè)子系統(tǒng)控制器接收來(lái)自系統(tǒng)控制器的表示分配的電量的數(shù)據(jù)。子系統(tǒng)控制器將表示分配的電力的數(shù)據(jù)作為輸入以求解其成本-效用函數(shù)，例如，使用最短路徑技術(shù)，從而調(diào)度一個(gè)或更多關(guān)聯(lián)設(shè)備(例如，源設(shè)備，負(fù)載設(shè)備或其組合)的運(yùn)行。系統(tǒng)控制器接收每個(gè)成本效應(yīng)函數(shù)的指示并利用子梯度更新規(guī)則確定和更新一個(gè)或更多設(shè)備(例如，源設(shè)備，負(fù)載設(shè)備或其組合)的電力分配。
[0007]在一個(gè)替代實(shí)施例中，系統(tǒng)控制器求解每個(gè)子系統(tǒng)或設(shè)備的成本-效用函數(shù)，例如，使用最短路徑技術(shù)，并根據(jù)基于每一個(gè)最短路徑解的子梯度更新規(guī)則向子系統(tǒng)控制器發(fā)布一個(gè)或更多命令。
[0008]在一個(gè)實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括被配置為確定多個(gè)子系統(tǒng)的每一個(gè)在第一時(shí)間期間或周期(period)的電力分配的系統(tǒng)控制器。該系統(tǒng)還包括與系統(tǒng)控制器通信耦合的子系統(tǒng)控制器。該子系統(tǒng)控制器與設(shè)備關(guān)聯(lián)并被配置為從系統(tǒng)控制器接收指示該設(shè)備的電力分配的電力分配數(shù)據(jù)。子系統(tǒng)控制器被進(jìn)一步配置為接收指示操作設(shè)備的請(qǐng)求的操作請(qǐng)求數(shù)據(jù)并基于電力分配數(shù)據(jù)，操作請(qǐng)求數(shù)據(jù)以及與設(shè)備關(guān)聯(lián)的成本-效用函數(shù)將第二時(shí)間期間的設(shè)備操作建模，以產(chǎn)生設(shè)備的模型化操作。子系統(tǒng)控制器還被配置為于第二時(shí)間期間之前將與第二時(shí)間期間的模型化的設(shè)備操作關(guān)聯(lián)的預(yù)測(cè)的電力需求數(shù)據(jù)發(fā)送到系統(tǒng)控制器中。
[0009]在另一個(gè)實(shí)施例中，一種方法包括確定多個(gè)子系統(tǒng)的每一個(gè)的電力分配。多個(gè)子系統(tǒng)的每一個(gè)與至少一個(gè)對(duì)應(yīng)的設(shè)備關(guān)聯(lián)。該方法還包括產(chǎn)生指示多個(gè)子系統(tǒng)的具體子系統(tǒng)的電力分配的電力分配數(shù)據(jù)并接收指示操作具體子系統(tǒng)的設(shè)備的請(qǐng)求的操作請(qǐng)求數(shù)據(jù)。該方法還包括基于電力分配分配數(shù)據(jù)，操作請(qǐng)求數(shù)據(jù)以及與設(shè)備關(guān)聯(lián)的成本-效用函數(shù)將設(shè)備的操作建模，以生成模型化的設(shè)備操作。該方法額外地包括識(shí)別與模型化設(shè)備操作關(guān)聯(lián)的預(yù)測(cè)的電力需求數(shù)據(jù)。
[0010]在另一個(gè)實(shí)施例中，非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括指令，當(dāng)其被處理器執(zhí)行時(shí)，使得處理器確定多個(gè)子系統(tǒng)的每一個(gè)的電力分配。多個(gè)子系統(tǒng)的每一個(gè)與至少一個(gè)相應(yīng)的設(shè)備關(guān)聯(lián)。該指令還使處理器產(chǎn)生指示多個(gè)子系統(tǒng)的具體子系統(tǒng)的電力分配的電力分配數(shù)據(jù)。該指令還使處理器接收指示操作具體子系統(tǒng)的設(shè)備的請(qǐng)求的操作請(qǐng)求數(shù)據(jù)，并基于電力分配數(shù)據(jù)，操作請(qǐng)求數(shù)據(jù)以及與設(shè)備關(guān)聯(lián)的成本-效用函數(shù)將設(shè)備的操作建模，以生成模型化的設(shè)備操作。該指令額外地還使處理器識(shí)別與模型化的設(shè)備操作關(guān)聯(lián)的預(yù)測(cè)的電力需求數(shù)據(jù)。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種包括系統(tǒng)控制器和與系統(tǒng)控制器通信耦合的子系統(tǒng)控制器的系統(tǒng)，其中系統(tǒng)控制器被配置為確定多個(gè)子系統(tǒng)的每一個(gè)在第一時(shí)間期間的電力分配，子系統(tǒng)控制器與設(shè)備關(guān)聯(lián)，并被配置為從系統(tǒng)控制器接收指示設(shè)備電力分配的電力分配數(shù)據(jù)；以及接收指示操作設(shè)備的請(qǐng)求的操作請(qǐng)求數(shù)據(jù)和基于電力分配數(shù)據(jù)、操作請(qǐng)求數(shù)據(jù)，以及與設(shè)備關(guān)聯(lián)的成本-效用函數(shù)將第二時(shí)間期間的設(shè)備操作建模以生成模型化設(shè)備操作；并將與第二時(shí)間期間的模型化設(shè)備操作關(guān)聯(lián)的預(yù)測(cè)的電力需求數(shù)據(jù)在第二時(shí)間期間之前發(fā)送到系統(tǒng)控制器。有利的是，本發(fā)明系統(tǒng)的設(shè)備包括源設(shè)備、負(fù)載設(shè)備或其組合的其中之一。有利的是，本發(fā)明系統(tǒng)的子系統(tǒng)控制器與多個(gè)設(shè)備關(guān)聯(lián)，且該子系統(tǒng)控制器使用相應(yīng)的成本-效用函數(shù)控制多個(gè)設(shè)備的每一個(gè)的操作。有利的是，本發(fā)明系統(tǒng)的系統(tǒng)控制器使用子梯度優(yōu)化處理確定電力的分配，并且子系統(tǒng)控制器使用最短路徑算法確定設(shè)備的預(yù)測(cè)電力需求數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，本發(fā)明系統(tǒng)的最短路徑算法被配置為根據(jù)與設(shè)備關(guān)聯(lián)的成本-效用函數(shù)，估計(jì)從當(dāng)前操作狀態(tài)到由操作請(qǐng)求數(shù)據(jù)指示的期望操作狀態(tài)的最低成本路徑，其中最低成本路徑的成本至少部分地根據(jù)電力分配數(shù)據(jù)被估計(jì)。有利的是，本發(fā)明系統(tǒng)的系統(tǒng)控制器和子系統(tǒng)控制器被包含在飛行器的配電系統(tǒng)中，并且其中第二時(shí)間期間發(fā)生在第一時(shí)間期間之后。有利的是，本發(fā)明系統(tǒng)的系統(tǒng)控制器被進(jìn)一步配置為給多個(gè)子系統(tǒng)分配電力，這受制于所有負(fù)載在第一時(shí)間期間消耗的總電力的電力需求上限，受制于與一個(gè)或更多負(fù)載的每一個(gè)關(guān)聯(lián)的電力需求下限，以及受制于與一個(gè)或更多源的每一個(gè)關(guān)聯(lián)的電力輸出上限。有利的是，本發(fā)明的多個(gè)子系統(tǒng)的每一個(gè)對(duì)應(yīng)一個(gè)可調(diào)度單元，在預(yù)定約束內(nèi)，可調(diào)度單元在第一時(shí)間期間中的操作是可選的，而且該系統(tǒng)控制器被進(jìn)一步配置為確定一個(gè)或更多不可調(diào)度單元在第一時(shí)間期間的電力分配，不可調(diào)度單元的操作在第一時(shí)間期間內(nèi)不是可選的。優(yōu)選地，本發(fā)明系統(tǒng)控制器確定的不可調(diào)度單元包括飛行安全系統(tǒng)，而本發(fā)明的多個(gè)子系統(tǒng)的可調(diào)度單元包括舒適系統(tǒng)。
[0012]根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的另外方面，提供一種方法，其包括確定多個(gè)子系統(tǒng)的每一個(gè)的電力分配，多個(gè)子系統(tǒng)的每一個(gè)與至少一個(gè)相應(yīng)的設(shè)備關(guān)聯(lián)，產(chǎn)生指示多個(gè)子系統(tǒng)的具體子系統(tǒng)的電力分配的電力分配數(shù)據(jù)，接收指示操作具體子系統(tǒng)的設(shè)備的請(qǐng)求的操作請(qǐng)求數(shù)據(jù)，基于電力分配數(shù)據(jù)，操作請(qǐng)求數(shù)據(jù)以及與設(shè)備關(guān)聯(lián)的成本-效用函數(shù)將設(shè)備的操作建模以生成模型化設(shè)備操作，以及識(shí)別與模型化設(shè)備操作關(guān)聯(lián)的預(yù)測(cè)的電力需求數(shù)據(jù)。有利的是，響應(yīng)于預(yù)測(cè)的電力需求數(shù)據(jù)，更新多個(gè)子系統(tǒng)的每一個(gè)的電力分配。有利的是，根據(jù)一個(gè)或更多源設(shè)備確定預(yù)計(jì)要產(chǎn)生的總電力。有利的是，根據(jù)識(shí)別的預(yù)測(cè)電力需求數(shù)據(jù)，確定預(yù)計(jì)要消耗的總電力是否等于預(yù)計(jì)要產(chǎn)生的總電力。優(yōu)選地，當(dāng)預(yù)計(jì)要消耗的總電力不等于預(yù)計(jì)要產(chǎn)生的總電力時(shí)，啟動(dòng)源設(shè)備以增加提供的電量或降低給負(fù)載設(shè)備的電力分配。有利的是，操作請(qǐng)求數(shù)據(jù)通過(guò)用戶輸入被接收，該用戶輸入指示與設(shè)備關(guān)聯(lián)的操作設(shè)定點(diǎn)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)另外方面，提供一種非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其包括指令，當(dāng)被處理器執(zhí)行時(shí)，使得處理器確定與至少一個(gè)相應(yīng)設(shè)備關(guān)聯(lián)的多個(gè)子系統(tǒng)的每一個(gè)的電力分配，產(chǎn)生指示多個(gè)子系統(tǒng)的具體子系統(tǒng)的電力分配的電力分配數(shù)據(jù)，接收指示操作具體子系統(tǒng)的設(shè)備的請(qǐng)求的操作請(qǐng)求數(shù)據(jù)，基于電力分配數(shù)據(jù)，操作請(qǐng)求數(shù)據(jù)以及與設(shè)備有關(guān)的成本-效用函數(shù)將設(shè)備的操作建模以產(chǎn)生模型化的設(shè)備操作，以及識(shí)別與模型化的設(shè)備操作有關(guān)的預(yù)測(cè)的電力需求數(shù)據(jù)。有利的是，在非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中，電力分配根據(jù)多個(gè)源設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)約束被確定。有利的是，在非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中，當(dāng)指令被處理器執(zhí)行時(shí)，使得處理器從多個(gè)子系統(tǒng)控制器接收預(yù)測(cè)的電力需求數(shù)據(jù)，其中每個(gè)子系統(tǒng)控制器與多個(gè)子系統(tǒng)的其中一個(gè)關(guān)聯(lián)，以及根據(jù)接收的預(yù)測(cè)的電力需求數(shù)據(jù)確定預(yù)計(jì)消耗的總電力是否小于或等于預(yù)計(jì)產(chǎn)生的總電力。優(yōu)選地，在非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中，當(dāng)指令被處理器執(zhí)行時(shí)，使得處理器在預(yù)計(jì)消耗的總電力不小于或等于預(yù)計(jì)產(chǎn)生的總電力時(shí)更新多個(gè)子系統(tǒng)的每一個(gè)的電力分配以響應(yīng)預(yù)測(cè)的電力需求數(shù)據(jù)。另外，在非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中，當(dāng)指令被處理器執(zhí)行時(shí)，使得處理器在預(yù)計(jì)消耗的總電力小于或等于預(yù)計(jì)產(chǎn)生的總電力時(shí)保持多個(gè)子系統(tǒng)的每一個(gè)的電力分配。
[0014]由至少一個(gè)公開(kāi)的實(shí)施例提供的一個(gè)特定優(yōu)勢(shì)是電力系統(tǒng)(例如，自包含的電力系統(tǒng)，如飛行器)的一個(gè)或更多設(shè)備可以被電力管理控制系統(tǒng)調(diào)度。電力管理控制系統(tǒng)可以為電力管理控制系統(tǒng)的子系統(tǒng)控制器分配一個(gè)或更多成本-效用函數(shù)，從而使得多個(gè)子系統(tǒng)控制器之間能夠計(jì)算并行化，這導(dǎo)致更快的計(jì)算時(shí)間，增強(qiáng)的伸縮性和系統(tǒng)的模塊化。
[0015]所述的特征、功能和優(yōu)勢(shì)可以在各種實(shí)施例中獨(dú)立地被實(shí)現(xiàn)，或可以在其他實(shí)施例中被組合，其進(jìn)一步細(xì)節(jié)可參考以下描述和附圖。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0016]圖1圖示電力管理控制系統(tǒng)的具體實(shí)施例；
[0017]圖2圖示控制電力系統(tǒng)的方法的第一個(gè)具體實(shí)施例；
[0018]圖3圖不最短路徑圖表的典型表不的第一個(gè)說(shuō)明性實(shí)施例；
[0019]圖4圖示最短路徑圖表的典型表示的第二個(gè)說(shuō)明性實(shí)施例；
[0020]圖5圖示最短路徑圖表的典型表示的第三個(gè)說(shuō)明性實(shí)施例；
[0021]圖6圖不表不電力系統(tǒng)的調(diào)度負(fù)載的圖形；
[0022]圖7圖示控制電力系統(tǒng)的方法的第二個(gè)具體實(shí)施例；
[0023]圖8圖示計(jì)算系統(tǒng)的具體實(shí)施例，如電力管理控制系統(tǒng)的控制器。
【具體實(shí)施方式】
[0024]配電系統(tǒng)的電力管理控制系統(tǒng)可以運(yùn)行以確定每個(gè)發(fā)電單元(例如，源設(shè)備)和負(fù)載單元(例如，負(fù)載設(shè)備)的計(jì)劃(schedule)和承諾(commitment)級(jí)別。例如，電力管理控制系統(tǒng)可以被構(gòu)造為與一個(gè)或更多發(fā)電單元或負(fù)載單元關(guān)聯(lián)的高級(jí)別層(high level tier)(例如，全局優(yōu)化器)和較低級(jí)別層(例如，局部處理器)。電力管理控制系統(tǒng)的系統(tǒng)控制器(例如，全局優(yōu)化器)可以確定和分配配電系統(tǒng)的電力資源以降低發(fā)電單元的運(yùn)行(例如，運(yùn)轉(zhuǎn))成本以及增加負(fù)載單元的效用。
[0025]為了維持總電力平衡(例如，大于或等于消耗的總電力的總發(fā)電量)，與每個(gè)發(fā)電單元(例如，源設(shè)備)和每個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)單元(例如，負(fù)載設(shè)備)關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)控制器可以根據(jù)表示相應(yīng)發(fā)電單元或運(yùn)轉(zhuǎn)單元的數(shù)學(xué)函數(shù)依照每個(gè)單元自身的運(yùn)轉(zhuǎn)約束執(zhí)行計(jì)算和操作每個(gè)單元。以這樣的方式，在配電系統(tǒng)的多個(gè)單元(例如，源設(shè)備和/或負(fù)載設(shè)備)之間可以并行化和分布計(jì)算(例如，處理計(jì)算)。每個(gè)子系統(tǒng)控制器可以將計(jì)算結(jié)果(例如，解信息)傳輸?shù)较到y(tǒng)控制器。在一個(gè)具體實(shí)施例中，傳輸?shù)挠?jì)算結(jié)果包括預(yù)測(cè)的電力需求數(shù)據(jù)，而且系統(tǒng)控制器接收來(lái)自多個(gè)子系統(tǒng)控制器的每一個(gè)的預(yù)測(cè)的電力需求數(shù)據(jù)。系統(tǒng)控制器整合計(jì)算結(jié)果并確定將被傳輸?shù)阶酉到y(tǒng)控制器的配電系統(tǒng)的更新的電力資源分配。例如，系統(tǒng)控制器可以根據(jù)由配電系統(tǒng)的負(fù)載在第一時(shí)間期間消耗的總電力(例如，電力需求上約束)、與配電系統(tǒng)的一個(gè)或更多負(fù)載的每一個(gè)有關(guān)的電力需求(例如，電力需求下限)以及與配電系統(tǒng)的一個(gè)或更多源的每一個(gè)有關(guān)的電力輸出(例如，輸出上限)來(lái)分配電力(或更新電力的分配)。
[0026]圖1圖示了電力系統(tǒng)100的具體實(shí)施例。電力系統(tǒng)100可以包括配電系統(tǒng)102。配電系統(tǒng)102可以包括運(yùn)載工具如飛行器，船舶，汽車，衛(wèi)星的電力系統(tǒng)，或另一個(gè)基本上自包含的電力系統(tǒng)(例如，石油平臺(tái))。配電系統(tǒng)102可以包括電力管理控制系統(tǒng)104，一個(gè)或更多設(shè)備140-148以及時(shí)鐘160。電力管理控制系統(tǒng)104可以與一個(gè)或更多設(shè)備140-148的每一個(gè)通信耦合。電力管理控制系統(tǒng)104可以被配置為管理設(shè)備140-148以使配電系統(tǒng)102的負(fù)載和源被管理和控制以避免超負(fù)荷狀況以及高效使用資源。
[0027]設(shè)備140-148可以包括源設(shè)備、負(fù)載設(shè)備或其組合。例如，設(shè)備140可以包括源設(shè)備如發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的交流(AC)發(fā)電機(jī)，輔助動(dòng)力單元(APU)，蓄電池，外部電力，非傳統(tǒng)發(fā)電源如燃料電池或電容器(例如，超級(jí)電容器或超級(jí)電容)。
[0028]作為另一個(gè)實(shí)例，設(shè)備142可以包括負(fù)載設(shè)備如廚房裝置(例如，烤箱，微波爐，冰箱，咖啡機(jī)等)，環(huán)境控制系統(tǒng)，乘客娛樂(lè)系統(tǒng)，除冰系統(tǒng)，致動(dòng)器，照明系統(tǒng)，航空電子設(shè)備，加熱設(shè)備，飛行安全系統(tǒng)，飛行控制系統(tǒng)等。將理解負(fù)載設(shè)備的數(shù)量和負(fù)載設(shè)備的類型會(huì)隨著配電系統(tǒng)102的不同類型改變。例如，與汽車的配電系統(tǒng)相比，飛行器的配電系統(tǒng)可以包括更多、更少或不同的負(fù)載或源設(shè)備。
[0029]設(shè)備140-148的一個(gè)或更多可以接收與設(shè)備140-148的期望操作有關(guān)的請(qǐng)求。例如，設(shè)備148可以接收請(qǐng)求設(shè)備148執(zhí)行與設(shè)備148的功能有關(guān)的具體操作的請(qǐng)求。在一個(gè)具體實(shí)施例中，請(qǐng)求162包括與該設(shè)備關(guān)聯(lián)的操作設(shè)定點(diǎn)(例如，操作參數(shù)或期望的運(yùn)轉(zhuǎn)特性)。請(qǐng)求162可以在設(shè)備148的用戶接口(例如，用戶輸入)如圖形化用戶界面(⑶I)被接收，可以作為設(shè)備148的正常操作部分由設(shè)備148產(chǎn)生，可以從另一設(shè)備(例如140)獲取，或可以由與設(shè)備148有關(guān)的子系統(tǒng)控制器(例如子系統(tǒng)控制器132)產(chǎn)生。請(qǐng)求162可以被轉(zhuǎn)發(fā)到子系統(tǒng)控制器132以使子系統(tǒng)控制器132能夠嘗試調(diào)度設(shè)備148的操作。
[0030]在配電系統(tǒng)102中，某些負(fù)載可以被調(diào)度(例如，可調(diào)度單元)，而某些不可以被調(diào)度(例如，不可調(diào)度單元)。例如，不可以被調(diào)度的負(fù)載(即不可調(diào)度負(fù)載)包括關(guān)鍵負(fù)載，如控制系統(tǒng)(例如，飛行控制)，安全系統(tǒng)(例如，生命支持系統(tǒng)，緊急照明，飛行安全系統(tǒng)，安全氣囊系統(tǒng))等?？烧{(diào)度負(fù)載可以包括被認(rèn)為是對(duì)電力系統(tǒng)100的操作不重要的負(fù)載，例如某些環(huán)境系統(tǒng)，廚房單元，娛樂(lè)系統(tǒng)，舒適系統(tǒng)等。
[0031]電力管理控制系統(tǒng)104可以包括系統(tǒng)控制器110和一個(gè)或更多子系統(tǒng)控制器130-132。系統(tǒng)控制器110可以與子系統(tǒng)控制器130-132的每一個(gè)耦合。系統(tǒng)控制器110還可以與設(shè)備140-148直接耦合或通過(guò)子系統(tǒng)控制器130-132之一耦合。在具體實(shí)施例中，系統(tǒng)控制器110，設(shè)備140-148，子系統(tǒng)控制器130-132或其組合通過(guò)通信總線(沒(méi)顯示)通信地耦合。通信總線可以包括有線通信總線，無(wú)線通信總線或其組合。
[0032]系統(tǒng)控制器110可以包括處理器112和存儲(chǔ)器114。處理器112可以被配置為訪問(wèn)存儲(chǔ)器114并與子系統(tǒng)控制器130-132，設(shè)備140-148或其組合的每一個(gè)進(jìn)行通信。例如，處理器112可以被配置為從存儲(chǔ)器114存取成本-效用函數(shù)118，算法120或其組合，并根據(jù)成本-效用函數(shù)118，算法120或兩者執(zhí)行一個(gè)或更多計(jì)算。
[0033]存儲(chǔ)器114可以包括設(shè)備信息116，(一個(gè)或更多)成本-效用函數(shù)118，以及(一個(gè)或更多)算法120。設(shè)備信息116可以包括與配電系統(tǒng)102的一個(gè)或更多設(shè)備140-148的其中至少一個(gè)有關(guān)的數(shù)據(jù)。例如，設(shè)備信息116可以包括設(shè)備標(biāo)識(shí)符(設(shè)備ID)和與設(shè)備140-148的每一個(gè)關(guān)聯(lián)的一個(gè)或更多運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)或特性(例如，功率限制，閾值，用電率，發(fā)電
率等)。
[0034]成本-效用函數(shù)118可以包括對(duì)應(yīng)于設(shè)備140-148的至少一個(gè)的成本-效用函數(shù)。在一個(gè)具體實(shí)施例中，成本-效應(yīng)函數(shù)118包括針對(duì)包含在配電系統(tǒng)102中的每個(gè)設(shè)備140-148的至少一個(gè)成本-效用函數(shù)。成本-效用函數(shù)可以與具體設(shè)備140-148的操作關(guān)聯(lián)。在一個(gè)具體實(shí)施例中，系統(tǒng)控制器110包括針對(duì)至少設(shè)備140和142的成本效用函數(shù)。
[0035]每個(gè)成本-效用函數(shù)可以對(duì)應(yīng)設(shè)備140-148的具體設(shè)備(例如具體負(fù)載或源)且可以表示多個(gè)時(shí)間周期或期間內(nèi)具體設(shè)備的一個(gè)或更多操作?；蛘呋蛄硗猓總€(gè)成本-效用函數(shù)可以對(duì)應(yīng)與設(shè)備140-148的每一個(gè)關(guān)聯(lián)的具體設(shè)備類型。在一個(gè)具體實(shí)施例中，具體成本-效用函數(shù)包括具有一個(gè)或更多公式的優(yōu)化模型以表示具體設(shè)備。最短路徑方法可用于根據(jù)一個(gè)或更多變量(例如，乘數(shù))求解具體成本-效用函數(shù)并提供在多個(gè)時(shí)間期間的后續(xù)時(shí)間期間內(nèi)操作具體設(shè)備的最優(yōu)解決方案。最短路徑方法可以被配置為計(jì)算具體設(shè)備的多個(gè)路徑以求解具體成本-效用函數(shù)。多個(gè)路徑的每一個(gè)可以包括相應(yīng)的成本，而且最短路徑方法可以選擇最優(yōu)解決方案作為具有最低成本的路徑(例如，最低成本路徑)。在一個(gè)具體實(shí)施例中，具體設(shè)備的最低成本路徑的成本至少部分基于電力分配數(shù)據(jù)，一個(gè)或更多變量(例如乘數(shù))，操作具體設(shè)備的請(qǐng)求，或其組合被估計(jì)。成本-效用函數(shù)118的更詳細(xì)內(nèi)容將參照?qǐng)D3-5進(jìn)行描述。
[0036]算法120可以包括一個(gè)或更多算法以管理和控制配電系統(tǒng)102內(nèi)的電力。例如，算法120可以包括含有最短路徑算法和子梯度算法的對(duì)偶分解算法。最短路徑算法可被用于根據(jù)一個(gè)或更多變量(例如，乘數(shù))求解成本-效用函數(shù)118和/或最短路徑圖表。子梯度算法可被用于根據(jù)成本-效用函數(shù)118的解計(jì)算和更新一個(gè)或更多變量。以這樣的方式，電力管理控制系統(tǒng)104使用的對(duì)偶分解算法可以在最短路徑算法和子梯度算法之間迭代交替以調(diào)度設(shè)備140-148并實(shí)現(xiàn)至子系統(tǒng)130-132的每一個(gè)、設(shè)備140-148的每一個(gè)或其組合的最優(yōu)、接近最優(yōu)或改進(jìn)的電力分配。在一個(gè)具體實(shí)施例中，系統(tǒng)控制器110使用子梯度算法(例如，子梯度優(yōu)化過(guò)程)確定電力的分配。
[0037]子系統(tǒng)控制器130-132可以各自與系統(tǒng)控制器110通信耦合并被配置為與系統(tǒng)控制器110傳輸數(shù)據(jù)。例如，每個(gè)子系統(tǒng)控制器130-132可以分別接收電力分配數(shù)據(jù)，其表示至與子系統(tǒng)控制器130-132關(guān)聯(lián)的設(shè)備的電力分配。子系統(tǒng)控制器130可以包括成本-效用函數(shù)136且可以與設(shè)備144關(guān)聯(lián)。子系統(tǒng)控制器130的成本-效用函數(shù)136可以對(duì)應(yīng)設(shè)備144。也就是說(shuō)，成本-效用函數(shù)136可以將與設(shè)備144的操作關(guān)聯(lián)的成本和/或效用建模。子系統(tǒng)控制器132可以包括成本-效用函數(shù)138且可以與設(shè)備146和148關(guān)聯(lián)。子系統(tǒng)控制器132的成本-效應(yīng)函數(shù)138可以對(duì)應(yīng)設(shè)備146和設(shè)備148。也就是說(shuō)，成本-效用函數(shù)138可以將與設(shè)備146和/或設(shè)備148的操作關(guān)聯(lián)的成本和/或效用建模。成本-效用函數(shù)136-138的每一個(gè)可以存儲(chǔ)一個(gè)或更多與系統(tǒng)控制器110的成本-效用函數(shù)118類似的函數(shù)模型(例如，最短路徑圖表)，其更多細(xì)節(jié)將參照?qǐng)D3-5描述。最短路徑圖表可被用于確定具體設(shè)備的最低成本路徑，最低成本路徑確定具體設(shè)備的一個(gè)或更多操作狀態(tài)。
[0038]在一個(gè)具體實(shí)施例中，子系統(tǒng)控制器130-132和/或設(shè)備140-148可以包括各硬件和/或軟件，其被配置為檢測(cè)設(shè)備140-148的其中之一的故障或表現(xiàn)不佳。硬件和/或軟件可被配置為與系統(tǒng)控制110通信(例如，發(fā)信號(hào))以使系統(tǒng)控制器110能夠啟動(dòng)與檢測(cè)設(shè)備關(guān)聯(lián)的一個(gè)或更多糾正動(dòng)作(例如，關(guān)斷，傳輸操作，啟動(dòng)備份系統(tǒng)等)。
[0039]時(shí)鐘160可以給電力管理控制系統(tǒng)104提供共同的時(shí)鐘信號(hào)以使系統(tǒng)控制器110和子系統(tǒng)控制器130-132同步。在一個(gè)替代實(shí)施例中，電力管理控制系統(tǒng)104可以使用時(shí)鐘160且可以異步運(yùn)行。在一個(gè)具體實(shí)施例中，系統(tǒng)控制器110和子系統(tǒng)控制器130-132各自包括對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘。時(shí)鐘160使電力管理控制系統(tǒng)104能夠在電力管理控制系統(tǒng)104的操作期間使用共同的時(shí)間間隔(例如，時(shí)間周期或時(shí)段)。例如，在每個(gè)時(shí)間周期或期間，系統(tǒng)控制器110和子系統(tǒng)控制器130-132可以各至少一次執(zhí)行與配電系統(tǒng)102關(guān)聯(lián)的相應(yīng)計(jì)算并將與計(jì)算關(guān)聯(lián)的結(jié)果傳輸?shù)较到y(tǒng)控制器110。在一個(gè)具體實(shí)施例中，系統(tǒng)控制器110和子系統(tǒng)控制器130-132的時(shí)間期間的持續(xù)時(shí)間是一樣的。在一個(gè)替代實(shí)施例中，子系統(tǒng)控制器130-132的時(shí)間期間可以是與系統(tǒng)控制器110的時(shí)間期間不同(例如，更短或更長(zhǎng))的持續(xù)時(shí)間。此外，子系統(tǒng)控制器130的時(shí)間期間可以是和子系統(tǒng)控制器132的時(shí)間期間不同(例如，更短或更長(zhǎng))的持續(xù)時(shí)間。在一個(gè)具體實(shí)施例中，系統(tǒng)控制器110使用兩個(gè)或更多不同的時(shí)間期間，例如在其中執(zhí)行第一計(jì)算(例如，與子梯度算法關(guān)聯(lián)的計(jì)算)的第一時(shí)間期間，在其中執(zhí)行第二計(jì)算(例如，與最短路徑算法關(guān)聯(lián)的計(jì)算)的第二時(shí)間期間。在一個(gè)具體實(shí)施例中，第一時(shí)間期間的持續(xù)時(shí)間與第二時(shí)間期間的持續(xù)時(shí)間不同(例如，更短或更長(zhǎng))。
[0040]在一個(gè)具體實(shí)施例中，電力管理控制系統(tǒng)104可以在有限時(shí)間范圍內(nèi)降低或最小化總發(fā)電成本，同時(shí)增加或最大化總負(fù)載效用。例如，可以以等式和不等式約束的方式連同目標(biāo)函數(shù)為配電系統(tǒng)102用公式表達(dá)能源優(yōu)化問(wèn)題，這可以使電力管理控制系統(tǒng)104能夠采用源設(shè)備和負(fù)載設(shè)備(例如，設(shè)備140-148)的分布式管理。電力管理控制系統(tǒng)104可以通過(guò)創(chuàng)建電力管理問(wèn)題以及使用分布式優(yōu)化算法求解電力管理問(wèn)題來(lái)管理(例如，分配電力)和控制配電系統(tǒng)102的操作。分布式優(yōu)化算法可以被實(shí)施以使在多個(gè)單元(例如，系統(tǒng)控制器110，子系統(tǒng)控制器130-132，設(shè)備140-148或其組合)之間并行化和分布計(jì)算，其中每個(gè)單元可以執(zhí)行其自身的計(jì)算以降低電力管理問(wèn)題的規(guī)模和復(fù)雜度。每一個(gè)設(shè)備140-148的結(jié)果(例如，基于最低成本路徑的一個(gè)或更多運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài))可以被傳輸?shù)较到y(tǒng)控制器110。系統(tǒng)控制器110可以根據(jù)結(jié)果管理(例如更新)分配給設(shè)備140-148的每一個(gè)的電力。這種分布式體系允許不同的分布架構(gòu)。
[0041]在一個(gè)具體的實(shí)施例中，電力管理控制系統(tǒng)104可以使用(一個(gè)或更多)拉格朗日方法來(lái)控制配電系統(tǒng)102。例如，電力管理控制系統(tǒng)104可以根據(jù)等式約束函數(shù)hi(x)=0(i=l, ---,p)和不等式約束函數(shù)gi (X) ；^0(i=l，“％m)求解優(yōu)化問(wèn)題以最小化目標(biāo)函數(shù)f(x)，其中P與等式約束函數(shù)的數(shù)目關(guān)聯(lián)，m與不等式約束函數(shù)的數(shù)目關(guān)聯(lián)。優(yōu)化問(wèn)題具有的拉格朗日形式如下:
[0042]
【權(quán)利要求】
1.一種系統(tǒng)，其包括: 系統(tǒng)控制器，其被配置為確定多個(gè)子系統(tǒng)的每一個(gè)在第一時(shí)間期間的電力分配；以及 子系統(tǒng)控制器，其與所述系統(tǒng)控制器通信地耦合，所述子系統(tǒng)控制器與設(shè)備關(guān)聯(lián)，所述子系統(tǒng)控制器被配置為: 從所述系統(tǒng)控制器接收指示所述設(shè)備的電力分配的電力分配數(shù)據(jù)； 接收指示請(qǐng)求操作所述設(shè)備的操作請(qǐng)求數(shù)據(jù)； 根據(jù)所述電力分配數(shù)據(jù)、所述操作請(qǐng)求數(shù)據(jù)以及與所述設(shè)備關(guān)聯(lián)的成本-效用函數(shù)將第二時(shí)間期間的所述設(shè)備的操作建模以產(chǎn)生所述設(shè)備的模型化操作；以及 于所述第二時(shí)間期間之前，將與所述第二時(shí)間期間所述設(shè)備的模型化操作關(guān)聯(lián)的預(yù)計(jì)電力需求數(shù)據(jù)傳輸給所述系統(tǒng)控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述設(shè)備包括源設(shè)備、負(fù)載設(shè)備或源設(shè)備與負(fù)載設(shè)備組合的其中之一。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)控制器與多個(gè)設(shè)備關(guān)聯(lián)，且其中所述子系統(tǒng)控制器使用相應(yīng)的成本-效用函數(shù)控制所述多個(gè)設(shè)備的每一個(gè)設(shè)備的操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)控制器使用子梯度優(yōu)化處理確定所述電力分配，而且其中所述子系統(tǒng)控制器使用最短路徑算法確定所述設(shè)備的預(yù)計(jì)電力需求數(shù)據(jù)，所述最短路徑算法被配置為根據(jù)與所述設(shè)備關(guān)聯(lián)的所述成本-效用函數(shù)估計(jì)從當(dāng)前操作狀態(tài)到由所述操作請(qǐng)求數(shù)據(jù)指示的期望操作狀態(tài)的最低成本路徑，其中所述最低成本路徑的成本至少部分地根據(jù)所述電力分配數(shù)據(jù)被估計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述最短路徑算法被配置為根據(jù)與所述設(shè)備關(guān)聯(lián)的所述成本-效用函數(shù)估計(jì)從當(dāng)前操作狀態(tài)到由所述操作請(qǐng)求數(shù)據(jù)指示的期望操作狀態(tài)的最低成本路徑，其中所述最低成本路徑的成本至少部分地根據(jù)所述電力分配數(shù)據(jù)被估計(jì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)控制器和所述子系統(tǒng)控制器被包含在飛行器的配電系統(tǒng)中，且其中所述第二時(shí)間期間發(fā)生在所述第一時(shí)間期間之后。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)控制器還被配置為，受制于所有負(fù)載在所述第一時(shí)間期間內(nèi)消耗的總電力的電力需求上限、受制于與一個(gè)或更多負(fù)載的每一個(gè)關(guān)聯(lián)的電力需求下限且受制于與一個(gè)或更多源的每一個(gè)關(guān)聯(lián)的電力輸出上限給所述多個(gè)子系統(tǒng)分配電力。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)子系統(tǒng)的每一個(gè)對(duì)應(yīng)一個(gè)可調(diào)度單元，所述可調(diào)度單元的操作在第一時(shí)間期間在預(yù)定約束內(nèi)是可選的，且其中所述系統(tǒng)控制器被進(jìn)一步配置為確定一個(gè)或更多不可調(diào)度單元在所述第一時(shí)間期間的電力分配，所述不可調(diào)度單元在所述第一時(shí)間期間中不是可選的。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述不可調(diào)度單元包括飛行安全系統(tǒng)，并且其中所述可調(diào)度單元包括舒適系統(tǒng)。
10.一種方法，其包括: 為多個(gè)子系統(tǒng)的每一個(gè)確定電力分配，所述多個(gè)子系統(tǒng)的每一個(gè)與至少一個(gè)相應(yīng)設(shè)備關(guān)聯(lián)。 生成電力分配數(shù)據(jù)，其指示所述多個(gè)子系統(tǒng)的具體子系統(tǒng)的所述電力分配；接收操作請(qǐng)求數(shù)據(jù)，其指示操作所述具體子系統(tǒng)的設(shè)備的請(qǐng)求； 根據(jù)所述電力分配數(shù)據(jù)、所述操作請(qǐng)求數(shù)據(jù)以及與所述設(shè)備關(guān)聯(lián)的成本-效用函數(shù)將所述設(shè)備的操作建模，以產(chǎn)生所述設(shè)備的模型化操作；以及識(shí)別與所述設(shè)備的模型化操作關(guān)聯(lián)的預(yù)計(jì)電力需求數(shù)據(jù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括響應(yīng)于所述預(yù)計(jì)電力需求數(shù)據(jù)來(lái)更新所述多個(gè)子系統(tǒng)的每一個(gè)的所述電力分配。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括根據(jù)一個(gè)或更多源設(shè)備確定預(yù)計(jì)要產(chǎn)生的總電力。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括: 根據(jù)所述預(yù)計(jì)電力需求數(shù)據(jù)確定預(yù)計(jì)要消耗的總電力是否等于預(yù)計(jì)要產(chǎn)生的總電力，以及 當(dāng)所述預(yù)計(jì)要消耗的總電力不等于所述預(yù)計(jì)要產(chǎn)生的總電力時(shí)，啟動(dòng)源設(shè)備以增加提供的電量或降低給負(fù)載設(shè)備的電力分配。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述操作請(qǐng)求數(shù)據(jù)通過(guò)用戶輸入被接收，所述用戶輸入指示與所述設(shè)備關(guān)聯(lián)的`操作設(shè)定點(diǎn)。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK103676831SQ201310414731
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月12日
【發(fā)明者】S-W·J·付, K·J·卡瑞米, M·梅斯巴海, D·澤拉佐 申請(qǐng)人:波音公司