本發(fā)明涉及一種用于電網(wǎng)的電功率分配器，該電功率分配器包括具有至少三個(gè)端子的電分配器電路，其中電能的源和阱可被連接至這些端子，其中這三個(gè)端子以電流可以從這些端子中的每一者流向其他端子中的每一者的方式來電連接在一起。

本發(fā)明還涉及用于在電網(wǎng)中分配電功率的方法。

不僅在電網(wǎng)中使用再生能源時(shí)而且在對(duì)移動(dòng)消費(fèi)者(例如，具有電驅(qū)動(dòng)器的機(jī)動(dòng)車)的供電時(shí)的中心元件是緩沖存儲(chǔ)裝置。它們用于能夠補(bǔ)償通過源來饋送電功率時(shí)的易失性以及由阱對(duì)電功率的消耗。在沒有緩沖存儲(chǔ)裝置的情況下，在任何時(shí)刻僅給定時(shí)間生成的電功率量可被傳輸和/或提供給消費(fèi)者或阱。由于源以及阱兩者的易失性，因此不可能確保供電可靠性。

緩沖存儲(chǔ)裝置必須能夠補(bǔ)償特別是在源和阱的部分上的短暫的和短期的波動(dòng)。一個(gè)示例是“換低擋(kick-down)”，即電驅(qū)動(dòng)機(jī)動(dòng)車的加速控制設(shè)備的短期實(shí)現(xiàn)。然而，具有較大比例可再生能源的供電網(wǎng)中的由于短時(shí)天氣變化而引起的電網(wǎng)波動(dòng)以及短期的負(fù)載波動(dòng)構(gòu)成補(bǔ)償機(jī)制的必要性的合適示例。緩沖存儲(chǔ)裝置因此必須能夠以動(dòng)態(tài)和可變的方式來遞送和接收功率兩者。

在此方面，在對(duì)于緩沖存儲(chǔ)裝置的各種類型的需求情況之間可以加以區(qū)分：

1.橋接長期時(shí)段直至季節(jié)性存儲(chǔ)，

2.用于補(bǔ)償電網(wǎng)中的不足和過剩的平衡性存儲(chǔ)，

3.補(bǔ)償例如由于電網(wǎng)中的電網(wǎng)波動(dòng)而發(fā)生的短期且時(shí)間有限的不足和過剩以便穩(wěn)定該電網(wǎng)，

4.用于在涉及基于分組的傳輸?shù)穆酚晒╇娋W(wǎng)中的數(shù)字端點(diǎn)的緩沖存儲(chǔ)裝置，以及這種涉及至傳統(tǒng)歐姆電網(wǎng)的基于分組的傳輸?shù)穆酚晒╇娋W(wǎng)的網(wǎng)關(guān)或接口，

5.出于電網(wǎng)的新概念而產(chǎn)生的需求，例如基于分組的電流傳輸，以及

6.如發(fā)生在例如電驅(qū)動(dòng)的交通工具(例如汽車、船舶和飛機(jī))的電源中的需求場景。

在此方面，原則上可能出現(xiàn)彼此區(qū)分的兩種情形，即在一方面，一個(gè)或多個(gè)阱在一個(gè)時(shí)刻所需求的電功率超過在該時(shí)刻由源提供的功率，以及在另一方面，由源在一個(gè)時(shí)刻提供的功率大于由阱在相同時(shí)間所需求的功率。

因此，本發(fā)明的目標(biāo)是提供電功率分配器以及在電網(wǎng)中分配電功率的方法，其使得有可能以電能的一個(gè)或多個(gè)阱在任何時(shí)間接收所需求的功率的方式來協(xié)調(diào)多個(gè)源。

為此目的，有必要在一方面將由源提供的功率分配給阱，以使得也提供由阱需求的功率，并且通過考慮其他源和/或阱，優(yōu)選通過考慮選擇性地充當(dāng)源或阱的能量存儲(chǔ)裝置，來覆蓋出現(xiàn)的功率過?；蚬β什蛔?。

為了實(shí)現(xiàn)該目的，提供了一種用于電網(wǎng)的電功率分配器，其包括：具有至少三個(gè)端子的電分配器電路，其中電能的源和阱可以連接至這些端子，其中這三個(gè)端子以電流可以從這些端子中的每一者流向其他端子中的每一者的方式來電連接在一起，并且其中這些端子中的每一者具有相應(yīng)的功率控制器，該功率控制器適配成在該功率分配器的操作中，經(jīng)由相應(yīng)的端子流動(dòng)的電功率p(t)可以根據(jù)時(shí)間t來調(diào)節(jié)；可連接至數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的通信設(shè)備，其適配成在該功率分配器的操作中從源和阱接收數(shù)據(jù)；以及用于在端子處根據(jù)時(shí)間t來控制電功率p(t)的流動(dòng)的分配的控制裝置，其中該控制裝置以從通信設(shè)備接收到的數(shù)據(jù)可以由控制裝置處理的方式來連接至通信設(shè)備，其中該控制裝置連接至每個(gè)功率控制器，其中該控制裝置適配成在該功率分配器的操作中根據(jù)從源或阱接收到的數(shù)據(jù)來計(jì)算經(jīng)由每個(gè)端子流動(dòng)的電功率p(t)，并且其中控制裝置適配成在該功率分配器的操作中根據(jù)時(shí)間t來控制經(jīng)由相應(yīng)的端子流動(dòng)的電功率p(t)。

該電功率分配器的基本理念是：以如下方式生成取決于時(shí)間的具有不同特性(即，在功率分配器的分配器電路的端子處具有功率p(t)的不同時(shí)間曲線)的功率流(這些功率流也被稱為功率曲線)：電功率分配器控制從連接至其的源至連接至其的阱的功率流，以使得能夠提供由阱需求的功率。在此方面，控制機(jī)制基于功率分配器或其控制裝置經(jīng)由可連接至數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的通信設(shè)備從源或阱接收到的數(shù)據(jù)。

根據(jù)本發(fā)明的術(shù)語“電能的源”用于表示所有的電設(shè)備，當(dāng)這些電設(shè)備被連接至功率分配器時(shí)，它們提供電能或功率。那可以是非常具體地，例如所有類型的發(fā)電站，或也可以是可再充電的被放電的能量存儲(chǔ)裝置。另外，整個(gè)子電網(wǎng)可以看起來像連接至分配器電路的一個(gè)端子的源。

相應(yīng)地，根據(jù)本發(fā)明的術(shù)語“電能的阱”用于表示所有類型或種類的電消費(fèi)者(例如，家庭連接)，但是也表示從功率分配器汲取功率的整個(gè)子電網(wǎng)。根據(jù)本發(fā)明的阱因此是電功率從功率分配器流入的電網(wǎng)的任何單元。

在固定或安裝的條件下，電功率分配器形成其一部分的電網(wǎng)例如是供應(yīng)電網(wǎng)，其中源和阱經(jīng)由機(jī)動(dòng)車、飛行器、船舶、或其他交通模式的架空線路或地面線路或電板載網(wǎng)絡(luò)來連接至功率分配器。

在第一簡單的實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的電分配器電路可以是總線條，電功率分配器的所有端子都以并聯(lián)關(guān)系連接至該總線條。使用分配器電路的此類配置，功率分配器內(nèi)的功率流僅由相應(yīng)的端子中的功率控制器來確定。

在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，可被連接至源的或者在考慮電網(wǎng)時(shí)被連接至源的至少兩個(gè)端子是經(jīng)由所謂的縱橫條(crossbar)來連接的，即耦合場(彼此可切換且具有分配器條)，其進(jìn)而連接至其他端子，其他的源或優(yōu)選阱被連接至或可以被連接至這些其他端子。根據(jù)本發(fā)明，早先也被稱為縱橫條分配器的耦合場用作將由連接至功率分配器的每個(gè)源提供的功率切換到連接至該功率分配器的至少一個(gè)阱。用于弱電流的耦合場是通信技術(shù)中已知的并且屬于所謂的空間復(fù)用方法。耦合場表示將傳入和傳出線路連接在一起的矩陣(所謂的耦合倍數(shù))。當(dāng)通信技術(shù)中的耦合場是完全透明的時(shí)候(即輸入端的信號(hào)被切換至對(duì)應(yīng)的輸出端而沒有改變或偽造)，本申請(qǐng)的情形中的術(shù)語“耦合場”還涵蓋將多個(gè)功率流組合在一起或劃分功率流的耦合場。

耦合場形式的分配器電路的實(shí)施例具有勝過其中所有端子并聯(lián)連接至總線條的實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)，其中源可以獨(dú)立于它們?cè)诠β史峙淦魈幪峁┑碾妷簛韰f(xié)調(diào)，并且以此方式，任何期望的電壓電平或者關(guān)于功率的任何期望的時(shí)間配置可以在連接至阱的端子處被提供。

在根據(jù)本發(fā)明的功率分配器的另一實(shí)施例中，源和阱的所有端子被連接至分配器電路，該分配器電路是選擇性地準(zhǔn)許這些端子彼此之間的每一個(gè)連接的電耦合場。

此類配置在電路系統(tǒng)方面具有最高等級(jí)的復(fù)雜性，但是也具有切換狀態(tài)方面的最大可能靈活性。具體而言，使用此類實(shí)施例，不需要考慮是源還是阱連接至功率分配器的端子。具體而言，在此情形中，通過功率分配器來放電和充電的能量存儲(chǔ)裝置可連接至每一個(gè)端子。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，耦合場的所有節(jié)點(diǎn)是由根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的閉環(huán)功率控制器來形成的。在替換實(shí)施例中，耦合場的所有節(jié)點(diǎn)通過閉合/斷開開關(guān)來形成。

在根據(jù)發(fā)明的功率分配器的實(shí)施例中，分配器電路具有第一和第二部分，其中第一部分包括耦合場，該耦合場設(shè)計(jì)成：可被連接至源或阱的第一耦合場的所有端子可以按并聯(lián)或串聯(lián)關(guān)系來連接至分配器電路的第二部分。為了該目的，在實(shí)施例中，分配器電路的第一部分的耦合場的諸節(jié)點(diǎn)是通過根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的閉環(huán)功率控制器來形成的。在實(shí)施例中，分配器電路的第二部分可以是無源總線條的形式或者也可以是在節(jié)點(diǎn)處具有簡單的閉合/斷開開關(guān)的耦合場此類分配器電路的第一部分根據(jù)本申請(qǐng)也被稱為物理抽象層。具有物理抽象層的分配器電路的實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是：其在具有高度靈活性的同時(shí)減小了電路系統(tǒng)的復(fù)雜度。

電功率分配器的中央元件是每個(gè)端子中的功率控制器，其中該功率控制器是這樣適配的：在功率分配器的操作中，經(jīng)由相應(yīng)的端子流動(dòng)的電功率p(t)能根據(jù)時(shí)間來調(diào)節(jié)。在此方面，術(shù)語“功率控制器”用于表示任何電子設(shè)備，其中經(jīng)由相應(yīng)的端子流動(dòng)的電功率p(t)可以根據(jù)時(shí)間t來調(diào)節(jié)。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，功率控制器涉及升壓轉(zhuǎn)換器和降壓轉(zhuǎn)換器的組合，其電壓電平可以被控制。在實(shí)施例中，為此目的，功率控制器具有連接至功率分配器的控制裝置的控制信號(hào)輸入端。在實(shí)施例中，控制信號(hào)是經(jīng)調(diào)制的電壓信號(hào)的脈沖寬度的形式，該脈沖寬度控制功率控制器的電壓電平。

在實(shí)施例中，功率控制器的升壓轉(zhuǎn)換器和降壓轉(zhuǎn)換器優(yōu)選地在每個(gè)端子中具有雙向配置。以此方式，功率分配器的端子可被連接至源和阱兩者。那是重要的，尤其是在源和阱在最寬意義上涉及能量存儲(chǔ)裝置(其可經(jīng)由功率分配器來放電和充電)的情況下。

當(dāng)其中在分配器電路的端子中僅有一個(gè)功率控制器的實(shí)施例是有可能的時(shí)候，其中功率控制器是分配器電路的每個(gè)端子中的被稱為功率流控制器(數(shù)字流控制器；dfc)的設(shè)備的一部分的實(shí)施例是優(yōu)選的。根據(jù)本申請(qǐng)的此類數(shù)字流控制器可被描述為閉環(huán)功率控制器，其功率水平是基于由功率分配器的控制裝置預(yù)定的控制信號(hào)來控制的。

因此，除了一個(gè)或多個(gè)功率控制器之外，此類dfc具有控制裝置，該控制裝置在一方面經(jīng)由數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)來連接至功率分配器的(中央)控制器以及在另一方面連接至dfc的一個(gè)或多個(gè)功率控制器，以使得在功率分配器的操作中提供對(duì)功率控制器的狀態(tài)的開環(huán)控制，或者在一實(shí)施例中提供其閉環(huán)控制。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，dfc的控制裝置被適配成：將對(duì)應(yīng)的端子的功率流p(t)的任何值(其由dfc的控制裝置從功率分配器的(中央)控制裝置接收)轉(zhuǎn)換成用于控制一個(gè)或多個(gè)功率控制器的控制信號(hào)。在實(shí)施例中，用于功率控制器的控制的此類控制信號(hào)是電壓信號(hào)的脈沖寬度，其中功率控制器的可控制的開關(guān)(例如晶閘管)的柵極是用該控制信號(hào)來驅(qū)動(dòng)的。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，除了功率控制器之外，功率分配器的每個(gè)端子具有用于檢測經(jīng)由端子流動(dòng)的實(shí)際電功率的測量設(shè)備。

在實(shí)施例中，該測量設(shè)備是dfc的一部分且連接至dfc的控制裝置，其中dfc的控制裝置被適配成：控制經(jīng)由功率分配器的端子的實(shí)際功率，以使得該實(shí)際功率等于由功率分配器的中央控制裝置預(yù)定的功率p(t)(其在此意義上表示參考功率)。每個(gè)端子中的測量設(shè)備準(zhǔn)許控制經(jīng)由端子流動(dòng)的功率電流。

在根據(jù)本發(fā)明的功率分配器的實(shí)施例中，每個(gè)端子附加地具有電壓轉(zhuǎn)換器。該電壓轉(zhuǎn)換器是dfc的合意部分。在實(shí)施例中，電壓轉(zhuǎn)換器被布置在dfc中的測量設(shè)備與功率控制器之間。

此類電壓轉(zhuǎn)換器能夠?qū)⑤斎腚妷恨D(zhuǎn)換成較高或較低的輸出電壓。將輸入電壓轉(zhuǎn)換成較高的電壓的電壓轉(zhuǎn)換器也被稱為升壓轉(zhuǎn)換器。將輸入電壓轉(zhuǎn)換成較低的電壓的電壓轉(zhuǎn)換器也被稱為降壓轉(zhuǎn)換器。升壓轉(zhuǎn)換器和降壓轉(zhuǎn)換器通常以dc元件的形式來呈現(xiàn)，以使得當(dāng)在ac系統(tǒng)中使用升壓轉(zhuǎn)換器和降壓轉(zhuǎn)換器時(shí)，整流或反相優(yōu)選地發(fā)生在此類電壓轉(zhuǎn)換器之前和之后。

功率分配器即使當(dāng)它從源或阱接收數(shù)據(jù)時(shí)也提供對(duì)于本發(fā)明而言是必需的某些功能，以便在時(shí)間t處從該數(shù)據(jù)計(jì)算經(jīng)由每個(gè)端子流動(dòng)的功率p(t)。在此情形中，必須為不存在數(shù)據(jù)的那些源和/或阱估計(jì)將來時(shí)刻t的功率流p(t)。。

然而，優(yōu)選的實(shí)施例是其中至少從源并且優(yōu)選地還從阱接收到數(shù)據(jù)的實(shí)施例。

在實(shí)施例中，電功率分配器中的功率流調(diào)節(jié)控制的前提條件是：功率分配器在任何時(shí)間t處具有關(guān)于哪些源可在該時(shí)間t處提供哪個(gè)最大功率p最大(t)的信息。這是以從源向功率分配器的控制裝置的信息流為先決條件的。因此，根據(jù)本發(fā)明的電功率分配器具有可連接至數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的通信設(shè)備，該通信設(shè)備適配成在該功率分配器的操作中從諸源接收數(shù)據(jù)。

在實(shí)施例中，此類通信設(shè)備是用于連接至數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的接口，在這方面對(duì)于本發(fā)明而言，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)由哪個(gè)物理傳輸路徑向功率分配器的通信設(shè)備傳送數(shù)據(jù)是不重要的。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)可以是例如經(jīng)電纜連接的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)或還可以是無線電網(wǎng)絡(luò)。

功率分配器旨在經(jīng)由通信設(shè)備來從源接收數(shù)據(jù)。這是以這些源具有合適的技術(shù)以生成數(shù)據(jù)并且將數(shù)據(jù)傳送至功率分配器的通信設(shè)備為先決條件的。然而，另外，在實(shí)施例中，源還可以被附加地連接至功率分配器，這些源不提供至功率分配器的數(shù)據(jù)連接。為此目的，在本發(fā)明的實(shí)施例中，功率分配器的控制裝置被適配成：為連接至功率分配器的源(該源不向功率分配器傳遞數(shù)據(jù)形式的任何狀態(tài)信息)估計(jì)由該源在未來時(shí)間t處最大可提供的功率p最大(t)，以便還能夠?qū)⒃撛醇傻诫娋W(wǎng)中。此類估計(jì)可基于例如關(guān)于源的類型的信息和/或基于在前一段時(shí)間上對(duì)由該源提供的功率的測量。

在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，功率分配器在任何時(shí)間t處都具有連接至功率分配器的哪個(gè)阱在該時(shí)間t汲取哪個(gè)功率的信息。這是以從阱向功率分配器的控制裝置的附加信息流為先決條件的。因此，在此類實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的電功率分配器具有可被連接至數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的通信設(shè)備，該通訊設(shè)備適配成在該功率分配器的操作中從諸阱附加地接收數(shù)據(jù)。

用于控制電功率分配器內(nèi)的從連接至源的端子到連接至阱的端子的電功率p(t)的流動(dòng)分配的控制裝置例如是微處理器或一般地是計(jì)算機(jī)。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，該控制裝置被設(shè)計(jì)以及適配成：在功率分配器的操作中，該功率分配器以在任何時(shí)間t處在連接至阱的端子處所提供的電功率p(t)等于該阱在該時(shí)間處所需求的功率p需求(t)的方式來控制功率控制器。

控制裝置連接至功率分配器的通信設(shè)備以使得該控制裝置接收并且可以處理從該通信設(shè)備接收到的數(shù)據(jù)。為了能夠?qū)崿F(xiàn)功率分配器內(nèi)的電功率p(t)的流動(dòng)分配，控制裝置還連接至功率分配器的端子中的每個(gè)功率控制器。在本發(fā)明的實(shí)施例中，控制裝置為每個(gè)功率控制器預(yù)定根據(jù)時(shí)間t的功率p(t)的至少一個(gè)參考值，該功率p(t)經(jīng)由相應(yīng)的端子流動(dòng)。雖然在本發(fā)明的實(shí)施例中，該控制裝置還提供相應(yīng)的端子處的功率的閉環(huán)控制，并且為此目的，從端子接收關(guān)于實(shí)際功率的測量值，但是在其他實(shí)施例中，該功率控制器自身具有專用的閉環(huán)控制電路，該閉環(huán)控制電路適配成將實(shí)際功率適配成由該控制裝置預(yù)定的參考功率。功率控制器與相關(guān)聯(lián)的閉環(huán)控制裝置(包括控制裝置和測量設(shè)備)的組合在本申請(qǐng)中被稱為dfc。

在實(shí)施例中，在任何時(shí)間t處，該控制裝置具有關(guān)于經(jīng)由哪些端子將哪個(gè)功率p(t)潰入功率分配器以及在時(shí)間t處經(jīng)由哪些端子遞送哪個(gè)功率p(t)的信息。

為此目的，在本發(fā)明的實(shí)施例中，控制裝置適配成：在功率分配器的操作中，針對(duì)每個(gè)時(shí)間t，從以下各項(xiàng)計(jì)算經(jīng)由每個(gè)端子流動(dòng)的電功率p(t)：

-可以由每個(gè)源在時(shí)間t處提供的最大電功率p最大(t)，以及

-由每個(gè)阱在時(shí)間t處所需求的電功率p需求(t)，以及

以在相應(yīng)端子處在時(shí)間t處調(diào)節(jié)所計(jì)算出的電功率p(t)的方式來控制功率控制器。

將領(lǐng)會(huì)，在該情形中，由源在任何時(shí)間t處潰入功率分配器的功率p(t)最大與可以由源在該時(shí)間處提供的最大電功率p最大(t)一樣大。類似地，在實(shí)施例中，理想地，在時(shí)間t處向連接至電功率分配器的端子的每個(gè)阱提供等于由相應(yīng)的阱在該時(shí)間t處所需求的電功率p需求(t)的電功率。

換言之，控制裝置為電功率分配器的每個(gè)端子確定功率曲線，即關(guān)于每個(gè)時(shí)間t經(jīng)由相應(yīng)的端子流動(dòng)的電功率p(t)的曲線。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，控制裝置被設(shè)計(jì)以及適配成：在功率分配器的操作中，它將每個(gè)端子處的根據(jù)時(shí)間t的功率p(t)近似或數(shù)字化為基本功率dp的整數(shù)倍，其中dp在一段時(shí)間dt上為常數(shù)。此類近似還可以被解讀為和被稱為功率曲線的數(shù)字化。具有離散的基本功率等級(jí)dp的功率曲線的數(shù)字化使得能夠使用算法來高效地解決將連接至源的端子的功率分配至連接至阱的端子的算法任務(wù)。此類算法在下文中詳細(xì)地描述。

作為由基本功率dp來將功率曲線p(t)近似或數(shù)字化的替換方案，其中dp在一時(shí)間段dt上為常數(shù)，控制裝置有可能被設(shè)計(jì)以及適配成：在功率分配器的操作中，將每個(gè)端子處的根據(jù)時(shí)間t的功率p(t)近似為以下公式：

該近似在數(shù)據(jù)處理中被稱為2的冪表示。

為了能夠?qū)崿F(xiàn)從源至阱的功率分配，必須解決兩個(gè)任務(wù)。在一方面，所有源的功率流的量必須在功率分配器中被分派至從功率分配器到阱中的個(gè)體功率流的量。該任務(wù)可以被容易地解決，尤其是對(duì)于如以上描述地?cái)?shù)字化的功率流p(t)。在另一方面，分配器電路內(nèi)的分配所要求的物理路徑必須被確定以及連接，以使得滿足所連接的阱的所有要求的功率流。

功率分配器與各種源的功率流組合(即添加)，以使得發(fā)生所期望的向阱的功率流動(dòng)。在實(shí)施例中，這在電壓被適配成在源的端子處發(fā)生功率流動(dòng)的情況下達(dá)成。在并聯(lián)電路的情形中通過電壓平衡來增加電流或在串聯(lián)電路的情形中增加電壓，以使得個(gè)體功率流增加。

實(shí)施例中所要求的步驟可被如下概括：

1.針對(duì)每個(gè)未來的時(shí)間t，確定連接至功率分配器的每個(gè)阱所需求的功率曲線p需求(t)，

2.針對(duì)每個(gè)未來的時(shí)間t，確定每個(gè)源的最大提供的功率p最大(t)的功率曲線，

3.將源和阱的功率曲線進(jìn)行數(shù)字化，

4.用協(xié)調(diào)算法來解決優(yōu)化任務(wù)，也就是可如何將源的功率曲線分配給阱，

5.經(jīng)由分配器電路來連接源和阱，

6.由功率分配器來調(diào)節(jié)源和阱的端子處的個(gè)體功率流；以及

7.通過合適的閉環(huán)和開環(huán)控制電路來管控該過程。

列為項(xiàng)目4的步驟基于以下任務(wù)：哪些源必須以何種時(shí)間順序經(jīng)由分配器電路和dfc中的哪些路徑來連接，以使得可以在連接至阱的功率分配器的端子處提供阱所要求的功率曲線。這可以藉由適合的算法來解決更加復(fù)雜的任務(wù)。適合的算法的示例是單純形法和原生法。如在下文中詳細(xì)描述的，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的算法也是適合的。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，控制裝置適配成：在功率分配器的操作中，它將經(jīng)由連接至源的每個(gè)端子流動(dòng)的經(jīng)數(shù)字化的電功率p(t)分派至經(jīng)由連接至阱的端子流動(dòng)的電功率p(t)。為此目的，在一實(shí)施例中執(zhí)行以下步驟：

1.針對(duì)每個(gè)時(shí)間片t以及針對(duì)所有的源j來計(jì)算區(qū)別：

2.如果對(duì)于單個(gè)源j適用則來自單個(gè)源的需求可以被滿足，該計(jì)算終止且源的殘差值通過取值以及優(yōu)選地進(jìn)一步的校正項(xiàng)時(shí)間片來更新，該時(shí)間片取決于源的類型，

3.如果單個(gè)源j不滿足需求，則檢查是否存在兩個(gè)源j和i以使得在時(shí)適用以及如果滿足該條件，則更新兩個(gè)源的殘差值以使得對(duì)于這兩個(gè)源而言分別適用

4.如果即使用兩個(gè)源也不能滿足需求，則用三個(gè)或更多個(gè)源來重復(fù)步驟2，

其中是第k個(gè)需求曲線的值且是第j個(gè)源在第t個(gè)時(shí)間片期間最大提供的功率值。

通過分配器電路從源到阱的路徑還用已知的算法來確定或者從對(duì)應(yīng)的鏈路表中讀取出來。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，控制裝置被設(shè)計(jì)和適配成：在功率分配器的操作中，基于基本能量分組具有能量dp×dt的假定來控制電流流動(dòng)。

在電功率分配器的實(shí)施例中，功率分配器的端子之一電連接至電能存儲(chǔ)裝置，該電能存儲(chǔ)裝置適配成：在操作中可以接收、存儲(chǔ)和/或遞送電能，其中該能量存儲(chǔ)裝置適配成：基于關(guān)于能量存儲(chǔ)裝置的當(dāng)前狀態(tài)的信息，可以計(jì)算出可由能量存儲(chǔ)裝置在未來時(shí)間t處提供的最大電功率p最大(t)和在時(shí)間t處的最大功率輸入pcap(t)。并且其中該控制裝置被設(shè)計(jì)和適配成：在功率分配器的操作中，在計(jì)算時(shí)間t處經(jīng)由每個(gè)端子流動(dòng)的電功率p(t)的情形中，將可以由能量存儲(chǔ)裝置在該時(shí)間t處提供的最大電功率p最大(t)或能量存儲(chǔ)裝置的在該時(shí)間t處可能的功率輸入pcap(t)納入考慮。此類實(shí)施例具有以下優(yōu)勢：在時(shí)間t處流入功率分配器中的電功率與在該時(shí)間處從功率分配器流出來的電功率之間的“不匹配”可以由此類能量存儲(chǔ)裝置來補(bǔ)償。為此目的，用過剩的電能來對(duì)能量存儲(chǔ)裝置進(jìn)行充電或由能量存儲(chǔ)裝置以及連接至阱的端子來提供缺失的電能。功率分配器能夠操作的先決條件是：能量存儲(chǔ)裝置被適配成能夠從關(guān)于任何時(shí)間t1處能量存儲(chǔ)裝置的狀態(tài)的狀態(tài)信息計(jì)算能量存儲(chǔ)裝置在未來的任何時(shí)間t＝t1+δt處的最大功率輸入pcap(t)以及可以在該時(shí)間t＝t1+δt處提供的最大電功率p最大(t)兩者。這是基于以下假定的：從時(shí)間t1開始的所有功率流被記錄并且可用于計(jì)算功率p最大(t)和pcap(t)。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，此類能量存儲(chǔ)裝置例如是超級(jí)電容器、化學(xué)能量存儲(chǔ)裝置、機(jī)械/運(yùn)動(dòng)學(xué)能量存儲(chǔ)裝置、勢能存儲(chǔ)裝置或熱動(dòng)力能量存儲(chǔ)裝置。

雖然在一實(shí)施例中，電連接至功率分配器的端子之一的至少一個(gè)此類電能存儲(chǔ)裝置形成具有電功率分配器的集成系統(tǒng)，但是也對(duì)電能的所有其他源(這些源電連接至功率分配器的端子之一)作出電能存儲(chǔ)裝置上關(guān)于其可在任何時(shí)間t處提供的最大電功率p最大(t)的要求。

因此，以上提及的目標(biāo)中的至少一個(gè)目標(biāo)也通過電力電網(wǎng)來獲得，該電力電網(wǎng)包括：如上文中本發(fā)明的實(shí)施例中描述的電功率分配器；以及連接至功率分配器的通信設(shè)備的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)；電能的至少一個(gè)源，其中該源電連接至功率分配器的端子之一，其中該源被適配成基于關(guān)于源的當(dāng)前狀態(tài)的信息，可以演算出由該源在任何的未來時(shí)間t處最大產(chǎn)生的電功率p最大(t)，并且該源具有連接至數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的通信設(shè)備，該通信設(shè)備適配成在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的操作中向功率分配器的通信設(shè)備傳送數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)具有關(guān)于源的當(dāng)前狀態(tài)的信息和/或具有關(guān)于可在未來的時(shí)間t處最大提供的電功率p最大(t)的信息；以及電能的至少一個(gè)阱，其中該阱電連接至功率分配器的端子之一，并且其中該阱具有連接至數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的通信設(shè)備，該通信設(shè)備適配成在電網(wǎng)的操作中向功率分配器的通信設(shè)備傳送具有關(guān)于由該阱在未來的時(shí)間t處所需求的電功率p需求(t)的信息的數(shù)據(jù)。

能量存儲(chǔ)裝置的重要特性是：如果關(guān)于能量存儲(chǔ)裝置的當(dāng)前狀態(tài)在計(jì)算時(shí)是可用的，則可以計(jì)算出可在任何未來的時(shí)間t處提供的最大電功率p最大(t)或可以由能量存儲(chǔ)裝置在任何的未來時(shí)間處接收到的最大功率pcap(t)。此類信息包括能量存儲(chǔ)裝置的充電狀態(tài)以及其相對(duì)于時(shí)間的充電或放電性能。在此方面，某些屬性已經(jīng)被能量存儲(chǔ)裝置的類型所限定。由此，例如超級(jí)電容器具有不同于常規(guī)的鋰離子電池的放電曲線。關(guān)于該狀態(tài)的其他信息例如是該能量存儲(chǔ)裝置處于的溫度。尤其是在可重新充電的電池的情形中，放電特性取決于例如該電池將操作的溫度和電池已經(jīng)經(jīng)歷過的充電循環(huán)數(shù)目。

可以在未來的時(shí)間t處提供其最大電功率并且可以基于關(guān)于能量存儲(chǔ)裝置的當(dāng)前或現(xiàn)在狀態(tài)的信息來演算出未來時(shí)間t處的最大功率輸入的能量存儲(chǔ)裝置被稱為是確定性能量存儲(chǔ)裝置。

在此方面，對(duì)于功率分配器的功能性而言，能量存儲(chǔ)裝置經(jīng)由數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備來向功率分配器的控制裝置傳送關(guān)于它的當(dāng)前狀態(tài)的信息并且功率分配器的控制裝置執(zhí)行p最大(t)和pcap(t)的演算，還是在能量存儲(chǔ)裝置自身的一部分上演算p最大(t)和pcap(t)并且隨后經(jīng)由數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備來向功率分配器的控制裝置傳送是不重要的。其中能量存儲(chǔ)裝置僅具有由功率分配器的控制裝置來讀取以確定p最大(t)和pcap(t)的測量設(shè)備的實(shí)施例也是有可能的。在本發(fā)明的實(shí)施例中，基于關(guān)于存儲(chǔ)裝置類型和能量存儲(chǔ)裝置的結(jié)構(gòu)的信息、根據(jù)該能量存儲(chǔ)裝置所連接到的功率分配器的端子中的dfc的測量設(shè)備中的電流和電壓的測量來確定p最大(t)和pcap(t)。在此類實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)裝置自己不需要任何的通信接口或測量設(shè)備。

以與在上文中具有電能存儲(chǔ)裝置的電能分配器的實(shí)施例中詳細(xì)描述的方式類似的方式，針對(duì)根據(jù)本發(fā)明的電網(wǎng)的先決條件是：經(jīng)由電網(wǎng)以及還經(jīng)由數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)兩者來連接至功率分配器的電能的源是確定性源，其使得能夠基于關(guān)于能量源的當(dāng)前狀態(tài)的信息來演算可由能量源在未來的時(shí)間t處提供的最大電功率p最大(t)。電能的那些源還可被稱為確定性源。如之前的那樣，在此方面，該源經(jīng)由數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)向功率分配器的控制裝置傳達(dá)可以在未來的任何時(shí)間處提供的最大電功率p最大(t)、還是使得控制裝置能夠演算p最大(t)的狀態(tài)信息是不重要的。用在時(shí)間上為常數(shù)的功率遞送來演算可以由例如柴油發(fā)電機(jī)提供的最大功率p最大(t)是容易的。

另外，在實(shí)施例中，從功率分配器的角度來說，在功率分配器的控制裝置在任何時(shí)間t處知曉由相應(yīng)的阱在該時(shí)間處所需求的多少功率p需求(t)的意義上，連接至功率分配器的端子的阱也必須是確定性的。為此目的，在實(shí)施例中，該阱經(jīng)由數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和功率分配器的通信設(shè)備來傳送信息，以使得該信息對(duì)于功率分配器的控制裝置而言是可用的。作為替換方案，在實(shí)施例中，阱所需求的功率也可以由功率分配器的控制裝置來估計(jì)或者以其它某種方式來演算。

在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)源以及一個(gè)或多個(gè)阱經(jīng)由架空線路或地面線路或水下線路來連接至功率分配器。換言之，在此類情形中，電網(wǎng)是用于將家庭、工業(yè)企業(yè)、或其他消費(fèi)者連接至能量生成器(例如常規(guī)發(fā)電站、用于產(chǎn)生可再生能量的發(fā)電站、或能量存儲(chǔ)裝置)的配電網(wǎng)。

在本發(fā)明的替換實(shí)施例中，電網(wǎng)是機(jī)動(dòng)車、飛行器或船舶的板載系統(tǒng)。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，連接至功率分配器的端子的能量存儲(chǔ)裝置以及電能的源具有互相不同的功率曲線p(t)。這使得通過能量存儲(chǔ)裝置和電能的源的組合來滿足一個(gè)或多個(gè)阱的部分上的完全不同的功率曲線是有可能的。

以上提及的目標(biāo)中的至少一者還通過用于在電網(wǎng)中分配電功率的包括以下步驟的方法來達(dá)成：將電能的至少三個(gè)源和阱連接至分配器電路的相應(yīng)端子，其中該分配器電路的端子以電流可以從每個(gè)端子流向每個(gè)其他端子的方式來電連接在一起；以及從源或阱接收數(shù)據(jù)，根據(jù)時(shí)間t并且根據(jù)從源或阱接收到的數(shù)據(jù)來演算經(jīng)由每個(gè)端子流動(dòng)的電功率p(t)；以及借助連接至端子的相應(yīng)的功率控制器來控制在時(shí)間t處經(jīng)由端子流動(dòng)的電功率p(t)。

在已經(jīng)在上文中關(guān)于電功率分配器和具有該功率分配器的電網(wǎng)描述了本發(fā)明的諸方面的情況下，這些方面也適用于用于在電網(wǎng)中分配電功率的對(duì)應(yīng)方法。在該方法用根據(jù)本發(fā)明的功率分配器或電網(wǎng)來執(zhí)行的情況下，該方法具有用于根據(jù)本發(fā)明的功率分配器或電網(wǎng)的恰適步驟。然而，具體而言，電功率分配器和電功率電網(wǎng)的實(shí)施例也適用于執(zhí)行該方法的實(shí)施例。

根據(jù)本發(fā)明的功率分配器以及根據(jù)本發(fā)明的用于在電網(wǎng)中分配電功率的方法可以有利地使用在一系列應(yīng)用中。在電網(wǎng)(例如供電網(wǎng)或機(jī)動(dòng)車的板載系統(tǒng))中，實(shí)施例中的功率分配器可以用于電網(wǎng)穩(wěn)定，尤其是用于緩沖功率遞送中或功率需求中的短期波動(dòng)。在另一實(shí)施例中，功率分配器可以用作常規(guī)電網(wǎng)與受數(shù)字控制的電網(wǎng)(所謂的智能電網(wǎng)或基于分組的功率傳輸電網(wǎng))之間的接口。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，功率分配器被用于能量存儲(chǔ)裝置(優(yōu)選電池)的管理。在此方面，具體而言，它控制能量存儲(chǔ)裝置的重新充電過程和充電管理。

本發(fā)明的其他優(yōu)勢、特征和可能的用途將從下文描述的其實(shí)施例和附圖變得清晰明顯。

圖1圖解地示出了放電期間的電容器的功率曲線的數(shù)字化的實(shí)施例，

圖2圖解地示出了放電期間的電容器的功率曲線的數(shù)字化的另一實(shí)施例，

圖3圖解地示出了根據(jù)本發(fā)明的電網(wǎng)的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，

圖4圖解地示出了圖3的電網(wǎng)的詳細(xì)表示，

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字流控制器的實(shí)施例的電路圖，

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的雙向升壓/降壓轉(zhuǎn)換器的示意電路圖，

圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的具有用于功率分配器的無源總線條的分配器電路的示意性電路圖，

圖8示出了如圖7中示出的無源總線條的級(jí)聯(lián)布置的圖解表示，

圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的作為分配器電路的完全可重新配置的耦合場的圖解表示，

圖10示出了圖9的耦合場的變型的圖解表示，

圖11a)示出了作為示例的4×1耦合場的表示，

圖11b)示出了圖11a)的耦合場的切換狀態(tài)的圖解表示，

圖12a)示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的分配器電路的圖解表示，該分配器電路具有無源總線條以及所謂的物理抽象層，

圖12b)示出了如圖12a)中示出的dfc的示意性電路圖，

圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的分配器電路的示意性電路圖，該分配器電路具有耦合場以及所謂的物理抽象層，

圖14示出了作為示例的將三個(gè)源的基本功率單元分配給一個(gè)阱的圖解表示，

圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的機(jī)動(dòng)車的板載網(wǎng)絡(luò)的電路圖，以及

圖16圖解地示出了作為示例的圖15的處于極佳負(fù)載情況下的板載網(wǎng)絡(luò)的功率流。

在附圖中，相同的元件由相同的標(biāo)記來表示。

在下文描述的特定實(shí)施例中，首先討論了能量存儲(chǔ)裝置的功率特性以及逼近功率曲線的概念(即由能量存儲(chǔ)裝置根據(jù)時(shí)間的電功率遞送的配置)。隨后的一部分是關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的功率控制的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和操作模式以及能量存儲(chǔ)裝置至該功率控制的連接。討論以其中使用這種類型的功率分配器的電網(wǎng)的數(shù)個(gè)示例的描述來結(jié)束。

為了存儲(chǔ)電能，存在大量的方法，例如電化學(xué)存儲(chǔ)裝置、勢能存儲(chǔ)裝置或電容性存儲(chǔ)裝置。所有的那些存儲(chǔ)裝置具有不同的功率特性，即由存儲(chǔ)裝置根據(jù)時(shí)間來提供的最大電功率p最大(t)或可以在時(shí)間t處接收到的電功率pcap(t)彼此不同。這不僅在不同的存儲(chǔ)原理之間存在，而且還在存儲(chǔ)原理內(nèi)的各種特定技術(shù)之間存在。

如果不同類型、技術(shù)、以及形式的電能存儲(chǔ)裝置的不同功率特性被組合在一起，則它們可被用于在電網(wǎng)內(nèi)滿足由電網(wǎng)的阱所設(shè)置的相當(dāng)不同的需求。

在電動(dòng)汽車領(lǐng)域中，例如，在考慮電驅(qū)動(dòng)的機(jī)動(dòng)車時(shí)，取決于相應(yīng)的行駛情況和環(huán)境狀況，對(duì)不同消耗者或阱的電源作出波動(dòng)的需求。此類消耗者的示例是加熱系統(tǒng)、照明燈、電滯減震器以及輪轂電機(jī)。在此方面，每個(gè)消耗者涉及不同的特性，即根據(jù)時(shí)間的不同功率汲取。這導(dǎo)致關(guān)于對(duì)要被提供的電功率的需求的復(fù)雜動(dòng)態(tài)。

在電網(wǎng)內(nèi)提供用于向家庭、工業(yè)以及其他消耗者供電的電能也涉及高的動(dòng)態(tài)，特別是在電網(wǎng)具有大量取決于天氣的能源時(shí)，例如，風(fēng)渦輪機(jī)或光電裝置。

為了保證電網(wǎng)中的穩(wěn)定操作，有必要使源產(chǎn)生與阱消耗的電流那么多的電流。

在本申請(qǐng)中采用的語言使用中，電網(wǎng)中遞送電功率的所有那些元件被稱為源。消耗電功率的所有那些元件被稱為阱。在此意義上，能量存儲(chǔ)裝置是電能的源也是阱。既具有源又具有阱的電網(wǎng)的子電網(wǎng)從網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的角度來看可以看起來是源、也可以看起來是阱，即根據(jù)本發(fā)明的功率分配器取決于要被考慮的功率分配器是從子電網(wǎng)接收電功率還是向該子電網(wǎng)遞送電功率來將子電網(wǎng)連接至其他子電網(wǎng)。

對(duì)于其中沒有關(guān)于源和阱的數(shù)據(jù)的情況，根據(jù)本發(fā)明的示例來作出嘗試，以借助基于模型的方法、基于人工智能的方法或經(jīng)典日程安排來針對(duì)任何時(shí)間t預(yù)測阱的功耗以及源的功率遞送兩者。

源的功率遞送和阱的功耗中的短期和輕微波動(dòng)在傳統(tǒng)電網(wǎng)中通過發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)能量來緩沖。實(shí)現(xiàn)藉由發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率的支持的橋接動(dòng)作直至電網(wǎng)的控制機(jī)制已適應(yīng)電力生成。在不具有常規(guī)旋轉(zhuǎn)式電機(jī)械發(fā)電機(jī)或僅具有少量發(fā)電機(jī)的電網(wǎng)中，此類緩沖必須通過根據(jù)本發(fā)明的功率分配器來管理。在此情形中，通常出現(xiàn)這樣的情況：阱的需求與源的提供之間的電功率的差異不得不在短期中由存儲(chǔ)緩沖器占據(jù)，更具體地，直至來自連接至功率分配器的源的功率流總體上再次與連接至功率分配器的阱中的功率流一樣大。

因此在本發(fā)明的實(shí)施例中，發(fā)生在電功率分配器中的電功率中的不足或過剩必須通過可以被附加地帶入操作中的合適的能量存儲(chǔ)裝置或源來補(bǔ)償。特別是對(duì)于補(bǔ)償電網(wǎng)波動(dòng)，下文描述的用于控制功率分配器的方法被用于生成功率曲線，該功率曲線在短期使得來自連接至功率分配器的能量存儲(chǔ)裝置的必要功率流可用于支持電網(wǎng)。在此情形中，用于支持電網(wǎng)的那些功率曲線是這樣被選擇的：預(yù)定的功率流或電壓電平或電網(wǎng)頻率位于預(yù)定的容差內(nèi)。

為了能夠滿足對(duì)功率分配的需求，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電網(wǎng)中，源和阱兩者的功率曲線通過具有功率單元dp的基本功率曲線來近似，該功率單元dp在一段時(shí)間dt上恒定。在該情形中，通過dp來對(duì)實(shí)際功率曲線p(t)的近似可以被理解為功率曲線p(t)的數(shù)字化。該近似簡化了用于在時(shí)間t處由源提供的功率與在該時(shí)間處由阱需求的功率之間分配電功率的算法。

在此方面，對(duì)于功率曲線的近似，存在兩個(gè)不同的近似方法。

在一個(gè)方面，功率p可以在給定時(shí)間區(qū)間dt中近似為p#，其中適用：

p#＝ni*dp，

換言之，時(shí)段dt中的功率p被近似為基本功率曲線dp的整數(shù)倍。

圖1示出了以該方式關(guān)于放電電容器的功率曲線p(t)所執(zhí)行的近似。此類電容器可被用作例如連接至功率分配器的端子的能量存儲(chǔ)裝置。以下一般適用于此類電容器的功率遞送：

p(t)＝p0*exp(-2t/rc),

其中r是負(fù)載電阻且c是電容器的電容。p0是時(shí)間t0處的完全充電狀態(tài)中所遞送的功率。

替換地，近似可以借助從數(shù)字技術(shù)中已知的2的冪形成法則來實(shí)現(xiàn)。以該方式來近似的關(guān)于放電電容器的功率曲線p(t)的配置藉由圖2中的示例來示出。隨后數(shù)字化的近似p#可被描述為：

p#＝σdpk＝σ2^k*dp，

其中dpk＝2^k*dp。

其適合于功率曲線可以由要通過電容器組來實(shí)現(xiàn)的2的冪形成法則來近似的電容器。

為了能夠在任何時(shí)間t處滿足連接至功率分配器的端子的個(gè)體阱的功率需求p需求(t)，各種源(這包括能量存儲(chǔ)裝置，例如以上考慮的電容器)的功率流必須組合在一起(即，連接在功率分配器中)，以使得連接至功率分配器的每個(gè)個(gè)體阱所需求的功率流可以被實(shí)現(xiàn)。

為了所解說的實(shí)施例中的目的，有必要提供至少一個(gè)能量存儲(chǔ)裝置，其能夠在功率不足的情形中補(bǔ)充由連接至功率分配器的其他源提供的功率或者在過剩的情形中接收在時(shí)間t處不需要的功率。

為了能夠達(dá)成分配任務(wù)，在任何時(shí)間t處必須已知所有源(包括標(biāo)識(shí)為能量存儲(chǔ)裝置的源)的當(dāng)前狀態(tài)以及至少阱的功率需求p需求(t)。在屬于時(shí)間t且在用于對(duì)功率流p(t)的近似的基本功率單元dp為常數(shù)的時(shí)間片dt處，在狀態(tài)模型中確定：在該時(shí)間t處關(guān)于源的最大功率p最大(t)和阱所需求的功率p需求(t)是怎樣呈現(xiàn)的以及源的功率可以怎樣分配給阱。如上文所述，這是通過對(duì)源和阱的功率曲線的近似來實(shí)現(xiàn)的。

作為考慮功率的替換方案，實(shí)施例中的功率流的控制還可以基于電壓u(t)來實(shí)現(xiàn)，如以下適用的：

p(t)＝(u²(t))/r,

其中r分別是源或阱的電阻。

圖3圖解地示出了根據(jù)本發(fā)明的包括多個(gè)阱或消耗者1000、多個(gè)源或發(fā)電機(jī)3000以及功率分配器2000的電網(wǎng)。

功率分配器2000的所有端子都是雙向特性的，從而對(duì)于所描述的實(shí)施例中的功率分配器2000，是源還是阱被連接至功率分配器2000的端子之一沒有差別。連接至功率分配器2000的典型個(gè)體元件可以是源也可以是阱。在此方面的示例是能量存儲(chǔ)裝置。然而，這也適用于當(dāng)連接至功率分配器2000的元件之一(例如，阱1000之一)是電網(wǎng)中經(jīng)由功率分配器2000來連接至其他子電網(wǎng)的子電網(wǎng)時(shí)。對(duì)連接至功率分配器2000的元件1000、3000是源還是阱的考慮僅取決于在給點(diǎn)時(shí)間t處，該元件是使得電功率對(duì)于功率分配器2000可用還是從功率分配器2000接收電功率。為了簡化對(duì)情形的考慮，在下文的描述中常常假定在給定時(shí)間t處，由1000標(biāo)識(shí)的所有元件是阱且由3000標(biāo)識(shí)的所有元件是源。元件1000、3000一起也被稱為節(jié)點(diǎn)。

圖4示出了圖3中的電網(wǎng)的詳細(xì)表示，其中在該表示中可以看見，根據(jù)本發(fā)明的電網(wǎng)包括邏輯上以及物理上的兩種網(wǎng)絡(luò)。在一個(gè)方面，這些網(wǎng)絡(luò)是準(zhǔn)許電網(wǎng)的組件的個(gè)體通信設(shè)備之間的信息交換的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)將阱1000的阱控制器1200中的每一者連接至功率分配器2000的通信設(shè)備2200，并且將電能的源3000的源控制器3200中的每一者連接至功率分配器2000的通信設(shè)備2200。作為比較，分別屬于阱1000和源3000的電端子1100和3100電連接至連接系統(tǒng)2100，其中該連接系統(tǒng)2100形成根據(jù)本發(fā)明的電分配器電路。

電端子1100、3100以及由此實(shí)際消耗者1300和發(fā)電機(jī)3300經(jīng)由分配器電路2100來連接在一起。組件1100、2100和2100由此形成所解說的電網(wǎng)的功率部分。在本申請(qǐng)中所采用的語言使用中，術(shù)語“發(fā)電機(jī)3300”涵蓋任何類型的電能源，例如以渦輪機(jī)、風(fēng)力發(fā)電裝置、光電裝置或電池的形式。

功率分配器2000的控制裝置2300用于控制在時(shí)間t處功率部分1100、2100、3100中的所要求的電功率流以及從在連接至數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的通信設(shè)備1200、2200、3200之間的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中交換的狀態(tài)信息計(jì)算在該時(shí)間處必需的功率流。

阱1000的控制器1100的目的是：基于實(shí)際消耗者1300的當(dāng)前功率需求和預(yù)期的功率需求來根據(jù)時(shí)間t生成所需要的功率p需求(t)的數(shù)字化需求曲線，以及經(jīng)由數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)來將該數(shù)字化需求曲線傳達(dá)給功率分配器的通信設(shè)備2200。

相反，源3000的控制器3200的目的是：確定和更新關(guān)于發(fā)電機(jī)3300的狀態(tài)信息，以及從該狀態(tài)信息計(jì)算在未來的任何時(shí)間t處可以由源3000提供的最大電功率，以及將該信息傳遞給功率控制器2000的控制設(shè)備2200。

在這里未詳細(xì)描述的實(shí)施例中，控制器3200可以僅確定和更新關(guān)于發(fā)電機(jī)3300的狀態(tài)信息以及經(jīng)由數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)來將該狀態(tài)信息傳遞給功率分配器2000的通信設(shè)備2200，在這種情形中，隨后中央控制2300接管在時(shí)間t處可以由源3000提供的最大電功率p最大(t)的演算。

下文詳細(xì)描述了形成功率分配器2000的中央元件的分配器電路2100的結(jié)構(gòu)，該中央元件由控制裝置2300來控制。

電功率分配器中的功率流控制的必要的先決條件是每個(gè)端子具有功率控制器，該功率控制器使得能夠根據(jù)時(shí)間t來調(diào)節(jié)經(jīng)由相應(yīng)的端子流動(dòng)的電功率p(t)。在下文描述了此類功率控制器的實(shí)施例。功率控制器是數(shù)字流控制器dfc的一部分，該dfc除了功率控制器之外還具有其他組件。具有功率控制器的數(shù)字流控制器除了它在分配器電路的每個(gè)端子中的使用之外，還可以被用作其自己的電功率電路中的可變開關(guān)，如在下文描述的。

圖5示出了具有其個(gè)體組件的數(shù)字流控制器dfc的電路圖。數(shù)字流控制器dfc具有用于開環(huán)控制、閉環(huán)控制、管理和通信的計(jì)算機(jī)單元4(作為根據(jù)本申請(qǐng)的dfc的控制裝置)。數(shù)字流控制器還具有至數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的連接(這里是ip網(wǎng)絡(luò)8)、基于雙向升壓/降壓轉(zhuǎn)換器的功率控制器1、dc/dc轉(zhuǎn)換器2、以及用于從電流和電壓的測量來檢測實(shí)際電功率的測量器件3。計(jì)算機(jī)單元4經(jīng)由控制線5、6來連接至升壓/降壓轉(zhuǎn)換器1和dc/dc轉(zhuǎn)換器2以及經(jīng)由測量線7來連接至測量器件3。

dc/dc轉(zhuǎn)換器2用于調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)所要求的電壓電平。圖5中的數(shù)字流控制器dfc是直流電壓(dc)組件。即使實(shí)際的數(shù)字流控制器dfc是以dc操作模式為前提的，仍然也有可能在具有該數(shù)字流控制器dfc的ac功率網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)功率分配。為此，有必要在dfc的功率轉(zhuǎn)換器1與相應(yīng)的ac源或ac阱之間提供雙向ac/dc轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器將來自源的ac電壓轉(zhuǎn)換成用于在功率分配器中分配的dc電壓，或者將來自功率分配器的dc電壓轉(zhuǎn)換成ac電壓以便隨后為阱提供功率。

圖6示出了圖5的雙向升壓/降壓轉(zhuǎn)換器2的示意電路圖。雙向升壓/降壓轉(zhuǎn)換器2能夠控制兩個(gè)方向上的功率流，即不僅進(jìn)入功率分配器的，還有從功率分配器向外的(分別朝向阱或消費(fèi)者)。

電功率分配器2000的電分配器電路2100可以在一系列的實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。

圖7示出了分配器電路2100的非常簡單的第一實(shí)施例，其中相應(yīng)的數(shù)字流控制器dfc在分配器電路的端子中實(shí)現(xiàn)。圖7中的分配器電路2100包括簡單的總線條9，所有的端子以及由此數(shù)字流控制器dfc被并聯(lián)地連接至該總線條9。。

圖7還指示個(gè)體數(shù)字流控制器dfc經(jīng)由數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)8來連接在一起。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)8進(jìn)而將數(shù)字流控制器dfc連接至功率分配器2000的控制裝置2300。

分配器電路的這種配置具有以下優(yōu)勢：它容易實(shí)現(xiàn)并且功率分配器總體上管理數(shù)個(gè)數(shù)字流控制器dfc(等于分配器電路的端子的數(shù)目)。分配器電路的這一簡單實(shí)施例的缺點(diǎn)是：它受到來自關(guān)于從源至阱的功率分配的可配置性的限制。

在圖7中，當(dāng)諸源被連接至無源總線條9時(shí)，所有的端子被并聯(lián)地連接至該總線條。換言之，所有的源在具有dc電壓的總線條下操作，且增加了電流。數(shù)字流控制器dfc使得提供對(duì)應(yīng)的功率。為了使所有的源可被連接至相同的電壓電平，在每個(gè)功率控制器中提供了dc/dc電壓轉(zhuǎn)換器2。

不可能用無源總線條9來串聯(lián)連接諸源。為此，需要級(jí)聯(lián)的無源總線條，其形成樹形。在圖8中圖解地示出了此類布置。在該電路中，總線條的相應(yīng)個(gè)體端子可被連接至下一較高總線條中的分配器條的端子。

隨后，總線條的僅一個(gè)相應(yīng)端子可經(jīng)由下一較高總線條的端子來串聯(lián)地連接。在圖8中，如果希望將無源總線條ppb11處的端子z1連接至總線條pb12處的端子z2，則由此有必要關(guān)閉除了ppb11、ppb12上的z1和z2之外的所有其他端子。z1和z2可隨后經(jīng)由ppb21來串聯(lián)地連接。然而，這意味著ppb11處的所有其他端子必須被關(guān)閉。

該級(jí)聯(lián)準(zhǔn)許簡單的電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但是除了降低的靈活性之外，還導(dǎo)致很多端子的關(guān)閉。

作為比較，圖9以完全可配置的縱橫條(即六×四的耦合場)的方式來圖解地示出了功率分配器2100的結(jié)構(gòu)。這使得源3000(圖9中僅示出功率部分3100)中的每一者有可能連接至消耗者1000(圖9中僅示出功率部分1100)中的每一者。另外，所有的源3000可以選擇性地并聯(lián)或串聯(lián)地連接在一起。為此，圖9中的分配器電路2100在耦合場的每個(gè)節(jié)點(diǎn)處具有數(shù)字流控制器dfc。

圖10示出了圖9中的耦合場的變型，其中耦合場的節(jié)點(diǎn)處的開關(guān)s是簡單的閉合/斷開開關(guān)的形式。然而，另外，在源3000和消耗者1000的端子中提供了dfc以便提供所要求的功率流控制。

作為示例，圖11a)示出了具有四個(gè)源10和用于阱的僅單個(gè)端子11的簡化縱橫條，其中考慮到dc源10中的每一者必須經(jīng)由兩條線來連接到用于阱的端子11的事實(shí)。圖11a)中的附圖標(biāo)記12分別表示數(shù)字流控制器的一部分，更具體地用于線的導(dǎo)線。

圖11b)是示出可以用這一布置來實(shí)現(xiàn)的串聯(lián)和并聯(lián)電路的所有可能變形的圖解視圖。這一形式的耦合場關(guān)于源和阱的端子的數(shù)目是可縮放的，其中所涉及的復(fù)雜性和努力隨著源和阱的數(shù)目的增加而基本上線性地上升。

在圖7的功率分配器的實(shí)施例與圖10的實(shí)施例之間，關(guān)于電路系統(tǒng)的復(fù)雜性，存在將參照?qǐng)D12和13來附加地描述的實(shí)施例。

例如，如果多個(gè)源要以串聯(lián)關(guān)系來連接至總線條，則總線條必須被主動(dòng)地切換，即如上文所描述的耦合場那樣。然而，為了降低復(fù)雜性，這些源可以被組合以形成它們自己的網(wǎng)絡(luò)——所謂的物理抽象層。如圖12a中示出的，該物理抽象層13經(jīng)由許多端子a1到a8來連接至總線條9。

物理抽象層13用于以并聯(lián)和串聯(lián)關(guān)系來連接源z1到z4。每個(gè)個(gè)體源可由此被連接至總線條9。跟隨著彼此的源z1到z4可以按并聯(lián)和串聯(lián)關(guān)系來連接至總線條。源z1到z4還可以通過忽略其他的源z1到z4來連接。然而，這樣做的結(jié)果是不能進(jìn)一步使用被跳過的源。關(guān)于源z1到z4的任何串聯(lián)和并聯(lián)電路系統(tǒng)可以通過適合的dfc電路系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。

現(xiàn)在參照?qǐng)D12a)以描述源z1和z2以及源z3和z4可以如何串聯(lián)連接。串聯(lián)連接的源z1和z2經(jīng)由端子a1和a4來并聯(lián)連接，且經(jīng)由端子a5和a8被連接至總線條9的相應(yīng)電流導(dǎo)體，其中串聯(lián)連接的源z3和z4連接至端子a5和a8。圖12a)中的圖解視圖中的數(shù)字流控制器dfc1到dfc15各自具有三個(gè)端子。這涉及等效電路圖，在圖12b)中示出該等效電路圖的精確配置。圖12a)的2×1dfc的等效電路圖在圖12b)的左側(cè)示出，而實(shí)際電路系統(tǒng)在右側(cè)示出。在更緊密地考慮該情形時(shí)，如圖12b)中的右側(cè)示出的具有三個(gè)端子的dfc是由輸出端被連接至兩個(gè)并聯(lián)連接的開關(guān)s1、s2的dfc來實(shí)現(xiàn)的，其中dfc和兩個(gè)開關(guān)s1、s2被連接至功率分配器2000的控制裝置2300且由該控制裝置2300控制。

圖13圖解地示出了物理抽象層13到有源(即經(jīng)切換的)耦合場的連接。在這種情形中，耦合場是具有簡單的閉合/斷開開關(guān)s的耦合場，如已經(jīng)針對(duì)圖10中的耦合場所描述的。

分配器電路2100的連接控制由功率分配器的控制裝置2300來實(shí)現(xiàn)。在這種情形中，控制裝置2300以及源和阱1200、3200的控制器形成邏輯面(也被稱為控制面)。該控制面的功能具體是：

·控制器彼此之間的通信，

·當(dāng)前功率、電壓和電流強(qiáng)度測量值的處理和存儲(chǔ)，

·關(guān)于個(gè)體源的當(dāng)前狀態(tài)的信息的存儲(chǔ)，

·dfc的致動(dòng)和控制，以使得對(duì)應(yīng)的源被連接至對(duì)應(yīng)的阱，

·耦合場的管理和配置，

·確定源3000的負(fù)載電阻，

·確定其他的參數(shù)，諸如溫度、循環(huán)的數(shù)目、源和能量存儲(chǔ)裝置的老化，

·系統(tǒng)監(jiān)視，

·與上級(jí)系統(tǒng)的通信，

·用于可計(jì)劃的功率流的外部調(diào)度的接受和處理，

·要求功率以對(duì)連接至功率分配器的能量存儲(chǔ)裝置進(jìn)行充電，

·處置自發(fā)的功率遞送和消耗，

·借助協(xié)調(diào)算法來確定滿足需要的合適的源，

·建立源和dfc電路系統(tǒng)的過程實(shí)現(xiàn)以及所涉及的dfc的開環(huán)和閉環(huán)控制，

·過程實(shí)現(xiàn)和源確定被迭代地優(yōu)化，

·源管理：關(guān)于用于進(jìn)行再充電的外部功率以及用于有缺陷的源的內(nèi)部重新存儲(chǔ)和選擇的需要，

·微觀會(huì)計(jì)和cdr生產(chǎn)以供計(jì)費(fèi)，

·關(guān)于正面和負(fù)面控制能量的提供的報(bào)告，

·在短期功率重新定購的情況下橋接供電缺口。換言之，在消耗過程期間，阱確定所定購的分組太小，所以它進(jìn)行重新定購。因?yàn)樵撝匦露ㄙ彽墓β士赡芤话銉H時(shí)延地遞送，但是過程中的中斷是高度有害的，所以該缺口由功率分配器來橋接。為此，它從阱接收對(duì)應(yīng)的功率需求，

·與電網(wǎng)中的所有元件進(jìn)行通信。

現(xiàn)在將參照?qǐng)D14描述由功率分配器2000將源3000的功率流p(t)分配給阱1000的功率流p(t)。作為示例，在本文中示出了對(duì)于四個(gè)時(shí)段dt的三個(gè)源z1到z3的功率曲線以及阱s1的功率曲線。每個(gè)功率曲線p(t)是藉由基本功率單元dp來建立的，該基本功率單元dp在時(shí)段dt上具有恒定的功率，其中某一時(shí)刻的功率等于基本功率單元dp的整數(shù)倍。在此方面，在圖14中示出的示圖中，時(shí)段dt是精確地被選擇的，以使得它們對(duì)應(yīng)于基本功率單元dp的時(shí)間歷時(shí)dt。

源控制器以相關(guān)聯(lián)的源z_i的狀態(tài)矩陣m_i的形式周期性地或根據(jù)需要地向功率分配器2000的控制裝置2300報(bào)告關(guān)于它當(dāng)前充電狀態(tài)以及溫度、老化或(對(duì)于其中源是電池的情況)已經(jīng)發(fā)生的充電循環(huán)的數(shù)目的信息。隨后這些狀態(tài)矩陣被存儲(chǔ)在控制裝置2300中。

狀態(tài)矩陣始終是通過高維特征圖的區(qū)段，且是為固定的負(fù)載電阻值、溫度值等形成的。

阱1000的控制器1200僅將具有時(shí)間戳的需求曲線p需求(t)傳遞至控制裝置2300?，F(xiàn)在估計(jì)或者借助阱1000的功率端子1100中的測量頭來確定要被供電的阱1000的負(fù)載電阻。控制裝置知曉源3000的特征圖以及由此知曉這些狀態(tài)例如對(duì)負(fù)載電阻的依賴性。當(dāng)前狀態(tài)矩陣隨后根據(jù)個(gè)體負(fù)載電阻的影響來進(jìn)行校正。具體而言，例如，用作源的存儲(chǔ)電容器的放電時(shí)間根據(jù)總共連接至該存儲(chǔ)電容器的負(fù)載電阻來改變。

作為下一步驟，控制裝置2300確定合適的源3000，以使得在任何時(shí)間，由個(gè)體源3000提供的功率的合計(jì)等于阱所需要的功率的合計(jì)。圖14示出了在僅單個(gè)阱必須被供電的情況下的簡化形式的分布功能，其需求功率曲線p需求(t)在圖14的的底部示出。

來自阱的需求功率曲線現(xiàn)在由圖14的上部中示出的三個(gè)功率曲線組成。

在第一和第二時(shí)段z_11和z_12中，兩個(gè)基本功率單元dp分別取自源z1，另外，對(duì)于第二時(shí)段，兩個(gè)基本功率單元dp還取自源z2，從而在第二時(shí)段，可以通過兩個(gè)源z1和z2的串聯(lián)連接來使得控制可用達(dá)關(guān)于四個(gè)基本功率單元dp的整個(gè)時(shí)間歷時(shí)td。第三時(shí)段不需要功率。在第四時(shí)段，源z1和源z3分別提供兩個(gè)基本功率單元dp。

作為協(xié)調(diào)算法的一部分，用于匯集需求功率曲線的算法是基于分組化問題的。在此情形中，需求功率曲線形成封裝空間且這些源的數(shù)字化功率曲線提供分組。除此之外的是在源側(cè)和阱側(cè)兩者處的分組都具有預(yù)定時(shí)序的邊界條件。

作為協(xié)調(diào)算法的一部分，此類分組化算法可能看起來像以下那樣：

使是第k個(gè)需求曲線的值且是第j個(gè)源在第t個(gè)時(shí)間片期間的最大功率值。

從其中僅存在一個(gè)同時(shí)需求k＝1的情況開始：

·在每個(gè)時(shí)間片t期間以及針對(duì)所有的源j來演算差值：

·如果對(duì)于單個(gè)源j而言已經(jīng)適用則來自源的需求可被滿足，該演算終止且源的殘差值通過取值加上針對(duì)未來時(shí)間片的取決于源的類型的可能的進(jìn)一步校正項(xiàng)來更新，

·如果單個(gè)源j不滿足該需求，則檢查是否存在兩個(gè)源j和i以使得在時(shí)適用在該情形中，兩個(gè)源的殘差值被更新，

·如果即使用兩個(gè)源也不能滿足需求，則作出用三個(gè)源、用四個(gè)源、以此類推的嘗試。

如果要用此類算法滿足這些阱的兩個(gè)或更多個(gè)功率需求曲線，則并行地執(zhí)行兩個(gè)或更多個(gè)演算。在此情形中，一個(gè)演算開始于第一源且第二演算開始于最后的源。為了省時(shí)，源可以被劃分且對(duì)于這些分區(qū)可以并行地開始演算。為此，必須存在高階的控制和采購機(jī)制。如果演算在它們的分區(qū)中不成功，則它們?cè)谙乱环謪^(qū)中迭代地執(zhí)行該演算。如果一分區(qū)中的演算成功，則這些值被阻止用于其他演算。在其中僅有一個(gè)解決方案但是有兩個(gè)或更多個(gè)需求功率分組且沒有區(qū)分需求阱中的一個(gè)阱的優(yōu)先級(jí)的情況下，可以隨機(jī)地決定哪個(gè)阱被供電或者源的現(xiàn)有功率曲線被均勻地分配給所有的阱。

要注意，必須在限定的時(shí)間內(nèi)響應(yīng)阱對(duì)功率分組的需求。在本文考慮的示例中，這意味著當(dāng)需求要在10毫秒內(nèi)(即在100hz下)執(zhí)行且cpu以1mhz來時(shí)鐘定時(shí)時(shí)，上述算法必須將該算法轉(zhuǎn)換成cpu的10000個(gè)時(shí)鐘循環(huán)。然而，這不能始終得以保證。為了維持響應(yīng)時(shí)間，給出兩個(gè)最佳結(jié)果作為響應(yīng)。

在預(yù)定時(shí)間中準(zhǔn)許演算的可能方式例如是：功率曲線的數(shù)字化中的2的冪辦法、需求功率曲線的典型化和分類、典型特征的并行化或通信。

具體而言，短時(shí)需求(例如電網(wǎng)穩(wěn)定化、橋接附加的需求和動(dòng)態(tài)致動(dòng)器需求)要求需求類型和種類。這意味著對(duì)于這些情況，僅存在所定義的需求曲線。在一些情況下，它們可通過參數(shù)來改變。

在又一實(shí)施例中，源關(guān)于它們的功率特性(例如作為電容器、電池等)被分類為等效類別。借助模式識(shí)別，分析阱的需求功率曲線且隨后從源的等效類別中選擇其功率曲線可被最恰適地使用以便合成相應(yīng)的需求功率曲線的那些類別。

在源的選擇中，算法還必須處理需求功率曲線是通過這些源的串聯(lián)連接(較高的電壓和較低的電流)還是這些源的并聯(lián)連接(較低的電壓但是較高的電流)來實(shí)現(xiàn)的問題。

在產(chǎn)生遞送之際的源的功率曲線或阱的功率曲線的功率分配調(diào)度中，附加的參數(shù)也可被納入考慮，例如基于循環(huán)管理或非技術(shù)方面(例如電池的維護(hù)協(xié)議)的管理規(guī)范。因此，使需求設(shè)有相關(guān)性。在最簡單的情形中，相關(guān)性由數(shù)字來表示。數(shù)字越高，則相關(guān)性相應(yīng)地越高。優(yōu)先級(jí)與每個(gè)相關(guān)性相關(guān)聯(lián)，且用與其相關(guān)性相關(guān)聯(lián)的優(yōu)先級(jí)來處置相應(yīng)的需求。

如果分組化功能不能被完全實(shí)現(xiàn)，則用最小偏差或用預(yù)定的偏差閾值來尋求解決方案。隨后，該增量被傳遞至作出需求的阱。這可以隨后改變需求或觸發(fā)立刻供電。

由此，例如，與對(duì)于橋接功率重新定購與實(shí)際遞送之際的間隙的需求的相關(guān)性相比，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定化的需求具有較高的相關(guān)性。較高相關(guān)性的需求以較高的優(yōu)先級(jí)來處理。另外在實(shí)施例中，當(dāng)源涉及能量存儲(chǔ)裝置時(shí)，出于操作原因，源被歸于管理優(yōu)先級(jí)。例如，指定類型的可再充電電池可能不適合于僅獲取小功率分組的高訪問頻率，或者與其他可再充電的電池相比，可再充電的電池已經(jīng)達(dá)到較高數(shù)目的充電循環(huán)。

在確定優(yōu)先級(jí)中，網(wǎng)絡(luò)的空間布置也應(yīng)當(dāng)納入考慮。由此，如果電容器的弛豫時(shí)間藉由功率電阻來改變，則這影響充電和放電過程。

已知的算法可被用于尋找分配器電路中的路徑。作為與用于通信網(wǎng)絡(luò)中的耦合場中的算法不同的算法(該算法禁止路徑的雙重使用)，針對(duì)耦合場減小切換過程的數(shù)目以承載用于供應(yīng)電消耗者(例如家庭或機(jī)動(dòng)車的組裝件)的電功率。這意味著在導(dǎo)線性能的上下文中，多次使用可能是有利的。

現(xiàn)在將對(duì)圖15和16作出參照以描述在電機(jī)動(dòng)車的板載網(wǎng)絡(luò)中根據(jù)本發(fā)明的功率分配器的使用的啟發(fā)性示例。

在電動(dòng)汽車中，取決于相應(yīng)的行駛情況和環(huán)境狀況，對(duì)不同消耗者的電流和電壓供應(yīng)作出變化的需求。加熱系統(tǒng)、照明燈、電滯減震器、輪轂電機(jī)：每個(gè)消耗者具有不同的特性且取決于相應(yīng)的組合和時(shí)間模式，在對(duì)于電流和電壓的需求方面存在復(fù)雜的動(dòng)態(tài)。牽引用電池不適合于板載電子設(shè)備，啟動(dòng)電池不適合于加熱系統(tǒng)。它們中無一適合于接收通過恢復(fù)獲得的制動(dòng)能量，存儲(chǔ)電容器將較好地用于該目的。

圖15圖解地示出了電機(jī)動(dòng)車的板載網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。馬達(dá)m是用于驅(qū)動(dòng)機(jī)動(dòng)車且還用于制動(dòng)能量的恢復(fù)兩者的電馬達(dá)。由此，根據(jù)所考慮的時(shí)間t，馬達(dá)m是電能的源或阱。發(fā)電機(jī)g是將其主要能量載體保持在單獨(dú)的罐中的發(fā)電機(jī)(例如，基于內(nèi)燃機(jī)或燃料電池)。取決于dfc中設(shè)置的流方向，電池b和電容器c也可以吸收或提供功率。

分配器電路的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于圖10中示出的結(jié)構(gòu)。dfc的決定性特征是，在板載網(wǎng)絡(luò)中，通過至少兩個(gè)端子之間的勢能差的有針對(duì)性的產(chǎn)生，在這些端子之間產(chǎn)生所定義的電流以及由此所定義的功率流。通過包括那些有源元件，基爾霍夫(kirchhoff)定律僅以逐部分和逐時(shí)間的方式適用，且在這一網(wǎng)絡(luò)中的功率流的總體確定方面丟失了它們的適用性。這些dfc藉由功率分配器的控制裝置來連接在一起且被用于個(gè)體源和阱以及它們之間的能量流的協(xié)調(diào)。

所涉及的dfc之間的功率流的控制以及由此向分配器電路的端子的功率曲線的分配現(xiàn)在將藉由加速過程來解說。具有恒定功率需求的恒定速度被預(yù)先假定為起始情況。加速要求附加的功率。這應(yīng)被解讀為附加至正被恒定地提供的現(xiàn)有功率。更具體地，附加的功率可僅在非常短期中(即在準(zhǔn)實(shí)時(shí)中)提供，因?yàn)楣β市枨蟛荒芙逵神{駛機(jī)動(dòng)車的本質(zhì)來預(yù)測。

圖16示出馬達(dá)m需求的以及提供給馬達(dá)m的功率曲線的構(gòu)成，其中在時(shí)間t0處發(fā)起突然加速。為此目的提供的功率由三個(gè)不同的分量構(gòu)成，這些分量通過三個(gè)不同的源來遞送。功率曲線p(t)的包絡(luò)與速度突然增大所要求的功率相同。

對(duì)于t<t0，發(fā)電機(jī)g為電馬達(dá)m提供功率曲線。由作為連接至功率分配器的阱的電馬達(dá)需要的功率的功率曲線通過機(jī)動(dòng)車的加速踏板來生成并且以數(shù)據(jù)的形式傳送至功率分配器的控制裝置。在此情形中，電馬達(dá)在所定義的工作點(diǎn)處操作，該工作點(diǎn)的特征在于高效率水平。該功率曲線表示一類“基本負(fù)載”。對(duì)于t>t0，發(fā)起了加速過程。馬達(dá)需要最大總功率。在此階段中，附加的功率曲線由電容器組c來提供，因?yàn)槠淇梢赃f送最大功率梯度。

然而，電容器組c的能量含量對(duì)于整個(gè)加速過程而言是不充分的，且因此需要來自牽引用電池b的補(bǔ)充功率流。

在達(dá)到目標(biāo)速度之后，向發(fā)電機(jī)g需要更高的功率，因?yàn)樗蟮幕矩?fù)載已經(jīng)上升且例如可由牽引用電池提供的最大功率過低。為此，發(fā)電機(jī)改變至另一工作點(diǎn)(為達(dá)成此目的發(fā)電機(jī)要求一定的時(shí)間)，因?yàn)槠渚哂斜壤珉娙萜鹘Mc更平坦的梯度。

附圖標(biāo)記列表

dfc數(shù)字流控制器

1雙向升壓/降壓轉(zhuǎn)換器

2dc/dc轉(zhuǎn)換器

3測量器件

4計(jì)算機(jī)單元

5控制線

6控制線

7測量線

8ip網(wǎng)絡(luò)

9無源總線條

10源

11端子

12開關(guān)

13物理抽象層

14分配器電路

15板載網(wǎng)絡(luò)

1000阱

1100阱的電端子

1200控制器

1300消耗者

2000電功率分配器

2100分配器電路

2200通信設(shè)備

2300控制裝置

3000源

3100源的電端子

3200控制器

3300發(fā)電機(jī)

10000電網(wǎng)