相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求于2014年9月12日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?2/049,496的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容通過(guò)引用整體并入本文。

本公開總體涉及動(dòng)能存儲(chǔ)領(lǐng)域。更具體地，本公開涉及飛輪能量存儲(chǔ)管理。

背景技術(shù)：

提供以下描述以幫助讀者的理解。提供的信息或引用的參考文獻(xiàn)都不被認(rèn)為是現(xiàn)有技術(shù)。能量可以以諸如以下的各種方式來(lái)存儲(chǔ)：化學(xué)的(例如，氫和生物燃料)、電化學(xué)的(例如，電池)、電的(例如，電容器)、熱的(例如，熱水存儲(chǔ))以及機(jī)械的(例如，飛輪)。許多能量存儲(chǔ)系統(tǒng)包括若干部件。在一些情況下，當(dāng)嘗試提高使用各種部件的系統(tǒng)的效率時(shí)會(huì)產(chǎn)生困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

說(shuō)明性的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)包括能量存儲(chǔ)裝置、聯(lián)接到能量存儲(chǔ)裝置的處理器以及聯(lián)接到處理器的存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器被配置為存儲(chǔ)由處理器執(zhí)行以控制和監(jiān)測(cè)能量存儲(chǔ)裝置的操作的指令。指令被布置到功能模塊內(nèi)。每個(gè)功能模塊與存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)器緩存(cache)相關(guān)聯(lián)。取決于功能模塊的控制進(jìn)程從相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器緩存讀取最后已知的值。從相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器讀取最后已知的值使得能夠在不關(guān)閉能量存儲(chǔ)裝置的情況下改變功能模塊。

說(shuō)明性的方法包括在處理裝置處從處于操作中的能量存儲(chǔ)裝置接收監(jiān)測(cè)信號(hào)，并且將具有來(lái)自共享存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)器緩存的數(shù)據(jù)的控制信號(hào)傳送到能量存儲(chǔ)裝置。存儲(chǔ)器緩存與多個(gè)功能模塊中的一個(gè)相關(guān)聯(lián)，并且數(shù)據(jù)由相關(guān)聯(lián)的功能模塊中的指令提供。每個(gè)功能模塊與傳感器或致動(dòng)器中的至少一個(gè)相關(guān)聯(lián)。方法還包括當(dāng)能量存儲(chǔ)裝置處于操作中時(shí)，在處理裝置處接收用于多個(gè)功能模塊中的一個(gè)的新指令，并且當(dāng)能量存儲(chǔ)裝置處于操作中時(shí)，基于接收的新指令并通過(guò)處理裝置修改用于多個(gè)功能模塊中的一個(gè)的指令。

說(shuō)明性的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)包括飛輪裝置、聯(lián)接到飛輪裝置的處理器、多個(gè)傳感器以及聯(lián)接到處理器的存儲(chǔ)器。飛輪裝置包括：殼體部分；轉(zhuǎn)子，其設(shè)置在殼體部分內(nèi)；下部接觸軸承和上部接觸軸承，其每一個(gè)被設(shè)置在轉(zhuǎn)子和殼體之間；以及卸載磁體，其被配置為提供垂直卸載力，該垂直卸載力對(duì)著上部軸承而提升轉(zhuǎn)子并且離開下部軸承。存儲(chǔ)器被配置為存儲(chǔ)由處理器執(zhí)行以控制和監(jiān)測(cè)飛輪裝置的操作的指令并且存儲(chǔ)從多個(gè)模塊接收的值，其中每個(gè)模塊與多個(gè)傳感器中的一個(gè)相關(guān)聯(lián)。

前述發(fā)明內(nèi)容僅是說(shuō)明性的并且不旨在以任何方式來(lái)限制。除了上述說(shuō)明性的方面、實(shí)施例和特征之外，通過(guò)參考以下附圖和具體實(shí)施方式，進(jìn)一步的方面、實(shí)施例和特征將變得顯而易見。

附圖說(shuō)明

在下文中將參考附圖更詳細(xì)地解釋示例性實(shí)施例，其中：

圖1是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的能量存儲(chǔ)管理系統(tǒng)的框圖。

圖2是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的利用飛輪實(shí)施的能量存儲(chǔ)管理系統(tǒng)的框圖。

圖3a是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的飛輪系統(tǒng)的框圖。

圖3b是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的存在于能量存儲(chǔ)管理系統(tǒng)中的磁滯的圖。

圖3c是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的調(diào)節(jié)電磁體的提升力的方法的流程圖。

圖4是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的熱插拔模塊布置的框圖。

圖5是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的用于減少峰值功率(power)消耗的方法的流程圖。

圖6是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的用于減少公用事業(yè)(utility)費(fèi)用的方法的流程圖。

圖7是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的用于控制和監(jiān)測(cè)飛輪系統(tǒng)的圖形用戶界面儀表板的圖示。

圖8是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的用于建筑物負(fù)載的圖、碳排放減少圖表和估計(jì)節(jié)約的圖形用戶界面。

圖9是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的用于隨時(shí)間從公用事業(yè)供給所使用的能量的圖的圖形用戶界面。

圖10是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的用于隨時(shí)間生成的太陽(yáng)能、實(shí)時(shí)云量百分比和實(shí)時(shí)太陽(yáng)角的圖的圖形用戶界面。

圖11是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的用于隨時(shí)間生成的風(fēng)能、實(shí)時(shí)風(fēng)速和實(shí)時(shí)風(fēng)向的圖的圖形用戶界面。

圖12是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的用于功率隨時(shí)間充電和放電、存儲(chǔ)容量、充電和放電周期的總數(shù)以及總放電kwh的圖的圖形用戶界面。

圖13是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的示出包括最大功率、速度、電壓、電流、功率和存儲(chǔ)容量的馬達(dá)信息的工程頁(yè)面的圖形用戶界面。

圖14是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的飛輪部件的工程頁(yè)面的圖形用戶界面。

圖15是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的示出實(shí)時(shí)傳感器數(shù)據(jù)的工程頁(yè)面的圖形用戶界面。

圖16是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的在指定時(shí)間和范圍上示出選擇的模塊的圖形的工程頁(yè)面的圖形用戶界面。

圖17是示出根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的單個(gè)模塊的實(shí)時(shí)圖的圖形用戶界面。

圖18是描繪根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的連接到電網(wǎng)的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的框圖。

圖19是描繪根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的具有飛輪能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的dc電壓調(diào)節(jié)的框圖。

從結(jié)合附圖的以下描述和所附權(quán)利要求中，本公開的前述和其它特征將變得更加顯而易見。應(yīng)當(dāng)理解的是，這些附圖僅描繪根據(jù)本公開的若干實(shí)施例，并且因此不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)其范圍的限制，本公開將通過(guò)使用附圖并利用附加的特性和細(xì)節(jié)來(lái)描述。

具體實(shí)施方式

在以下具體實(shí)施方式中，參考形成其一部分實(shí)施方式的附圖。在附圖中，相似的符號(hào)通常標(biāo)識(shí)相似的部件，除非上下文另有規(guī)定。在具體實(shí)施方式、附圖和權(quán)利要求中描述的說(shuō)明性的實(shí)施例不意味著限制。在不脫離本文所呈現(xiàn)的主題的精神或范圍的情況下，可以利用其它實(shí)施例，并且可以進(jìn)行其它改變。將容易地理解的是，如本文總體描述并且在圖中所示的本公開的方面可以以各種各樣的不同配置來(lái)布置、替換、組合和設(shè)計(jì)，所有這些配置都被明確地預(yù)期并且構(gòu)成本公開的一部分。

參照附圖，本公開涉及動(dòng)能存儲(chǔ)，具體地涉及基于飛輪的能量存儲(chǔ)，以用于電網(wǎng)、諸如風(fēng)力渦輪機(jī)、太陽(yáng)能電池板、潮汐機(jī)的可再生能源發(fā)電系統(tǒng)以及平穩(wěn)的功率需求降低資本和運(yùn)營(yíng)成本的工業(yè)應(yīng)用。本公開還涉及生產(chǎn)、控制和集成這種存儲(chǔ)設(shè)備與現(xiàn)有電網(wǎng)和微網(wǎng)能量分配系統(tǒng)的方法。雖然本文中的主題被呈現(xiàn)在柵網(wǎng)規(guī)模應(yīng)用領(lǐng)域中的能量存儲(chǔ)裝置的環(huán)境中，這樣的裝置可用于諸如以下的可選應(yīng)用中：用于電動(dòng)車輛充電站、軌道交通系統(tǒng)、電梯、起重機(jī)、船上系統(tǒng)或使用動(dòng)能存儲(chǔ)的任何其它裝置的獨(dú)立能量存儲(chǔ)。本文所述的實(shí)施方式不限于基于飛輪的能量存儲(chǔ)、動(dòng)能存儲(chǔ)或任何能量存儲(chǔ)管理系統(tǒng)。

在大多數(shù)情況下，動(dòng)能存儲(chǔ)系統(tǒng)受益于使用靈活的和模塊化部件的管理系統(tǒng)。而且，在大多數(shù)情況下，動(dòng)能存儲(chǔ)系統(tǒng)受益于使用自動(dòng)創(chuàng)建參數(shù)以增加存儲(chǔ)系統(tǒng)的效率的管理系統(tǒng)。由于系統(tǒng)的大物理特征(例如，重量和尺寸)以及由于啟動(dòng)和停止系統(tǒng)所需的時(shí)間，作為一個(gè)示例實(shí)施方式的飛輪系統(tǒng)對(duì)于測(cè)試、開發(fā)、監(jiān)測(cè)和維護(hù)造成獨(dú)特的挑戰(zhàn)。

本公開描述用于幫助實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的性能和改進(jìn)的操作容易性的能量存儲(chǔ)管理系統(tǒng)的各種實(shí)施例。雖然在飛輪系統(tǒng)的環(huán)境中描述各種實(shí)施例，但是管理系統(tǒng)可以利用各種不同的技術(shù)和實(shí)施方式來(lái)實(shí)施。

存在將受益于動(dòng)能儲(chǔ)存的許多應(yīng)用。在靜態(tài)動(dòng)能存儲(chǔ)系統(tǒng)的一些應(yīng)用中，成本(購(gòu)買和操作)非常重要。一些示例應(yīng)用包括頻率調(diào)節(jié)、使用時(shí)間、不間斷電源(ups)、需求響應(yīng)以及可再生能源生成源的平穩(wěn)以及其它應(yīng)用。因此，減小操作動(dòng)能存儲(chǔ)系統(tǒng)的成本是重要的。在一些實(shí)施例中，操作動(dòng)能存儲(chǔ)系統(tǒng)的成本(以及購(gòu)買系統(tǒng)的成本)可以由動(dòng)能存儲(chǔ)系統(tǒng)引起的能量費(fèi)用中的成本節(jié)約來(lái)抵消。

圖1是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的能量存儲(chǔ)管理系統(tǒng)的框圖。能量存儲(chǔ)管理系統(tǒng)100包括多個(gè)傳感器110、多個(gè)致動(dòng)器120、緩存150、處理器160和通信接口170。在可選的實(shí)施例中，可以使用另外的、較少的和/或不同的元件。例如，在一些實(shí)施例中，可以使用少于或多于三個(gè)致動(dòng)器120(或傳感器110)。

示例性能量存儲(chǔ)管理系統(tǒng)100包括一組模塊。模塊的概念用于表示系統(tǒng)資源。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，模塊是與一個(gè)或多個(gè)硬件(例如，傳感器110)交互的獨(dú)立軟件。其它系統(tǒng)進(jìn)程使用模塊與系統(tǒng)資源接口連接。能量存儲(chǔ)管理系統(tǒng)100中的資源的示例包括傳感器110、致動(dòng)器120等。在可選的實(shí)施例中，任何合適的資源可以由模塊表示。傳感器110可以包括熱電偶、測(cè)力傳感器、地震儀等。致動(dòng)器120可以包括馬達(dá)、繼電器、可調(diào)節(jié)電源、數(shù)模轉(zhuǎn)換器等。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，每個(gè)模塊具有唯一標(biāo)識(shí)符和相關(guān)聯(lián)的目標(biāo)文件。目標(biāo)文件包含可由其它進(jìn)程調(diào)用的一個(gè)或多個(gè)子例程。目標(biāo)文件中的每個(gè)子例程都遵循定義函數(shù)的名稱和返回類型的接口。這種配置允許在與模塊接口連接時(shí)，運(yùn)行時(shí)的系統(tǒng)正確地識(shí)別和調(diào)用正確的子例程。目標(biāo)文件還包含標(biāo)識(shí)模塊的數(shù)據(jù)類型(例如，二進(jìn)制、浮點(diǎn)數(shù)、整數(shù)等)的子例程。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，模塊的數(shù)據(jù)類型用于計(jì)算用于緩存和歷史(historian)進(jìn)程分配的存儲(chǔ)器的量。

通過(guò)執(zhí)行包含在與其模塊相關(guān)聯(lián)的目標(biāo)文件內(nèi)的資源子例程來(lái)獲取與能量存儲(chǔ)管理系統(tǒng)100內(nèi)的每個(gè)資源相對(duì)應(yīng)的值。與資源相對(duì)應(yīng)的值可以包括資源的狀態(tài)(例如，正常操作、經(jīng)歷錯(cuò)誤等)、資源的狀況(例如，在設(shè)置模式下、在校準(zhǔn)模式下等)、資源的測(cè)量(例如，溫度、壓力、距離、流量等)或任何其它合適的特性。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，資源子例程的一個(gè)或多個(gè)各自訪問(wèn)附接到能量存儲(chǔ)管理系統(tǒng)100的硬件并且讀取來(lái)自資源的相應(yīng)傳感器或致動(dòng)器的輸出。例如，溫度子例程可以讀取來(lái)自能量存儲(chǔ)管理系統(tǒng)100的溫度傳感器110的輸出。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，一旦已經(jīng)調(diào)用資源子例程，則相應(yīng)資源的值存儲(chǔ)在包含在共享存儲(chǔ)器內(nèi)的諸如緩存150的緩存中。使用資源值的模塊或其它子例程可以使用存儲(chǔ)在緩存150中的資源值。即，在說(shuō)明性的實(shí)施例中，而不是針對(duì)由模塊使用的每個(gè)資源值執(zhí)行資源子例程，模塊可以通過(guò)從緩存150讀取來(lái)訪問(wèn)資源的值。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，輪詢進(jìn)程以用戶定義的頻率更新緩存的值?？梢曰谫Y源的特征來(lái)選擇用于每個(gè)資源(例如，傳感器110)的輪詢頻率。例如，相對(duì)緩慢變化的溫度可以比諸如馬達(dá)的電流的相對(duì)快速變化的輸入更少頻繁地被輪詢。輪詢的頻率可以是諸如每毫秒一次、每秒一次、每五秒一次的任何合適的頻率。這種更新過(guò)程有助于確保緩存的值是最新的。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，當(dāng)相應(yīng)資源的輸出狀態(tài)改變時(shí)，致動(dòng)器緩存150的值被更新。在一些實(shí)施例中，其輸出快速改變的資源(例如，傳感器110)比其輸出不快速改變的資源更頻繁地被輪詢。以高于輪詢頻率的速率讀取資源數(shù)據(jù)的進(jìn)程不受影響，因?yàn)樗鼈儚木彺?50讀取，并且不直接與資源接口連接。

在一些實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)管理系統(tǒng)100由使用模塊彼此共享信息的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)程組成。共享存儲(chǔ)器緩存150使得這些進(jìn)程可以與系統(tǒng)通信并且彼此通信。在一些實(shí)施例中，模塊用于與諸如傳感器110或致動(dòng)器120的內(nèi)部資源或外部資源接口連接。在一些實(shí)施例中，模塊用作通用子例程，其允許模塊控制諸如傳感器110或致動(dòng)器120的相應(yīng)的內(nèi)部資源或外部資源。

能量存儲(chǔ)管理系統(tǒng)100包括通信接口170以便于諸如通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的通信。網(wǎng)絡(luò)可以包括諸如局域網(wǎng)(lan)、廣域網(wǎng)(wan)、城域網(wǎng)(man)、因特網(wǎng)等的任何合適的網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的通信可以包括有線通信和/或無(wú)線通信，并且可以包括串行通信和/或并行通信。在說(shuō)明性的客戶端-服務(wù)器布置中，能量存儲(chǔ)管理系統(tǒng)100利用傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)協(xié)議(tcp/ip)與外部服務(wù)器通信以將診斷和歷史數(shù)據(jù)上傳到外部服務(wù)器。外部服務(wù)器可以執(zhí)行諸如協(xié)調(diào)多個(gè)系統(tǒng)、執(zhí)行計(jì)算等的服務(wù)。在說(shuō)明性分布式布置中，能量存儲(chǔ)管理系統(tǒng)100利用tcp/ip與其它能量存儲(chǔ)管理系統(tǒng)100的軟件節(jié)點(diǎn)通信和同步信息?？梢允褂靡远x的間隔發(fā)送完全或部分系統(tǒng)快照的專用進(jìn)程來(lái)傳輸這種信息。通信可以使用諸如使用tcp/ip的那些協(xié)議的任何合適的協(xié)議。一些示例性通信協(xié)議包括超文本傳輸協(xié)議(http)、安全外殼(ssh)、modbus、分布式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(例如，dnp3)等。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，接收節(jié)點(diǎn)上的專用進(jìn)程接收傳輸?shù)男畔⒉⑶腋孪鄳?yīng)的模塊。

圖2是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的利用飛輪實(shí)施的能量存儲(chǔ)管理系統(tǒng)的框圖。系統(tǒng)200包括能量存儲(chǔ)管理控制器205、柵網(wǎng)(grid)210、飛輪220(例如，轉(zhuǎn)子)、傳感器230、馬達(dá)控制器240、電磁體控制器250和存儲(chǔ)器260。在可選的實(shí)施例中，可以使用另外的、較少的和/或不同的元件。例如，在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)200包括多個(gè)傳感器230。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，存儲(chǔ)器260是電子存儲(chǔ)器存儲(chǔ)裝置。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，當(dāng)系統(tǒng)200(其可以與能量存儲(chǔ)管理系統(tǒng)100相同)連接到柵網(wǎng)210(例如，電網(wǎng))時(shí)，基于期望的功率請(qǐng)求將能量加載到飛輪220上和從飛輪220卸載。即，來(lái)自柵網(wǎng)210的電能可以被傳遞到飛輪220(并且存儲(chǔ)在飛輪220中)。類似地，存儲(chǔ)在飛輪220中的能量可以被傳遞到柵網(wǎng)210。使用任何合適的裝置(例如，經(jīng)由馬達(dá)/發(fā)電機(jī))轉(zhuǎn)化在柵網(wǎng)210和飛輪220之間傳遞的能量(例如，從電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能)。柵網(wǎng)210可以是諸如電網(wǎng)、發(fā)電機(jī)、電池等的任何合適的電源。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，對(duì)飛輪220的能量的充電和放電由飛輪220的速度、施加到馬達(dá)/發(fā)電機(jī)或由馬達(dá)/發(fā)電機(jī)施加的扭矩以及系統(tǒng)效率來(lái)確定。在可選的實(shí)施例中，附加因素可以確定對(duì)飛輪220的能量的充電和放電。在一些實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)管理控制器205基于估計(jì)的期望扭矩值確定利用來(lái)自柵網(wǎng)210的能量對(duì)飛輪220充電或?qū)⒛芰糠烹姷綎啪W(wǎng)210。為了以期望的功率水平對(duì)飛輪220充電和放電，能量存儲(chǔ)管理控制器205使用效率表來(lái)設(shè)置馬達(dá)扭矩。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，效率表是自動(dòng)生成的。能量管理存儲(chǔ)系統(tǒng)200通過(guò)將馬達(dá)的扭矩設(shè)置為最佳值(其可以在基于飛輪220的速度和系統(tǒng)效率的表格中找到)以根據(jù)期望的功率來(lái)對(duì)飛輪220充電和放電。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)管理控制器205創(chuàng)建馬達(dá)效率矩陣。即使馬達(dá)是相同的品牌、型號(hào)、尺寸等，馬達(dá)(以及諸如軸承、傳感器、磁體等的各種其它部件)可以彼此不同。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)管理控制器205針對(duì)能量存儲(chǔ)管理控制器205管理的特定系統(tǒng)200創(chuàng)建馬達(dá)效率矩陣。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)管理控制器205創(chuàng)建用于精確控制馬達(dá)扭矩、用于對(duì)系統(tǒng)200建模以及用于診斷的馬達(dá)效率矩陣。在飛輪220操作期間，來(lái)自柵網(wǎng)210的能量經(jīng)由馬達(dá)被傳遞到飛輪220中。即，馬達(dá)由柵網(wǎng)210供電并且使飛輪220旋轉(zhuǎn)。在系統(tǒng)200的初始操作(或任何其它合適的時(shí)間)期間，能量存儲(chǔ)管理控制器205在特定參數(shù)(例如，飛輪220的速度、馬達(dá)的扭矩等)下測(cè)量由馬達(dá)輸出的功率和馬達(dá)的直流(dc)功率以設(shè)置馬達(dá)效率矩陣的基礎(chǔ)。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，使用以下等式計(jì)算充電效率：

其中

并且

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，使用以下等式計(jì)算放電效率：

以上的效率計(jì)算式計(jì)算馬達(dá)效率，但不包括來(lái)自電子器件等的功率損失。在可選的實(shí)施例中，效率計(jì)算確實(shí)包括來(lái)自電子器件等的功率損失。

在一些實(shí)施例中，輸入到馬達(dá)的功率是交流(ac)功率。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，電流傳感夾(或任何其它合適的裝置、技術(shù)或方法)測(cè)量輸入到馬達(dá)的ac功率。在這樣的實(shí)施例中，在計(jì)算中使用ac功率測(cè)量而不是dc功率。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，能量管理控制器205計(jì)算用于創(chuàng)建馬達(dá)效率矩陣的效率值。馬達(dá)效率矩陣是用于馬達(dá)和飛輪220的可能功率(例如，以kw為單位)和速度(例如，以rpm為單位)的組合的柵網(wǎng)。使用計(jì)算的效率值填充(至少部分地)馬達(dá)效率矩陣?？梢允褂糜?jì)算的值插值剩余的值?？梢允褂萌魏魏线m的插值方法。在一些實(shí)施例中，特定插值方法基于計(jì)算哪些矩陣值(例如，計(jì)算哪些速度和功率水平)而變化。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，馬達(dá)效率矩陣用于控制飛輪220、模擬飛輪220在模型中的行為、診斷隨時(shí)間的馬達(dá)行為等。如以下更詳細(xì)地討論的，可以以類似的方式創(chuàng)建真空效率矩陣。

在一些實(shí)施例中，飛輪220的靜態(tài)能量損失特征和總體能量損失特征用于計(jì)算系統(tǒng)200在各種應(yīng)用中的性能，這可以最小化能量成本，如以下更詳細(xì)討論的。靜態(tài)能量損失特征包括當(dāng)飛輪220不旋轉(zhuǎn)時(shí)系統(tǒng)200的能量損失。在一些情況下，在馬達(dá)效率矩陣中使用不準(zhǔn)確或未知的效率值導(dǎo)致以次優(yōu)方式使用系統(tǒng)200。因此，通過(guò)利用馬達(dá)的精確效率值(和空氣摩擦)，可以實(shí)現(xiàn)最佳飛輪220的利用。系統(tǒng)200的能量損失可以根據(jù)諸如飛輪200速度的各種因素而改變。在一些情況下，由于制造部件和系統(tǒng)部件的不一致性，每個(gè)系統(tǒng)200的效率是不同的。當(dāng)與預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的使用相比時(shí)，每個(gè)獨(dú)特系統(tǒng)200的參數(shù)(例如，馬達(dá)效率矩陣)的定制進(jìn)一步優(yōu)化操作。

在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)200在用于優(yōu)化算法中的初始測(cè)試上自動(dòng)生成空氣摩擦矢量計(jì)算。在一些實(shí)施例中，根據(jù)性能(例如，實(shí)時(shí)計(jì)算)動(dòng)態(tài)地調(diào)整空氣摩擦矢量。可以隨時(shí)間監(jiān)測(cè)空氣摩擦矢量。如果空氣摩擦矢量隨時(shí)間增加，則系統(tǒng)200可以確定在一個(gè)或多個(gè)部件(例如，圍繞飛輪200的真空密封件)中已經(jīng)存在劣化。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，空氣摩擦矢量用于隨時(shí)間對(duì)系統(tǒng)200建模并且診斷系統(tǒng)效率性能。飛輪空氣摩擦損失與rpm²和圍繞飛輪200的真空水平(例如，空氣摩擦矢量)相關(guān)。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，系統(tǒng)200計(jì)算在各種速度下的空氣摩擦損失。在各種速度下的空氣摩擦損失可用于應(yīng)用模擬和診斷，如下面更詳細(xì)描述的。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，在系統(tǒng)校準(zhǔn)期間(或任何合適的時(shí)間)測(cè)量(或計(jì)算)空氣摩擦損失。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，為了計(jì)算空氣摩擦數(shù)據(jù)，飛輪220旋轉(zhuǎn)，然后允許以設(shè)定速度滑行短時(shí)間(例如5至10分鐘)。任何合適的操作速度可以用作設(shè)定速度。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，使用相對(duì)高的速度，因?yàn)樵谳^高速度下的空氣阻力較大并且因此更加明顯。在一些實(shí)施例中，使用大于3000rpm的速度。例如，使用馬達(dá)使飛輪220旋轉(zhuǎn)至3000rpm的速度，然后允許慣性滑行(例如，通過(guò)將馬達(dá)扭矩設(shè)置為零)一分鐘。系統(tǒng)200在一分鐘內(nèi)測(cè)量飛輪220的速度以確定每秒的速度損失(例如，通過(guò)使用線性最佳擬合線)。每秒(或每分鐘)的速度損失可以轉(zhuǎn)化為功率(例如，kw)損失。計(jì)算的功率損失是(主要)由于空氣摩擦造成的功率損失。

在一些實(shí)施例中，當(dāng)系統(tǒng)200處于測(cè)試模式(例如，不在正常操作中)時(shí)，執(zhí)行用于確定上述空氣摩擦損失的算法。在一些情況下，系統(tǒng)200可能不可用于測(cè)試模式中。在一些實(shí)施例中，當(dāng)飛輪能量存儲(chǔ)系統(tǒng)處于使用中時(shí)(例如，在正常操作期間)，系統(tǒng)200計(jì)算空氣摩擦矢量效率。在這種實(shí)施例中，系統(tǒng)200計(jì)算理想設(shè)置中的功率，并且將理想設(shè)置中的計(jì)算功率與產(chǎn)生或使用的實(shí)際(例如，測(cè)量)功率進(jìn)行比較。理想設(shè)置可以是100％有效的理想系統(tǒng)200。例如，飛輪220旋轉(zhuǎn)到起動(dòng)速度。然后馬達(dá)控制器240被設(shè)置為在已知的功率水平下并且在設(shè)定的時(shí)間量?jī)?nèi)，例如一小時(shí)控制馬達(dá)。因此，馬達(dá)在已知的時(shí)間量(例如，一小時(shí))內(nèi)施加已知量的功率(例如，以kw為單位)，并且飛輪220在已知的時(shí)間量?jī)?nèi)加速。計(jì)算在已知時(shí)間量?jī)?nèi)輸入到飛輪220中的能量(例如，以kwh為單位)，并且與在已知時(shí)間量?jī)?nèi)存儲(chǔ)的能量的量進(jìn)行比較。例如，飛輪220的起動(dòng)速度到已知時(shí)間量(例如，一小時(shí))結(jié)束時(shí)的速度之間的速度差可用于確定存儲(chǔ)在飛輪220中的能量的量。輸入到飛輪220的能量的量和飛輪220實(shí)際存儲(chǔ)的能量的量之間的差可以用于估計(jì)效率損失。實(shí)際存儲(chǔ)在飛輪220中的能量的量可以通過(guò)測(cè)量飛輪220的速度來(lái)確定。使用這種技術(shù)可以在各種速度下確定能量損失。二次插值算法可用于為每個(gè)速度創(chuàng)建最佳擬合矢量。矢量可用于診斷、真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)、應(yīng)用模擬等。

在一些情況下，單獨(dú)訪問(wèn)馬達(dá)效率矩陣可能不會(huì)導(dǎo)致與期望功率額定值匹配的精確扭矩值。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，系統(tǒng)200連續(xù)地向馬達(dá)發(fā)送正確的扭矩值以匹配期望的額定功率。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，施加到飛輪220的功率的量由用戶設(shè)置。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，正期望功率水平表示利用能量對(duì)飛輪220的充電，并且負(fù)期望功率水平表示對(duì)飛輪220的放電。響應(yīng)于接收期望的功率電平，系統(tǒng)200以期望的功率電平充電/放電。為了實(shí)現(xiàn)期望的功率水平，基于飛輪220的速度、期望的功率水平和馬達(dá)效率(例如，在期望的功率水平和飛輪220速度下)計(jì)算馬達(dá)扭矩。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，為了利用能量對(duì)飛輪220充電，使用以下等式計(jì)算扭矩：

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，為了從飛輪220釋放能量，使用以下等式計(jì)算扭矩：

為了保持輸入到飛輪220中的精確的功率量，當(dāng)飛輪220的速度改變時(shí)，計(jì)算待由馬達(dá)施加的扭矩量(例如，連續(xù)地或以規(guī)則的間隔)。

在一些情況下，系統(tǒng)200的一個(gè)或多個(gè)部件基于飛輪220的旋轉(zhuǎn)速度和系統(tǒng)幾何形狀以變化的水平振動(dòng)。系統(tǒng)幾何形狀可以包括飛輪220的形狀、殼體的形狀等。在系統(tǒng)共振處發(fā)生較高的振動(dòng)。在某些條件下，共振處的振動(dòng)可使系統(tǒng)發(fā)生機(jī)械性地不穩(wěn)定。在一些情況下，可以忽略共振頻率處的振動(dòng)。在其它情況下，可以將阻尼部件添加到系統(tǒng)200以減小整體振動(dòng)。然而，阻尼部件可能是低效的和/或在系統(tǒng)中產(chǎn)生低效率。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)管理控制器205以各種速度動(dòng)態(tài)計(jì)算振動(dòng)幅度。振動(dòng)幅度可以用于控制系統(tǒng)200并且表征整個(gè)系統(tǒng)200。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，使用諸如加速度計(jì)或地震儀的一個(gè)或多個(gè)加速度傳感器230量化振動(dòng)量。加速度傳感器230可以被放置在系統(tǒng)200周圍的各個(gè)位置。在一些實(shí)施例中，從加速度傳感器230接收的信號(hào)各自通過(guò)噪聲濾波器和數(shù)字化器發(fā)送。數(shù)字化器計(jì)算信號(hào)的快速傅里葉變換(fft)，并且輸出由加速度傳感器230感測(cè)的振動(dòng)的幅度和頻率。這種計(jì)算可以在系統(tǒng)200的整個(gè)壽命期間(或在任何合適的時(shí)間期間)連續(xù)地執(zhí)行。計(jì)算的幅度和頻率可以與來(lái)自其它傳感器的數(shù)據(jù)一起存儲(chǔ)在歷史存儲(chǔ)裝置(例如，存儲(chǔ)器260)中。在一些實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)管理控制器205基于馬達(dá)和/或飛輪220的速度產(chǎn)生振動(dòng)幅度譜。fft頻譜可以用于為每個(gè)系統(tǒng)200創(chuàng)建獨(dú)特的振動(dòng)特征。

在一些實(shí)施例中，在系統(tǒng)200的初始測(cè)試期間確定振動(dòng)譜。在這樣的實(shí)施例中，譜特性可以在系統(tǒng)200的壽命期間改變。例如，馬達(dá)的轉(zhuǎn)子可以隨時(shí)間變得更松，飛輪220可能翹曲，部件可以用新的部件替換等。這種變化可以改變系統(tǒng)200的振動(dòng)特征。在一些實(shí)施例中，可以檢測(cè)和考慮變化，從而幫助確保系統(tǒng)200的安全和有效的操作。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)管理控制器205將完整周期的頻譜與最后計(jì)算的振動(dòng)譜(例如，在初始測(cè)試期間確定的振動(dòng)譜)進(jìn)行動(dòng)態(tài)地比較。完整周期可包括使飛輪220向上傾斜以加速以及使飛輪220向下傾斜(例如，對(duì)飛輪220充電和放電)。在一些情況下，如果新頻譜不同于編程頻譜，則在一個(gè)或多個(gè)附加周期上確認(rèn)新頻譜，并且系統(tǒng)200使用新頻譜代替先前確定的頻譜。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，每個(gè)系統(tǒng)200根據(jù)其自身的幾何形狀和性能具有獨(dú)特的振動(dòng)譜。振動(dòng)特征(signature)從系統(tǒng)200變化到系統(tǒng)200，并且每個(gè)系統(tǒng)200的曲線(profile)可以隨時(shí)間改變。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，每個(gè)系統(tǒng)200可以通過(guò)將相應(yīng)系統(tǒng)200的振動(dòng)譜與標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)譜進(jìn)行比較來(lái)檢測(cè)故障并且提供診斷信息。在一些實(shí)施例中，標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)譜是預(yù)先確定的并且存儲(chǔ)在系統(tǒng)200處。在可選的實(shí)施例中，多個(gè)系統(tǒng)200確定它們各自的振動(dòng)譜并且將振動(dòng)譜傳輸?shù)街醒敕?wù)器。在一些實(shí)施例中，每個(gè)系統(tǒng)200以規(guī)則的間隔自動(dòng)傳輸確定的振動(dòng)譜。中央服務(wù)器可以累積來(lái)自多個(gè)系統(tǒng)200的振動(dòng)譜并且確定平均振動(dòng)譜。中央服務(wù)器可以將平均振動(dòng)譜傳輸?shù)较到y(tǒng)200中的每一個(gè)。平均振動(dòng)譜可以與各種系統(tǒng)200的單獨(dú)振動(dòng)譜進(jìn)行比較，以確定系統(tǒng)200中的任何一個(gè)是否具有顯著不同于平均振動(dòng)譜的振動(dòng)譜分量。與平均振動(dòng)譜顯著不同(例如，大于10％)的振動(dòng)譜分量可以表示問(wèn)題。在一些情況下，響應(yīng)于確定系統(tǒng)200的振動(dòng)分量顯著不同于平均振動(dòng)譜，系統(tǒng)200被調(diào)整或改變(例如，限制飛輪220的速度)。

在一些情況下，馬達(dá)的效率可以隨時(shí)間改變。因此，雖然初始馬達(dá)效率矩陣計(jì)算在計(jì)算時(shí)可能是準(zhǔn)確的，但是馬達(dá)的實(shí)際效率可能隨時(shí)間改變，并且馬達(dá)效率矩陣可能變得不準(zhǔn)確。在一些實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)管理控制器205可以隨時(shí)間監(jiān)測(cè)馬達(dá)的效率并相應(yīng)地更新馬達(dá)效率矩陣，從而引起最優(yōu)的能量存儲(chǔ)性能并且降低故障的風(fēng)險(xiǎn)。例如，可能期望從系統(tǒng)200向柵網(wǎng)210(例如，小柵網(wǎng))提供特定功率電平。柵網(wǎng)210能夠補(bǔ)償例如0.1kw的提供的功率差。如果系統(tǒng)200的馬達(dá)效率曲線隨時(shí)間改變，則系統(tǒng)200可從期望的功率電平輸出1.0kw的差。在這種示例中，柵網(wǎng)210不能補(bǔ)償提供給柵網(wǎng)210的1.0kw的差異，這可能導(dǎo)致問(wèn)題(例如，柵網(wǎng)210可能變得混亂)。因此，在一些實(shí)施例中，馬達(dá)效率矩陣隨時(shí)間更新以反映實(shí)際的馬達(dá)效率。更新馬達(dá)效率矩陣可以被動(dòng)地和/或主動(dòng)地發(fā)生。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，系統(tǒng)200在某些扭矩和速度值下主動(dòng)地測(cè)試馬達(dá)的性能特征。在一些情況下，基于識(shí)別的空隙和效率矩陣中的不準(zhǔn)確性來(lái)確定執(zhí)行主動(dòng)測(cè)試的扭矩和速度值，以填充空隙和/或校正不準(zhǔn)確性。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，通過(guò)將用于對(duì)飛輪220充電的輸入電功率與以相同速度輸出提供給飛輪220的機(jī)械功率的能量進(jìn)行比較來(lái)確定不準(zhǔn)確性。表中的效率應(yīng)當(dāng)?shù)扔谳敵龉β逝c輸入功率的比率。如果表中的效率不同于這樣的比率，則效率表可能具有不準(zhǔn)確性。

在一些實(shí)施例中，在正常操作期間不執(zhí)行主動(dòng)測(cè)試。在一些情況下，將效率矩陣(例如，新的或更新的馬達(dá)效率矩陣)與標(biāo)準(zhǔn)效率矩陣進(jìn)行比較。如果在計(jì)算的效率矩陣和標(biāo)準(zhǔn)效率矩陣之間存在顯著差異，則確定是否應(yīng)該使用計(jì)算的(例如，新的或更新的)效率矩陣。在一些情況下，從系統(tǒng)200遠(yuǎn)程進(jìn)行確定(例如，通過(guò)遠(yuǎn)程服務(wù)器或通過(guò)遠(yuǎn)程技術(shù)人員)。

在一些實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)管理控制器205將最近測(cè)量(或計(jì)算)的馬達(dá)效率值與在速度和扭矩值處(或接近速度和扭矩值)的一個(gè)或多個(gè)先前測(cè)量(或計(jì)算)的馬達(dá)效率值進(jìn)行比較。如果最近測(cè)量的值與一個(gè)或多個(gè)先前測(cè)量的值存在顯著不同(例如，大于閾值)，則確定馬達(dá)效率隨時(shí)間改變。響應(yīng)于這種確定，能量存儲(chǔ)管理控制器205可以更新馬達(dá)效率矩陣。

系統(tǒng)200具有在正常操作期間的速度和扭矩值下被動(dòng)地測(cè)試性能特征的能力?？梢栽诓桓蓴_系統(tǒng)200的正常操作的情況下執(zhí)行被動(dòng)測(cè)試。在一些實(shí)施例中，針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模型(或一個(gè)或多個(gè)先前計(jì)算的值)連續(xù)地(或周期性地)計(jì)算和檢查效率值。在一些情況下，將顯著不同于標(biāo)準(zhǔn)模型的計(jì)算值傳輸?shù)街醒敕?wù)器。中央服務(wù)器可以將計(jì)算的值與其它系統(tǒng)200的計(jì)算值進(jìn)行比較。

在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)200包括馬達(dá)控制子系統(tǒng)240。馬達(dá)控制子系統(tǒng)240可以控制馬達(dá)施加到飛輪220(或飛輪220施加到馬達(dá))的扭矩量。馬達(dá)控制子系統(tǒng)240可以限制扭矩改變的速率，以防止損壞系統(tǒng)的機(jī)械部件和/或電氣部件。機(jī)械損壞的一些示例包括花鍵損壞(例如，飛輪220和馬達(dá)之間的連接中的損壞)、振動(dòng)共振問(wèn)題和飛輪220的軸向位移。可能的電氣損壞的示例包括可能損壞電子器件的瞬態(tài)電壓和/或電流。在一些實(shí)施例中，期望的馬達(dá)扭矩被傳輸?shù)今R達(dá)控制子系統(tǒng)240。馬達(dá)控制子系統(tǒng)240可以以小于預(yù)定閾值的速率將馬達(dá)扭矩的量從扭矩的當(dāng)前量轉(zhuǎn)變?yōu)轳R達(dá)扭矩的期望量。

在一些實(shí)施例中，馬達(dá)控制子系統(tǒng)240具有馬達(dá)控制子系統(tǒng)240遵守的一個(gè)或多個(gè)約束。這種約束的示例包括馬達(dá)扭矩的變化率、由馬達(dá)支持的最大扭矩量、在不使馬達(dá)或逆變器過(guò)熱的情況下可以施加的最大扭矩量、可以施加而不會(huì)導(dǎo)致馬達(dá)在低速下失速的最大扭矩量、施加到馬達(dá)或飛輪220的最大功率量、馬達(dá)電流的最大量、系統(tǒng)200到柵網(wǎng)210的最大輸入電流或輸出電流、通過(guò)逆變器的最大電流量等。在一些情況下，該約束根據(jù)在某些速度下的馬達(dá)的特征、諸如環(huán)境溫度的環(huán)境因素等動(dòng)態(tài)地改變。在一些實(shí)施例中，馬達(dá)控制子系統(tǒng)240接收馬達(dá)待提供給飛輪220(或飛輪220待提供給馬達(dá))的期望的功率值。馬達(dá)控制子系統(tǒng)240基于飛輪220的速度和馬達(dá)效率矩陣來(lái)確定要提供的馬達(dá)扭矩的量。馬達(dá)控制子系統(tǒng)240使馬達(dá)扭矩成為確定的馬達(dá)扭矩，從而在飛輪220和柵網(wǎng)210之間傳輸期望的功率水平。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，系統(tǒng)200包括電磁體控制器250。如上所述，飛輪220可以利用電磁性而被懸掛，從而減小飛輪220在軸承上的摩擦量并且提高系統(tǒng)200的效率。電磁體控制器250控制提供給提升飛輪220的電磁體的電流量。通過(guò)控制通過(guò)電磁體的電流量，電磁體控制器250控制電磁體施加到飛輪220的提升量。

雖然減少由飛輪220施加在底部軸承上的力的量會(huì)通過(guò)減小摩擦而提高效率，但是頂部軸承上的大量力會(huì)增加摩擦，從而增加摩擦并降低效率。在頂部軸承或底部軸承上的大量的力可能導(dǎo)致過(guò)度熱并減少軸承壽命。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，施加到頂部軸承和底部軸承的力的量利用諸如測(cè)力傳感器的傳感器230來(lái)測(cè)量。能量存儲(chǔ)管理控制器205可以使用來(lái)自傳感器230的讀數(shù)來(lái)確定飛輪220上的提升力的量，其最小化頂部軸承和底部軸承兩者上的載荷。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，電磁體被定位在飛輪220上方，使得通過(guò)電磁體的較高的電流在飛輪220上產(chǎn)生向上的力，由此增加施加到頂部軸承的重量的量并且減少施加到底部軸承的重量的量。較低的電流引起飛輪220下降，從而增加施加到底部軸承的力的量并且減小施加到頂部軸承的力。

圖3a是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的飛輪系統(tǒng)的框圖。圖3a示出飛輪系統(tǒng)300的截面圖。飛輪系統(tǒng)300具有上部殼體302、飛輪304、下部殼體306、上部負(fù)載傳感器308、上部軸承310、上部彈簧312、電磁體314、下部彈簧316、下部軸承318和下部測(cè)力傳感器320。在可選的實(shí)施例中，可以使用另外的、較少的和/或不同的元件。

上部殼體302通過(guò)上部測(cè)力傳感器308、上部軸承310和上部彈簧312與飛輪304分離，該上部彈簧312可以是波形彈簧。電磁體314處于上部殼體302和飛輪304之間。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，電磁體214具有環(huán)形形狀。下部殼體306通過(guò)下部彈簧316、下部軸承318和下部測(cè)力傳感器320與飛輪304分離。在示例性實(shí)施例中，上部彈簧312和下部彈簧316是與飛輪304接觸，并且是與飛輪304的上表面和下表面接觸的機(jī)械彈簧。上部彈簧312和下部彈簧316抑制飛輪304的向上運(yùn)動(dòng)和向下運(yùn)動(dòng)。

上部彈簧312和下部彈簧316分別抵接上部軸承310和下部軸承318。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，上部軸承310和下部軸承318包括金屬球，其有助于減少飛輪304的運(yùn)動(dòng)中的摩擦。上部測(cè)力傳感器308和下部測(cè)力傳感器320測(cè)量施加到相應(yīng)的測(cè)力傳感器的力的量。例如，上部測(cè)力傳感器308測(cè)量施加在上部殼體302和上部軸承310之間的力(例如，由飛輪304施加到上部殼體302的力的量)。電磁體314產(chǎn)生提升飛輪304的磁力，從而從下部彈簧316移除飛輪304的一些重量。通過(guò)提升飛輪304，力被添加到上彈簧312。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，基于飛輪304的重量和橫向運(yùn)動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)電磁體314。例如，如果飛輪304具有高于閾值的橫向運(yùn)動(dòng)，則可以調(diào)節(jié)(例如，增加電流)電磁體314以減小橫向運(yùn)動(dòng)。

使用電磁體314提升飛輪304有助于減少上部軸承310和下部軸承318的磨損。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)管理控制器205(經(jīng)由電磁體控制器250)控制飛輪系統(tǒng)300，使得飛輪304在上部波形彈簧312和下部波形彈簧316上施加最大重量或最小重量(或力)。例如，電磁體314被控制，使得飛輪304在上部波形彈簧312上施加至少200磅(lbs.)，并且在下部波形彈簧316上施加至少800磅。任何合適的閾值可以用于施加到飛輪304的電磁力。在一些實(shí)施例中，基于fft計(jì)算來(lái)調(diào)節(jié)電磁體314的電流，以在高振動(dòng)時(shí)間期間調(diào)節(jié)上部測(cè)力傳感器和下部測(cè)力傳感器上的重量，從而降低振動(dòng)量。

圖3b是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的存在于能量存儲(chǔ)管理系統(tǒng)中的磁滯的圖。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)管理控制器205考慮存在于飛輪系統(tǒng)300中的滯后。滯后是由當(dāng)由電磁體施加的力的量超過(guò)飛輪304的重量時(shí)產(chǎn)生的飛輪304位移的變化而引起的，由此導(dǎo)致飛輪304“跳躍”。可選地，當(dāng)施加到飛輪上的力的量降低到某一值以下時(shí)，飛輪可“下降”。這兩種狀態(tài)具有非常不同的特征，其中后者通常更穩(wěn)定。

馬達(dá)的振動(dòng)共振也可以影響飛輪304的位移(例如，垂直位置)。通過(guò)馬達(dá)引入到飛輪系統(tǒng)300中的振動(dòng)可以導(dǎo)致飛輪下降，導(dǎo)致施加到下部軸承318的力的量的突然增加。施加到下部軸承318的力的突然增加可以導(dǎo)致下部軸承318的溫度的尖峰。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)管理控制器可以通過(guò)增加在高共振時(shí)間期間施加到電磁體314的電流量來(lái)補(bǔ)償由馬達(dá)共振引起的增加的振動(dòng)。可以使用地震儀(或任何其它合適的裝置)來(lái)測(cè)量共振的幅度。使用fft處理來(lái)自地震儀的輸出。當(dāng)存在高的共振幅度(通過(guò)分析fft確定)時(shí)，能量存儲(chǔ)管理控制器可以通過(guò)增加提供給電磁體314的電流量(并且增加電磁體314的提升力)來(lái)響應(yīng)，從而防止飛輪304下降。

圖3c是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的調(diào)節(jié)電磁體的提升力的方法的流程圖。在可選的實(shí)施例中，可以執(zhí)行另外的、較少的和/或不同的操作。并且，流程圖和/或箭頭的使用并不意味著相對(duì)于操作的順序或流程是限制性的。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，方法360由能量存儲(chǔ)管理系統(tǒng)205執(zhí)行。在可選的實(shí)施例中，方法360由電磁體控制器250執(zhí)行。

在操作365中，將施加到飛輪的向上的力與閾值(例如，閾值力)進(jìn)行比較。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，操作365包括確定馬達(dá)是否下降。在示例性實(shí)施例中，如果施加到飛輪的向上的力的量低于閾值，則在操作370中，通過(guò)電磁體的電流被設(shè)置為提升電流值(liftcurrentvalue)。提升電流值可以是提升飛輪并且增加施加到上部軸承的力的量的值(例如，電流量)。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，提升電流是預(yù)定值。在替代實(shí)施例中，只要施加到飛輪的向上的力低于閾值，提升電流可以改變(例如，增加)。

如果施加到飛輪的向上的力大于或等于閾值，則在操作375中，將頂部軸承負(fù)載與目標(biāo)負(fù)載進(jìn)行比較。頂部軸承負(fù)載是由上部測(cè)力傳感器308測(cè)量的力。目標(biāo)負(fù)載可以是由上部測(cè)力傳感器308測(cè)量的目標(biāo)力量。目標(biāo)載荷可以基于飛輪的類型、飛輪的重量、軸承的類型等來(lái)預(yù)先確定。如果頂部軸承負(fù)載超過(guò)目標(biāo)負(fù)載，則在操作380中，減少通過(guò)電磁體314的電流量。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，電流量減少預(yù)定量。

如果頂部軸承負(fù)載不超過(guò)目標(biāo)負(fù)載，則在操作385中，將頂部軸承負(fù)載與目標(biāo)負(fù)載進(jìn)行比較。如果頂部軸承負(fù)載小于目標(biāo)負(fù)載，則在操作390中，增加通過(guò)電磁體314的電流量。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，電流增加預(yù)定量。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，在操作370、操作380、操作390和操作385之后執(zhí)行操作365。在可選的實(shí)施例中，使用比例積分微分(pid)回路(或類似物)來(lái)控制電磁鐵314的力。

在一些情況下，保持系統(tǒng)200的狀態(tài)的持續(xù)記錄是用于診斷和研究的有價(jià)值的工具。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，系統(tǒng)200具有歷史存儲(chǔ)裝置。歷史存儲(chǔ)裝置可以用于存儲(chǔ)模塊的快照?？煺湛梢灾芷谛缘乇猾@取并且可以被存儲(chǔ)在例如存儲(chǔ)器260中。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，存儲(chǔ)器260是持久類型的存儲(chǔ)器。例如，每個(gè)快照包括模塊的緩存值。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，僅在相應(yīng)模塊的元數(shù)據(jù)中已經(jīng)被標(biāo)記為歷史存儲(chǔ)裝置支持的模塊被包括在快照中。在一些情況下，歷史值對(duì)于執(zhí)行診斷、計(jì)算成本節(jié)約、執(zhí)行研究等是有用的。歷史值可以為每個(gè)獨(dú)特系統(tǒng)提供一個(gè)生命周期的度量。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，歷史值存儲(chǔ)在遠(yuǎn)程磁盤上。

在一些實(shí)施例中，為了優(yōu)化cpu使用(例如，處理器160的使用)，歷史值按時(shí)間索引。因?yàn)闀r(shí)間以上升方向移動(dòng)，所以按時(shí)間索引沒(méi)有性能成本(或具有小的性能成本)。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，將用于模塊的值的新條目附加到文件的末尾。新條目可以包括時(shí)間戳。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，因?yàn)榭梢允褂弥T如二進(jìn)制搜索的算法來(lái)找到適當(dāng)?shù)臅r(shí)間戳，所以基于時(shí)間的搜索是快速的。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，每個(gè)快照存儲(chǔ)在緩沖器中并且以設(shè)置的間隔被傳送到永久盤。這種方法可以最小化磁盤使用。因?yàn)樽罱臄?shù)據(jù)可以從存儲(chǔ)器(例如，緩沖器)而不是磁盤讀取(其可以比從存儲(chǔ)器讀取數(shù)據(jù)花費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間)，所以查詢(在某些情況下，是最常見類型的查詢)最近的數(shù)據(jù)是高效的。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，檔案架構(gòu)包括跨目錄樹分布的一組文件。每個(gè)文件可以與一個(gè)時(shí)間長(zhǎng)度相關(guān)聯(lián)。例如，每個(gè)文件可以包括來(lái)自秒鐘、分鐘、小時(shí)、天等的數(shù)據(jù)。這種架構(gòu)使用相對(duì)較小的歸檔文件，會(huì)提高系統(tǒng)的效率。這種架構(gòu)還允許并行訪問(wèn)多個(gè)文件。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，每個(gè)文件的路徑使用快照的時(shí)間戳構(gòu)建。因而，由于可以使用期望的數(shù)據(jù)片的時(shí)間戳容易地重建文件補(bǔ)丁，所以找到一個(gè)數(shù)據(jù)片是相對(duì)快速的。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，通過(guò)使用文件路徑中的時(shí)間戳，文件系統(tǒng)不需要被遍歷(traverse)以找到一條數(shù)據(jù)。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，歷史文件被壓縮。例如，可以基于可用的磁盤資源量低于閾值量的確定來(lái)壓縮文件。在一些情況下，壓縮對(duì)于這種類型的數(shù)據(jù)是高度有效的，因?yàn)樵S多存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可以是冗余的和/或重復(fù)的?？梢允褂萌魏魏线m的壓縮方法。

圖4是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的熱插拔模塊布置的框圖。說(shuō)明性系統(tǒng)400包括多個(gè)模塊410、共享存儲(chǔ)器420和中央處理器430。在可選的實(shí)施例中，可以使用另外的、較少的和/或不同的元件。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，模塊410中的每一個(gè)與共享存儲(chǔ)器420通信。模塊410中的一個(gè)或多個(gè)可以包括傳感器(例如，傳感器110)或與傳感器通信。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，每個(gè)模塊410是一段代碼。在可選的實(shí)施例中，每個(gè)模塊410可以包括處理器和存儲(chǔ)器存儲(chǔ)裝置。在一些實(shí)施例中，模塊410中的一個(gè)或多個(gè)與輸出裝置相關(guān)聯(lián)。在一些實(shí)施例中，模塊410可以與輸入裝置(例如，傳感器)相關(guān)聯(lián)，并且可以與輸出裝置相關(guān)聯(lián)。模塊410的每一個(gè)與共享存儲(chǔ)器420通信以更新傳感器和/或輸出裝置的狀態(tài)。例如，具有傳感器的模塊410可以將傳感器的狀態(tài)(例如，當(dāng)前讀數(shù))傳送到共享存儲(chǔ)器。在另一示例中，具有輸出裝置的模塊410可以從共享存儲(chǔ)器420讀取輸出裝置應(yīng)該具有的輸出狀態(tài)(例如，輸出電流的量)。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，中央處理器430(例如，處理器160)運(yùn)行使用由模塊410提供的信息的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)程。例如，中央處理器430可以基于從模塊410接收的輸入(例如，溫度)來(lái)調(diào)整輸出設(shè)置(例如，模塊410的輸出)。中央處理器430與共享存儲(chǔ)器420通信以通過(guò)模塊410接收存儲(chǔ)在共享存儲(chǔ)器420中的值。在其中一個(gè)或多個(gè)模塊410與輸出裝置相關(guān)聯(lián)的實(shí)施例中，中央處理器430可以將輸出值傳輸?shù)焦蚕泶鎯?chǔ)器420，該輸出值由相應(yīng)模塊410讀取。因此，中央處理器430和模塊410通過(guò)讀取和寫入數(shù)據(jù)到共享存儲(chǔ)器420來(lái)彼此傳送數(shù)據(jù)。

在一些實(shí)施例中，如果模塊410從共享存儲(chǔ)器420斷開(物理地或通信地)，則共享存儲(chǔ)器420不重新寫入來(lái)自斷開連接的模塊410的最后接收的數(shù)據(jù)。例如，模塊410與溫度計(jì)通信，并且模塊410每秒向共享存儲(chǔ)器420傳送一次溫度讀數(shù)。中央處理器430基于溫度讀數(shù)控制閥。中央處理器430通過(guò)讀取與模塊410相對(duì)應(yīng)的共享存儲(chǔ)器420中的存儲(chǔ)器插槽來(lái)接收溫度讀數(shù)。中央處理器430每秒讀取一次溫度讀數(shù)。如果模塊410與共享存儲(chǔ)器420斷開連接，則模塊410不將更新的溫度讀數(shù)傳輸?shù)焦蚕泶鎯?chǔ)器420以供中央處理器430讀取。相反，當(dāng)中央處理器430嘗試從共享存儲(chǔ)器420讀取溫度讀數(shù)時(shí)，中央處理器430讀取共享存儲(chǔ)器420從模塊410成功接收的最后溫度讀數(shù)。當(dāng)模塊410回到與共享存儲(chǔ)器420通信時(shí)，可以在共享存儲(chǔ)器420中更新溫度讀數(shù)，因此中央處理器430可以讀取更新的溫度讀數(shù)。在這樣的示例中，雖然模塊410沒(méi)有與共享存儲(chǔ)器420通信，但是中央處理器430正常地工作，但是沒(méi)有接收更新的溫度讀數(shù)。相反，中央處理器430接收到最后成功傳輸?shù)臏囟茸x數(shù)。

因此，在一些實(shí)施例中，模塊410可以是熱插拔的。即，模塊410中的一個(gè)或多個(gè)可以被移除、改變并放回到調(diào)試中，而不停止中央處理器430。在一些實(shí)施例中，每個(gè)模塊410包括編程。因此，在說(shuō)明性的實(shí)施例中，當(dāng)中央處理器430操作時(shí)，模塊410可以從系統(tǒng)400移除，使模塊410的編程改變或修改，并且重新調(diào)試到系統(tǒng)400中，而不停止中央處理器430。

使用熱插拔模塊有若干好處。在執(zhí)行系統(tǒng)200的研究和測(cè)試時(shí)，用戶可以在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)訪問(wèn)所有系統(tǒng)信息。實(shí)時(shí)訪問(wèn)允許系統(tǒng)200的用戶通過(guò)查看實(shí)時(shí)信息并且使用該信息作為反饋來(lái)對(duì)控制配置和軟件進(jìn)行調(diào)整。此功能通過(guò)用戶界面提供。系統(tǒng)200可以顯示歷史圖和實(shí)時(shí)圖，其可以用于隨時(shí)間查看和比較不同模塊410的值。在許多情況下，在正常系統(tǒng)操作期間經(jīng)由模塊410熱交換的過(guò)程來(lái)修改系統(tǒng)軟件的能力是期望的。這在諸如飛輪的系統(tǒng)中尤其如此，其中常規(guī)測(cè)試可能需要若干小時(shí)。

圖5是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的用于減小峰值功率消耗的方法的流程圖。在可選的實(shí)施例中，可以使用另外的、較少的和/或不同的元件。并且，使用流程圖和/或箭頭并不意味著相對(duì)于操作的順序或流程是限制性的。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)200可以用于減小從柵網(wǎng)210消耗的峰值功率。例如，系統(tǒng)200可以用在電表的電氣用戶側(cè)。在客戶站點(diǎn)的峰值功率消耗期間，系統(tǒng)200可以向客戶的電氣設(shè)備提供功率，從而減小柵網(wǎng)210在峰值功率消耗期間接收的功率量。在來(lái)自柵網(wǎng)210的非峰值功率消耗期間，系統(tǒng)200可以存儲(chǔ)電能。使用方法500，電氣客戶可以在諸如一天的一段時(shí)間內(nèi)消費(fèi)(spreadout)從柵網(wǎng)210使用的功率。在一些情況下，從柵網(wǎng)210消耗的功率在峰值消耗時(shí)間比在非峰值消耗時(shí)間消耗的功率更昂貴。因此，在一些實(shí)施例中，方法500可以減小功率費(fèi)用。

在操作510中，可以確定預(yù)測(cè)負(fù)載和系統(tǒng)特征。在一些實(shí)施例中，預(yù)測(cè)負(fù)載可以由用戶輸入。例如，用戶可以使用用戶輸入來(lái)估計(jì)預(yù)測(cè)負(fù)載并且將預(yù)測(cè)負(fù)載傳輸?shù)较到y(tǒng)200。預(yù)測(cè)負(fù)載可以是客戶站點(diǎn)在諸如一天的一段時(shí)間內(nèi)消耗的能量的預(yù)測(cè)量。在一些情況下，預(yù)測(cè)負(fù)載可以由系統(tǒng)200通過(guò)基于在前幾天消耗的能量估計(jì)由客戶站點(diǎn)消耗的能量的預(yù)測(cè)量來(lái)確定。系統(tǒng)特征可以包括系統(tǒng)200的效率和系統(tǒng)200可以存儲(chǔ)的能量的總量。

在操作520中，可以確定設(shè)定的峰值功率使用。設(shè)定的峰值功率使用可以是從柵網(wǎng)210接收的最大功率量的設(shè)定點(diǎn)。例如，預(yù)測(cè)負(fù)載是客戶站點(diǎn)在一天中消耗的功率量。功率量可以在一天期間波動(dòng)?；谙到y(tǒng)特征，設(shè)定的峰值功率使用可以通過(guò)預(yù)測(cè)在峰值功率消耗期間系統(tǒng)200可以提供的功率量和在非峰值功率消耗期間可以存儲(chǔ)的功率量來(lái)確定(例如，估計(jì))。

在操作530中，確定存儲(chǔ)在系統(tǒng)200中的能量?？梢曰陲w輪220的速度和系統(tǒng)效率來(lái)確定存儲(chǔ)在系統(tǒng)200中的能量。在操作540中，調(diào)整由系統(tǒng)200供給或存儲(chǔ)的功率。例如，可以將客戶站點(diǎn)消耗的功率與設(shè)定的峰值功率使用進(jìn)行比較。如果由客戶站點(diǎn)消耗的功率大于峰值功率使用，則可以調(diào)整系統(tǒng)200以向客戶站點(diǎn)提供功率，從而減小從柵網(wǎng)210消耗的功率量。由系統(tǒng)200提供的功率量可以是客戶站點(diǎn)使用的功率量和設(shè)定的峰值功率使用之間的差。如果由客戶站點(diǎn)消耗的功率小于設(shè)定的峰值功率使用，則系統(tǒng)200可以被配置為存儲(chǔ)來(lái)自柵網(wǎng)210的能量。例如，系統(tǒng)200接收的功率量可以是設(shè)定的峰值功率使用和客戶站點(diǎn)消耗的功率之間的差。由系統(tǒng)200接收的功率量可以小于系統(tǒng)200可以接收而不損壞系統(tǒng)200的最大功率量。

在操作550中，將飛輪220的速度與飛輪220的最小閾值速度進(jìn)行比較。如果飛輪220的速度低于最小閾值速度，則在操作560中，可以設(shè)定放電計(jì)劃。例如，系統(tǒng)200可以被設(shè)置為在指定的時(shí)間量?jī)?nèi)釋放存儲(chǔ)在飛輪220中的剩余能量。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，當(dāng)客戶現(xiàn)場(chǎng)消耗的功率低于峰值功率使用并且飛輪220完全放電時(shí)，可以實(shí)施起動(dòng)過(guò)程以使飛輪220向上旋轉(zhuǎn)，從而在飛輪220中存儲(chǔ)能量。如果飛輪220的速度大于(或等于)最小閾值速度，則方法500可以返回到操作530。在一些實(shí)施例中，方法500可以每天重新啟動(dòng)一次。在可選的實(shí)施例中，方法500在任何合適的時(shí)間執(zhí)行，諸如每小時(shí)一次、每周一次、每季一次等。

在一些情況下，通過(guò)柵網(wǎng)210提供功率的公用事業(yè)公司基于例如在一天中客戶站點(diǎn)消耗的絕對(duì)峰值功率來(lái)確定能量成本。因此，能量的成本可以基于在一天中的任何點(diǎn)消耗的最大功率量來(lái)確定。在基于消耗的絕對(duì)峰值功率來(lái)確定峰值功率消耗的情況下，方法500可用于減少消耗的絕對(duì)峰值功率。

在一些情況下，公用事業(yè)公司基于時(shí)間間隔內(nèi)的平均峰值負(fù)載來(lái)確定能量的成本。例如，公用事業(yè)公司可以確定在指定時(shí)間間隔期間消耗的能量的量。在一些情況下，指定的時(shí)間間隔可以是一小時(shí)。例如，公用事業(yè)公司可以確定從下午1點(diǎn)到下午2點(diǎn)、下午2點(diǎn)到下午3點(diǎn)、下午4點(diǎn)到下午5點(diǎn)等消耗的能量的量。在一些情況下，公用事業(yè)公司可以確定在任何合適的時(shí)間量期間消耗的能量的量，諸如在下午12點(diǎn)到下午4點(diǎn)之間。在一些情況下，公用事業(yè)公司可以確定在15分鐘增量期間消耗的峰值能量。

在公用事業(yè)公司在時(shí)間間隔內(nèi)確定平均峰值負(fù)載的實(shí)施例中，可以修改方法500以最大化在該時(shí)間間隔期間由系統(tǒng)200供給的能量的量。例如，在一些實(shí)施例中，當(dāng)系統(tǒng)200以最大速率放電時(shí)，系統(tǒng)200最有效地提供功率。因此，代替在時(shí)間間隔內(nèi)提供恒定量的功率，系統(tǒng)200可以被配置為在該時(shí)間間隔的第一部分期間提供最大功率量(或最有效功率量)，并且在該時(shí)間間隔的剩余部分期間不提供功率。例如，為了在十五分鐘內(nèi)將客戶站點(diǎn)消耗的峰值功率減小系統(tǒng)200容量的三分之一，系統(tǒng)200可以被配置成在五分鐘期間提供最大功率，并且在剩余的十分鐘期間不提供功率。

在一些情況下，如果存在使用相同(或相似)算法的多個(gè)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200，則在相對(duì)短的時(shí)間量?jī)?nèi)使能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200以其最大速率放電可以在本地公用事業(yè)上產(chǎn)生大的總功率變化。例如，如果公用事業(yè)計(jì)算在十五分鐘間隔的峰值需求，則每十五分鐘可能有大的總負(fù)載變化。大的總負(fù)載變化可以導(dǎo)致柵網(wǎng)210變得混亂。在一些情況下，如果功率擺動(dòng)太大，則柵網(wǎng)210可能失效并且導(dǎo)致停電。為了防止這樣的影響，最大效率的充電/放電計(jì)劃的特定時(shí)間可以基于偽隨機(jī)數(shù)，作為保護(hù)公用事業(yè)免受大的總功率擺動(dòng)的方式。在可選的實(shí)施例中，可以使用隨機(jī)數(shù)。例如，充電/放電計(jì)劃可以在15分鐘內(nèi)隨機(jī)地設(shè)定。在一些情況下，系統(tǒng)200可以使用相同或相似的計(jì)劃與相鄰系統(tǒng)200通信，使得柵網(wǎng)的峰值負(fù)載在總水平上減小。使用算法的每個(gè)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200減小本地站點(diǎn)的峰值需求，同時(shí)在總水平上減小柵網(wǎng)210的總功率。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，通過(guò)將客戶的負(fù)載從具有較高能量成本的峰值時(shí)間轉(zhuǎn)移到具有較低能量成本的非高峰時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)公用事業(yè)費(fèi)用的減少。說(shuō)明性算法在非高峰時(shí)間開始時(shí)對(duì)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200充電，并且在峰值時(shí)間開始時(shí)對(duì)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200放電。在一些情況下，這種布置最大化空氣阻力損失，并且可能在非高峰時(shí)間不經(jīng)意地產(chǎn)生新的建筑物峰值需求。因此，客戶的公用事業(yè)費(fèi)用可能最終增加。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200合并效率值和能量存儲(chǔ)特征，以減小能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200消耗的能量的量。算法在晚上(例如，當(dāng)能量成本較低時(shí))對(duì)飛輪220充電并且在白天期間(例如，當(dāng)能量成本較高時(shí))對(duì)飛輪220放電。例如，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200可以在非高峰時(shí)間結(jié)束時(shí)(同時(shí)仍然在非高峰時(shí)間)被充電，并且可以在高峰時(shí)間期間放電。本地公用事業(yè)費(fèi)率針對(duì)每個(gè)月提供固定費(fèi)率。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200使用公用事業(yè)費(fèi)率和存儲(chǔ)特征來(lái)轉(zhuǎn)移負(fù)載以在最佳時(shí)間充電和放電。

圖6是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的用于減小公用事業(yè)費(fèi)用的方法的流程圖。在可選的實(shí)施例中，可以使用另外的、較少的和/或不同的元件。并且，使用流程圖和/或箭頭并不意味著相對(duì)于操作的順序或流程是限制性的。在操作610中，接收公用事業(yè)定價(jià)計(jì)劃。公用事業(yè)定價(jià)計(jì)劃可以表示在白天的不同時(shí)間從柵網(wǎng)210接收的功率的成本。在可選的實(shí)施例中，可以使用任何合適的定價(jià)計(jì)劃。在操作620中，確定低成本的時(shí)間和高成本的時(shí)間。例如，基于定價(jià)計(jì)劃，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200可以確定從柵網(wǎng)210接收的功率最低的一天的時(shí)間和從柵網(wǎng)210接收的功率最高的一天的時(shí)間。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，操作620包括確定對(duì)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200充電所需的能量的量是最低的一天的時(shí)間以及由能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200釋放的能量的量是最低的一天的時(shí)間。

在操作630中，將當(dāng)前時(shí)間與計(jì)算的高成本時(shí)間進(jìn)行比較。如果當(dāng)前時(shí)間在所計(jì)算的高成本時(shí)間期間，則在操作640中，存儲(chǔ)在能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200中的能量被釋放(例如，通過(guò)降低飛輪220的速度)。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200在高成本時(shí)間內(nèi)以恒定速率被放電。例如，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200可以提供的總能量除以高成本時(shí)間的長(zhǎng)度，以確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200的功率輸出。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，基于飛輪220的最大速度和飛輪220的最小操作速度來(lái)確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200可以提供的總能量。

在操作650中，將當(dāng)前時(shí)間與計(jì)算的低成本時(shí)間進(jìn)行比較。如果當(dāng)前時(shí)間在計(jì)算的低成本時(shí)間期間，則在操作640中，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200利用能量來(lái)充電(例如，通過(guò)增加飛輪220的速度)。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200在低成本時(shí)間內(nèi)以恒定速率被充電。例如，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200消耗以存儲(chǔ)最大量的能量的總能量(例如，考慮能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200的效率)除以低成本時(shí)間的長(zhǎng)度，以確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200消耗的功率。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200被配置為向用戶顯示公用事業(yè)成本節(jié)約和使用度量。能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200可以使用用戶界面向用戶顯示信息。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，動(dòng)態(tài)地計(jì)算各種度量。例如，公用事業(yè)費(fèi)率可以根據(jù)位置、資費(fèi)、費(fèi)率調(diào)整等而變化。在一些情況下，基于峰值需求的減小和負(fù)載在一天中不同時(shí)間的移動(dòng)來(lái)估計(jì)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)所計(jì)算的能量成本節(jié)約。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，使用本地公用事業(yè)費(fèi)率，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200估計(jì)來(lái)自生成和存儲(chǔ)的節(jié)約，并且將該節(jié)約與無(wú)生成或存儲(chǔ)能力的系統(tǒng)進(jìn)行比較。節(jié)約量可以包括使用時(shí)間率和減小的峰值需求。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，在整個(gè)月中不斷地更新節(jié)約，并且存儲(chǔ)每月的節(jié)約。當(dāng)公用事業(yè)費(fèi)率變化時(shí)，可以更新節(jié)約。在可選的實(shí)施例中，可以使用用于確定能量成本節(jié)約的任何合適的方法。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，基于能量生成(例如，來(lái)自可再生資源)和恒定碳轉(zhuǎn)化數(shù)來(lái)確定碳排放減少?？梢允褂萌魏魏线m的恒定碳轉(zhuǎn)化數(shù)。在一些情況下，當(dāng)計(jì)算來(lái)自能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200和可變公用事業(yè)生成曲線的碳減少時(shí)，確定碳減排可變得相對(duì)復(fù)雜。可變公用事業(yè)生成曲線可以表示公用事業(yè)如何根據(jù)不同時(shí)間的能量生成而產(chǎn)生柵網(wǎng)功率和碳排放。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200基于能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200的能量產(chǎn)生和利用來(lái)準(zhǔn)確地估計(jì)碳排放減少。例如，可以例如在歷史存儲(chǔ)裝置中估計(jì)和存儲(chǔ)一個(gè)月的碳排放減少。基于可用的碳排放數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)整公用事業(yè)生成曲線。碳排放數(shù)據(jù)可以由公用事業(yè)公司提供。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，碳排放值被提供給碳排放市場(chǎng)并且用于碳排放交易。用戶可以交易碳信用作為得益于通過(guò)使用能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200和例如中央服務(wù)器而減少碳的方式。碳排放節(jié)約值可以上傳到中央服務(wù)器，并且與其它用戶的排放曲線進(jìn)行比較。這種比較使得用戶能夠容易地通過(guò)在中央服務(wù)器上托管的中央市場(chǎng)來(lái)使他們的碳信用貨幣化。

在一些實(shí)施例中，因?yàn)槟芰看鎯?chǔ)系統(tǒng)200的位置可能受限訪問(wèn)因特網(wǎng)，所以遠(yuǎn)程登錄到中央服務(wù)器可能是困難的。例如，許多互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商(isp)不能保證分配(例如，到能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200)的ip地址將保持不變(例如，是靜態(tài)ip地址)。在一些情況下，如果用戶支付額外的費(fèi)用，則isp將保證靜態(tài)ip地址。

默認(rèn)情況下，許多現(xiàn)有防火墻被配置為禁用所有端口上的傳入連接請(qǐng)求。這種防火墻配置通常只有很少的例外。這種異常通常僅適用于最常用的協(xié)議，例如超文本傳輸協(xié)議(http)。在為具有現(xiàn)有防火墻的用戶安裝能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200的實(shí)施例中，重新配置防火墻以修復(fù)每個(gè)客戶的這些問(wèn)題可能是耗時(shí)的。另外，許多路由器將其內(nèi)部lan的ip地址隱藏到外部網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)ip地址組合在一起成一個(gè)地址，并且路由器處理消息的映射。這種協(xié)議可以防止網(wǎng)絡(luò)連接請(qǐng)求在內(nèi)部lan之外發(fā)起。

在一些情況下，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200的部署使用現(xiàn)有的公司lan來(lái)訪問(wèn)因特網(wǎng)。這種網(wǎng)絡(luò)通常具有若干層防火墻和許多限制性網(wǎng)絡(luò)策略，其使得對(duì)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200的遠(yuǎn)程登錄(例如，通過(guò)中央服務(wù)器)變得困難。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，因?yàn)椴恍枰部稍L問(wèn)的ip地址，所以維持能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200與外部服務(wù)器(具有靜態(tài)ip)之間的加密tcp連接繞過(guò)這種限制并且增加額外的安全層。例如，中央服務(wù)器監(jiān)聽來(lái)自多個(gè)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200的傳入連接。當(dāng)進(jìn)行連接時(shí)，中央服務(wù)器將與其進(jìn)行連接的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200添加到將來(lái)自服務(wù)技術(shù)員的請(qǐng)求中繼到池中的適當(dāng)系統(tǒng)的連接池。在網(wǎng)絡(luò)中斷的情況下，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200可以嘗試以預(yù)定的間隔(例如，1分鐘)重新連接到中央服務(wù)器。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200包括可以使用http通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向客戶端提供網(wǎng)頁(yè)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。網(wǎng)頁(yè)可以使用稱為微件的圖形元素來(lái)顯示能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息。用戶可以使用微件查看和/或改變系統(tǒng)模塊(例如，模塊410)的狀態(tài)。微件可以用作表示能量管理系統(tǒng)200的總體狀態(tài)的快速方式。

說(shuō)明性的用戶界面包含可定制的一組儀表板，例如儀表板700。每個(gè)儀表板可使用一個(gè)或多個(gè)交互式微件來(lái)顯示實(shí)時(shí)系統(tǒng)信息。微件是可以嵌入html頁(yè)面的html、腳本語(yǔ)言(javascript)和/或疊層樣式表(css)代碼的集合。微件可以用于顯示能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200的不同部件的狀態(tài)。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，微件是交互式的并且響應(yīng)于用戶輸入。在一些實(shí)施例中，微件利用擬真設(shè)計(jì)(skeuomorphism)的概念，這可以使界面對(duì)于用戶更熟悉。微件可以模仿物理世界中的對(duì)象(例如，表盤、按鈕、杠桿、幻燈片等)。自形態(tài)的一些示例包括看起來(lái)類似于在有界范圍內(nèi)顯示值的模擬刻度盤的量規(guī)。例如，容量指示器看起來(lái)類似于膝上型計(jì)算機(jī)或手機(jī)的電池指示器，并且將值顯示為最大容量的百分比。在另一示例中，開關(guān)類似于顯示開關(guān)的二進(jìn)制狀態(tài)(例如，啟用或禁用)的燈開關(guān)，并且允許用戶調(diào)整開關(guān)的狀態(tài)。在另一示例中，控制滑塊看起來(lái)類似于顯示滑塊的狀態(tài)(例如，與滑塊相關(guān)聯(lián)的當(dāng)前值)的模擬量滑塊，并且允許用戶在有界范圍內(nèi)調(diào)整滑塊的值。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，每個(gè)微件與一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)模塊410相關(guān)聯(lián)，以顯示其當(dāng)前狀態(tài)。可以動(dòng)態(tài)更新模塊的當(dāng)前值，而無(wú)需重新加載網(wǎng)頁(yè)。更新可以伴隨著微件動(dòng)畫，使得值的過(guò)渡平滑。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，微件還可以接受用戶輸入(例如，如果模塊410表示諸如致動(dòng)器的可控元件)。使用這種微件允許用戶直接從儀表板改變致動(dòng)器的狀態(tài)。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，系統(tǒng)使用元數(shù)據(jù)來(lái)確定在網(wǎng)頁(yè)上呈現(xiàn)哪種類型的微件。在一些實(shí)施例中，多種類型的微件可以用于相同的模塊410。通過(guò)修改元數(shù)據(jù)，用戶可以改變對(duì)應(yīng)于與模塊410相關(guān)聯(lián)的傳感器或致動(dòng)器的微件的類型。微件類型可以由用戶使用網(wǎng)絡(luò)界面來(lái)修改。因此，每個(gè)用戶可以有自己的自定義儀表板。與傳感器相關(guān)聯(lián)的模塊410的微件可以顯示傳感器的狀態(tài)。與致動(dòng)器相關(guān)聯(lián)的模塊410的微件可以是輸入和/或輸出。例如，與致動(dòng)器相關(guān)聯(lián)的模塊410的微件可以顯示致動(dòng)器的狀態(tài)，并且可以從用戶接收輸入以調(diào)節(jié)致動(dòng)器的狀態(tài)(例如，將閥從關(guān)閉改變?yōu)榇蜷_)。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，微件的外觀可以改變以向用戶指示模塊值在可接受的閾值范圍之外。閾值可以在模塊的元數(shù)據(jù)中定義。例如，計(jì)量器可以從中性顏色(例如，藍(lán)色、綠色等)改變?yōu)橹甘揪婊蝈e(cuò)誤的顏色(例如，紅色、黃色、橙色等)。在另一示例中，容量指示符可以在它們耗盡時(shí)從綠色變?yōu)榧t色。當(dāng)與模塊410相關(guān)聯(lián)的值落在指定范圍之外時(shí)，文本微件可以改變背景顏色或文本。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，如果一個(gè)或多個(gè)值落入不期望的狀態(tài)，則儀表板可以向用戶提供可聽見的反饋。在系統(tǒng)操作期間，可聽反饋可以引起用戶的注意。也可以在某些條件下禁用此類警報(bào)。例如，當(dāng)系統(tǒng)空閑或禁用時(shí)，可以關(guān)閉警報(bào)。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，儀表板顯示與歷史數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的繪圖和/或圖表。圖表可以顯示實(shí)時(shí)或歷史數(shù)據(jù)。圖表的范圍和分辨率可以通過(guò)用戶界面或元數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。多個(gè)客戶端可以同時(shí)查看同一個(gè)儀表板。這種特征可以對(duì)底層控制系統(tǒng)具有很小的性能影響，因?yàn)樵撝凳菑南到y(tǒng)緩存(例如，緩存150)讀取的，并且不調(diào)用底層模塊410代碼。

圖7是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的用于控制和監(jiān)測(cè)飛輪系統(tǒng)的圖形用戶界面儀表板的圖示。在可選的實(shí)施例中，可以使用另外的、較少的和/或不同的元件。說(shuō)明性儀表板700包括微件705、微件710、微件715、微件720、微件725、微件730和微件735。微件705顯示能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200可提供的最大功率量和當(dāng)前提供的功率量或當(dāng)前用于對(duì)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200充電的功率量。微件710顯示存儲(chǔ)在飛輪220中的能量的量作為存儲(chǔ)在飛輪220中的總可能能量的百分比。微件715顯示飛輪220的當(dāng)前速度和飛輪220的最大速度的百分比。微件720顯示馬達(dá)的當(dāng)前扭矩和最大扭矩的百分比。微件725顯示馬達(dá)的電流量和電流總量的百分比。微件730顯示馬達(dá)的電壓量和電壓總量的百分比。微件735顯示提供或存儲(chǔ)在飛輪220中的當(dāng)前期望功率，并且包括允許用戶設(shè)置飛輪220的期望功率的滑塊。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，每個(gè)用戶可以具有與他們的登錄憑證相關(guān)聯(lián)的其自己的自定義界面。圖8是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的用于建筑物負(fù)載、碳排放減少圖表和估計(jì)節(jié)約的圖的圖形用戶界面。示例性儀表板800示出包括能量元件、碳排放減少圖表和估計(jì)節(jié)約的建筑物負(fù)荷圖。在可選的實(shí)施例中，可以使用另外的、較少的和/或不同的元件。

圖9是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的用于隨時(shí)間從公用事業(yè)供給使用的能量的圖的圖形用戶界面。示例性儀表板900示出了在一段時(shí)間內(nèi)從公用事業(yè)使用的能量的圖表。在可選的實(shí)施例中，可以使用另外的、較少的和/或不同的元件。

圖10是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的用于隨時(shí)間生成的太陽(yáng)能、實(shí)時(shí)云量百分比和實(shí)時(shí)太陽(yáng)角的圖的圖形用戶界面。示例性儀表板1000示出由太陽(yáng)能提供的能量隨時(shí)間變化、實(shí)時(shí)云量百分比和實(shí)時(shí)太陽(yáng)角的圖。在可選的實(shí)施例中，可以使用另外的、較少的和/或不同的元件。

圖11是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的用于隨時(shí)間生成的風(fēng)能、實(shí)時(shí)風(fēng)速和實(shí)時(shí)風(fēng)向的圖的圖形用戶界面。示例性儀表板1100示出由風(fēng)隨時(shí)間提供的能量、實(shí)時(shí)風(fēng)速和實(shí)時(shí)風(fēng)向的圖。在可選的實(shí)施例中，可以使用另外的、較少的和/或不同的元件。

圖12是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的用于功率隨時(shí)間充電和放電、存儲(chǔ)容量、充電和放電周期的總數(shù)以及總放電kwh的的圖的圖形用戶界面。示例性儀表板1200示出存儲(chǔ)信息，其包括飛輪220的功率隨時(shí)間的充電和放電的圖、存儲(chǔ)容量、充電和放電循環(huán)的總數(shù)以及釋放的總能量。在可選的實(shí)施例中，可以使用另外的、較少的和/或不同的元件。

圖13是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的示出包括最大功率、速度、電壓、電流、功率和存儲(chǔ)容量的馬達(dá)信息的工程頁(yè)面的圖形用戶界面。示例性儀表板1300示出工程界面，其示出包括最大功率、速度、電壓、電流、功率和存儲(chǔ)容量的馬達(dá)信息。在可選的實(shí)施例中，可以使用另外的、較少的和/或不同的元件。

圖14是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的飛輪部件的工程頁(yè)面的圖形用戶界面。示例性儀表板1400示出了具有用于控制包括水泵、真空和電磁體的飛輪部件的開關(guān)和按鈕的工程界面。在可選的實(shí)施例中，可以使用另外的、較少的和/或不同的元件。

圖15是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的示出實(shí)時(shí)傳感器數(shù)據(jù)的工程頁(yè)面的圖形用戶界面。說(shuō)明性儀表板1500示出實(shí)時(shí)傳感器數(shù)據(jù)的工程界面。在可選的實(shí)施例中，可以使用另外的、較少的和/或不同的元件。

圖16是根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的在指定時(shí)間和范圍上示出選擇的模塊的圖形的工程頁(yè)面的圖形用戶界面。說(shuō)明性儀表板1600示出工程界面，其示出在指定時(shí)間和范圍上的選擇的模塊的圖形。在可選的實(shí)施例中，可以使用另外的、較少的和/或不同的元件。

圖17是示出根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的單個(gè)模塊的實(shí)時(shí)圖的圖形用戶界面。示例性儀表板1700示出單個(gè)模塊410的實(shí)時(shí)圖。在可選的實(shí)施例中，可以使用另外的、較少的和/或不同的元件。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200連續(xù)地監(jiān)測(cè)所有傳感器和系統(tǒng)曲線以用于裝置劣化和壽命計(jì)算。因?yàn)槊總€(gè)模塊410的當(dāng)前狀態(tài)被存儲(chǔ)在共享存儲(chǔ)器中，斷電可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。對(duì)于大多數(shù)模塊410，在相對(duì)短的時(shí)間量(例如，分鐘、小時(shí)、天等)期間丟失的數(shù)據(jù)不是問(wèn)題，因?yàn)橐坏┕β室呀?jīng)恢復(fù)，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200可以與硬件接口連接，以確定硬件的當(dāng)前狀態(tài)。對(duì)于跟蹤度量并保持某些值的運(yùn)行日志的某些類型的模塊410，丟失的數(shù)據(jù)可能導(dǎo)致沒(méi)有歷史數(shù)據(jù)的時(shí)間段。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200使用持續(xù)性度量來(lái)跟蹤整個(gè)系統(tǒng)和每個(gè)組件的使用特征，同時(shí)使用特征來(lái)控制能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200并控制能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200的功率循環(huán)。當(dāng)及時(shí)地實(shí)現(xiàn)事件或者處于事件時(shí)，各種值可以存儲(chǔ)在持久模塊410中。例如，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200周期計(jì)數(shù)被存儲(chǔ)為持久性度量以及自安裝以來(lái)的總功率放電。持久性度量可用于計(jì)算某些部件的剩余壽命。剩余壽命可以用于確定部件應(yīng)當(dāng)進(jìn)行定期維護(hù)或者應(yīng)當(dāng)更換部件以防止部件故障。

系統(tǒng)部件壽命計(jì)算可以被估計(jì)，并且在一些情況下可能是不精確的。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，如果部件的壽命是已知的，則部件可以被利用到其最大潛能，并且維護(hù)可以被延遲直到有必要，而不是將系統(tǒng)保持在設(shè)定的間隔。在一些實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200連續(xù)計(jì)算在維護(hù)計(jì)劃中使用的某些部件的使用，作為使部件的壽命最大化的方式。例如，不是依賴于表，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200準(zhǔn)確地確定部件何時(shí)可能發(fā)生故障。例如，軸承的壽命可以基于負(fù)載和轉(zhuǎn)數(shù)。系統(tǒng)使用以下等式計(jì)算軸承的使用：

σ負(fù)載×轉(zhuǎn)速³

例如，每個(gè)軸承筒具有恒定的使用數(shù)量，并且能量管理系統(tǒng)200利用使用量來(lái)確定軸承的剩余壽命。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，能量管理系統(tǒng)200隨時(shí)間測(cè)量軸承的溫度以確定是否應(yīng)更換軸承。例如，如果軸承的溫度超過(guò)閾值一定量的時(shí)間，則可以確定應(yīng)該更換軸承。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200具有用于有效地控制和操作能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200的傳感器110。傳感器110可隨時(shí)間劣化，并且由傳感器110感測(cè)的值可能變得稍微不準(zhǔn)確或不準(zhǔn)確。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，在限定的時(shí)間間隔內(nèi)更換傳感器110。如果傳感器110總是提供不正確的值，則傳感器110由技術(shù)人員更換或修理。能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200可以連續(xù)地檢查和監(jiān)測(cè)傳感器110隨時(shí)間的劣化。如果能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200確定傳感器110不準(zhǔn)確，則能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200可以忽略在某些條件下從傳感器110接收的值。能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200可以比較傳感器110的歷史數(shù)據(jù)并且確定與平均值和標(biāo)準(zhǔn)值的偏差以確定傳感器110已經(jīng)劣化并且可能發(fā)生故障?？梢杂?jì)算每個(gè)傳感器110的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，并且與歷史平均值和隨時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)行比較。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200可以經(jīng)由中央服務(wù)器訪問(wèn)其它能量管理存儲(chǔ)系統(tǒng)200的相似傳感器110的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，如果傳感器110的感測(cè)值超出典型范圍，則在控制應(yīng)用中可以忽略這些值，并且例如在下一維護(hù)周期期間更換或維修傳感器110。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，在一定量的時(shí)間之后更換整個(gè)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200。能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200可以從操作中移除并且按照設(shè)定的計(jì)劃維修或維護(hù)。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，當(dāng)在必要時(shí)更換能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200，并且在必要時(shí)執(zhí)行系統(tǒng)的維修或維護(hù)。這種實(shí)施例可以降低成本并且更有效，因?yàn)椴粓?zhí)行過(guò)早的更換或維護(hù)。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，類似于傳感器110劣化計(jì)算，能量管理系統(tǒng)200連續(xù)地表征系統(tǒng)性能，并且將系統(tǒng)性能與過(guò)去性能和其它能量管理系統(tǒng)200的性能進(jìn)行比較以測(cè)量系統(tǒng)劣化和更換或維修的需要。如果能量管理系統(tǒng)200以不理想的效率值低效率地執(zhí)行，則可以動(dòng)態(tài)地修改能量管理系統(tǒng)200的使用以利用修改的控制算法或裝置替換來(lái)優(yōu)化性能。這樣的參數(shù)可以自動(dòng)發(fā)送到系統(tǒng)仿真算法，以連續(xù)優(yōu)化性能和效率。例如，空氣阻力計(jì)算可以顯示高于正常的真空度(vacuumrating)。響應(yīng)于這種計(jì)算，技術(shù)人員可以升級(jí)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200的真空部件，或者能量管理系統(tǒng)200可以保持在較低的充電水平以減少空氣阻力損失。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，可以將錯(cuò)誤的傳感器值輸入能量管理系統(tǒng)200(例如，通過(guò)強(qiáng)制模塊410輸出模擬值)作為測(cè)試系統(tǒng)性能和對(duì)某些傳感器參數(shù)的反應(yīng)的方式。在這種實(shí)施例中，能量管理系統(tǒng)不區(qū)分真實(shí)傳感器110值和模擬傳感器110值。模擬傳感器110值允許快速控制算法測(cè)試和/或用于對(duì)能量管理系統(tǒng)200的性能建模以保持最佳使用。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，執(zhí)行情景模擬以對(duì)隨時(shí)間的當(dāng)前使用建模以維持最佳使用。例如，通過(guò)模仿溫度的快速上升來(lái)模擬傳感器110的故障。能量管理系統(tǒng)200應(yīng)該通過(guò)觸發(fā)警報(bào)并且啟動(dòng)關(guān)閉序列來(lái)進(jìn)行響應(yīng)。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，可以使用軟件模擬而不是運(yùn)行能量管理系統(tǒng)200來(lái)驗(yàn)證能量管理系統(tǒng)200觸發(fā)警報(bào)并且啟動(dòng)關(guān)閉序列的驗(yàn)證。正在進(jìn)行的測(cè)試可以與整個(gè)能量存儲(chǔ)性能特征一起建模。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，系統(tǒng)性能和特征在系統(tǒng)的整個(gè)壽命期間連續(xù)地改變。優(yōu)化計(jì)算可以在初始化時(shí)執(zhí)行，并且可以在能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200的整個(gè)壽命期間動(dòng)態(tài)地設(shè)置。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，在能量管理系統(tǒng)200內(nèi)連續(xù)地建模性能特征以動(dòng)態(tài)地優(yōu)化控制算法和參數(shù)和/或延長(zhǎng)部件和系統(tǒng)壽命。例如，溫度特征、效率值和裝置壽命被計(jì)算并且用于修改控制算法和優(yōu)化性能。例如，飛輪220的軸承力和速度影響能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200的溫度?；谳S承力和速度來(lái)確定軸承壽命。因此，軸承負(fù)載和飛輪220的速度被不斷地調(diào)節(jié)以優(yōu)化溫度，并且因此優(yōu)化軸承壽命。該系統(tǒng)可以保持靜止，而不是保持完全充電(一段時(shí)間)，作為延長(zhǎng)維護(hù)計(jì)劃和提高壽命的方式。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，在系統(tǒng)上連續(xù)計(jì)算和建模這樣的信息并且將其發(fā)送到中央服務(wù)器。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，針對(duì)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200的特定使用，優(yōu)化能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200的性能。例如，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200被優(yōu)化用于來(lái)自柵網(wǎng)210的能量使用的永久負(fù)載轉(zhuǎn)移。設(shè)置能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200的特征而不與其它能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200的相似操作進(jìn)行比較。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，中央服務(wù)器連續(xù)地分析來(lái)自多個(gè)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200的數(shù)據(jù)以用于故障檢測(cè)、診斷和系統(tǒng)低效率。使用能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200的歷史數(shù)據(jù)對(duì)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200分析能夠在整體上對(duì)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200進(jìn)行診斷和故障檢測(cè)。在一些實(shí)施例中，模擬在總水平上運(yùn)行以優(yōu)化系統(tǒng)特征算法和控制算法。傳感器110和能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200的系統(tǒng)診斷可以與用于系統(tǒng)性能的相似系統(tǒng)進(jìn)行比較。例如，一個(gè)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200的效率矩陣顯示低于其它可比較的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200的效率，并且可以確定馬達(dá)可能已經(jīng)劣化或需要更換。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200可以向用戶(例如，操作者)通知能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200的狀態(tài)。可以使用任何合適的方法來(lái)執(zhí)行狀態(tài)更新，例如通過(guò)儀表板或微件。例如，更新可以是信息性的或者可以作為通知用戶異?；顒?dòng)的方式。這樣的更新可以在系統(tǒng)無(wú)人值守的時(shí)間期間使用，并且應(yīng)該通知用戶能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200正發(fā)生故障。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200連接到因特網(wǎng)并且將能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200的周期性快照發(fā)送到用戶?？梢允褂弥T如經(jīng)由電子郵件的任何合適的方法來(lái)通知用戶。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，每個(gè)快照包括每個(gè)模塊410的當(dāng)前狀態(tài)，并且還可以包括繪圖和圖表形式的歷史信息。例如，通知電子郵件的主題行可以包含諸如馬達(dá)速度的相關(guān)信息。這種電子郵件使得用戶方便地瀏覽系統(tǒng)更新的列表。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，電子郵件可以源自能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200。在可選的實(shí)施例中，使用外部服務(wù)器來(lái)發(fā)送電子郵件。在一些情況下，使用外部服務(wù)器是安全選項(xiàng)，因?yàn)榘l(fā)送電子郵件所需的憑證可能不直接存儲(chǔ)在能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200上。外部服務(wù)器可以限制能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200可以發(fā)送的電子郵件消息的速率和數(shù)量。例如，如果能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200已經(jīng)被破壞，則可以由外部服務(wù)器撤銷對(duì)電子郵件服務(wù)的訪問(wèn)?？梢曰谙到y(tǒng)的特定特征(例如，速度、溫度等)周期性地發(fā)送或者觸發(fā)這樣的消息。用戶可以在系統(tǒng)不活動(dòng)或禁用時(shí)禁止更新，例如，以減少警報(bào)疲勞。

可以使用任何合適的通知方法。例如，當(dāng)達(dá)到某些負(fù)面標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)可以觸發(fā)更緊急類型的通知。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，這樣的消息的范圍較窄，并且可選的介質(zhì)可以用于遞送消息(例如，經(jīng)由文本消息)。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200提供操作的調(diào)節(jié)以管理能量可用性和成本的水平。除了上述特征之外，在一些實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200可以用于ac電壓和相位調(diào)節(jié)。在一些情況下，由于供給和需求的波動(dòng)，柵網(wǎng)210不保持穩(wěn)定的相位和電壓。隨著柵網(wǎng)210上的可再生能源的增加，公用事業(yè)可能經(jīng)歷可以導(dǎo)致柵網(wǎng)210上的中斷的波動(dòng)的增加，例如停電、斷電和發(fā)電損失。例如，如果電壓在預(yù)定閾值之外，則逆變器或變壓器自動(dòng)關(guān)閉?？梢允褂帽３蛛妷旱娜魏魏线m的方法。一些方法可能導(dǎo)致較低的功率因數(shù)，因此整個(gè)系統(tǒng)的效率低于保持接近1的功率因數(shù)。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，當(dāng)系統(tǒng)設(shè)置在調(diào)節(jié)模式時(shí)，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200是自動(dòng)ac電壓調(diào)節(jié)器。能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200在逆變器和功率電子器件上設(shè)置控制模式，并且基于性能特性設(shè)置閾值。例如，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200并行地設(shè)置多個(gè)飛輪220的逆變器模式，以優(yōu)化飛輪220的性能并防止兩個(gè)(或更多個(gè))系統(tǒng)控制相同的dc電壓線。能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200可以基于柵網(wǎng)210的條件來(lái)自動(dòng)地對(duì)飛輪220充電和放電，以調(diào)節(jié)柵網(wǎng)210或用戶的電氣系統(tǒng)的ac電壓。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，每個(gè)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)某一設(shè)置。

圖18是描繪根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的連接到電網(wǎng)的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的框圖。說(shuō)明性系統(tǒng)1800包括電網(wǎng)1810、功率電子器件1820、多個(gè)逆變器1830、多個(gè)馬達(dá)1840和多個(gè)飛輪1850。在可選的實(shí)施例中，可以使用另外的、較少的和/或不同的元件。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，功率電子器件1820監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)柵網(wǎng)1810的ac電壓和電流。逆變器1830通過(guò)控制發(fā)送到馬達(dá)840的扭矩來(lái)維持dc線上的恒定電壓。扭矩由飛輪1850設(shè)置和維持。馬達(dá)1840基于來(lái)自馬達(dá)1840的扭矩對(duì)飛輪1850充電或放電。ac電壓線上的功率波動(dòng)改變dc電壓，這將自動(dòng)地使得逆變器1830向馬達(dá)840發(fā)送扭矩命令。扭矩命令將對(duì)飛輪1850充電或放電。例如，如果柵網(wǎng)1810的電壓高于預(yù)定閾值，則dc電壓線隨著過(guò)量電壓而增加。逆變器又增加了對(duì)飛輪1850充電的馬達(dá)1840上的扭矩。馬達(dá)1840持續(xù)增加扭矩，直到電壓達(dá)到預(yù)定值。一旦達(dá)到預(yù)定電壓，則ac電壓線和相位將處于預(yù)定值。ac柵網(wǎng)電壓的增加導(dǎo)致飛輪1850充電，并且ac電壓又降低到其調(diào)節(jié)值。功率電子器件1820還可以調(diào)節(jié)除電壓之外的ac相位。

在一些實(shí)施例中，功率電子器件1829可以僅調(diào)節(jié)電壓或相位，但是不使用發(fā)電機(jī)或存儲(chǔ)器兩者。恒定電壓和可變相位可能導(dǎo)致柵網(wǎng)上的損失，因?yàn)楣β室驍?shù)降低。

在一些實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200調(diào)節(jié)ac電壓和相位。能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200監(jiān)測(cè)柵網(wǎng)1810上的有功功率和無(wú)功功率，并且將有功功率或無(wú)功功率添加到ac線路以最大化功率因數(shù)。如果在ac線路上需要功率，則飛輪1850放電。如果在ac線路上存在太多功率，則飛輪1850充電。在這種實(shí)施例中，ac柵網(wǎng)1810以高的期望功率因數(shù)保持恒定的期望功率。

圖19是描繪根據(jù)說(shuō)明性的實(shí)施例的具有飛輪能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的dc電壓調(diào)節(jié)的框圖。說(shuō)明性系統(tǒng)1900包括dc電壓柵網(wǎng)1910、功率電子器件1920、多個(gè)逆變器1920、多個(gè)馬達(dá)1940和多個(gè)飛輪1950。在可選的實(shí)施例中，可以使用另外的、較少的和/或不同的元件。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，dc電壓柵網(wǎng)1910上的電壓波動(dòng)導(dǎo)致低效率和功率損失。dc電壓柵網(wǎng)1910基于供給和需求而波動(dòng)，并且可再生能源比沒(méi)有可再生能源的系統(tǒng)1900更多地引起dc電壓網(wǎng)絡(luò)1910的波動(dòng)。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200通過(guò)調(diào)節(jié)馬達(dá)1940上的扭矩來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)dc電壓，并且能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200基于飛輪1950的數(shù)量和每個(gè)飛輪1950的性能特征將逆變器1930設(shè)置為正確的模式。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，本文描述的任何操作可以至少部分地實(shí)現(xiàn)為存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)或存儲(chǔ)器上的計(jì)算機(jī)可讀指令。在由處理器執(zhí)行計(jì)算機(jī)可讀指令時(shí)，計(jì)算機(jī)可讀指令可以使計(jì)算裝置執(zhí)行操作。

在說(shuō)明性的實(shí)施例中，本文所描述的任何操作可以至少部分地實(shí)現(xiàn)為存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器上的計(jì)算機(jī)可讀指令。在由處理器執(zhí)行計(jì)算機(jī)可讀指令時(shí)，計(jì)算機(jī)可讀指令可以使節(jié)點(diǎn)執(zhí)行操作。

本文描述的主題有時(shí)示出包含在不同的其它部件內(nèi)或與不同的其它部件連接的不同部件。應(yīng)當(dāng)理解的是，這樣描述的體系結(jié)構(gòu)僅僅是示例性的，并且實(shí)際上是可以實(shí)現(xiàn)相同功能的許多其它體系結(jié)構(gòu)。在概念意義上，實(shí)現(xiàn)相同功能的部件的任何布置被有效地“關(guān)聯(lián)”，從而實(shí)現(xiàn)期望的功能。因此，本文中組合以實(shí)現(xiàn)特定功能的任何兩個(gè)部件可被視為彼此“相關(guān)聯(lián)”，使得實(shí)現(xiàn)所需功能性，而不管架構(gòu)或中間部件。同樣地，如此關(guān)聯(lián)的任何兩個(gè)部件也可以被視為彼此“可操作地連接”或“可操作地聯(lián)接”以實(shí)現(xiàn)期望的功能，并且能夠這樣相關(guān)聯(lián)的任何兩個(gè)部件也可以被視為彼此“可操作地聯(lián)接”以實(shí)現(xiàn)期望的功能?？刹僮鞯芈?lián)接的特定示例包括但不限于物理上可配對(duì)和/或物理上交互的部件和/或無(wú)線可交互和/或無(wú)線交互的部件和/或邏輯上交互和/或邏輯上可交互的部件。

關(guān)于本文中基本上使用的任何復(fù)數(shù)和/或單數(shù)術(shù)語(yǔ)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以將復(fù)數(shù)轉(zhuǎn)換為單數(shù)和/或從單數(shù)轉(zhuǎn)換為復(fù)數(shù)，如適合于上下文和/或應(yīng)用。為了清楚起見，本文中可以明確闡述各種單數(shù)/復(fù)數(shù)置換。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，通常，本文中，特別是所附權(quán)利要求(例如，所附權(quán)利要求的主體)中使用的術(shù)語(yǔ)通常旨在作為“開放”術(shù)語(yǔ)(例如，術(shù)語(yǔ)“包括有”應(yīng)當(dāng)被解釋為“包括由但不限于”，術(shù)語(yǔ)“具有”應(yīng)當(dāng)被解釋為“至少具有”，術(shù)語(yǔ)“包括”應(yīng)當(dāng)被解釋為“包括但不限于”等)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將進(jìn)一步理解的是，如果旨在引入權(quán)利要求陳述的特定數(shù)量，則這樣的意圖將在權(quán)利要求中被明確地陳述，并且在沒(méi)有這樣的陳述的情況下不存在這樣的意圖。例如，為了幫助理解，以下所附權(quán)利要求可以包含介紹性短語(yǔ)“至少一個(gè)”和“一個(gè)或多個(gè)”的使用以引入權(quán)利要求陳述。然而，這樣的短語(yǔ)的使用不應(yīng)被解釋為暗示通過(guò)不定冠詞“一”或“一個(gè)”引入權(quán)利要求陳述將包含這種引入的權(quán)利要求陳述的任何特定權(quán)利要求限制為僅包含一個(gè)這樣的陳述的發(fā)明，即使當(dāng)相同的權(quán)利要求包括介紹性短語(yǔ)“一個(gè)或多個(gè)”或“至少一個(gè)”和不定冠詞諸如“一”或“一個(gè)”(例如，“一”和/或“一個(gè)”通常應(yīng)被解釋為表示“至少一個(gè)”或“一個(gè)或多個(gè)”)；這同樣適用于用于引入權(quán)利要求陳述的定冠詞的使用。另外，即使明確地?cái)⑹隽艘氲臋?quán)利要求陳述的特定數(shù)量，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的是，這種陳述通常應(yīng)被解釋為意指至少陳述的數(shù)量(例如，沒(méi)有其它修飾語(yǔ)的“兩個(gè)陳述”的無(wú)序敘述通常意味著至少兩個(gè)陳述，或兩個(gè)或更多個(gè)陳述)。此外，在類似于“a、b和c等中的至少一個(gè)”的慣例的那些情況下，通常，這種結(jié)構(gòu)旨在本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解該慣例的意義上(例如，“具有a、b和c中的至少一個(gè)的系統(tǒng)”將包括但不限于單獨(dú)具有a、單獨(dú)具有b、單獨(dú)具有c、一起具有a和b、一起具有a和c、一起具有b和c、和/或一起具有a、b和c等)。在類似于“a、b或c等中的至少一個(gè)”的慣例的那些情況下，通常，這種結(jié)構(gòu)旨在本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解該慣例的意義上(例如，“具有a、b或c中的至少一個(gè)的系統(tǒng)”將包括但不限于單獨(dú)具有a、單獨(dú)具有b、單獨(dú)具有c、一起具有a和b、一起具有a和c、一起具有b和c、和/或一起具有a、b和c等)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將進(jìn)一步理解的是，實(shí)際上呈現(xiàn)兩個(gè)或更多個(gè)可選術(shù)語(yǔ)的任何轉(zhuǎn)折詞和/或短語(yǔ)，無(wú)論在說(shuō)明書、權(quán)利要求書或附圖中，都應(yīng)當(dāng)被理解為考慮包括術(shù)語(yǔ)中的一個(gè)、術(shù)語(yǔ)中的任一個(gè)或兩個(gè)術(shù)語(yǔ)的可能性。例如，短語(yǔ)“a或b”將被理解為包括“a”或“b”或“a和b”的可能性。進(jìn)一步地，除非另有說(shuō)明，詞語(yǔ)“近似”、“大約”、“約”、“基本上”等的使用表示加或減百分之十。

已經(jīng)出于說(shuō)明和描述的目的呈現(xiàn)說(shuō)明性的實(shí)施例的前述描述。不旨在關(guān)于公開的精確形式的窮舉或限制，并且根據(jù)上述教導(dǎo)的變型和變化是可能的，或者可以從公開的實(shí)施例的實(shí)踐中獲得。本發(fā)明的范圍旨在由所附權(quán)利要求及其等同物限定。