動態(tài)負載補償?shù)闹谱鞣椒?br> 【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于減少被動態(tài)定位的船舶的電力分配中的負載和頻率變化的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括連接到至少一個電力發(fā)電機以及至少一個推進器上的消耗體負載控制，消耗體負載控制適用于對系統(tǒng)中來自所述至少一個電力發(fā)電機的可用電力以及來自所述至少一個推進器和系統(tǒng)中的其它電力消耗體的電力消耗進行監(jiān)視。該系統(tǒng)還包括動態(tài)定位(DP)單元，監(jiān)視船舶的位置，對用于保持預(yù)定位置所要求的推進器容量進行計算，其中，所述DP單元適用于限定出所述位置相對于預(yù)定位置的變化的可接受窗口，并且所述消耗體負載控制適用于根據(jù)所述可用電力以及所述船舶相對于所述窗口的位置對提供給所述推進器的電力進行調(diào)節(jié)以減少總負載變化。
【專利說明】動態(tài)負載補償

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明為一種用于減小負載和頻率變化的方法，所述負載和頻率變化由針對被動態(tài)定位的船舶的電力分配系統(tǒng)中的大消耗體負載的變化所引起。
[0002]本發(fā)明涉及一種當(dāng)船舶由動態(tài)定位(DP)控制系統(tǒng)等進行控制時通過對針對DP控制的推進器的可用電力或扭矩進行調(diào)節(jié)以使得位置保持條件不被破壞來減小高壓配電系統(tǒng)中的負載和頻率變化的方法。本發(fā)明公開了一種之前未被實現(xiàn)過的將負載控制與位置/速度控制相關(guān)聯(lián)的方式。

【背景技術(shù)】
[0003]動態(tài)定位系統(tǒng)對船舶、鉆塔、駁船等的縱向、橫向和旋轉(zhuǎn)運動進行控制。由DP控制系統(tǒng)等進行控制的船舶總是試圖沿受控的軸達到所命令的速度和位置。DP系統(tǒng)借助推進器、螺旋槳以及方向舵來控制船舶的運動。為簡單起見并且不失一般性，對本發(fā)明的說明書的剩余部分中的任何推進裝置都使用推進器這一術(shù)語。目前最常見的電力系統(tǒng)是柴油機電力，意味著通過電力驅(qū)動來推動推進器并且電力由諸如柴油發(fā)電機、燃料電池、汽輪機、雙燃料引擎之類的電力發(fā)電機來提供。電力來自具有許多消耗體的動力裝置，在這些消耗體中推進器通常為最主要的。通常由柴油發(fā)電機將電力提供給動力裝置。通常需要大量的柴油發(fā)電機連接到動力裝置處，從而在出現(xiàn)來自諸如升沉補償、絞車、絞盤和起重機的消耗體負載變化的情況下保持穩(wěn)定的頻率。頻率變化對于電力系統(tǒng)而言是致命的并且可能導(dǎo)致停電、子系統(tǒng)的附帶影響、連接到電網(wǎng)上的發(fā)電機的同步問題以及增加的燃料消耗。海洋工業(yè)許多年以來希望在不引起頻率變化以及潛在的停電風(fēng)險的情況下減少在線發(fā)電機的數(shù)量，但是對這一問題還沒有提出實質(zhì)性解決方案。減少在線發(fā)電機的數(shù)量將帶來很多好處，比如降低排放、減少黑煙、減少燃料消耗以及減少引擎維護。
[0004]用于對負載和供電電源進行處理以補償負載變化的系統(tǒng)在本領(lǐng)域是已知的，比如在US2006/111855中所舉例說明的系統(tǒng)中，電力被從推進器重新導(dǎo)入到例如升沉補償；以及在US2008/284369中舉例說明的系統(tǒng)中，基于與電機中的扭矩相關(guān)的信息以及例如來自動態(tài)定位控制系統(tǒng)的信號來控制供電電源。然而，這些系統(tǒng)都沒有解決由于動力裝置的負載控制與船舶的位置/速度控制之間的交互所引起的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]如權(quán)利要求書中所述，所提出的發(fā)明通過使用通常安裝在受DP控制的船舶上的設(shè)備在不引起明顯的頻率變化的情況下解決了減少在線發(fā)電機數(shù)量的問題。
[0006]因此，本發(fā)明涉及一種包括控制規(guī)則、推力分配方法以及消耗體負載控制的系統(tǒng)和方法，控制規(guī)則用于動態(tài)定位以將船舶狀態(tài)保持在給定的位置和速度范圍內(nèi)，推力分配方法對推力進行分配以使得給定的位置和速度范圍被保持，消耗體負載控制減小推進器負載以對配電系統(tǒng)中的其它消耗體上的負載變化進行補償。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]以下參照附圖對本發(fā)明進行更加詳細的說明，附圖以示例的方式示出了本發(fā)明，其中:
[0008]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)；
[0009]圖2示出了系統(tǒng)的消耗體負載控制；
[0010]圖3a至3e示出了根據(jù)本發(fā)明的動態(tài)負載補償。

【具體實施方式】
[0011]本發(fā)明涉及一種如圖1中所示的用于動態(tài)定位系統(tǒng)內(nèi)的動態(tài)負載控制(DLC)的方法和系統(tǒng)。DLC系統(tǒng)優(yōu)選地包括控制規(guī)則110、推力分配邏輯111以及消耗體負載控制113?？刂埔?guī)則110的目的是對每個受控坐標(biāo)軸上的力需求進行計算，從而對從源100接收的期望的位置和速度與從狀態(tài)觀測器101接收的實際船舶位置和速度之間的偏差進行補償。將最大限制力發(fā)送到推力分配邏輯111。
[0012]此外，推力分配優(yōu)化104解決非線性優(yōu)化問題，從而對受DP控制系統(tǒng)控制的每個推進器、螺旋槳以及方向舵的推力量和方向進行計算，以使得力需求加法器103所給定的每個軸上的推力需求被滿足。還可能通過例如對風(fēng)、張力等102進行感測來施加針對優(yōu)化問題的其它限制。由推力分配優(yōu)化104解決的最小化問題的目的通常是將用于推進器的總電力用量最小化。
[0013]本發(fā)明要求一定數(shù)量的推進器可用于DP控制系統(tǒng)。在優(yōu)選實施例中，包括至少兩個必須可用于DLC的、可自由旋轉(zhuǎn)的推進器(全回轉(zhuǎn)推進器)。必須有至少足夠數(shù)量的推進器是可用的，以使得剩余的推進器能夠在所有受控坐標(biāo)軸上提供推力。推力分配邏輯111將建立待由104解決的優(yōu)化問題的目的和限制。
[0014]消耗體負載控制113的目的是針對每個推進器計算電力限制以使得總負載變化被保持為最小限度。在正常的動態(tài)定位系統(tǒng)中，控制規(guī)則110需要一力以對偏離給定位置(尤其是航向)和速度(尤其是轉(zhuǎn)速)設(shè)定點的任何偏差進行補償。在本發(fā)明中，針對偏差使用了容限窗口，以使得偏差必須在窗口以外之后控制器才需要對推力進行補償或者窗口內(nèi)的位置可被用來決定必需的施加力。
[0015]具有不同尺寸的若干窗口還可以是并且因此根據(jù)針對位置和速度偏差計算的窗口尺寸來計算可接受的力偏差限度。該力偏差限度被送入推力分配邏輯111中。
[0016]此外，動態(tài)負載補償命令源105可以用于將期望的DLC限度提供給推力分配邏輯111。圖1中的動力裝置106被連接到消耗體負載控制上并且還提供與發(fā)電機的備用電力容量和頻率有關(guān)的信息。動力裝置還可包括當(dāng)備用電力容量過低時或者頻率偏離理想的系統(tǒng)頻率時通過啟動可用的額外電力發(fā)電機來增加容量的裝置。
[0017]如圖2中所示，推進器和螺旋槳可優(yōu)選地被推力分配邏輯111分為兩組。完成該分離以對由DLC帶走的力進行控制。一個組將被用于動態(tài)負載補償，而另一組則不被用于動態(tài)負載補償。所有推進器被用于滿足來自控制規(guī)則110的力需求。未用于DLC的組中的推進器另外對DLC所引起的推力損失進行補償。每個推進器所減少的負載的量被從消耗體負載控制113發(fā)送到推力分配邏輯111。該負載被轉(zhuǎn)換為力損失，并且該力損失被用作平均濾波器的輸入。來自該濾波器的輸出被用作前饋力而添加到對未被DLC所使用的推進器的推力需求上。
[0018]在將推力分配給用于DLC的組中的推進器之后，基于分配給DLC推進器的推力的量以及被從110發(fā)送到111的可接受的力偏差限度來計算可用的DLC負載。可用的DLC負載被發(fā)送到消耗體負載控制113。消耗體負載控制113隨后通常通過直接的電力或者扭矩限制或者通過其它控制手段對推進器驅(qū)動器上的負載進行限制。
[0019]圖3a在左邊示出了使用DP系統(tǒng)的已知系統(tǒng)，該DP系統(tǒng)具有推進器分配系統(tǒng)和消耗體負載控制，在該已知系統(tǒng)中，升沉補償直接影響電力發(fā)電機的負載和頻率。在圖3b中根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)設(shè)置有動態(tài)負載補償，動態(tài)負載補償對相對于計算的可用窗口的船舶位置進行保持，從而保持推力分配器111中動力裝置的穩(wěn)定和高效運行，并且對消耗體負載控制113中的實際負載處理和電力分配進行控制，因而獲得推進器驅(qū)動器107中的動態(tài)負載。
[0020]在示出了現(xiàn)有技術(shù)的圖3c的曲線中，下方曲線示出了具有周期性升沉補償?shù)那闆r(下方曲線)。推進器負載被保持在恒定水平從而導(dǎo)致系統(tǒng)上總負載的相應(yīng)變化(上方曲線)。
[0021]圖3d示出了使用本發(fā)明的、與圖3c中情況對應(yīng)的情況。正如看到的那樣，在相反方向上減小推進器負載因而保持總負載恒定。圖3e示出了在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)中當(dāng)負載容量被超出時以及在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中恒定的60Hz頻率時響應(yīng)于升沉補償?shù)南鄳?yīng)頻率改變。
[0022]總之，本發(fā)明涉及一種用于減少被動態(tài)定位的船舶的電力分配中的負載和頻率變化的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括:消耗體負載控制，被連接到至少一個電力發(fā)電機以及至少一個推進器上，所述消耗體負載控制適用于對所述系統(tǒng)中來自所述至少一個電力發(fā)電機的可用電力進行監(jiān)視以及對來自所述至少一個推進器和所述系統(tǒng)中的其它電力消耗體的電力消耗進行監(jiān)視；以及動態(tài)定位(DP)單元，監(jiān)視所述船舶的位置，對用于保持預(yù)定位置所要求的推進器容量進行計算。
[0023]消耗體負載控制和DP單元通常在分離的控制系統(tǒng)中實現(xiàn)，但是在合適時可被合并在共同的控制系統(tǒng)中。
[0024]DP單元適用于限定出所述位置和速度相對于所述預(yù)定位置和速度的變化的可接受窗口，并且所述消耗體負載控制適用于根據(jù)所述可用電力以及所述船舶相對于所述窗口的位置對提供給所述推進器的電力進行調(diào)節(jié)以減少總負載變化。窗口指定了取決于安裝的設(shè)備以及船舶的運行的可容許的余量。
[0025]系統(tǒng)包括具有基本的周期變化的可用電力。系統(tǒng)適用于對所述變化進行分析并因此通過提供補償推力來將所述船舶位置調(diào)節(jié)到所述窗口內(nèi)以避免靜態(tài)位置偏差。該分析包括將每個推進器的負載減少量從消耗體負載控制113發(fā)送到推力分配邏輯111的步驟。該負載被轉(zhuǎn)換為力損失，并且該力損失被用作平均濾波器的輸入。來自該濾波器的輸出被用作前饋力而添加到對至少一個推進器或者額外推進器中的一個推進器的力需求上。
[0026]系統(tǒng)可以適用于當(dāng)船舶位于所述窗口以外時對消耗體負載控制完成的負載減小進行削減從而促使所述船舶進入所述窗口。
[0027]消費者負載控制可以適用于接收與所述系統(tǒng)中其它單元中的計劃的電力消耗有關(guān)的信息以改善對系統(tǒng)中的電力余額的計算。
[0028]DP單元可以適用于對每個推進器中的電力消耗進行調(diào)節(jié)以調(diào)節(jié)所述船舶的位置。消耗體負載控制可以適用于基于DP單元所完成的調(diào)節(jié)將可用電力分配給系統(tǒng)中的每個推進器。
[0029]如果DP單元要求至少一個推進器中用于調(diào)節(jié)位置的電力超過所述可用電力，則來自消耗體負載控制的電力增加可用于該推進器。
[0030]消耗體負載控制適用于基于系統(tǒng)中的計算的電力消耗將時變的可用電力分配給至少一個推進器。
【權(quán)利要求】
1.一種用于減少被動態(tài)定位的船舶的電力分配中的負載和頻率變化的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 消耗體負載控制，被連接到至少一個電力發(fā)電機以及至少一個推進器上，所述消耗體負載控制適用于對所述系統(tǒng)中來自所述至少一個電力發(fā)電機的可用電力進行監(jiān)視以及對來自所述至少一個推進器和所述系統(tǒng)中的其它電力消耗體的電力消耗進行監(jiān)視；以及 動態(tài)定位(DP)單元，監(jiān)視所述船舶的位置，對用于保持預(yù)定位置所要求的推進器容量進行計算； 其中，所述DP單元適用于限定出所述位置相對于所述預(yù)定位置的變化的可接受窗口，并且所述消耗體負載控制適用于根據(jù)所述可用電力以及所述船舶相對于所述窗口的位置對提供給所述推進器的電力進行調(diào)節(jié)以減少總負載變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述可用電力具有基本的周期變化，所述系統(tǒng)適用于對所述變化進行分析并因此通過提供補償推力來將所述船舶位置調(diào)節(jié)到所述窗口內(nèi)以避免靜態(tài)位置偏差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)適用于當(dāng)所述船舶位于所述窗口以外時對所述消耗體負載控制完成的負載減小進行削減從而促使所述船舶進入所述窗口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述消耗體負載控制適用于接收與所述系統(tǒng)中其它單元中的計劃的電力消耗有關(guān)的信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述DP單元適用于對每個推進器中的電力消耗進行調(diào)節(jié)以調(diào)節(jié)所述船舶的位置，并且所述消耗體負載控制適用于將可用電力分配給所述系統(tǒng)中的每個推進器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，如果至少一個推進器中用于調(diào)節(jié)所述位置所要求的電力超過所述可用電力，則所述DP控制系統(tǒng)從所述消耗體負載控制請求一可用于該推進器的電力增加。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述消耗體負載控制適用于將時變的可用電力分配給至少一個推進器。
【文檔編號】G05D1/02GK104254811SQ201380015858
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2013年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月22日
【發(fā)明者】埃里克·馬蒂森, 博約納·瑞佛森, 奧利·亨里克·約根森, 彼得·佛格斯塔德·喬安內(nèi)森 申請人:孔斯貝格海運公司