[发明专利]动态负载补偿

说明书

技术领域

本发明为一种用于减小负载和频率变化的方法，所述负载和频率变化由针对被动态定位的船舶的电力分配系统中的大消耗体负载的变化所引起。

本发明涉及一种当船舶由动态定位(DP)控制系统等进行控制时通过对针对DP控制的推进器的可用电力或扭矩进行调节以使得位置保持条件不被破坏来减小高压配电系统中的负载和频率变化的方法。本发明公开了一种之前未被实现过的将负载控制与位置/速度控制相关联的方式。

背景技术

动态定位系统对船舶、钻塔、驳船等的纵向、横向和旋转运动进行控制。由DP控制系统等进行控制的船舶总是试图沿受控的轴达到所命令的速度和位置。DP系统借助推进器、螺旋桨以及方向舵来控制船舶的运动。为简单起见并且不失一般性，对本发明的说明书的剩余部分中的任何推进装置都使用推进器这一术语。目前最常见的电力系统是柴油机电力，意味着通过电力驱动来推动推进器并且电力由诸如柴油发电机、燃料电池、汽轮机、双燃料引擎之类的电力发电机来提供。电力来自具有许多消耗体的动力装置，在这些消耗体中推进器通常为最主要的。通常由柴油发电机将电力提供给动力装置。通常需要大量的柴油发电机连接到动力装置处，从而在出现来自诸如升沉补偿、绞车、绞盘和起重机的消耗体负载变化的情况下保持稳定的频率。频率变化对于电力系统而言是致命的并且可能导致停电、子系统的附带影响、连接到电网上的发电机的同步问题以及增加的燃料消耗。海洋工业许多年以来希望在不引起频率变化以及潜在的停电风险的情况下减少在线发电机的数量，但是对这一问题还没有提出实质性解决方案。减少在线发电机的数量将带来很多好处，比如降低N_Ox排放、减少黑烟、减少燃料消耗以及减少引擎维护。

用于对负载和供电电源进行处理以补偿负载变化的系统在本领域是已知的，比如在US2006/111855中所举例说明的系统中，电力被从推进器重新导入到例如升沉补偿；以及在US2008/284369中举例说明的系统中，基于与电机中的扭矩相关的信息以及例如来自动态定位控制系统的信号来控制供电电源。然而，这些系统都没有解决由于动力装置的负载控制与船舶的位置/速度控制之间的交互所引起的问题。

发明内容

如权利要求书中所述，所提出的发明通过使用通常安装在受DP控制的船舶上的设备在不引起明显的频率变化的情况下解决了减少在线发电机数量的问题。

因此，本发明涉及一种包括控制规则、推力分配方法以及消耗体负载控制的系统和方法，控制规则用于动态定位以将船舶状态保持在给定的位置和速度范围内，推力分配方法对推力进行分配以使得给定的位置和速度范围被保持，消耗体负载控制减小推进器负载以对配电系统中的其它消耗体上的负载变化进行补偿。

附图说明

以下参照附图对本发明进行更加详细的说明，附图以示例的方式示出了本发明，其中：

图1示出了根据本发明的系统；

图2示出了系统的消耗体负载控制；

图3a至3e示出了根据本发明的动态负载补偿。

具体实施方式

本发明涉及一种如图1中所示的用于动态定位系统内的动态负载控制(DLC)的方法和系统。DLC系统优选地包括控制规则110、推力分配逻辑111以及消耗体负载控制113。控制规则110的目的是对每个受控坐标轴上的力需求进行计算，从而对从源100接收的期望的位置和速度与从状态观测器101接收的实际船舶位置和速度之间的偏差进行补偿。将最大限制力发送到推力分配逻辑111。

此外，推力分配优化104解决非线性优化问题，从而对受DP控制系统控制的每个推进器、螺旋桨以及方向舵的推力量和方向进行计算，以使得力需求加法器103所给定的每个轴上的推力需求被满足。还可能通过例如对风、张力等102进行感测来施加针对优化问题的其它限制。由推力分配优化104解决的最小化问题的目的通常是将用于推进器的总电力用量最小化。

本发明要求一定数量的推进器可用于DP控制系统。在优选实施例中，包括至少两个必须可用于DLC的、可自由旋转的推进器(全回转推进器)。必须有至少足够数量的推进器是可用的，以使得剩余的推进器能够在所有受控坐标轴上提供推力。推力分配逻辑111将建立待由104解决的优化问题的目的和限制。