动态负载分担动力系统技术方案

本发明专利技术提供了一种用于海洋船舶或者石油钻井船(10)的动力系统(12)。该动力系统可具有多个动力源(22)、至少一个动力消耗设备(14)以及配置成产生可指示所需的输出的信号的输入装置(20)。该动力系统还可以包括负载管理器(24)以及控制器(26)，所述负载管理器(24)与所述至少一个电力消耗设备相关联，并配置成基于所述信号和实际输出，为所述多个动力源创建动力需求。控制器可配置成为多个动力源确定多个性能目标，确定多个性能目标的优先级，从多个动力源取回对应于每一个性能目标的至少一个性能图，并且基于所述至少一个性能图并基于确定的优先级，在多个动力源各者之间选择性地分配动力需求。

Dynamic load sharing system

The invention provides a power system (12) for an offshore ship or an oil drilling vessel (10). The power system may have a plurality of power sources (22), at least one power consumption device (14) and an input device configured to generate a signal indicative of the desired output (20). The power system may also include load manager (24) and a controller (26), the load management device (24) and the at least one power consumption associated equipment, and configured the signal and the actual output based on the power demand for the creation of the plurality of power source. The controller can be configured into a plurality of power sources to determine the multiple performance objectives, determine the priority of multiple performance objectives, from at least one performance diagram of multiple power sources to retrieve the corresponding to each performance objectives, and based on the at least one performance diagram and based on the determined priority in the allocation of power demand between a plurality of selectively the power sources are.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及一种动力系统，更具体地涉及一种动态负载分担动力系统。
技术介绍
海洋船舶通常包括多个用在一起驱动一个或多个主负载(例如，螺旋桨)和各种辅助负载(例如，空调、照明、泵等)的发动机。发动机可机械地连接到负载，或者借助于发电机电性连接到负载。在一些应用中，船舶的负载可以混合布置形式同时机械地和电气性地驱动。在典型的船舶应用中，所有的发动机同时运行，以产生大致相同量的动力。例如，特定的海洋船舶可具有四个相同的发动机，每一个都能够产生大约5,000kW。在运行期间，所有的发动机以相同的水平运行(例如，约20％的容量)，以便均匀地分配负载(例如，均匀地分配4,000kW的负载)。然而在一些情况下，在发动机之间均匀地分配负载并不是最理想的。例如，与以80％的容量仅运行一个发动机或者以30％的容量运行两个发动机并以20％的容量运行一个发动机相比，以20％的容量运行4个发动机可能具有更低的燃油效率和更低的响应性，并且/或者可能产生更多的排放。于2013年12月26日公开的Blevins等的美国专利申请公开2013/0342020(′020公开文献)中公开了尝试提高发电效率。具体而言，′020公开公开了一种具有一组可控制的发电机和电网控制器的电网。电网控制器配置成为一组发电机提供负载分配配置，其实现了总体燃料消耗目标、响应时间目标或稳定性目标。该负载分配由性能表征模型确定，该模型是基于发电机制造商提供的性能曲线、维护数据、监视性能数据和环境数据而生成。尽管被认为是对现有技术的改进，但′020公开的电网可能仍然不太理想。具体而言，不同的发电机的性能曲线可能不具有大众可用性或维护性。换言之，发电机的制造商可能不愿意公布必要的并且是专有的性能曲线，供第三方竞争者使用。并且基于测量的数据生成曲线可能很费时，昂贵并且不精确。进一步，′020公开的电网可能仅适用于具有静态操作条件(例如，操作员、应用、环境状况等)的静态电网。最后，对于性能目标来说，基于电网的改变操作而进行改变是可能的，′020公开的电网没有提供适应这种类型的改变的方法。本专利技术的动力系统涉及对现有系统的改进。
技术实现思路
根据一个示例性方面，本专利技术涉及一种动力系统。动力系统可包括多个动力源、至少一个由多个动力源驱动的动力消耗设备、以及输入装置，该输入装置配置成产生指示所述至少一个动力消耗设备所需的输出的信号。动力系统还可包括负载管理器以及与负载管理器和所述多个动力源通信的控制器，该负载管理器与所述至少一个动力消耗设备相关联，并配置成基于信号和动力消耗设备的实际输出，为多个动力源创建动力需求。控制器可配置成为多个动力源确定多个性能目标，确定多个性能目标的优先级，从多个动力源中的每一者取回对应于多个性能目标中的每一者的性能图，基于性能图并基于确定的优先级，在多个动力源各者之间选择性地分配动力需求。根据另一个示例性方面，本专利技术涉及一种控制网络，用于具有多个发动机、多个由多个发动机驱动的发电机以及至少一个由发电机驱动的电力负载的动力系统。控制网络可包括负载管理器，负载管理器配置成从动力系统的操作者接收指示至少一个电力负载所需的输出的输入，并基于该输入和至少一个电力负载的实际输出，响应地为多个发电机创建动力需求。控制网络还可包括与多个发动机中的每一者相关联的发动机控制器，以及与负载管理器和多个发动机中的每一者的发动机控制器相通信的动力系统控制器。动力系统控制器可配置成为多个发动机确定与燃料消耗、排放和瞬态响应中的至少一者相关联的至少一个性能目标；并从多个发动机的每一者的发动机控制器取回相应于至少一个性能目标的性能图。动力系统控制器还可配置成基于性能图并基于优先级，在多个发动机各者之间，选择性地不均匀地分配动力需求。根据另一个示例性方面，本专利技术涉及一种控制动力系统的方法。方法可包括：操作多个发动机为海洋船舶的螺旋桨和辅助负载供应动力，接收指示螺旋桨和辅助负载的所需输出的信号，基于信号和实际的动力输出，为多个发动机创建动力需求。方法还包括：为多个发动机确定与燃料消耗、排放和瞬态响应中的至少一者相关联的多个性能目标；将多个性能目标划分优先级；从多个发动机的每一者取回相应于多个性能目标的性能图；以及基于性能图和多个性能目标的优先级，在多个发动机各者之间选择性地不均匀地分配动力输出。附图说明图1是示例性公开的机器的等比示意图；图2是可以与图1的机器结合使用的示例性公开的动力系统的图解示意图；以及图3是用于操作图2的动力系统的示例性公开的方法的流程图。具体实施方式图1示出了具有动力系统12的海洋船舶(“船舶”)10，该动力系统配置成向一个或者多个消耗设备或者负载14提供动力。动力系统12可固定在船舶10的船体18内的平台16上，并且可至少部分地从驾驶台20(或者船舶10上和/或非船舶10上的另一个位置)控制。负载14可包括任何消耗机械能和/或电能的装置，包括但不限于：驱动船舶10的螺旋桨的电机(未示出)、电力照明、HVAC系统、水泵和其它通常在常规的海洋船舶上可见的辅助负载。图2示出了在三种不同操作期间的动力系统12，包括牵引操作、深水动态定位(DDP)操作和港口操作。如图2中所示，动力系统12此外还可包括多个动力源22、负载管理器24、以及动力系统控制器26。动力源22可产生机械能的和/或电能的输出。负载管理器24可基于从驾驶台20接收的输入以及负载14的实际输出或者性能，为动力源22确定动力需求。动力系统控制器26可选择性地以不同的方式调节动力源22的运行，从而满足来自负载管理器24的需求。动力源22可体现为任何数量和类型的内燃机，其中的某些或全部连接到对应的发电机以形成发电机组。内燃机的机械输出可直接输送到负载14(例如，机械性地输送到螺旋桨)并且/或者通过发电机间接地输送到负载14(例如，电气性地输送至螺旋桨的电机和其它辅助负载)。在公开的实施例中，动力系统12包括四个不同动力源22，包括两对基本上相同的发电机组。这些对包括两个较大中速的发电机组和两个较小高速的发电机组。较大中速的发电机组可能能够以较高燃料效率(即，较低燃料消耗)和/或较低排放输出较大动力。然而，较小高速的发电机组可能能够进行较快瞬态响应和高效低负载运行。通过包括不同类型和/或大小的发电机组的混合，可以实现与不同组相关的益处。然而，可以设想，特定的船舶10可根据需要包括相同的发电机组、全部不同的发电机组或任何其它配置的发电机组。还可以设想，除发动机和发电机之外的动力源也可以用于对船舶10供应动力，例如，电池或其它储能装置。负载管理器24可配置成对动力系统12的实际输出与期望输出(例如，期望行驶速度、期望螺旋桨速度、期望船舶位置等)进行比较并基于差值创建动力需求。在公开的实例中，负载管理器24是发电机控制器，其配置成对实际总线电压与期望电压进行比较并基于差值响应地产生电力供应的命令。在图2的实例中，船舶10的螺旋桨是由公共总线供电并且由驾驶台20控制。在此实例中，船舶10的船长(或另一个操作员)可将节流阀杆(未示出)移动以命令船舶10(和/或特定螺旋桨)以特定期望速度移动。在来自驾驶台20的信号使得螺旋桨开启、更快转动、减速或关闭的同时，与螺旋桨相关的电机可消耗来自公共本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动力系统(12)，包括：多个动力源(22)；至少一个动力消耗设备(14)，其由所述多个动力源驱动；输入装置(20)，其配置成产生指示所述至少一个动力消耗设备所需的输出的信号；负载管理器(24)，其与所述至少一个动力消耗设备相关联，并配置成基于所述信号以及所述动力消耗设备的实际输出，为所述多个动力源创建动力需求；以及控制器(26)，其与所述负载管理器和所述多个动力源通信，所述控制器配置成：为所述多个动力源确定多个性能目标；确定多个性能目标的优先级；从所述多个动力源中的每一者取回对应于多个性能目标中的每一者的至少一个性能图；以及基于所述至少一个性能图并基于所述确定的优先级，在所述多个动力源各者之间选择性地分配所述动力需求。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.27 US 14/2277741.一种动力系统(12)，包括：多个动力源(22)；至少一个动力消耗设备(14)，其由所述多个动力源驱动；输入装置(20)，其配置成产生指示所述至少一个动力消耗设备所需的输出的信号；负载管理器(24)，其与所述至少一个动力消耗设备相关联，并配置成基于所述信号以及所述动力消耗设备的实际输出，为所述多个动力源创建动力需求；以及控制器(26)，其与所述负载管理器和所述多个动力源通信，所述控制器配置成：为所述多个动力源确定多个性能目标；确定多个性能目标的优先级；从所述多个动力源中的每一者取回对应于多个性能目标中的每一者的至少一个性能图；以及基于所述至少一个性能图并基于所述确定的优先级，在所述多个动力源各者之间选择性地分配所述动力需求。2.如权利要求1的动力系统，其中，所述多个动力源包括多个发动机。3.如权利要求2所述的动力系统，其中，所述多个动力源中的至少一者进一步包括发电机，所述发电机由所述多个发动机中的一者机械地驱动。4.如权利要求2所述的动力系统，其中，所述多个发动机包括具有不同的...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·J·杜斯特，T·E·维尔斯马三世，P·D·康弗斯，E·W·奥尔森，
申请(专利权)人：卡特彼勒公司，
类型：发明
国别省市：美国;US