用于操作载具的控制系统技术方案

本发明专利技术包括一种控制载具(1)或者船舶的动态定位的方法。所述载具包括电网、至少一个内燃机驱动的发电机(G1、G2)和储能介质。所述电网被设置为向驱动所述载具的一个或多个推进器(Mt)或螺旋桨(36)的电动机(M、Mn)供电。所述控制系统进一步包括控制单元(50)，所述控制单元(50)设置有计算机程序和硬件，所述计算机程序和硬件被配置为：计算(43、430)剩余操作窗口时间以执行由所述储能介质供电的动态定位，生成和显示包括用于动态定位的剩余操作窗口的时间段的信息(47)，并且执行与被连接至所述电网的发电机或者耗电装置中的至少一个有关的自动控制动作(49a‑c)。在本发明专利技术的其它方面中，描述了一种控制所述载具的控制系统和一种执行所述方法的计算机程序。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于操作载具的控制系统
本专利技术涉及一种控制诸如船舶等载具的动态定位的方法。具体地，本专利技术涉及一种在动态定位DP操作期间监测和控制船舶的方法、以及一种控制系统和一种计算机程序。
技术介绍
船舶被广泛用于进行与钻探油井和/或从已经经过离岸钻探的井回收石油有关工作的石油行业。众所周知的海洋水域包括诸如在北海和墨西哥湾的海洋水域。被设置为钻探油井的船舶和用于进行相关工作的支援船舶必须能够保持位置或者航线和位置以便进行或帮助执行与勘察工作、钻井、卸样品、卸油、传送供应等有关的操作。动态定位(DP)是调整船舶的螺旋桨或推进器以将船舶保持在一个位置或者一个航向上的过程。DP过程和进程通常受计算机控制并且可以包括表示船舶的计算机模型并且还可以将外力(诸如风、波浪、潮汐等)对船舶的作用进行建模。船舶的螺旋桨、推进器或者其它推进装置关于推力和推力方向而被连续或动态地调整，以便抵消风、波浪、潮汐、水流的影响并且保持某一位置。以这种方式，即使在风或潮汐或水流等随着时间而改变的情况下，也可以动态地保持相对于另一船舶或者在海床上的物体的相对位置、或者相对于例如GPS位置的绝对位置。在各个DP船级符号中，对连接至发电厂的旋转备用有特定要求。可以将术语旋转备用理解为指代以低速运行或闲置的发电机和引擎或者其它原动机、发电机组。与能够从停止开始并被随后加速的电机组相比较，原动机可以被更快速地加速到更高的操作速度。因此，在DP操作中，旋转备用被提供为在连接至发电厂的“未使用”旋转备用中的备用电源容量的形式，其能够在旋转机械出现故障或者突然负载增加时快速输出功率。然而，旋转备用要求迫使内燃机在较低的平均功率输出下运行，这导致发电厂在相对于燃油消耗的次优化点下运行。在从闲置发电机组要求更高的电力输出与输出更高水平的电力之间也存在时滞。专利技术者已经确定需要改进旋转备用技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决与在船舶的DP操作期间提供备用电源有关的上述问题中的一个或多个问题。根据本专利技术的第一方面，该目的通过一种用于控制载具的动态定位的方法来实现，该载具包括电网、至少一个内燃机驱动的发电机、以及储能介质，该电网被设置为向驱动载具的一个或多个推进器或螺旋桨的电动机供电，其中控制系统包括控制单元，该控制单元设置有计算机程序和硬件，该计算机程序和硬件被配置为：计算剩余操作窗口时间，以执行由储能介质供电的动态定位，生成和显示包括用于动态定位的剩余操作窗口的时间段的信息，以及执行与被连接至电网的发电机或耗电装置中的至少一个有关的自动控制动作。所公开的方法自动地、并且优选定期地(诸如可能每分钟)计算和呈现在例如故障之后将由储能介质(ESM)供电的剩余操作窗口时间。如果ESM无法提供请求的操作窗口，则该方法也将生成警报，并且该方法将向操作者建议所需动作。如果需要动作并且该动作因此被载具的操作者启动，该方法还基于或者依据所显示和检测到的ESM充当旋转备用的能力、或者能力的变化来覆盖多个自动或自动启动的动作。根据本专利技术的第二方面，该目的通过一种用于控制载具的动态定位的控制系统来实现，该系统包括电网、至少一个内燃机驱动的发电机、以及储能介质，该电网被设置为向驱动载具的一个或多个推进器或螺旋桨的电动机供电，其中控制系统包括控制单元，该控制单元设置有计算机程序和硬件，该计算机程序和硬件被配置为执行以下步骤：计算剩余操作窗口时间。以执行由储能介质供电的动态定位，生成和显示包括用于动态定位的剩余操作时间的信息，并且执行与连接至电网的发电机或耗电装置中的至少一个有关的自动控制动作。所公开的控制系统提供了对于在例如故障之后将由储能介质(ESM)供电的剩余操作窗口时间的估计和/或计算。在与内燃机相比较时，ESM清楚地呈现了测量ESM的能量容量的挑战。内燃机使用油箱来储存能量，并且可用能量被明确定义并且容易测量。但是ESM更加复杂。然而，通过获得以下两个重要参数，利用来自ESM的功率来估计剩余操作窗口时间是可行的：-电池中的剩余能量；-贯穿时间窗口保持DP操作所需的有功功率。从充电状态(SOC)或者健康状态(SOH)中的至少一个来计算电池中的剩余能量。在用于储存电能的不同介质的情况下，这两个参数可以由电池管理系统或者其它控制/管理系统进行测量和/或计算。当前有功功率输出是由控制系统基于至当前正在运行的(一个或多个)电机的当前功率输出来确定的。本专利技术的主要优点在于，被连接至配电系统的储能介质(ESM)可以在旋转机械发生故障或者负载突然增加的情况下高效地充当“旋转备用”(尽管其不旋转)并且快速地、或甚至瞬时地(如果需要)供应有功功率。如果ESM被用作“旋转备用”，则需要更少的连接的、正在运行的电机引擎，这将增加正在运行的电机引擎上的平均负载，并且因此提高安装设备的效率以及在每次DP操作期间的燃料效率两者。换言之，本专利技术的优点是在船舶的DP操作期间提供大幅度改进的备用电源的形式。所公开的专利技术包括软件和硬件的组合。软件或计算机程序可以是电源管理系统或其它船上控制系统的一部分。除了用于天气信息和天气预报服务的一组传感器和接口之外，硬件主要由计算机或者一组计算机组成。本专利技术提高了载具操作的总效率并且减少了燃料消耗。本专利技术也将减少在任何一个时间运行的电机引擎的数目并且减少维护电机引擎的次数和所有者的维护成本。为了能够利用ESM作为“旋转备用”并且在旋转机械发生故障之后向发电厂供应能量，至关重要的是，ESM实际上可以将所需功率供应给电网，从而使载具可以在用户定义的时间内保持当前DP操作。在本专利技术的实施例中，除了用于基于对储能介质中当前有多少电力是可用的测量和/或计算来提供确定的其它功能和装置之外，还公开了充电状态(SOC)单元/系统的使用。具有储能部件的方法和系统可以被有利地用作现有载具的升级或改造并且在建造新载具时被包括在其中。因此，现有载具可以受益于来自一个或者多个储能介质的备用电源的改进的提供以及提高的燃料效率。另外，由于ESM可以在泊位所花的时间内利用连接至由环保的、可持续的电能来源所供给的电网的陆上电气连接而被通电并且充电，本专利技术减少了未来载具的环境(碳)足迹。在本专利技术的另一方面中，公开了一种计算机程序和一种记录在计算机可读介质上的计算机程序。要注意，在任何适当的情况下，第一方面的任何特征都可以应用于第二方面和第三方面。同样，第一方面的任何优点都可以等同地分别适用于第二方面和/或第三方面，反之亦然。通过以下详细公开内容，通过所附从属权利要求并且通过附图，所公开实施例的其它目的、特征和优点将显而易见。通常情况下，在权利要求书中使用的所有术语将根据它们在
中的普通含义来解释，除非本文另有明确限定。所有对于“一个(a)/一个(an)/该元件、设备、组件、部件、步骤等”的引用都应被开放地解释为是指元件、设备、组件、部件、步骤等的至少一个实例，除非另有明确说明。本文公开的任何方法步骤不必以所公开的确切顺序执行，除非明确说明。附图说明通过参考结合附图进行的以下详细描述，能够获得对本专利技术的方法和系统的更完整理解，在附图中：图1示意性地示出了被显示在控制系统的工作站上并且包括关于动态定位剩余操作窗口时间的信息的图形用户界面，该信息是通过根据本专利技术的第一方面的实施例的用于控制载具的动态定位的方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制载具(1)的动态定位的方法，所述载具包括电网、至少一个内燃机驱动的发电机(G1、G2)、以及储能介质，所述电网被设置为：向驱动所述载具的一个或多个推进器(Mt)或螺旋桨(36)的电动机(M、Mn)供电，其中所述控制系统包括控制单元(50)，所述控制单元(50)设置有计算机程序和硬件，所述计算机程序和硬件被配置为：‑计算(43、430)剩余操作窗口时间，以执行由所述储能介质供电的动态定位，‑生成和显示包括用于动态定位的所述剩余操作窗口的时间段的信息(47)，以及‑执行与被连接至所述电网的发电机或耗电装置中的至少一个有关的自动控制动作(49a‑c)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于控制载具(1)的动态定位的方法，所述载具包括电网、至少一个内燃机驱动的发电机(G1、G2)、以及储能介质，所述电网被设置为：向驱动所述载具的一个或多个推进器(Mt)或螺旋桨(36)的电动机(M、Mn)供电，其中所述控制系统包括控制单元(50)，所述控制单元(50)设置有计算机程序和硬件，所述计算机程序和硬件被配置为：-计算(43、430)剩余操作窗口时间，以执行由所述储能介质供电的动态定位，-生成和显示包括用于动态定位的所述剩余操作窗口的时间段的信息(47)，以及-执行与被连接至所述电网的发电机或耗电装置中的至少一个有关的自动控制动作(49a-c)。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述剩余操作窗口(ROW)时间是基于针对所述储能介质的充电状态(SOC)或健康状态(SOH)中的至少一个的值来计算的。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述剩余操作窗口时间基于以下来计算：所计算的和/或所测量的当前有功功率(40)输出、以及根据当前天气状况测量而作用于所述载具上的外力(14)的函数。4.根据权利要求1或3所述的方法，其中所述剩余操作窗口时间基于以下来计算：所测量的和/或所计算的有功功率输出、以及在比当前时间迟数小时或数分钟的时间处的预定时间段期间的天气状况或天气预报(432)的预测值(17)。5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中当将所述剩余操作窗口计算为比预定时间长度或阈值短的时间段时，生成(49a)警报。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中针对包括所述剩余操作窗口的所述时间段的信息来计算置信区间并且显示所述置信区间。7.根据权利要求1所述的方法，其中发生以下中的至少一个：启动进程(49b)是针对至少一个附加的内燃机驱动的发电机(G1-Gn)而开始的，和/或断开连接进程(49c)是根据用于针对至少一个耗电装置的断开连接的预定优先权而开始的。8.根据权利要求1或7所述的方法，其中所述断开连接进程根据用于断开连接的预定优先权、针对选自以下各项的组中的至少一个非推进耗电装置而开始：舷梯、立板、钻台、升沉补偿系统。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述电网在受控时间间隔期间被切换或被瞬时切换，从而将来自至少一个储能系统的电力提供给至少一个电动机以在DP操作的剩余操作窗口时间段期间驱动一个或多个推进器或螺旋桨。10.一种用于控制载具的动态定位的控制系统，包括电网、至少一个内燃机驱动的发电机(G1)、以及储能介质，所述电网被设置为向驱动所述载具的一个或多个推进器(Mt)或螺旋桨(36)的电动机(M、Mn)供电，...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·冈德森，K·唐尼斯塔德，M·巴里西克，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH