СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СУДОВОЙ ЕДИНОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ Российский патент 2014 года по МПК B63H21/22 

Изобретение относится к единым электроэнергетическим системам (ЕЭЭС) судов с электродвижением и предназначено для использования на судах, морских подвижных объектах и других транспортных средствах.

Известна система автоматического управления судовым двигателем, содержащая микропроцессор, выход которого подключен к входу органа управления дроссельной заслонкой (см. патент ФРГ N 3827884, кл. F02D 9/08, 1990).

Недостатком данной системы является использование способа управления без учета условий плавания и прогнозирования изменения нагрузки при маневрировании, а также отсутствие управляющих воздействий на комплекс оборудования, включая энергетическую установку, движительно-рулевой комплекс и другое оборудование судна.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению и выбранной в качестве прототипа является система управления электроэнергетической системой корабля [УДК 629.12.681.518. Управление резервом электрической мощности авианесущих кораблей. Нахимова О.Я., Шилов Ю.К. // Системы управления и обработки информации: Науч.-техн. сб./ФНПЦ «НПО «Аврора». СПб, - 2005 - Вып.10 - С.50-60]. Прототип представляет собой систему управления резервом мощности судовой электростанции в номинальных режимах работы корабля. Величина уровня потребляемой мощности понижается путем отключения фидерных выключателей. При управлении резервом мощности используются сигналы о предупредительном отклонении показателей качества электроэнергии и теплотехнических параметров состояния генераторных агрегатов.

Недостатками способа управления реализуемого такой системой управления являются: обеспечение оптимальной по расходу топлива работы электроэнергетической системы (ЭЭС) только в основных расчетных режимах работы судна, управление без учета параметров движения судна и условий плавания, управление ЭЭС по фактической потребляемой мощности без прогноза ее изменения, вследствие чего повышается расход топлива и снижается маневренность судна.

Предлагаемое изобретение позволит обеспечить возможность оптимального управления ЕЭЭС судна с электродвижением по критерию минимального расхода топлива для любых режимов работы электроэнергетической системы судна с учетом качества переходных процессов в электроэнергетической системе, а также по критерию маневренности судна в целом.

Это достигается за счет следующего:

1. Выбор генераторного агрегата для запуска (остановки) и определение времени запуска с упреждением в зависимости от параметров движения судна и условий плавания. При этом максимальный эффект достигается при использовании в судовой электростанции максимально целесообразного количества генераторных агрегатов различных мощностей для обеспечения большего количества комбинаций их совместной работы, что обеспечит возможность работы первичных двигателей в районе оптимального потребления топлива для большего количества нагрузочных режимов.

2. Управление запуском, остановкой и включением на параллельную работу генераторных агрегатов с учетом параметров управления движением судна и условий его плавания.

3. Управление динамикой разворота движительно-рулевой колонки (ДРК) в зависимости от генерируемой и прогнозируемой мощности генераторных агрегатов (для судов с ДРК).

4. Управление включением и отключением второстепенных потребителей с целью обеспечения наиболее экономичной работы генераторных агрегатов и лучшего качества питающего напряжения.

5. Управление динамикой разгона и торможения гребного электропривода и его мощностью в зависимости от параметров движения судна, условий плавания, текущей, прогнозируемой мощности и параметров качества электроэнергии.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в том, что в результате использования такого способа управления в работе будут находиться только генераторные агрегаты, количество которых достаточно для обеспечения режима работы электроэнергетической системы, при этом система будет функционировать в режиме минимального расхода топлива. Кроме того, будет повышено быстродействие управления и маневренность судна в целом, за счет упреждающего управления генерируемой мощностью, а также будут минимизированы резкие изменения режимов работы электроэнергетической системы, что приведет к повышению качества электроэнергии.

Изобретение поясняется схемой, где на фиг.1 изображена функциональная схема системы управления ЕЭЭС.

ЕЭЭС состоит из электростанции 1, в состав которой входят генераторные агрегаты (генераторы) 2, главный распределительный щит 3 с генераторными 4, фидерными 5 и секционным 6 выключателями, потребители электроэнергии 7, в том числе гребной электропривод, обеспечивающий требуемую частоту вращения движительного комплекса 8. Система управления единой электроэнергетической системой 10 состоит из блока обработки информации 9 о состоянии и параметрах электроэнергетической системы, гребного электропривода и других потребителей 7, блока управления 11 электростанцией 1, гребным электроприводом и потребителями 7 и расчетного блока 12. Управление движительным комплексом и контроль параметров движения судна осуществляется системой управления 13 движением и маневрированием судна.

Система управления единой электроэнергетической системой 10 работает следующим образом. При изменении системой управления 13 движением и маневрированием судна задающего воздействия на изменение режима движения судна, например изменение угла перекладки пера руля движительного комплекса 8, равно как при изменении условий плавания (направление ветра, интенсивность волнения и т.п.), от системы управления 13 поступает сигнал, характеризующий изменение, в расчетный блок 12. В расчетном блоке 12 выполняется расчет прогнозируемого изменения нагрузки электроэнергетической системы с учетом других характеристик маневрирования, непрерывно поступающих от системы управления 13, в которую поступают сигналы от движительного комплекса 8, а также текущего состояния электроэнергетической системы, поступающего от блока обработки информации 9, в который поступают значения параметров судовой электростанции 1 и потребителей электроэнергии 7. По результатам расчета в блок управления 11 из расчетного блока 12 поступают расчетные данные необходимые для оптимального управления электроэнергетической системой, а именно прогнозируемые время изменения и траектория потребляемой мощности, ее значение и длительность соответствующего режима. При этом в блоке управления 11 определяются:

- номера генераторных агрегатов 2 для их включения в работу;

- номера генераторных агрегатов 2 для исключения из работы;

- время запуска соответствующих генераторных агрегатов 2;

- номера и время включаемых (отключаемых) потребителей электроэнергии 7;

- траектории изменения частоты вращения гребных электродвигателей гребного электропривода 7;

- ограничение мощности гребных электродвигателей гребного электропривода 7;

- скорость разворота движительно-рулевой колонки (ДРК) движительного комплекса 8.

Блок управления 11, в соответствии с алгоритмом оптимального управления, генерирует управляющие воздействия на:

- включение генераторов 2, посредством включения генераторных 4 и секционного 6 выключателей;

- отключение генераторов 2, посредством включения генераторных 4 и секционного 6 выключателей;

- подключение и отключение второстепенных потребителей электроэнергии 7, посредством включения и отключения фидерных 5 выключателей;

- задание траектории изменения частоты вращения гребных электродвигателей гребного электропривода 7.

Система управления единой электроэнергетической системой 10, в соответствии с алгоритмом оптимального управления, генерирует управляющие воздействия на задание скорости разворота ДРК движительного комплекса 8.

Таким образом, при использовании данного способа управления обеспечивается минимизация расхода топлива в зависимости от режимов движения судна и условий плавания, повышается маневренность судна в целом, а также уменьшается количество резких изменений режимов работы единой электроэнергетической системы, что приводит к повышению качества электроэнергии.

Для управления судовой единой электроэнергетической системой (ЕЭЭС) осуществляют обработку информации о состоянии и параметрах ЕЭЭС, гребного электропривода и других потребителей, параметрах управления движения судна и условий его плавания и производят расчеты прогнозируемого изменения нагрузки. Осуществляют управление запуском, в том числе с упреждением, остановкой и включением на параллельную работу генераторных агрегатов, в зависимости от необходимого их количества, достаточного для обеспечения режима работы ЕЭЭС, с учетом параметров управления движением судна и условий его плавания. Осуществляют управление включением и отключением второстепенных потребителей с целью обеспечения наиболее экономичной работы генераторных агрегатов и лучшего качества питающего напряжения. Осуществляют управление динамикой разгона и торможения гребного электропривода и его мощностью в зависимости от параметров движения судна, условий плавания, текущей, прогнозируемой мощностей и параметров качества электроэнергии. Осуществляют управление динамикой разворота движительно-рулевой колонки при ее наличии на судне в зависимости от генерируемой и прогнозируемой мощностей генераторных агрегатов. Обеспечивается уменьшение расхода топлива, повышается быстродействие и маневренность судна и качество электроэнергии. 1 ил.

Способ управления судовой единой электроэнергетической системой, заключающийся в осуществлении координированного управления элементами единой электроэнергетической системы в процессе эксплуатации, отличающийся тем, что
осуществляют обработку информации о состоянии и параметрах электроэнергетической системы, гребного электропривода и других потребителей, параметрах управления движения судна и условий его плавания,
по полученной информации производят расчеты прогнозируемого изменения нагрузки, и
в соответствии с произведенными расчетами:
осуществляют управление запуском, в том числе с упреждением, остановкой и включением на параллельную работу генераторных агрегатов, в зависимости от необходимого их количества, достаточного для обеспечения режима работы электроэнергетической системы, с учетом параметров управления движением судна и условий его плавания,
осуществляют управление включением и отключением второстепенных потребителей с целью обеспечения наиболее экономичной работы генераторных агрегатов и лучшего качества питающего напряжения,
осуществляют управление динамикой разгона и торможения гребного электропривода и его мощностью в зависимости от параметров движения судна, условий плавания, текущей, прогнозируемой мощностей и параметров качества электроэнергии,
осуществляют управление динамикой разворота движительно-рулевой колонки при ее наличии на судне в зависимости от генерируемой и прогнозируемой мощностей генераторных агрегатов.