NO334245B1 - Dynamisk lastkompensasjon - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et system for å kunne redusere last- og frekvensvariasjoner som blir indusert ved variasjoner i store forbrukerlaster i strømfordelingssystemet for et dynamisk posisjonert fartøy.

Område for oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelsen gjelder et system for kunne redusere last- og frekvensvariasjoner i det høyspente strømfordelingssystemet mens fartøyet styres av et dynamisk posisjonerings (DP) - styringssystem eller tilsvarende ved å justere den tilgjengelige strømmen eller dreiemomentet for de DP - styrte trustene på en slik måte at den stasjonen som holder de forholdene ikke undergraves. Den foreliggende oppfinnelsen presenterer en måte å forbinde laststyring og posisjons- / hastighetsstyring sammen på, og som aldri har blitt gjort tidligere.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Et dynamisk posisjoneringssystem styrer de langsgående og tverrgående bevegelsene, i tillegg til rotasjonsbevegelsen, for et fartøy, en rigg, en lekter eller tilsvarende. Et fartøy styrt av et DP - reguleringssystem eller tilsvarende, vil alltid streve etter å oppfylle en instruert hastighet og posisjon i de aksene som styres. DP - systemet styrer fartøyets bevegelser ved hjelp av trustere, propeller og ror. For å gjøre det enkelt, og uten å miste de generelle aspektene, vil vi bruke uttrykket truster for ethvert system av fremdriftsmiddel i den resterende delen av oppfinnelsens beskrivelse. Det vanligste strømsystemet er i dag dieselelektrisk, som betyr at trustere får sin fremdrift fra et elektrisk drivverk og at strømmen tilveiebringes av strømgeneratorer, så som dieselgeneratorer, brenselceller, gassturbiner, motorer som går på to drivstoffer og så videre. Strømmen tas fra et kraftanlegg med mange forbrukere, hvor trustere normalt vil være den dominerende. Strømmen blir vanligvis tilført kraftanlegget med dieselgeneratorer. Det er vanligvis nødvendig at et høyt antall dieselgeneratorer koples til kraftanlegget for å kunne holde en stabil frekvens dersom det skulle forekomme variasjoner i forbrukerens last, for eksempel fra kompensasjon for hiv, heisverk, vinsj og kran. Frekvensvariasjoner kan være fatalt for kraftsystemet og kan føre til strømbrudd, at undersystemer faller ut, synkroniseringsproblemer for generatorer som skal koples strømnettet, og gi en økning av drivstofforbruket. Offshore industrien har i mange år hatt et ønske om å redusere antall online generatorer uten å risikere frekvensvariasjoner og potensielt strømbrudd, men det har ikke blitt skaffet til veie noen vesentlig løsning på dette problemet. Det er flere fordeler ved å redusere antallet online generatorer, så som mindre NOX - utslipp, mindre dannelse av sot, mindre forbruk av drivstoff og mindre vedlikehold på motorene.

Systemer for håndtering av last og strømtilførsel for å kompensere for variasjoner i last, er kjent innen faget, slik som har blitt eksemplifisert i US 2006/111855, hvor strømmen vil kunne omdirigeres fra trusteren, for eksempel for kompensasjon av hiv, og i US 2008/284369, hvor strømtilførselen styres basert på informasjon om dreiemomentet i motorene og for eksempel de signalene som kommer fra et dynamisk posisjoneringsstyringssystem. Imidlertid vil ingen av disse kunne adressere de problemene som oppstår på grunn av den vekselvirkning som oppstår med lastreguleringen på kraftanlegget og posisjons- / hastighetsreguleringen av fartøyet.

Den foreslåtte oppfinnelsen løser problemet ved å redusere antall online generatorer uten betydelige frekvensvariasjoner, ved anvendelse av det utstyret som normalt er installert på et DP - styrt fartøy. Dette oppnås med et system slik som angitt i det vedføyde selvstendige krav.

Således relaterer oppfinnelsen seg til et system som innbefatter en reguleringslov for dynamisk posisjonering, for å kunne holde fartøyets tilstand innenfor et oppgitt rammeverk for posisjon og hastighet, en fremgangsmåte for fordeling av trust, som fordeler trusten slik at det oppgitte rammeverket for posisjon og hastighet holdes og en forbrukerlastregulering som reduserer truster laster for å kunne kompensere for lastvariasjoner for andre forbrukere i strømfordelingssystemet.

Oppfinnelsen vil bli beskrevet mer detaljert nedenfor med henvisning til de vedføyde tegningene, og som illustrerer oppfinnelsen ved hjelp av eksempler.

Fig. 1 illustrerer systemet i henhold til oppfinnelsen.

Fig. 2 illustrerer forbrukerlastreguleringen for systemet.

Fig. 3 illustrerer den dynamiske lastkompensasjonen i henhold til oppfinnelsen.

Oppfinnelsen gjelder et system slik som illustrert i figur 1 for dynamisk lastregulering (DLC - «dynamic load control») innenfor et dynamisk posisjoneringssystem. DLC - systemet omfatter fortrinnsvis en reguleringslov 110, en trustallokeringslogikk 111 og en forbrukerlastregulering 113. Målet med reguleringsloven 110 er å beregne kraftbehovet i hver av de regulerte aksene, for å kunne kompensere for avviket mellom den ønskelige posisjonen og den hastigheten som tas i mot fra kilden 100,og den virkelige fartøyposisjonen og hastigheten som tas i mot fra en tilstandsobservatør 101. En maksimal begrensende kraft overføres til trustallokeringslogikken 111.

I tillegg vil en trustallokeringsoptimalisering 104 løse et ikke - lineært optimaliseringsproblem for å kunne beregne trustmengde og - retning for hver truster, propell og ror som reguleres av DP - reguleringssystemet slik at trustbehovet i hver akse gitt av kraftbehov - addéreren 103 oppfylles. Andre begrensinger for optimaliseringsproblemet vil også kunne gjelde, for eksempel ved sensorer for vind, spenning osv. 102. Målet med det minimeringsproblemet som løses ved trusallokeringsoptimaliseringen 104 vil vanligvis være å minimere den samlede strømbruken for trusterne.

Oppfinnelsen krever en bestemt mengde trustere som skal være tilgjengelige for DP - reguleringssystemet. I den foretrukne utførelsesformen omfatter den minst to fritt rotérbare trustere (azimut trustere) som må være tilgjengelig for DLC. I det minste må et tilstrekkelig antall trustere være tilgjengelige, slik at de resterende trusterne kan tilveiebringe en trust i alle regulerte akser. Trustallokeringslogikken 111 vil sette opp mål og begrensinger for det optimaliseringsproblemet som skal løses ved 104.

Målet med forbrukerlastreguleringen 113 er å beregne strømgrensen for hver truster, slik at de samlede lastvariasj onene holdes på et minimum. I et vanlig dynamisk posisjoneirngssystem vil reguleringsloven 110 kreve en kraft for å kompensere for eventuelt avvik fra en gitt posisjon (henholdsvis retning) og hastighets- (henholdsvis svinghastighet) settpunkt. I den foreliggende oppfinnelsen implementeres et toleransevindu for avvikene slik at avvikene må være utenfor vinduet før regulatoren krever en kompenserende trust, eller at posisjonen innenfor vinduet vil kunne brukes til å bestemme den nødvendige påførte kraften.

Det vil også kunne være et antall vinduer med forskjellige størrelser, og fra de beregnede vindusstørrelsene for posisjons- og hastighetsawik kan vi dermed beregne en akseptabel awiksgrense for kraften. Dette mates inn i trustallokeirngslogikken 111.

I tillegg vil en instrukskilde 105 for dynamisk lastkompensasjon kunne brukes for å tilveiebringe en ønskelig DLC - grense for trustallokeringslogikken 111. Kraftanlegget 106 i figur 1 er koplet til forbrukerlastreguleringen og tilveiebringer også informasjon om reservestrøms kapasitet og frekvens på generatorene. Kraftanlegget vil også kunne omfatte midler for å øke kapasiteten ved å aktivere ekstra strømgeneratorer, dersom dette er tilgjengelig om reservestrøms kapasitet skulle være for lav eller frekvensen avviker fra den ideelle systemfrekvensen.

Som illustrert i figur 2, vil trustere og propeller fortrinnsvis kunne bli delt opp i to grupper av trustallokeringslogikken 111. Denne oppdelingen gjøres for å kunne ha kontroll på den kraften som tas vekk av DLCen. En gruppe skal brukes til dynamisk lastkompensasjon, og den andre skal ikke det. Alle trusterne brukes til å oppfylle trustbehovet fra reguleringsloven 110. Trusterne i den gruppen som ikke brukes til DLC skal i tillegg kompensere for trusttapet forårsaket av DLCen. Mengden med last redusert per truster sendes fra forbrukerlastreguleringen 113 til trustallokeirngslogikken 111. denne lasten omdannes til krafttap, og krafttapet brukes som inngangsverdi for et midlende filter. Utgangsverdien fra dette filtret brukes som en innmatende fremadrettet ("Feed Forward" - FF) kraft som legges til trustbehovet for de trusterne som ikke brukes av DLC.

Etter at trusten har blitt allokert til trusteren i gruppen for DLC, beregnes den tilgjengelige DLC - lasten basert på mengde trust allokert til DLC - trusterne, og den akseptable kraftavviksgrensen sendes fra 110 til 111. Den tilgjengelige DLC - lasten sendes til forbrukerlastreguleringen 113. Forbrukerlastreguleringen 113 vil deretter begrense lasten på truster drivverket normalt ved direkte strøm eller dreiemoments begrensning eller med andre reguleringsmidler.

Fig. 3a illustrerer det kjente systemet på venstre side, som bruker dette med et DP - system som har et truster allokeringssystem og en forbrukerlastregulering, hvor kompensasjon for hiv har direkte innflytelse på last og frekvens på strømgeneratorene. I fig. 3b blir systemet i henhold til oppfinnelsen tilveiebragt med den dynamiske lastkompensasjonen som opprettholder fartøyets posisjon i forhold til det beregnede tilgjengelige vinduet for å kunne opprettholde stabil og effektiv drift av kraftanlegget i trustallokeringen 111, og regulerer den faktiske lasthåndteringen og strømfordelingen i forbrukerlastreguleringen 113, og dermed oppnås en dynamisk last i truster drivverk 107.

I de kurvene i fig. 3c, som illustrerer kjent teknikk, vil den nedre kurven illustrerer en situasjon med periodisk kompensasjon for hiv (nedre kurve). Truster lasten blir opprettholdt ved et konstant nivå, som fører til en tilsvarende variasjon i den totale lasten på systemet (øvre kurve).

Fig. 3d viser en situasjon som tilsvarer den situasjonen som er i fig. 3c, som bruker den foreliggende oppfinnelsen. Man vil se at trusterlasten reduseres i den motsatte retningen, som dermed holder den totale lasten konstant. Fig. 3e illustrerer de tilsvarende frekvensendringene som respons på hiv - kompensasjonen når lastkapasiteten overskrides i et system i henhold til kjent teknikk, og konstant 60 Hz frekvens i systemet i henhold til oppfinnelsen.

For å oppsummere, oppfinnelsen gjelder et system for å redusere last- og frekvensvariasjoner i strømfordelingen i et dynamisk posisjonert fartøy. Systemet omfatter en forbrukerlastregulering som er koplet til minst én strømgenerator og minst én truster, hvor forbrukerlastreguleringen er tilpasset for å overvåke den tilgjengelige strømmen i systemet fra minst én strømgenerator og strømforbruket fra nevnte minst ene truster så vel som andre strømforbrukere i systemet, og en dynamisk posisjonerings

(DP) - enhet som overvåker posisjonen på fartøyet og beregner den nødvendige truster kapasiteten for å opprettholde en forhåndsbestemt posisjon.

Forbrukerlastreguleringen og DP - enheten implementeres vanligvis i separate reguleringssystemer, men kan slås sammen i et felles reguleringssystem hvis dette vil være aktuelt.

DP - enheten er tilpasset for å definere et akseptabelt vindu for variasjoner i nevnte posisjon og hastighet i forhold til den forhåndsbestemte posisjonen og hastigheten, og nevnte forbrukerlastregulering blir tilpasset for å justere strømmen tilveiebrakt til nevnte truster for å redusere samlede lastvariasjoner avhengig av den tilgjengelige strømmen og av posisjonen på fartøyet i forhold til nevnte vindu. Vinduet spesifiserer en godtakbar slakk som er avhengig av det installerte utstyret og fartøyets operasjon.

Systemet omfatter tilgjengelig strøm som hare en vesentlig periodisk variasjon. Systemet er tilpasset for å analysere variasjonene og dermed justere nevnte posisjon på fartøyet innenfor nevnte vindu ved å tilveiebringe en kompenserende trust for å unngå avvik i statisk posisjon. Analysen innbefatter et trinn hvor mengden av last redusert per truster sendes fra forbrukerlastreguleringen 113 til trustallokeringslogikken 111. Denne lasten omdannes til krafttap, og krafttapet brukes som en inngangsverdi for et midlende filter. Utgangsverdien fra dette filteret brukes som fremad matende kraft som legges til trust behovet for den ene av den minst ene trusteren eller ekstra trusterne.

Systemet kan tilpasses til å kutte lastreduksjonen som har blitt gjort av forbrukerlastreguleringen når fartøyet er posisjonert utenfor nevnte vindu for å kunne bringe fartøyet inn i nevnte vindu.

Forbrukerlastreguleringen kan være tilpasset for å ta i mot informasjon om det planlagte strømforbruket i andre enheter av systemet for å kunne forbedre beregning av systemets kraftbalanse.

DP - enheten kan være tilpasset for å justere strømforbruket i hver truster for justering av fartøyets posisjon. Forbrukerlastreguleringen vil kunne være tilpasset for å tildele en tilgjengelig kraft på hver truster i systemet, basert på de justeringene som har blitt gjort av DP - enheten.

Dersom DP - enheten har behov for en kraft for å justere posisjonen for minst én truster, som overskrider den tilgjengelige kraften, vil det bli gjort tilgjengelig med en økning i kraft for den trusteren fra forbrukerlastreguleringen.

Forbrukerlastreguleringen er tilpasset for å tildele en tidsvarierende tilgjengelig kraft til minst én truster basert på det kalkulerte kraftforbruket i systemet.

Claims (7)

1. System for reduksjon av last- og frekvensvariasjoner i strømfordelingssystemet for et dynamisk posisjonert fartøy, der systemet omfatter en forbrukerlastregulering (113) som er koplet til minst én strømgenerator (106) og minst én truster (107), hvor forbrukerlastreguleringen er tilpasset for å overvåke den tilgjengelige kraften i systemet fra nevnte minst ene strømgenerator (106) og strømforbruket fra nevnte minst ene truster så vel som andre kraftforbrukere i systemet, og en dynamisk posisjonerings (DP) - enhet (101) som overvåker posisjonen på fartøyet, som beregner den nødvendige truster kapasiteten for å opprettholde en forhåndsbestemt posisjon, karakterisert vedat DP - enheten er innrettet til å kunne definere et akseptabelt vindu for variasjoner i nevnte posisjon i forhold til den forhåndsbestemte posisjonen, og nevnte forbrukerlastregulering (113) er innrettet til å justere strømmen tilveiebragt for nevnte truster (107) for å kunne redusere totale lastvariasjoner avhengig av den tilgjengelige kraften og av posisjonen på fartøyet i forhold til nevnte vindu.

2. System i henhold til krav 1, hvor nevnte tilgjengelige kraft har en hovedsakelig periodisk variasjon, der systemet vil være tilpasset for å analysere variasjonene og dermed justere nevnte fartøysposisjon innenfor nevnte vindu ved å tilveiebringe en kompenserende trust for å kunne unngå et avvik i statisk posisjon.

3. System i henhold til krav 1, hvor systemet har blitt tilpasset for å kutte den lastreduksjonen som har blitt gjort av forbrukerlastreguleringen når fartøyet har blitt posisjonert utenfor nevnte vindu for å kunne bringe fartøyet inn i nevnte vindu.

4. System i henhold til krav 1, hvor nevnte forbrukerlastregulering har blitt tilpasset for å kunne ta i mot informasjon om det planlagte kraftforbruket i andre enheter av systemet.

5. System i henhold til krav 1, hvor DP - enheten har blitt tilpasset for å kunne justere kraftforbruket i hver truster for justering av fartøyposisjonen, og forbrukerlastreguleringen vil være tilpasset for å tildele en tilgjengelig kraft til hver truster i systemet.

6. System i henhold til krav 5, hvor DP - reguleringssystemet, dersom den nødvendige kraften for justering av posisjonen for minst en truster overskrider den tilgjengelige kraften, er innrettet til å sende en anmodning om en økning i den kraften som er gjort tilgjengelig for trusteren fra forbrukerlastreguleringen.

7. System i henhold til krav 6, hvor forbrukerlastreguleringen er tilpasset for å tildele en tidsvarierende tilgjengelig kraft for minst én truster.