CN101336398B - 用于测试船舶的电力管理系统的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于测试船舶的电力管理系统的系统，其中所述电力管理系统(PMS)用于对产生电能的系统进行控制。所述系统包括连接至所述PMS的模拟器，所述模拟器包括模拟耗电系统(PCS)，其用于接收与所述模拟PCS的期望状态有关的实际控制信号和/或模拟控制信号；模拟发电模块，其用于向所述模拟PCS提供模拟电力，所述模拟PCS向所述实际PMS提供模拟信号，作为对所述模拟信号的响应，所述实际PMS向所述模拟发电系统提供控制信号，作为对所述控制信号的响应，所述模拟发电系统向所述模拟PCS提供模拟电力，以便对所述PMS进行功能测试和/或故障模式测试。

Description

用于测试船舶的电力管理系统的方法和系统
引言
在许多情况下，带有用于位置保持或者其他应用的动态定位(DP)系统的船舶(通常包括用于进行普通运行的自动驾驶仪)具有柴油机供电的螺旋桨和推进器。包括发电机和船舶自动化系统的发电装置在船舶上产生电能，其中发电机由柴油机和/或燃气涡轮驱动，船舶自动化系统包括电力管理系统(PMS)。由用于螺旋桨和推进器的电机所消耗的电力构成了船上消耗的产生电力的重要部分。因此，如果从动态定位“DP”控制系统到用于螺旋桨或者推进器的电动机的PMS的控制信号引起大幅度、快速变化的电能消耗，那么结果可能是电力超载、大的功率波动或者发电装置的非设计操作。这可能引起发电装置关闭和非常不利的电力供应中断。这种状况称为停电，其代价高并有潜在的危险，并且可能导致任务丢失、设备损坏、严重事故和船舶失事。在此背景下，测试DP控制系统和发电装置(包括电力管理系统以及部分海上自动化系统)之间的交互来确保在船舶运行过程中不会发生停电、无法接受的电力波动或者其他错误事件或状况就显得至关重要。目前使用的测试过程无法在要求模拟且又实际的条件下对PMS进行系统测试。这就需要一种测试方法和系统，其能够在要求模拟而又实际的操作条件下对PMS系统是否能够正常运行进行测试和验证。由于以前所公开的电力系统的模拟过于简单化，因此还需要能够更好地模拟电力系统的系统和方法。船舶上的电力管理系统包括多级电力管理，从用于控制推进器或者发电机机组的局部电力管理系统到用于控制整个电力系统的高级电力管理系统。整个电力系统可以起到集成电力系统的作用，其中，若干个低级电力管理系统组成一个高级PMS。这种电力系统分级结构中的高级控制系统与低级控制系统之间的交互包括快速关闭信号的发送以及电力供应中的巨大且急剧的波动。另外，电力管理系统通常分布在整个船舶的独立壁舱(bulkhead compartment)中的若干个单元，并且电力管理系统还分布于左舷和右舷(port and starboard)系统之间，因而，难以进行测试。因此，需要对高级PMS与低级的PMS之间的各种交互进行测试，以便确保整个PMS能够在要求模拟而又实际的条件下正常工作。
半实物模拟
利用模拟对电力管理系统PMS(2)进行测试，其中所述PMS(2)连接至模拟器(120)。PMS(2)可以与船舶断开并作为半实物进行测试，或者该PMS(2)仍然继续连接至船舶(1)。模拟器(120)输入命令，要不然将所述命令提供给PMS(2)，并且计算由这样的推进器和方向舵命令所产生的船舶运动。模拟器返回由测量系统产生的、由模拟器计算的运动的信号。从PMS(2)可以看出，似乎它被连接到船舶(1)上安装的设备，然而实际上它被连接到模拟器(120)上。在这种测试配置下，可以在各种各样的操作设置和环境条件、故障状况以及操作员命令下对PMS(2)进行测试。这是一种非常强大的且非常重要的测试方法。先前的模拟系统尚不能以适当的方式模拟船舶(1)的发电系统(6)和配电网(90)，因此PMS的实际测试尚不可行。本文提出的发明的目的在于便于这样的测试。
发明内容
本发明解决了上述的一些问题。本发明公开了一种用于测试船舶的电力管理系统的系统，其中所述电力管理系统用于对产生电能的系统进行控制，其中所述电力管理系统从耗电系统接收第一信号，其中作为对所述第一信号的响应，所述电力管理系统向发电系统提供第二控制信号，所述发电系统向所述耗电系统提供电力P。所述系统的新颖性和特征性部分如下：
模拟器连接到所述电力管理系统，所述模拟器包括以下特征：
-模拟耗电系统，其用于接收与所述模拟耗电系统的期望状态有关的实际和/或模拟控制信号，
-模拟发电模块，其用于向所述模拟耗电系统提供模拟电力P′，
-所述模拟耗电系统向所述实际电力管理系统提供模拟信号(9′)，
-作为对所述模拟信号的响应，所述实际电力管理系统向所述模拟发电系统提供控制信号，
-作为对所述控制信号的响应，所述模拟发电系统向所述模拟耗电系统提供模拟电力，
以便在所述模拟信号下对所述电力管理系统进行功能测试和/或故障模式测试。
本发明进一步公开了一种用于测试船舶的电力管理系统的方法，其中所述电力管理系统控制电能产生系统，其中所述电力管理系统从耗电系统接收第一信号，并且作为对该信号的响应，所述电力管理系统向发电系统提供第二控制信号，所述发电系统向所述耗电系统提供电力。该方法的新颖性和特征性操作包括：
-将模拟器连接至所述电力管理系统，
-所述模拟器向所述模拟耗电系统提供与模拟耗电系统的期望状态有关的模拟控制信号，或者外部控制系统提供与所述模拟耗电系统的所述期望状态有关的实际控制信号，
-所述模拟器包括用于向所述模拟耗电系统提供模拟电力P′的模拟发电模块，
-所述模拟耗电系统向所述实际电力管理系统提供模拟信号，
-作为对所述模拟信号的响应，所述实际电力管理系统向所述模拟发电系统提供控制信号，
-作为对所述控制信号的响应，所述模拟发电系统向所述模拟耗电系统提供模拟电力P′，
以便在所述模拟信号下对所述电力管理系统进行功能测试和/或故障模式测试。
在本发明的详细说明中，公开了本发明的其他有利特征。
附图说明
附图仅用于举例说明本发明，而不应该将附图理解成是对本发明的限制，本发明仅由所附的专利权利要求限定。一些附图标记具有第一小写指示符和第二小写指示符，即信号数字。这样给定信号的数字，例如前面的小写指示符给出了信号的来源，主要的或中间的数字给出了信号名称，以及尾部的小写数字表示信号的目的。
图1示意性地描述了一种系统，其中，耗电系统(7)接收来自控制系统(此处未示出)的控制信号(87)，并且其中所述耗电系统(7)向电力管理系统(PMS)(2)提供控制信号(792)。作为对所述推进器控制信号(792)的响应，PMS(2)向发电系统(6)发送PMS控制信号(2106)，作为响应，所述发电系统(6)向耗电系统(7)提供电力(6P7)。耗电系统(7)向船舶(1)提供电力，其中所述船舶可能还受环境力和力矩的影响(EF1)。耗电系统(7)还可以是非推进式耗电系统，例如起重机、加热或者冷却系统、泵、升沉补偿系统、压缩机组，等等。
图2示出了一种分布式PMS(2)，其中PMS(2)包括多个电力管理子系统(21、22、......)，其中每个电力管理子系统(21、22、......)控制一个或多个发电系统(61、62、......、6n)。电力管理子系统(21、22、......)可以独立地作为单独的电力管理系统，或者可以互相连接以形成中央PMS(2)。耗电系统(7)提供控制信号(792)，例如用于要求对耗电进行特定改变的信号，以作为对控制信号(8)的响应。控制信号(792)被发送到PMS(2)，然后，作为对所述控制信号(792)的响应，PMS(2)必须决定应该采取哪一项操作，例如启动或者关闭另一个发电机、打开和闭合电力开关、提高正在运行的发电机的发电，等等。电力管理系统(2)还可以接收与电网(90)的状态(电压、电流、频率)有关的电网反馈信号(90172)。
图3更详细地示意性示出了发电系统(6)，其中PMS(2)控制若干个独立的发电系统(6)。PMS(2)包括若干个电力管理子系统(21、22、......)，并且每个电力管理子系统(21、22、......)向局部电力控制器(LPC)(613)提供PMS控制信号(210613)，接着所述局部电力控制器(LPC)(613)控制发电系统(6)的诸如原动机(611)和发电机(612)之类的子元件。
图4示出了船舶上的分布式发电系统(6)的简化示意图，其中示出了若干个向中央电网(90)提供电力的独立发电系统(61、62、......)、以及从所述中央电网(90)接收电力的推进器(7)。还示出了每个相应发电系统(61、62、......)的独PMS子系统(21、22、......)以及根据需要打开或者闭合的开关或者电流断路器(91)。
图5a示意性示出了一种典型的推进器系统(7)，其中局部推进器控制器(LTC)(711)接收推进器控制信号(8711)并且向PMS(2)和推进器系统(7)的电力电子单元(712)提供控制信号(9)。PMS(2)控制发电系统(6)(此处未例示)，接着所述发电系统(6)向推进器(7)的电力电子单元(712)提供电能。在电力电子单元(也称为变速传动装置(VSD))内，可能存在难以模拟或建模的非常大的电力波动。电力电子单元(712)控制电动机并向其提供电能，接着所述电动机对轴进行驱动，轴随后又驱动螺旋桨(717)。在这种结构中，只需要控制轴(714)的速度并由此控制螺旋桨(717)。
图5b示意性示出了推进器系统(7)的一种替换结构，其中LTC(711)向用于设定螺旋桨(717)螺距的螺距伺服器(716)提供控制信号。LTC(711)进一步向控制发电系统(6)(此处未示出)的PMS(2)提供控制信号(29711)。发电系统(6)向驱动螺旋桨(717)的轴系(714)提供电力。由LTC(711)控制的螺距伺服器(716)设定螺旋桨(717)的螺距。致动器反馈信号被反馈到LTC(711)，LTC(711)将致动器反馈信号与设定点值进行比较，并执行适当的动作。在推进器系统(7)的这种结构中，仅需要控制螺旋桨(717)的螺距，而轴(714)的速度可以不变。
图6示出了PMS(2)的测试图，其中船舶(1)的PMS(2)(任选地)与实际耗电系统(7)和实际柴油发电系统(6)断开，并与模拟器(120)内包括的模拟耗电系统(7′)和模拟发电系统(6′)相连接，在测试期间，信号(9、10)往返于PMS(2)并被记录在记录器上。
图7示出了与图6相似的状况，但是其中PMS(2)是分布式PMS(2)，其中PMS(2)包括多个电力管理子系统(21、22、......)。
图8示出了分布式PMS(2)，所述分布式PMS(2)包括多个电力管理子系统(21、22、......)，其中所述电力管理子系统(21、22、......)之一被测试。
另外，中央PMS(2)可以控制整个船舶的全部发电要求，或者一个或多个电力管理子系统(21、22、......)可以用作所述中央PMS(2)。
图9举例说明了一种测试方案，其中模拟器(120)测试分布式PMS(2)的一个或多个电力管理子系统(21、22、......)。船舶的发电模块(6i)分布于船舶的独立舱中，每个独立舱具有局部电力管理子系统(2i)，其中所述局部电力管理子系统可以由数据网络互连。模拟器(120)包括模拟模块，例如模拟发电模块(6′)和模拟船舶(1′)。
图10举例说明了DP控制系统(3)向耗电系统(7)提供控制信号(387)的情形。
图11举例说明了一种测试情形，其中对比模拟器(120)，对实际PMS(2)和实际DP控制系统(3)之间的交互进行测试。PMS(2)和DP控制系统(3)(任选地)与船舶(1)的发电系统(6)和推进器系统(7)断开并被连接到所述模拟器(120)，PMS(2)和DP控制系统(3)在模拟故障模式、功能测试或者性能测试条件下运行以便进行测试。
图12举例说明了与如上所述的系统相类似的系统，但是其中推进器控制系统(711)被视为推进器系统(7)中的一个独立的单元，因而可以与控制系统(3)和PMS(2)一起被包括在被测试的硬件中，请参见下面的图13。在此方案中，DP控制系统(3)向推进器控制系统(711)提供推进器控制信号(38711)，作为对所述推进器控制信号(38711)的响应，所述推进器控制系统(711)向所述PMS(2)提供电力控制信号(71192)。
图13举例说明了所建立的一种测试，其中对实际推进器控制系统(711)以及PMS(2)与DP控制系统(3)之间的交互进行测试。该系统与船舶(1)的实际系统断开并与模拟器(120)相连接。模拟器(120)与如上所述的模拟器相类似，但是进一步包括由LTC(711)控制的模拟推进单元(710′)，而不是整套模拟耗电单元(7′)。
具体实施方式
本发明提出了一种用于测试船舶(1)上的电力管理系统(2)的测试系统和方法。所述电力管理系统(2)用于控制一个或多个系统(6)，所述系统(6)产生由耗电系统(7)消耗的电能，请参见图1。在本发明的第一优选实施例中，所述耗电系统(7)，例如推进器系统，用于接收与所述船舶(1)的期望状态(例如期望的速度、轴速度、航向等等)有关的控制信号(87)。作为对所述命令信号(87)的响应，所述耗电系统(7)向所述电力管理系统(2)提供信号(792)，例如表示需要特定轴速度的信号，接着所述电力管理系统(2)将向发电系统(6)提供第二控制信号(2106)，作为对所述信号(792)的响应。作为对所述第二信号(792)的响应，所述发电系统(6)将向耗电系统(7)提供电力，所述耗电系统(7)将向船舶(1)提供电力。从耗电系统(7)到PMS(2)的所述信号(9)还可以是传感器信号、控制信号、状态信号或者反馈信号。
在本发明的优选实施例中，从耗电系统(7)到PMS(2)的所述信号(9)是表示特定电力要求的信号或者控制信号。
PMS(2)还可以直接向推进器系统(7)发送控制信号(2117)，如果需要这样的话。如果PMS(2)检测到一种情形：认为必须急速降低耗电系统(7)的耗电，那么这些信号可以包括快速减载信号。此外，PMS(2)从发电系统(6)接收与发电系统(6)的状态有关的发电反馈信号(6122)。耗电系统(7)将提供作用于船舶(1)上的力(7F1)，以改变或者维持所述船舶(1)的状态。在测试所述电力管理系统(2)时，所述电力管理系统(2)可以与相应的实际耗电系统(7)和所述实际发电系统(6)断开、或者可以不与相应的实际耗电系统(7)和所述实际发电系统(6)断开，并且可以连接到模拟器(120)，所述模拟器(120)包括相应的模拟耗电系统(7′)、模拟发电系统(6′)以及还可能包括模拟船舶(1′)。模拟耗电系统(7′)将接收与所述模拟耗电系统(7′)的期望状态有关的实际或模拟命令信号(8′7)，并且作为响应向所述实际PMS(2)提供模拟控制信号(7′92)。作为对所述信号(7′92)的响应，实际电力管理系统(2)将向所述模拟发电系统(6′)提供控制信号(9106′)，所述模拟发电系统(6′)将向所述模拟耗电系统(7′)提供更大量或者更小量的模拟电力(6′P7′)。这样，根据所接收的命令信号(87′)，耗电系统(7′)将向所述船舶(1′)提供所需的力。利用这种方式，可以进行所述实际PMS(2)的功能测试、故障模式测试和性能测试。
在本发明的优选实施例中，模拟耗电系统(7′)接收推进器命令(87)，所述推进器命令(87)可以是模拟命令或者实际命令(8、8′)。作为对这些推进器命令信号(87)的响应，耗电系统(7)向所述PMS(2)提供模拟信号(7′9′2)。作为对这些信号(7′9′2)的响应，PMS(2)向所述模拟发电系统(6′)提供控制信号(2106′)。作为对所述控制信号(2106′)的响应，模拟发电系统(6′)向模拟耗电系统(7′)提供模拟电力(6P′7)，接着所述模拟耗电系统(7′)向模拟船舶(1′)提供模拟力(7′F′1′)。模拟发电系统(6′)向PMS(2)提供模拟发电反馈信号(6′12′2)。模拟船舶(1′)还受模拟环境负载(EF′1)作用，所述模拟环境负载影响模拟船舶(1′)的行为。在另一优选实施例中，模拟船舶(1′)还可以接受用于测试PMS(2)的模拟故障测试和模拟故障模式测试、功能测试或者性能测试。
功能测试是指对系统进行测试以确保所述系统能够执行全部预定的动作。对于PMS(2)而言，这些动作可以是适当打开和闭合电力开关(91)、适当启动和关闭发电机(612)、对到所述PMS(2)的控制信号进行适当响应等。故障模式测试是指对系统进行测试以确保所述系统按照所期望的方式对故障模式作出反应。故障模式被定义为故障的功能表现，其中所述故障是指由于错误而导致部件不能执行其功能，其中所述错误是指所述部件的缺陷。所述故障模式可以包括：
*未校准的输入信号，
*溢出的输入信号，
*输入信号上的扰动，
*互换的输入信号，
*去除或者丢失的输入信号，
*延迟的输入信号，
*功能异常的耗电系统(7)，
*功能异常的发电系统(6)，
*功能异常的命令设备(4)，等等。
在本发明的优选实施例中，命令系统(3)是动态定位(DP)系统(3)，所述动态定位(DP)系统(3)向所述耗电系统(7)提供命令信号(387)，如图1所示。在本发明的此实施例中，耗电系统(7)主要包括推进器系统(7)，并且提供给推进器系统(7)的命令信号(387)主要包括与船舶(1)的期望航向和速度或者期望航向和位置有关的命令。DP系统(3)可以从命令输入设备(4)接收命令，所述命令输入设备(4)向所述DP系统(3)提供命令信号(41)，其中所述命令输入设备(4)例如是具有方向盘、控制杆、滚动球(rollerball)等的命令控制台。在本发明的实施例中，所述模拟器(120)包括船舶模块(1′)，所述船舶模块(1′)包括多个算法，这些算法用于计算在推进器系统(7′)向所述船舶(1′)提供力时所产生的动态船舶运动。模拟船舶(1′)还可能受到诸如风、水流以及波浪等模拟环境力(EF1′)的影响。模拟船舶(1′)在计算所产生的模拟船舶运动时将这些力考虑在内。当所述模拟推进器系统(7′)接收与船舶(1′)的期望运动有关的命令时，将PMS(2)的测试考虑在内。可以针对对推进器系统(7′)要求快速变化的电力的情况进行适当处理来测试PMS(2)。这样，可以对很少出现但是对于测试来说却非常重要的情况进行检验。
图5a举例说明了第一推进器结构，即所谓的固定螺距的变速推进器，其中螺旋桨螺距是固定的，而轴速度可以是变化的。局部推进器控制器(711)接收来自于DP系统(3)的命令信号(8711)，并且，作为响应，局部推进器控制器(711)将信号(71192)提供给一个或多个电力管理子系统。作为对所述信号(71192)的响应，电力管理系统(2)和/或一个或多个电力管理子系统(21，22)以及发电系统(6)向电力电子单元(712)提供电力。所述电力电子单元(712)从所述局部推进器控制器(711)接收与期望的推进器状态有关的命令。电力电子单元调整所接收的电力，以便获得所期望的电力状态。电力电子单元(712)向用于驱动轴(714)的电动机(713)提供电力，接着轴(714)驱动螺旋桨(717)或者其它推进装置。所述局部推进器控制器(711)从推进系统(712、713、714、717)接收与所述系统的状态有关的反馈信号，并且可以执行补充校正，以作为对所述反馈信号的响应。
图5b举例说明了第二推进器结构，即所谓的固定速度的可控螺距推进器，其中控制螺旋桨螺距，而轴速度是固定的。如上所述，局部推进器控制器(711)接收来自于DP系统(3)的命令信号(8711)，并且作为响应，局部推进器控制器(711)将信号(71192)提供给一个或多个电力管理子系统。作为对所述信号(71192)的响应，电力管理系统(2)和/或一个或多个电力管理子系统(21，22)以及发电系统(6)向电动机启动器(715)提供电力，所述电动机启动器(715)启动电动机(713)以便运行轴(714)和螺旋桨(717)。在此实施例中，局部推进器控制器向螺距伺服器(716)提供控制信号，所述螺距伺服器(716)用于设定所述螺旋桨(717)的螺距，并由此改变推进器系统(7)提供给所述船舶(1)的力。局部推进器控制器(711)从推进系统(712、713、714、717)接收与所述系统的状态有关的反馈信号，并且可以执行补充校正，以作为对所述反馈信号的响应。
在本发明的另一优选实施例中，与其实际的对应部件相对应的模拟耗电系统(7′)包括但不局限于下列中的一个或多个：
-模拟石油加工机组(7′b)或者类似物，
-用于石油加工或者天然气再液化的模拟天然气压缩机管线(7′c)，
-用于钻探或者石油生产的模拟升沉补偿系统(7′d)，
-用于客船或者货船的模拟冷却或加热系统(7′e)、
-模拟泵系统(7′f)，例如用于压舱或者装载/卸载，
-模拟起重机系统(7′g)。
这样，本文提出的发明允许对钻探平台的耗电需求、或者大型客船用于加热和冷却的耗电等进行测试，其中所述钻探平台在执行钻探、抽吸以及位置保持操作时需要巨大的电能。
电力管理系统(2)可以包括多个电力管理子系统(21、22、......)，其中每个电力管理子系统(21、22、......)可以在需要时独立地发挥作用，或者可以互相连接以形成中央PMS(2)。这种结构可被视为形成了一种分布式PMS(2)。分布式电力管理系统可以根据需要具有用于船左舷及右舷的独立备用系统、位于船的独立壁舱中的独立系统。在本发明的另一个实施例中，电力管理子系统(21、22、......)可以由高级PMS(2)控制，所述高级PMS(2)监测并控制电力系统的总体性能。电力管理子系统(21、22、......)之间的交互可能很复杂，因而，本发明的目的就是能够检验这种分布式PMS(2)的性能。在所述电力管理子系统(21、22、......)之间使用互连，以便在电力系统受到破坏的情况下使系统稳定。这种破环可能是所述电力管理子系统(21、22、......)中之一出现故障，在这样的状况下，所述电力管理子系统(21、22、......)中的第二个能够接管所述功能异常的子系统的功能，以便至少满足船舶(1)的最小发电需求。此外，电力管理子系统(21、22、......)被布置为使得每个子系统(21、22、......)专门服务于唯一的耗电单元(7)。因此，还可以将电力管理子系统(21、22、......)布置在船舶(1)上的单独位置处。在本发明的优选实施例中，通过将一个或多个电力管理子系统(21、22、......)连接到所述模拟器(120)、提供实际信号和/或模拟信号(792-1、7′9′2-1)以及记录所述电力管理子系统(21、22、......)的相应响应，测试系统方法能够对一个或多个所述分布式电力管理子系统(21、22、......)进行测试。
将电力管理子系统(21、22、......)布置在船舶(1)上的单独位置处是很常见，这是因为发电系统可以进一步包括多个发电子系统(61、62、......)，其中每个发电子系统(61、62、......)都是单独且独立的发电系统(61、62、......)。在本发明的优选实施例中，本发明的模拟器包括模拟发电子系统(61′、62′......)，每个模拟发电子系统(61′、62′、......)向如图2和图8所示的实际或模拟配电网(90、90′)提供模拟电力。在本发明的另一优选实施例中，每个电力管理子系统(21、22、......)可以执行如下的一个操作，例如控制一个或多个发电子系统(61、62、......)或者控制电网(90)上的电力开关和/或母线断路器(91，92)的打开和闭合等。
参考图2，发电子系统向电网(90)提供电力(6P90)。然后，电力从所述电网(90)被提供给所述耗电系统(7)。每个电力管理子系统(21、22、......)向一个或多个所述发电子系统(61、62、......)提供PMS控制信号(2106)并且接收来自发电系统(6)的发电反馈信号(6122)。作为对所述电网反馈信号(90172)的响应，PMS(2)独立于推进器系统(7)进行操作，并向电网(90)提供控制信号(21690)，例如用于打开或者闭合开关(91)的控制信号。PMS(2)或者一个或多个所述电力管理子系统(21、22、......)还命令启动或者关闭发电子系统(61、62、......)。每个单独的电力管理子系统(2i)进一步用于控制相应的实际或模拟发电子系统(6i、6i′)。
发电系统(6)可以包括若干个诸如原动机之类的发电子元件(611)、发电机(612)、以及局部电力控制器(LPC)(613)，其中原动机例如是柴油机或者燃气涡轮。所述LPC(613)可以包括一个或多个“调节器”(614)以及自动电压调节器(AVR)(615)，其中所述调节器(614)用于调节发电机(612)的速度，即所产生的电力的频率，而所述自动电压调节器(AVR)(615)用于控制所产生的电力的电压。LPC(613)接收来自发电机(612)的发电机反馈信号(612121613)以及来自实际电网或者模拟电网(90、90′)的电网反馈信号(9016613)。作为对所述反馈信号(612121613)和所述PMS控制信号(210613)的响应，LPC(613)向驱动发电机(612)的原动机(611)提供控制信号(61318611)。LPC(613)还可以直接向发电机(612)提供LPC控制信号(61318612)，例如发电机(612)的期望磁化强度。LPC(613)可以进一步用于接收与所述实际或者模拟配电网(90、90′)有关的配电反馈信号(9016613)。作为对所述反馈信号(9016613)的响应，LPC(613)提供适当的控制信号，例如增加或者减少所述发电机(613)的磁化强度或者速度。可被测试的状况的一个例子是一个或多个发电机(612)处于功能异常、而其它发电机处于接近满负荷运行、并且突然急需额外的用于推进器的电力的状况。因此，需要PMS(2)采取适当的动作来决定哪一个耗电系统应接受较少的电力，以便向推进器提供额外的电力。如果船舶需要快速离开给定位置以避免发生碰撞，那么与例如船上的船舱照明、起重机或者冷却装置相比应该给予推进器系统更高的优先权。PMS能够对这类状况作出适当地响应是关键。
在本发明的另一优选实施例中，一个或多个所述电力管理子系统(21、22、......)用于向一个或多个所述实际耗电系统和/或模拟耗电系统(7、7′)提供控制信号(2117)。如上所述，所述控制信号(2117)包括推进器关闭信号或者快速减载信号等。
在本发明的另一优选实施例中，一个或多个所述电力管理子系统(21、22、......)可以从一个或多个所述实际或者模拟局部电力控制器(613、613′)接收反馈信号。所述电力管理子系统(21、22、......)可以用于接收与一个或多个所述发电子系统(61、62、......)的总体状态有关的反馈信号。
在本发明的一个特别优选的实施例中，所述实际DP系统(3)与PMS(2)和模拟器(120)相连接并且向所述实际和/或模拟耗电系统(7、7′)提供控制信号(387)，所述实际和/或模拟耗电系统(7、7′)以向PMS(2)提供信号来作为响应，如上所述。所述模拟器(120)包括一个或多个模拟发电子系统(61′、62′)、模拟推进器系统(7′)以及模拟船舶(1′)。DP控制系统(3)向模拟推进器系统(7′)提供控制信号(387′)。作为对所述控制信号(387′)的响应，模拟推进器系统(7′)向实际PMS(2)提供模拟信号(7′9′2)。PMS(2)向模拟发电系统(6′)提供电力命令信号(2106′)，接着所述模拟发电系统(6′)向所述模拟耗电系统(7′)提供模拟电力(6′P′7′)。所述模拟耗电系统(7′)提供用于影响所述模拟船舶(1′)的力。模拟船舶(1′)的运动可能受到模拟环境负载(EF′1′)的影响，或者可能受到实际同时发生的环境负载或记录的环境负载(EF1)的影响。测量或者计算所产生的模拟船舶的运动，并且将所产生的运动作为模拟信号(5′)传送到DP系统(3)。PMS(2)可以向DP系统(3)提供PMS反馈信号(2133)。PMS(2)进一步接收来自所述模拟发电系统(6′)的模拟发电反馈信号(6′12′2)。如上所述，如有必要，PMS(2)还可以直接向模拟耗电系统(7′)提供控制信号(2117′)。在本发明的优选实施例中，所述实际耗电系统或者模拟耗电系统(7、7′)进一步用于向DP系统(3)提供与耗电系统(7)的状态有关的耗电反馈信号(714、14′3)。这些反馈信号(14)包括转速、螺旋桨螺距、轴速度等。在本发明的另一优选实施例中，所述PMS(2)或者一个或多个所述电力管理子系统(21、22、......)用于向所述DP系统(3)提供电力管理系统反馈信号(2133)。这些信号与电力系统的总体状态有关。需要着重指出的是在模拟环路中的所有实际系统不能区分实际信号和模拟信号。这样，对于实际系统而言，在实践中并不重要的是：提供给实际系统的信号是得自模拟器的计算还是得自实际传感器的实际测量。
现在参考图12，在本发明的一个单独的优选实施例中，实际耗电系统和/或模拟耗电系统(7、7′)被视为推进器系统(7)，所述推进器系统(7)现在具有包括在测试系统中的实际局部推进器控制器(711)、以及同时运行的模拟推进单元(710′)及可能的实际推进单元(710)。所述实际推进单元和/或模拟推进单元(710、710′)例如可以是固定螺距的变速推进器(图5a)，并且其中之一将局部推进器控制器连接到模拟器(120)。本发明的这个特定实施例的目的在于能够对所述实际局部推进器控制器(711)、所述实际DP系统(3)与所述实际PMS(2)之间的交互进行测试。因此，DP系统(3)向所述局部推进器控制器(711)提供信号(38711)，作为对所述信号(71192)的响应，所述局部推进器控制器(711)向所述PMS(2)提供控制信号(2106)。所述PMS(2)以向实际发电系统和/或模拟发电系统(6、6′)提供控制信号(2106)来作出响应，接着所述实际发电系统和/或模拟发电系统(6、6′)通过向所述实际推进单元和/或模拟推进单元(710、710′)提供电力来响应所述信号(2106)。这样，在本发明的这个实施例中，三个互连的逻辑判定单元：DP系统(3)、PMS(2)以及局部推进器控制器(711)能够对模拟耗电状况进行响应。
所述局部推进器控制器(711)在本发明的优选实施例中用于向所述实际推进单元和/或模拟推进单元(710、710′)提供控制信号(711172710)，例如与轴速度、螺旋桨螺距等有关的信号。实际推进单元和/或模拟推进单元向所述局部推进器控制器(711)和/或所述DP系统(3)提供反馈信号(15)，该反馈信号(15)描述了所述推进系统(710)的状态。DP系统进一步用于从所述实际船舶和/或模拟船舶(1、1′)接收与船舶(1、1′)的状态有关的实际反馈信号和/或模拟反馈信号(5、5′)。如上所述，船舶(1、1′)还受诸如波浪、水流、风等实际环境负载和/或模拟环境负载的影响。因此，DP系统(3)对来自所述推进单元(710、710′)的所述反馈信号(15)、来自所述PMS(2)的反馈信号(2133)以及来自所述船舶(1、1′)的反馈信号(153)作出响应。作为对所述信号的响应以及对可能从命令控制台(4)提供的命令信号(41)的响应，所述DP系统(3)向所述局部推进器控制器(711)提供控制信号(38711)，所述局部推进器控制器(711)将启动与如上所述的信号环路相类似的一个信号环路。在本发明的优选实施例中，PMS(2)或者一个或多个所述电力管理子系统(21、22、......)用于向所述局部推进器控制器(711)提供控制信号(311711)，例如快速减载信号。
在本发明的特定实施例中，所述局部推进器控制器(711)用于向所述动态定位系统(3)提供局部推进器控制器反馈信号(171)。
在本发明的优选实施例中，往返于被测试单元的部分或者全部信号被记录在数据记录器(130)上并对其存储以便于以后进行分析。根据本发明的方法和系统所进行的测试以及所述分析可能导致一个或多个被测试单元被许可或者拒绝：PMS(2)、DP(3)或者局部推进器控制器(711)，并且还可以发现作为整体的电力系统的缺陷。
部件列表
1船舶
1′模拟船舶
2电力管理系统
21、22、......、2n电力管理子系统
3命令系统
4命令输入设备
41命令输入信号
5传感器
5′模拟传感器
51传感器信号
51′模拟传感器信号
6发电系统
6′模拟发电系统
61、62、......、6n发电子系统
61′、62′、......模拟发电子系统
611原动机
612发电机
613局部电力控制器(LPC)
614调节器
615自动电压调节器
7推进器系统
7′模拟推进器系统
71、72、......推进器子系统
71′、72′、......模拟推进器子系统
710推进单元
710′模拟推进单元
711局部推进器控制器(LTC)
712电力电子单元VSD
713电动机
714轴
715电动机启动器
716螺距伺服器
717螺旋桨
8命令信号
8′模拟命令信号
9从耗电系统(7、7′)到PMS(2)的信号、传感器信号或者控制信号
9′从耗电系统(7、7′)到PMS(2)的模拟信号、模拟传感器信号或者模拟控制信号
10PMS控制信号
11到推进器的快速减载信号
12发电反馈信号
12′模拟发电反馈信号
121发电机反馈信号
13PMS反馈信号
14耗电反馈信号
14′模拟耗电反馈信号
15推进器反馈信号
15′模拟推进器反馈信号
16配电反馈信号
17到电力网络的PMS控制信号
18局部电力控制器(LPC)控制信号
19LPC反馈信号
161发电机反馈信号
171局部推进器控制器反馈信号
172局部推进器控制器控制信号
90电网
91电力开关
92母线电流断路器
100I/O连接器
120模拟器
130记录器
P、P′模拟电力或实际电力
F、F′模拟的力或者力矩或实际的力或者力矩。

Claims (24)

1.一种用于测试船舶的实际电力管理系统的系统，其中所述实际电力管理系统对实际发电系统进行控制，其中所述实际电力管理系统从实际耗电系统接收实际信号，所述实际信号包括控制信号和/或传感器信号，其中作为对所述实际信号的响应，所述实际电力管理系统向实际发电系统提供第二控制信号，所述实际发电系统用于向所述实际耗电系统提供电力，
其特征在于：
模拟器连接到所述实际电力管理系统，所述模拟器包括：
模拟耗电系统，其用于接收与所述模拟耗电系统的期望状态有关的实际控制信号和/或模拟控制信号，
模拟发电系统，其用于向所述模拟耗电系统提供模拟电力，
所述模拟耗电系统向所述实际电力管理系统提供模拟信号，
作为对所述模拟信号的响应，所述实际电力管理系统向所述模拟发电系统提供所述第二控制信号，
作为对所述第二控制信号的响应，所述模拟发电系统向所述模拟耗电系统提供模拟电力，
以便对所述实际电力管理系统进行功能测试、性能测试或者故障模式测试。
2.根据权利要求1所述的系统，包括动态定位系统，其用于向所述实际耗电系统和/或模拟耗电系统提供所述实际控制信号，并且还用于从命令控制台接收与所述船舶的总体状态有关的命令，并且其中所述实际电力管理系统用于向所述动态定位系统提供电力管理系统反馈信号。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述模拟器还包括模拟船舶模块，所述模拟耗电系统包括用于向所述模拟船舶模块提供模拟力的模拟推进器系统，所述模拟器还包括算法，该算法用于在所述模拟船舶模块受到模拟环境负载和来自所述模拟耗电系统的模拟力的作用时计算所述模拟船舶模块的动态行为，其中所述动态定位系统用于从所述模拟船舶模块 接收与所述模拟船舶模块的状态有关的信号，并且作为对所述信号的响应，向所述模拟耗电系统提供所述实际控制信号。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述实际电力管理系统包括两个或多个电力管理子系统，所述电力管理子系统与一个或多个其他所述电力管理子系统相互连接，其中所述电力管理子系统用于向所述实际耗电系统或者模拟耗电系统提供电力管理子系统控制信号。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述电力管理子系统控制信号为所谓的快速减载信号。
6.根据权利要求4或5所述的系统，其中，所述电力管理子系统还用于向所述船舶的配电网和/或模拟配电网上的一个或多个开关提供开关控制信号，其中所述实际配电网用于向一个或多个所述电力管理子系统提供实际配电反馈信号，和/或所述模拟配电网用于向一个或多个所述电力管理子系统提供模拟配电反馈信号。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，至一个或多个开关的所述控制信号包括至一个或多个电流断路器的电流断路器控制信号。
8.根据权利要求4或5所述的系统，其中，所述实际发电系统包括一个或多个单独的实际发电子系统并且所述模拟发电系统包括一个或多个单独的模拟发电子系统，其中一个或多个所述电力管理子系统用于向一个或多个所述单独的实际发电子系统和/或模拟发电子系统提供所述第二控制信号，其中，一个或多个所述实际发电子系统或模拟发电子系统用于向一个或多个所述电力管理子系统提供实际发电反馈信号或者模拟发电反馈信号。
9.根据权利要求8所述的系统，其中一个或多个所述实际发电子系统和所述模拟发电子系统包括原动机、发电机和局部电力控制器中的一个或 多个，
其中，对于实际发电子系统而言，所述原动机为实际原动机，所述发电机为实际发电机，和/或所述局部电力控制器为实际局部电力控制器，而对于模拟发电子系统而言，所述原动机为模拟原动机，所述发电机为模拟发电机，和/或所述局部电力控制器为模拟局部电力控制器，
其中所述实际局部电力控制器或者模拟局部电力控制器用于从所述实际电力管理系统和/或所述电力管理子系统接收第二控制信号，并且还用于向相应的实际原动机和实际发电机或者模拟原动机和模拟发电机提供局部电力控制器控制信号，
其中，所述实际局部电力控制器或者模拟局部电力控制器用于从所述一个或多个实际发电机或者模拟发电机接收发电机反馈信号，并且还用于从所述船舶的一个或多个实际电网或者模拟电网接收配电反馈信号，其中所述实际局部电力控制器或者模拟局部电力控制器用于向一个或多个所述电力管理子系统提供局部电力控制器反馈信号。
10.根据权利要求9所述的系统，其中提供给所述相应的实际原动机或者模拟原动机的所述局部电力控制器控制信号为所期望的转速和/或提供给所述实际发电机和/或模拟发电机的所述局部电力控制器控制信号为所期望的发电机磁化强度。
11.根据权利要求2所述的系统，其中，所述模拟耗电系统用于向所述动态定位系统提供模拟耗电反馈信号。
12.根据权利要求4或5所述的系统，还包括动态定位系统，其用于向所述实际耗电系统和/或模拟耗电系统提供所述实际控制信号，并且还用于从命令控制台接收与所述船舶的总体状态有关的命令，并且其中所述实际电力管理系统用于向所述动态定位系统提供电力管理系统反馈信号，
其中，所述实际耗电系统包括局部推进器控制器以及实际推进单元，其中，所述局部推进器控制器用于向所述实际电力管理系统和/或电力管理子系统中的一个或多个提供实际信号，所述局部推进器控制器还用于从所 述实际电力管理系统和/或电力管理子系统中的一个或多个接收所述电力管理子系统控制信号，
其中，所述局部推进器控制器用于从所述动态定位系统接收实际控制信号，并且还用于向所述实际推进单元或者所述模拟耗电系统内的模拟推进单元提供局部推进器控制器控制信号，并且其中，所述实际推进单元用于向所述局部推进器控制器和/或所述动态定位系统提供实际推进器反馈信号或者所述模拟推进单元用于向所述局部推进器控制器和/或所述动态定位系统提供模拟推进器反馈信号。
13.一种用于测试船舶的实际电力管理系统的方法，其中，所述实际电力管理系统对实际发电系统进行控制，其中所述实际电力管理系统从实际耗电系统接收实际信号，并且作为对所述实际信号的响应，所述实际电力管理系统向所述实际发电系统提供第二控制信号，所述实际发电系统用于向所述实际耗电系统提供电力，
其特征在于：
-将模拟器连接到所述实际电力管理系统，
-所述模拟器向模拟耗电系统提供与所述模拟耗电系统的期望状态有关的模拟控制信号，或者动态定位系统提供与所述模拟耗电系统的所述期望状态有关的实际控制信号，
-所述模拟器包括模拟发电系统、所述模拟耗电系统，所述模拟耗电系统向所述实际电力管理系统提供模拟信号，
-作为对所述模拟信号的响应，所述实际电力管理系统向所述模拟发电系统提供第二控制信号，
-作为对所述第二控制信号的响应，所述模拟发电系统向所述模拟耗电系统提供模拟电力，
以便对所述实际电力管理系统进行功能测试、性能测试或者故障模式测试。
14.根据权利要求13所述的方法，使用所述动态定位系统来向所述实际耗电系统和/或模拟耗电系统提供所述实际控制信号，并且使用所述动态 定位系统来从命令控制台接收与所述船舶的总体状态有关的命令，并且其中所述实际电力管理系统向所述动态定位系统提供电力管理系统反馈信号。
15.根据权利要求13所述的方法，所述模拟器还包括模拟船舶模块，所述模拟器向所述模拟船舶模块提供来自所述模拟耗电系统的模拟力，所述模拟耗电系统是模拟推进器系统，所述模拟船舶模块包括算法，该算法用于在所述模拟船舶模块受到模拟环境负载和来自所述模拟耗电系统的所述模拟力的作用时计算所述模拟船舶模块的动态行为，
其中，所述动态定位系统从所述模拟船舶模块接收与所述模拟船舶模块的状态有关的信号，并且作为对所述信号的响应，向所述模拟耗电系统提供与所述模拟船舶模块的期望状态有关的所述实际控制信号。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述模拟船舶模块的所述期望状态为所期望的船舶速度、航向、位置、轴速度。
17.根据权利要求13所述的方法，其中，所述实际电力管理系统用作分布式实际电力管理系统，其中，所述实际电力管理系统包括一个或多个电力管理子系统，
其中，所述实际发电系统和模拟发电系统用作一个或多个单独的实际发电子系统和模拟发电子系统，
其中，一个或多个所述电力管理子系统向所述实际耗电系统或者模拟耗电系统提供电力管理子系统控制信号，其中，一个或多个所述实际发电子系统或者模拟发电子系统向一个或多个所述实际耗电系统或者模拟耗电系统提供电力管理系统控制信号，
其中，一个或多个所述电力管理子系统提供开关控制信号以便打开或者闭合所述船舶的配电网上的一个或多个开关。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，用于打开或者闭合一个或多个开关的所述开关控制信号包括用于打开或者闭合一个或多个电流断路器 的电流断路器控制信号。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述电力管理子系统控制信号为所谓的快速减载信号。
20.根据权利要求13所述的方法，其中，所述电力管理系统包括一个或多个电力管理子系统，所述实际发电系统和模拟发电系统用作一个或多个单独的实际发电子系统和模拟发电子系统，并且其中，一个或多个所述电力管理子系统向一个或多个所述单独的实际发电子系统和/或模拟发电子系统提供电力管理系统控制信号，其中，一个或多个所述实际发电子系统或者模拟发电子系统向一个或多个所述实际耗电系统或者模拟耗电系统提供所述电力管理系统控制信号。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，一个或多个所述实际发电子系统包括下列中的一个或多个：
-实际原动机
-实际发电机
-实际局部电力控制器，
并且一个或多个所述模拟发电子系统包括下列中的一个或多个：
-模拟原动机
-模拟发电机
-模拟局部电力控制器，
所述方法包括：
-运行所述模拟原动机，
-运行所述模拟发电机，
-运行所述实际局部电力控制器或者所述模拟局部电力控制器，其中，所述实际局部电力控制器或者模拟局部电力控制器从所述实际电力管理系统和/或电力管理子系统接收第二控制信号，并且还向相应的实际原动机或者模拟原动机和/或实际发电机或者模拟发电机提供局部电力控制器控制信号，其中，所述实际局部电力控制器或者模拟局部电力控制器从所述一个 或多个实际发电机或者模拟发电机接收发电机反馈信号和/或从所述一个或多个实际电网或者模拟电网接收配电反馈信号。
22.根据权利要求13所述的方法，其中，所述模拟耗电系统向所述动态定位系统提供模拟耗电反馈信号。
23.根据权利要求17所述的方法，使用所述动态定位系统来向所述实际耗电系统和/或模拟耗电系统提供所述实际控制信号，并且使用所述动态定位系统来从命令控制台接收与所述船舶的总体状态有关的命令，并且其中所述实际电力管理系统向所述动态定位系统提供电力管理系统反馈信号，
其中，所述实际耗电系统包括局部推进器控制器以及实际推进单元，其中，所述局部推进器控制器向所述实际电力管理系统和/或电力管理子系统中的一个或多个提供局部作为推进器控制器命令信号的所述实际信号，其中，所述局部推进器控制器从一个或多个所述实际电力管理系统接收电力管理系统控制信号和/或从所述电力管理子系统接收所述电力管理子系统控制信号，其中，所述局部推进器控制器向所述动态定位系统提供局部推进器控制器反馈信号，并且其中，所述局部推进器控制器从所述动态定位系统接收实际控制信号，其中，所述局部推进器控制器向所述实际推进单元或者所述模拟耗电系统内的模拟推进单元提供局部推进器控制器控制信号，其中，所述实际推进单元向所述局部推进器控制器和/或所述动态定位系统提供实际推进器反馈信号或者所述模拟推进单元向所述局部推进器控制器和/或所述动态定位系统提供模拟推进器反馈信号。
24.根据前述权利要求13-23中的任一项所述的方法，其中，往返于部分或者全部被测试系统的部分或者全部信号被记录在数据记录器上。 
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