CN103380053B - 主动升沉补偿系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种主动升沉补偿系统，其包括电动发电机以及电存储元件，所述电动发电机与负载相互作用，以便在升沉运动周期的第一部分中驱动所述负载，并且在所述升沉运动周期的第二部分中再生用于已驱动所述负载的至少部分电能，所述电存储元件用于存储再生的电能。所述主动升沉补偿系统进一步包括电源以及控制单元，所述电源电连接到所述电动发电机和所述电存储元件，用于至少为所述电动发电机提供电力，所述控制单元配置为控制所述电源基本上与升沉运动同步。

Description

主动升沉补偿系统和方法

技术领域

本发明涉及一种主动升沉补偿系统，一种包括该主动升沉补偿系统和主动升沉补偿方法的船舶。

背景技术

升沉补偿是多年来已经众所周知的技术。已提供了许多解决方案，下面将讨论其中的一些方案。通常而言，由于波动而导致了升沉运动，升沉补偿提供了在负载上的升沉运动的补偿。负载可以浸没或部分浸没，因而受到波动的影响。同时，或与其相反，可以是通过受到波动的影响的浮动平台（比如船舶）来承载负载的情况。此外，可以有能够需要升沉运动的可想象的许多其他情况，比如从浮动平台上取下负载或将负载放置在浮动平台上的情况下，浮动平台经受波动。可以为任何类型的负载提供升沉补偿，例如由吊车或其他起重装置搬运的负载，浸没在水中的结构比如管道铺设设备等。应当理解，上面的实例仅用于说明，而不以任何方式限制本文的范围。

升沉补偿系统可以分为主动和被动升沉补偿系统。也可以提供主动和被动系统的组合。在被动升沉补偿系统中，以气体弹簧、液压系统等形式设置可压缩介质以便提供补偿。在主动升沉补偿系统中，设置致动器以便主动补偿升沉运动的影响。在文献中已经描述的许多结构。通常而言，在主动升沉补偿系统中，应用由液压系统构成。作为实例，可以设置与升沉运动同步延伸和压缩的液压缸，从而与例如支持负载的缆绳相互作用。在每一个波浪中，将能量供应至液压系统以便将力施加到负载上。在升沉运动周期的其他部分中，能够恢复一些能量，例如通过气体的压缩进行存储。然后，在接下来的周期中，可以应用已压缩的气体以便驱动负载或至少有助于驱动负载。

虽然液压/气压主动升沉补偿已被广泛用于许多构造中，但是其缺点在于，该机构会导致复杂的系统，并且涉及液压流体泄露的风险，从而导致了一方面在于相对复杂和昂贵的系统，而另一方面则需要定期和安全的维护以避免泄漏以及由其所导致的环境污染的风险。

在WO2009/120066A1中已经公开了电动升沉补偿。电动机在升沉运动的第一部分中驱动负载。然后，由发电机（充当发电机的电动机）再生电能，并且存储在电存储器中，比如电容器或超级电容器。然而，应注意到，在其中提出的解决方案以控制作为电存储元件的电容器或超级电容器的充电和放电，在一方面的电动发电机或电力线和在另一方面的电容器或超级电容器之间需要双向转换器。

发明内容

因此，本发明的目标是提供一种主动升沉补偿，其可以省去在一方面的电能存储器或电力线和另一方面的电动发电机之间的双向转换器。

根据本发明的一方面，提供了一种主动升沉补偿系统，包括：

-电动发电机，所述电动发电机与负载相互作用，以便在升沉运动周期的第一部分中驱动所述负载，并且在所述升沉运动周期的第二部分中再生用于已驱动所述负载的至少部分电能，

-电存储元件，所述电存储元件用于存储再生的电能，

-电源，所述电源电连接到所述电动发电机和所述电存储元件，用于至少为所述电动发电机提供电力，以及

-控制单元，所述控制单元配置为控制所述电源，以使得所述电源的输出电压与所述升沉运动周期同步，基本上跟随所述电存储元件的充电和放电电压周期。

因此，所述主动升沉补偿系统包括电动发电机和电存储元件的结合。在所述升沉运动周期的第一部分中，所述电动发电机用作电动机并且驱动所述负载。在所述升沉运动周期的第二部分中，电能得以恢复并且所述电动发电机用作发电机，从而再生在所述升沉运动周期的第一部分中用于已驱动所述负载的至少部分电能。再生的电能存储在电存储元件中。存储的电能当前可以用在随后的升沉运动周期的第一部分中以便为电动发电机提供电力。在本发明的范围内，对于电动发电机，其应用可由单个电动机和单个发电机构成，所述单个电动机和所述单个发电机两者与所述负载相互作用，然而，在优选的实施方案中，应用由用作发电机的电动机类型构成，因此当不向电动机提供电能，但是通过所述负载的相应运动机械地驱动电动机时，所述电动机产生电能，从而用作发电机。

可以提供任何类型的电动发电机，作为实例，应用可以由三相异步电动机构成。在常用术语中，可以将术语电动发电机限定为适应于将电能转换成运动并且将运动转换为电能的布置。电动发电机可以包括适当的驱动器，比如所谓的电动机逆变器单元，其将直流（DC）电源电压转换为切换的、交流的电源到电动发电机，反之亦然。电源可以包括任何电力传送装置，比如发电机。可以从电网获得电源，比如船舶的电网，例如交流（AC）电网。在交流电网的情况下，电源可以例如包括所谓的逆变器电源单元，以便将电能从交流电网转换成直流（DC）电源。电源的输出可以连接到电力线，比如直流（DC）电力线、电源，以便将电力供应到电力线。可以将电动发电机（直接或通过其驱动单元，比如电动机逆变器单元MIU）电连接到电力线。电存储元件可以每个电连接到电力线。因此，电存储元件（也称为电能存储元件、电存储器、电能存储器或类似表达）可以连接到电力线而没有转换器的介入，以便将电力线电压转换为电存储元件的操作电压，将在下面进行说明。根据本发明，为了使得电存储元件在升沉运动周期中存储和释放电能，将电源控制为基本上与升沉运动同步。因此，能够控制电源以使电存储元件在升沉运动周期的一部分中存储电能并且在升沉运动周期的另一部分中释放电能。作为实例，能够将电源的输出电压控制为：如果电压升高，则电能存储元件（例如，超级电容器）充电从而存储电能，而如果电压降低，则该电能存储元件放电。因此，电源的输出电压可以（例如，在控制单元的控制下）在升沉运动周期的一部分中升高，其中电动发电机再生电能，从而该电能，或者其至少部分电能，得以存储在电存储元件中。在波动周期的另一部分中，当电动发电机驱动负载，因此消耗电能时，可以将电源控制为降低电源电压，从而电存储元件放电并且通过放电而释放的电能至少部分地提供到电动发电机以驱动负载。因此，与升沉运动和/或电动发电机的运行同步，电源使得电存储元件跟随充电和放电的周期，以便周期性地存储和释放电能，并且允许电存储元件直接地电连接到电力线，也即，没有转换器（比如直流-直流转换器）的介入。

能够使用任何类型的电存储元件，然而优选地，应用电容器作为能够提供低损耗存储的电容器，从而提高升沉补偿系统的电能效率。优选地，电容器包括具有高电容值的超级电容器，因此能够在相对小的体积中提供高的电能存储能力。此外，超级电容器可以提供低的串联电阻，因此允许低损耗的电能存储，可以允许快速充电和放电，可以提供高的效率，并可以提供长的寿命。而且，电池和电容器（比如超级电容器）的结合可以用作电存储元件。电容器能够提供高输出电能而电池能够在相对较长的周期期间提供电能，结合能够从两个特征中受益。

在实施方案中，当由控制单元控制电源时，电源可以设置为提供基本上恒定的输出电流，也即，输出电流在升沉运动周期的时间周期中基本上恒定。因此，可以将恒定负载提供到主网络、发电机或产生电能的其他能源上，而电能存储元件（没有DC/DC电压转换器的介入）在负载驱动和电能的再生的每个周期中负责电能的缓冲。

控制单元可以进一步控制电动发电机，以便在升沉运动周期的第一部分中驱动负载并且在升沉运动周期的第二部分中再生电能。控制单元（例如，包括微控制器、微处理器，或任何可编程逻辑器件，例如，设置有适当的程序指令以执行所述的动作）可以另外（例如）控制与电动发电机相关联的电动机逆变器单元。因此，控制单元可以控制电动机逆变器以便在周期的第一部分中为电动发电机提供电力以驱动负载，并且在周期的第二部分中再生至少部分电能。

可以从电源的输出参数导出升沉运动，比如电源的输出电流或输出功率，通过电动发电机周期驱动负载并且再生电能转换为跟随该周期的电源需要的电力。另外，在实施方案中，所述控制单元包括输入和输出，所述输入连接到所述电源以便测量所述电源的输出参数，所述输出连接到所述电源以便驱动所述电源，所述控制单元设置为：

-比较所述电源输出参数和控制单元设定点，以及

-基于比较来驱动所述电源。因此，从到电源上的电力需求导出电源的驱动（也即，控制）以便允许在波动的第二部分中的至少部分再生电能得以存储在电存储元件中。

作为适当的输出参数，电源的输出参数可以为电源的输出电流，其中所述控制单元的输出连接到电源的电源电压设定点输入。因此，当再生电能时，电源的输出电流降低，而控制单元驱动电源以提高其输出电压，以使来自电动发电机的再生电能能够存储到电存储元件中，由于提高的电源输出电压，也即提高的电存储元件电压使得再生电能流（以充电电流的形式）进入电存储元件中。因此，电源的输出电压基本上与升沉运动同步地周期性改变，导致电存储元件基本上与电源输出电压周期同步地周期充电和放电，以便通过电存储元件的对应的放电和充电，使得由电动发电机在驱动负载时消耗的电能的周期与电能的再生基本上相匹配，从而在电存储元件中缓冲至少部分的再生电能，而不需要在电存储元件和电动发电机（或更具体地，电动发电机的电动机逆变器单元）之间插入变换器。由于电源的控制，在升沉运动周期期间可以允许大的电源输出电压摆动，以使大的电压摆动可以提供到电存储元件上，允许大量的电能存储到电存储元件中并且从电存储元件释放。

另外，或除了测量电源输出电流之外，电源的输出参数可以为发电机频率信号：在发电机上的高负载转换为较低的发电机频率，因此允许应用发电机频率以获得基本上代表电源输出电流、电源输出功率或类似量的信号。注意到，作为电源输出电流的测量的替代，发电机频率的测量可以应用在任何主动升沉补偿系统中，比如WO2009/120066A1中描述的主动升沉补偿系统，例如，主动升沉补偿系统包括与负载相互作用的电动发电机，以及设置为控制电动发电机的运行的控制单元，所述控制单元设置为：

-在波动周期的第一部分中，操作所述电动发电机以便驱动所述负载，以及

-在所述波动周期的第二部分中，操作所述电动发电机，以便再生在所述波动周期的第一部分中用于已驱动所述负载的至少部分电能，

所述主动升沉补偿系统包括电存储元件以缓冲至少部分的再生电能，用于在随后的波动周期中驱动所述电动发电机。

可以由所述控制单元用以下步骤来确定控制单元设定点的合适值：所述控制单元可以设置为从以下几项确定控制单元设定点：所述电源的实际电源输出电压的时间平均，比较时间平均的实际电源输出电压与电源输出电压设定点，以及从比较的结果来导出控制单元设定点。因此，可以控制电源以传送对应于电动发电机与电存储元件的结合的平均损耗的能量，其将从下面几项容易地理解：时间平均的电源输出电压，也即，时间平均电力线电压，对应于时间平均的电存储元件电压，电存储元件连接到电力线。如果没有通过电源增加电能，由于在每个升沉运动周期之后，电存储元件会由于电能损失而使放电变得越来越多，从而电存储元件的（例如，时间平均的）运行电压将在每个周期后降低，因此平均电源电压会降低。另一方面，如果电源供应比补偿损耗所需的电能更多的电能，则由于电源输出通过电力线而连接到电能存储元件，因此电能存储元件的时间平均运行电压将增大，导致电源输出电压增大。因此，由于控制单元将时间平均的电源输出电压保持在特定水平上，提供了电能损耗补偿。

在上述实施方案之外或替代上述实施方案，所述控制单元可以包括输入和输出，所述输入连接到所述电源以便测量电源输出电压，所述输出连接到所述电源以便驱动所述电源的输出电流，所述控制单元设置为：

-确定所述电源输出电压的时间平均，

-比较时间平均的电源输出电压与控制单元设定点，以及

-基于比较来驱动所述电源的输出电流。

因此，由控制单元通过监测电源输出电压（其可以表现为基本上与升沉运动同步的波动）并且控制相应的电源输出电流来获得关于升沉运动的信息。容易想象该构造的实例：由于电存储元件的充电和放电，如果电源具有高的输出阻抗，也即，表现为电流源特性，则电存储元件的放电和充电传递到电源输出电压的周期中。因此，现在可以控制电源的输出电流以补偿电能损耗：如果时间平均的电源输出电压将会降低，则电存储元件的平均电能水平的将会降低，需要电源来增加其输出功率以增加电能，从而补偿损耗，反之亦然。因此，将提供极其简单的结构以允许以最小的损耗来控制电存储元件的充电和放电。

控制单元可以包括升沉传感器来测量升沉运动，控制单元设置为根据测量的升沉运动来驱动电源。因此，代替从电源输出导出升沉运动或除了从电源输出导出升沉运动之外，可以应用提供表示升沉运动的信息的传感器。传感器可以包括任何适当的传感器，比如测量升沉运动周期中的加速度的加速度计，测量作为升沉运动的结果的位置或位置变化的位置传感器等。另外，可以应用任何其他类型的传感器，比如照相机或（例如红外、无线电波或超声波）距离测量单元等，所述传感器检测波动，控制单元从检测到的波动确定升沉运动估算。另外，可以通过用于升沉运动的测量的传感器来实现静态的参考，例如物体（风力涡轮机、安装到海底的钻井平台、卫星系统参考等）。

电存储元件可以包括超级电容器。超级电容器（也称为超电容器）可以提供大的电容值，从而（给定特定的运行电压范围）存储大量的电能。

电存储元件可以包括多个超级电容器和电压平衡器以平衡超级电容器的运行电压，从而可以减少由于例如电容值的扩散、老化、泄漏的扩散等引起的串联超级电容器的运行电压的失衡。电压平衡器可以例如包括与单个或组的并联超级电容并联的电阻元件，所述电阻元件例如包括电阻、晶体管，比如其沟道应用为电阻的场效应晶体管，所述晶体管允许通过对其栅的适当的电驱动来控制电阻值。

所述超级电容器可以设置在至少一个超级电容器排中，所述超级电容器排或每个超级电容器排包括两个平行的电路板，各自的超级电容器排的超级电容器设置在所述电路板之间并且在所述电路板之间延伸。可以提供空气流（强迫或被动的）以便沿着电路板流动，允许超级电容器的温度调节。特别地，沿着超级电容器的电接触的空气流可以设置为提供较低热电阻的电接触，允许超级电容器的冷却。

为了允许电动发电机的准确驱动，以便与升沉运动周期同步且以正确的量将升沉运动补偿力施加到负载上，控制单元可以包括传感器，所述传感器用于测量表示待补偿的升沉运动的变量，所述控制单元设置为在已测量的变量的基础上驱动所述电动发电机。可以直接驱动电动发电机。此外，可以驱动电动发电机的电动机逆变器单元。传感器可以包括任何适当的传感器，比如在升沉运动周期中测量加速度的加速度计，测量作为升沉运动的结果的位置或位置变化的位置传感器等。另外，可以将任何其他类型的传感器，比如检测波动的照相机或（例如红外、无线电波或超声波）距离测量单元等，应用到控制单元以从检测到的波动来确定升沉运动估算。另外，可以通过用于升沉运动的测量的传感器来应用固定的参考，例如，物体（风力涡轮机、安装到海底的钻井平台，卫星系统参考等）。应当理解，这些测量原理不仅能够应用于本文中所公开的主动升沉补偿系统中，还能够应用于任何主动升沉补偿系统中，比如这样的升沉补偿系统，其包括与负载相互影响的电动发电机，以及电容器、超级电容器或其他电存储器以便存储由电动发电机再生的至少部分电能。

许多构造是可能的。负载可以包括（例如固体）船舶运动阻尼压载，其在船舶的横向或纵向方向上可移动，以便至少部分地补偿船舶的升沉运动。因此，船舶可以包括一个或多个运动阻尼压载，其分别在船舶的横向或纵向方向上可移动。在纵向方向上适当地移动该运动阻尼压载可以降低船舶在纵向方向上的升沉运动，并且在横向方向上适当地移动该运动阻尼压载可以降低船舶在横向方向上的升沉运动。因此，可以应用如本文中所描述的主动升沉补偿系统，以在升沉运动周期的第一部分中通过电动发电机来驱动运动阻尼压载，并且在升沉运动周期的第二部分中再生用于已驱动所述运动阻尼压载的至少部分电能。然后，再生的电能可以至少部分地存储在电存储元件中。另一个实例可以为包括根据本发明的主动升沉补偿系统的起重机，或包括根据本发明的主动升沉补偿系统的钻井船舶。作为另一个实例，提供了包括根据本发明的主动升沉补偿系统的船舶。

根据本发明的另一方面，提供了一种主动升沉补偿方法，包括：

-在升沉运动周期的第一部分中，通过电动发电机驱动负载，

-在所述升沉运动周期的第二部分中，再生用于已驱动所述负载的至少部分电能，

-在电存储元件中存储再生的电能，

-通过电源将电力至少提供到所述电动发电机，所述电源电连接到所述电动发电机和所述电存储元件，以及

-通过控制单元控制所述电源，以使得所述电源的输出电压与所述升沉运动周期同步，基本上跟随所述电存储元件的充电和放电电压周期。

应用根据本发明的主动升沉补偿方法，可以取得与根据本发明的主动升沉补偿系统相同或相似的优点。此外，相对于根据本发明的主动升沉补偿系统所公开的相同或相似实施方案也适用于根据本发明的主动升沉补偿方法，从而实现了与根据本发明的主动升沉补偿系统相同或类似的效果。

附图说明

本发明的进一步的特征效果和优点将从所附附图和相应的描述而变得清楚，其中公开了本发明的非限制性实施方案，其中：

图1显示了从浮动平台浸没的负载的构造的高度示意图；

图2显示了具有补偿的升沉装置的高度示意图；

图3显示了代表波动的高度示意图；

图4显示了根据本发明的升沉运动补偿系统的高度示意图；

图5A显示了根据本发明的升沉补偿系统的另一个实施方案，同时

图5B显示了根据图5A的升沉补偿系统的控制单元的块状示意图；

图6A显示了根据本发明的升沉补偿系统的另一个实施方案，同时

图6B显示了根据图7A的升沉补偿系统的控制单元的块状示意图；以及

图7显示了具有固体横摇阻尼压载的船只的示意性横截面图

注意到，贯穿附图，相同的参考数字和参考标记指代具有相同或类似功能的相同或类似的部件。

具体实施方式

图1显示了由起重装置LI（比如吊车）所支持的部分浸没的负载L的高度示意图，起重装置LI位于浮动平台FP（比如船舶）上。波动将导致竖直的力，从而提供负载L以及浮动平台FP的周期性竖直移动。因此，力将周期性地施加在起重装置LI的缆绳CA上。升沉补偿的目的在于补偿升沉运动的周期移动，从而避免对负载的可能的损坏、起重装置LI的缆绳CA的超载等。虽然在图1中，显示了这样的实例，即负载和支持起重装置LI的平台两者均为部分浸没，但是其也可能是负载和起重装置中的一个在岸上或安装到固体参照物，作为实例，起重装置可以安装在码头上，或者将负载放置在码头上而将起重装置安装在浮动平台上。许多其他的构造是可能的。例如，负载被浸没并且需要稳定，而支持起重装置的浮动平台经受升沉运动。缆绳CA缠绕在绞盘WI上。致动绞盘WI以卷起缆绳CA将提升负载L，反之亦然。

图2高度示意性地显示了一种结构的实例，该结构可以应用于再次显示具有支持负载L的缆绳CA的起重装置LI的传统的升沉补偿系统。通过连接到液压缸HC的滑轮PW来引导缆绳CA。通过向下移动液压缸HC的活塞PI，连接到活塞的滑轮也向下移动。因此，在长度上改变了通过滑轮PW引导的缆绳CA的环的长度，其将导致待提升的负载根据活塞PI的移动的方向分别降低。可以主动驱动液压缸HC，从而获得主动升沉补偿系统。另外，或此外，应用可以由气体弹簧构成，例如由具有可压缩气体的封闭体积形成的气体弹簧，其作用于液压缸HC形成部件的液压系统上。

如图3中所示意性示出的，波动周期将导致在负载或者起重装置上，或负载和起重装置两者上的周期模式的向上或向下的力。

图4示出了升沉补偿系统，其包括与负载（未示出）相互作用的电动发电机MG。由电力线PL（比如直流（DC）电力线）为电动发电机MG提供电力。电源PS连接到电力线以便为电力线提供电力。电源可以包括电气电源，其布置为将例如交流主电源（比如在船舶上的交流电力网）转换为直流源。此外，电源可以包括发电机。电存储元件C，比如电容器或超级电容器，电连接到电力线。电动发电机com包括适当的驱动单元，比如包括多个开关的所谓的电动机逆变器单元，以便将正确的极性从电气电源线提供到电动发电机，从而电动机逆变器单元将在电力线的DC供电电压有效地转换为电动发电机的AC电压驱动，并且在电能的再生期间，反之亦然。

在第一实施方案中，电源是恒流电源，比如电流源。术语恒流可以理解为，在例如升沉运动周期期间，提供基本上恒定的输出电流的电源。当电动发电机驱动负载时，电动发电机的电流消耗超过由电源提供的电流。因此，由电存储元件（例如，由其放电的超级电容器）来提供操作电动发电机所要求其余电流。在升沉运动周期的以下部分期间，电能得以再生，电动发电机（例如，通过其电动机逆变器单元MIU）将存储的电流连同电源提供的电流一起传送到电存储元件中。因此，每个升沉运动周期，电能在电动发电机和电存储元件之间循环，也即，在每个升沉运动周期的机械能和电能之间循环。除了在当前实施方案中应用的电动机逆变器单元，没有必需的电气转换器。由电源供应的电力设定为以便补偿由于耗散引起的损耗的水平。

为了实现电源传送以与在系统中的损耗基本上一样大小的电流，以使电存储元件的电能水平（并因此充电）保持在预先确定的水平上，从而可以提供电源的控制。另外，升沉补偿系统可以包括控制单元，在图5A中已经示意性地示出了控制单元的实例。图5A示出了与图4中示出并且参考图4描述的升沉补偿系统基本上相同的升沉补偿系统，然而已增加了控制单元CON，在如下所述的图5B中进一步详细描述控制单元CON。控制单元包括连接到电力线PL（也即，连接到电源输出和电能存储元件）的控制单元输入。控制单元CON进一步包括连接到电源的控制单元输出。控制单元设置为在控制单元输入处测量电源的输出电压，也即电存储元件电压。控制单元设置为确定该电压的时间平均，例如通过低通滤波器LPF等（在一个或多个升沉运动周期时间上进行平均）。平均的电源输出电压，也即电存储元件电压，提供了存储在电存储元件中的电能水平的信息：通常：电压越高，电能水平越高。因此，如果平均电压增加，电能水平增加，反之亦然。控制单元进一步包括参考REF和控制器CNT，比如比例控制器或比例积分控制器，参考REF的值表示所需的平均电压水平。来自滤波器LPF和参考REF的平均电源电压提供至控制器的各自的输入。控制器的CNT的输出提供至电源，例如提供至电源的设定点输入-在该实施方案中-该设定点输入设定了电源输出电流。因此，控制器设置为将平均的电源输出电压与参考（也即所需的平均电能水平）相比较。以反馈控制机构的形式，电源当前由控制单元控制，以便提供将平均电力线电压保持为预先设定的水平的输出电流，也即电能存储元件的（平均）电能水平。控制单元可以包括例如比例或比例/积分控制器。因此，电源的恒定输出电流控制为以便保持基本上补偿电能损耗的水平。

不是仅可以应用电流源（也即，高阻抗电源）来实现本发明。下面将讨论其中可以由低阻抗电源构成的应用的实施方案。

图6A示意性地示出了类似于包括电源PS、电能存储元件C、电动发电机MG的图4和图5的升沉补偿，在该实施方案中包括电动机逆变器单元MIU，以及电力线PL。电力线PL电互连到电能存储元件C，电源PS和电动发电机（在该实施方案中为其电动机逆变器单元MIU）。电能存储元件C、电动发电机MG和电力线PL可以具有与上面的参考图4和图5如上所述的基本上类似或相同的功能。升沉补偿系统进一步包括在图6B中进一步详细说明的控制单元CON。

图6A和6B进一步示出了两个或组合的输入控制回路结构。首先，测量电源输出电流并且将其提供至控制单元CON的第一控制器的CNT1。第一控制器CNT对测量的电源输出电流与参考（将在下面讨论）进行比较。第一控制器CNT1的输出连接到电源（即在该实施方案中，电源输出电压设定点输入），以便设定电源的输出电压。因此，第一控制回路测量电源输出电流，对电源输出电流与参考进行比较，并且相应地驱动电源的输出电压。因此，在每个升沉运动周期期间，当电动发电机再生电能时，已测量的电源电流会倾向于减小（如果电源电压将保持相同），这使得第一控制器CNT1增大电源电压，反之亦然，从而保持电源电流基本上恒定。类似于参考图5A和图5B描述的实施方案，通过在第一控制器CNT1的输入处将参考（设定点）值设定到合适的值，由其他控制回路来设定电源电流值。其实现如下：类似地参考图5A和图5B如上所述，测量电力线电压（其等于电源输出电压和电存储元件电压）。控制单元设置为在对应于第二控制单元输入处测量电源的输出电压，也即电存储元件电压。控制单元设置为确定该电压的时间平均，例如通过低通滤波器LPF等（在一个或多个升沉运动周期时间上进行平均）。已平均的电源输出电压，也即电存储元件电压，提供了存储在电存储元件中的电能水平的信息：如上所述，通常：电压越高，电能水平越高。因此，如果平均电压增加，电能水平增加，反之亦然。控制单元进一步包括参考REF和第二控制器CNT2，比如比例控制器或比例积分控制器，参考REF的值表示所需的平均电压水平。来自滤波器LPF和参考REF的平均电源电压提供至第二控制器CNT2的各自的输入。第二控制器CNT2的输出提供做为第一控制器CNT1的参考。因此，第二控制器CNT2设置为将平均的电源输出电压与参考REF（也即表示所需的平均电能水平）相比较。第一控制器当前驱动电源电压（在升沉运动周期期间），以便由电源提供基本上恒定的电流，该电源在升沉补偿系统中电流补偿电能损耗。因此，以反馈控制机构的形式，当前由控制单元控制电源以便提供将平均电力线电压保持为预先设定的水平的输出电流，也即电能存储元件的（平均）电能水平。第一和第二控制器可以包括例如比例或比例/积分控制器。因此，包括控制器CNT1的上面描述的控制回路被控制为以便保持基本上补偿电能损耗的水平，控制器CNT1导致了电源的基本上恒定的输出电流。

在国际专利申请PCT/NL2008/000221中描述了升沉运动补偿的船舶的实例。其公开了一种具有重型起重机的单船体船舶。在图7中示出了船舶的示意性横截面。船舶10设置有主动横摇阻尼机构。该主动横摇阻尼机构包括在船体的横向方向（由箭头A所指示的方向）上可移动的固体横摇阻尼压载11，检测船体的横摇运动的传感器，以及驱动和控制系统12，响应于传感器的检测，驱动和控制系统12可操作以引起且控制固体横摇阻尼机构的移动，从而提供横摇稳定性。

驱动和控制系统可以设置有升沉补偿系统，其包括如上所述的电动发电机M/G和电能存储器C（比如具有转换器的超级电容器），以便驱动固体横摇阻尼机构。由于压载能够从左舷移动到右舷，因此固体横摇阻尼机构的移动可以被描述为周期，反之亦然。在周期中，可以产生电能并将其存储在周期的第一部分，并且可以在另一部分需要该电能。应当理解，阻尼压载不仅可以设置在船舶的横向方向，也可以设置在纵向方向或替代地设置在纵向方向。

Claims (26)

1.一种主动升沉补偿系统，包括：

-电动发电机，所述电动发电机与负载相互作用，以便在升沉运动周期的第一部分中驱动所述负载，并且在所述升沉运动周期的第二部分中再生用于已驱动所述负载的至少部分电能，

-电存储元件，所述电存储元件用于存储再生的电能，

-电源，所述电源电连接到所述电动发电机和所述电存储元件，用于至少为所述电动发电机提供电力，以及

-控制单元，所述控制单元配置为控制所述电源，以使得所述电源的输出电压与所述升沉运动周期同步，跟随所述电存储元件的充电和放电电压周期。

2.根据权利要求1所述的主动升沉补偿系统，其中当通过所述控制单元进行控制时，所述电源设置为提供恒定的输出电流。

3.根据权利要求1或2所述的主动升沉补偿系统，其中所述控制单元包括输入和输出，所述输入连接到所述电源以便测量所述电源的输出参数，所述输出连接到所述电源以便驱动所述电源，所述控制单元设置为：

-比较所述电源输出参数和控制单元设定点，以及

-基于比较来驱动所述电源。

4.根据权利要求3所述的主动升沉补偿系统，其中所述电源的输出参数为所述电源的输出电流，并且其中所述控制单元的输出连接到所述电源的电源电压设定点输入。

5.根据权利要求3所述的主动升沉补偿系统，其中所述电源的输出参数为发电机频率信号，并且其中所述控制单元的输出连接到所述电源的电源电压设定点输入。

6.根据权利要求3所述的主动升沉补偿系统，其中所述控制单元设置为从以下几项确定所述控制单元设定点：

时间平均所述电源的实际电源输出电压，

比较时间平均的实际电源输出电压与电源输出电压设定点以及

从比较的结果来导出控制单元设定点。

7.根据权利要求1所述的主动升沉补偿系统，其中所述电源为电流源。

8.根据权利要求7所述的主动升沉补偿系统，其中所述控制单元包括输入和输出，所述输入连接到所述电源以便测量电源输出电压，所述输出连接到所述电源以便驱动所述电源的输出电流，所述控制单元设置为：

-确定所述电源输出电压的时间平均，

-比较时间平均的电源输出电压与控制单元设定点，以及

-基于比较来驱动所述电源的输出电流。

9.根据权利要求1或2所述的主动升沉补偿系统，其中所述控制单元包括升沉传感器以测量升沉运动，所述控制单元设置为从已测量的升沉运动来驱动所述电源。

10.根据权利要求7或8所述的主动升沉补偿系统，其中所述控制单元包括升沉传感器以测量升沉运动，所述控制单元设置为从已测量的升沉运动来驱动所述电源。

11.根据权利要求1或2所述的主动升沉补偿系统，其中所述电存储元件包括超级电容器。

12.根据权利要求11所述的主动升沉补偿系统，其中所述电存储元件包括多个超级电容器以及电压平衡器，以便平衡所述超级电容器的操作电压。

13.根据权利要求11所述的主动升沉补偿系统，其中所述超级电容器设置在至少一个超级电容器排中，所述超级电容器排或每个超级电容器排包括两个平行的电路板，各自的超级电容器排的所述超级电容器设置在所述电路板之间并且在所述电路板之间延伸。

14.根据权利要求1或2所述的主动升沉补偿系统，其中所述控制单元包括传感器，所述传感器用于测量表示待补偿的升沉运动的变量，所述控制单元设置为在已测量的变量的基础上驱动所述电动发电机。

15.根据权利要求3所述的主动升沉补偿系统，其中所述控制单元包括传感器，所述传感器用于测量表示待补偿的升沉运动的变量，所述控制单元设置为在已测量的变量的基础上驱动所述电动发电机。

16.根据权利要求7或8所述的主动升沉补偿系统，其中所述控制单元包括传感器，所述传感器用于测量表示待补偿的升沉运动的变量，所述控制单元设置为在已测量的变量的基础上驱动所述电动发电机。

17.根据权利要求1或2所述的主动升沉补偿系统，其中所述负载包括船舶运动阻尼压载，所述船舶运动阻尼压载在船舶的横向方向或纵向方向上能移动。

18.一种包括前述权利要求中任一项所述的主动升沉补偿系统的船舶。

19.一种主动升沉补偿方法，包括：

-在升沉运动周期的第一部分中，通过电动发电机驱动负载，

-在所述升沉运动周期的第二部分中，再生用于已驱动所述负载的至少部分电能，

-在电存储元件中存储再生的电能，

-通过电源将电力至少提供到所述电动发电机，所述电源电连接到所述电动发电机和所述电存储元件，以及

-通过控制单元控制所述电源，以使得所述电源的输出电压与所述升沉运动周期同步，跟随所述电存储元件的充电和放电电压周期。

20.根据权利要求19所述的主动升沉补偿方法，其中当通过所述控制单元进行控制时，所述电源提供恒定的输出电流。

21.根据权利要求20所述的主动升沉补偿方法，其中通过所述控制单元对所述电源的控制包括：

-测量所述电源的输出参数，

-比较所述电源的输出参数和控制单元设定点，以及

-基于比较来驱动所述电源。

22.根据权利要求21所述的主动升沉补偿方法，其中所述电源的输出参数为所述电源的输出电流，并且其中基于比较来驱动所述电源包括驱动所述电源的输出电压设定点输入。

23.根据权利要求21所述的主动升沉补偿方法，其中所述电源的输出参数为发电机频率信号，并且其中基于比较来驱动所述电源包括驱动所述电源的输出电压设定点输入。

24.根据权利要求21-23中的任一项所述的主动升沉补偿方法，其中从时间平均所述电源的实际电源输出电压来确定所述控制单元设定点，

比较时间平均的实际电源输出电压与电源输出电压设定点，以及

从比较的结果来导出控制单元设定点。

25.根据权利要求19-23中的任一项所述的主动升沉补偿方法，其中通过升沉传感器来测量升沉运动，并且其中从已测量的升沉运动来驱动所述电源。

26.根据权利要求24所述的主动升沉补偿方法，其中通过升沉传感器来测量升沉运动，并且其中从已测量的升沉运动来驱动所述电源。