CN108431712B - 用于操作载具的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明包括一种控制载具(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。

Description

用于操作载具的控制系统

技术领域

本发明涉及一种控制诸如船舶等载具的动态定位的方法。具体地，本发明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。

背景技术

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。发明者已经确定需要改进旋转备用技术。

发明内容

本发明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。

根据本发明的第一方面，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。

根据本发明的第二方面，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。

本发明的主要优点在于，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，本发明的优点是在船舶的DP操作期间提供大幅度改进的备用电源的形式。

所公开的发明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。

本发明提高了载具操作的总效率并且减少了燃料消耗。本发明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。在本发明的实施例中，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，本发明减少了未来载具的环境(碳)足迹。

在本发明的另一方面中，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技术领域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，能够获得对本发明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发明的第一方面的实施例的用于控制载具的动态定位的方法来提供的。

图2示出了根据本发明的另一实施例的图1的本发明的图形用户界面、具体是示出动态定位剩余操作窗口时间被计算为小于所需操作时间的信息。

图3示出了根据本发明的另一实施例的图1的本发明的图形用户界面、具体是示出关于预报的天气而计算的动态定位的剩余操作窗口时间的信息。

图4、图5各自示出了根据图1的本发明在储能介质的不同情况下的充电状态与剩余操作时间的关系图。

图6a、图6b分别示出了根据实施例以及根据另一动态实施例的执行图1的本发明的方法的流程图。

图7示出了适合与图1的本发明的方法一起使用的电网的示意性框图。

图8示出了适合于实践图1的本发明的方法的、具有一个或多个推进单元的船舶的已知布局的简图。

图9是根据图1的本发明的第二方面的船舶控制系统的框图。

图10示意性地示出了包括用于执行根据图1的本发明的方法的软件代码部分或者计算机代码的计算机可读介质。

具体实施方式

现在将参考附图来更全面地描述本发明，附图中示出了本发明的特定实施例。然而，本发明可以被实施为许多不同的形式并且不应该被认为受限于本文所阐述的实施例；相反，通过示例来提供这些实施例，从而使得本公开将是全面和完整的，并且将完整传达本发明的范围。

图8示出了已知船舶1’的简单草图。图8所示的船舶1’包括船舵34和呈螺旋桨36形式的载具推进元件，该螺旋桨36经由电机轴37连接至电机Mn，从而允许电机操作螺旋桨并且在这种情况下旋转螺旋桨。电机因此配备有轴37。图9因此示出了具有安装在船内的电机Mn的传统布局，该电机Mn通过轴与安装在船体或者船舶外部的螺旋桨连接。电机Mn传统上是内燃机，但是也可以是电动机。图8也示出了安装在例如图8的船舶1的船头部分中的船首推进器或隧道推进器Mt以用于在相对于行进方向的侧向方向上传递推力。

驱动电机同样可以配置有电机和螺旋桨两者、或者被安装在船舶的主船体外的叶轮。一个这样的驱动单元或推进单元是Azipod，其是由ABB提供的、众所周知的电驱动的吊舱螺旋桨或推进器单元。当推进单元或诸如方位推进器的推进器被安装并设置为在多个方向上施加推力时，那么可能不需要诸如船舵34的传统船舵。为了简化描述，在图8中仅仅已经示出了一个主螺旋桨。然而，应该认识到，可以有多个螺旋桨。也可以存在其它类型的载具推进元件，例如以上述推进器或吊舱推进器形式的载具推进元件，其中每个载具推进元件都可以由对应电机操作。

为了控制螺旋桨36或推进器以及引擎或电机Mn以及船舵34，船舶1’可以设置有船桥39，在该船桥39中可以控制船舶1’的各个方面。例如，在船舶中还可以存在压载舱(未示出)，该压载舱可以包含诸如水等液体以便影响船舶的转向。这些压载舱可以通过使用泵来被装满和排空。图9示出了用于至少控制到船舶的一个或多个螺旋桨、电机、推进器或其它推进单元的电源的简化控制单元50的示意框图。控制单元50可以是控制船舶的推进、转向和其它操作功能的计算机化系统的一部分。

在图9中，存在操作者终端32。该操作者终端32或工作站可以被用户或操作者用来控制各种船舶功能，诸如使船舶转向、尤其是保持位置或罗盘航向。为此，操作者终端32可以有利地设置在船舶的船桥上、诸如主船桥或前向船桥39上；和/或在俯视船舶1’的侧面或船尾的翼船桥或辅助船桥中。操作者终端32也被连接至第一数据总线DB1。

此外，存在被连接至第一数据总线DB1的一组船舶处理计算机20-30。将来自安装在船舶上的用于进行诸如载具速度、风强度、引擎或电机参数、当前电功率输出等测量的传感器的输入供应给控制单元50的一个或多个计算机。同样或相反，有功功率输出的值也可以或代替地可以从控制到一个或多个电机的功率输出的电机驱动系统或变速驱动器获得。提供该组计算机以处理船舶的各个方面，诸如导航、引擎优化和安全方面。该组包括操纵控制计算机20、引擎参数控制计算机22、预报计算机24、跟踪计算机26、图表计算机28和传感器处理计算机30。这些计算机涉及处理船舶的各个方面。

操纵控制计算机20可以涉及通过使用船舵来控制诸如转向等操纵以及通过控制由每个相应电机或引擎供电的一个或多个螺旋桨或推进器来控制方向和速度。为此，将操纵控制计算机20连接至引擎或者一个或多个电机71a-b、M、Mn、Mt并且连接至船舵34(如果配备)。操纵控制计算机20也可以控制压载舱以进一步影响可操纵性。第二数据总线DB2被连接至下述配电系统70的一部分。

图7是配电系统或电网70的示意图，该配电系统或电网70与从申请人为ABBTechnology AG的标题为“Electric propulsion of a ship incorporating an energystorage system”的专利申请EP2423103已知的装置相似。根据本发明实施例的一种或多种方法可以通过使用图7所示的装置来实践。然而，本发明的方法也可以使用具有另一布局或配置的配电系统来实践。如果其它配置按照需要被连接设置并且可切换以分配电力从而功率流可以将DC电力从储能介质馈送至DC或AC用电器、或者可以将来自发电机的电力作为到储能介质的电力进行馈送，则可以使用该其它配置。换言之，储能介质可以被连接至AC汇流排或AC配电盘、而不是DC汇流排或DC电网。储能介质可以与来自一个或多个发电机的AC电源并联连接。

现在将使用作为合适的配电系统示例的图7的装置来描述根据实施例的控制载具的动态定位的方法。图7示出了配电系统70，该配电系统70包括至少两个发电机G1、G2，该至少两个发电机G1、G2各自由某种形式的原动机72a-b供电。原动机可以是内燃机，优选柴油机、燃气涡轮机、蒸汽机、由LNG或蒸发气体供电的引擎等。

该图示出了AC配电盘或汇流排79、两个变压器74a-b、两个电力变流器74a-b和两个电机M。该图示出了DC母线75、DC/DC变流器76a-b和两个储能介质77a-b。配电盘或汇流排79可以设置有绝缘体80以将一侧与另一侧隔离开。该图还示出了两个储能介质77a-b，该两个储能介质77a至77b优选地通过DC/DC变流器76a或76b、也被连接至DC母线75。ESM控制单元41(未示出)可以被连接至每个储能介质。被连接至至少一个储能介质77a-b的是用于确定储能介质的充电状态(SOC)的单元或系统85a。可以使用多于一个的SOC系统85a、85b。

充电状态系统可以通过测量诸如电压、电流、电容、电阻率以及其它参数(诸如储能介质的温度和/或化学参数)的一个或多个电气参数来确定充电状态。在系统85a、85b中，充电状态可以通过测量、可以包括储能介质的计算机模型的计算来确定，或者通过使用测量和计算的组合来确定。除了充电状态之外，还可以确定储能介质77a、77b的健康状态(SOH)。SOH可以由充电状态(SOC)系统、或者专门用于确定功能效率的程度或健康状态(SOH)的单独的功能单元来进行。例如，电池系统的SOC系统将使用选自内部电阻、阻抗、电导、电压、接受电荷能力的一组中的一个或多个参数；并且通常可以包括基于电池已经经历多少个充放电周期的值或权重。对于其它类型的储能系统，可以使用不同的电气和/或化学和/或物理参数，在适当的情况下这些参数包括工作(充放电)周期的数目的值。

在图7中，在诸如G1和/或G2的发电机中产生AC电力并且将该AC电力供应给AC配电盘或母线79。AC电力可以由变压器73a或者73b隔离，但是在操作条件下，AC电力被供应给电力变流器74a和/或74b。例如，电力变流器可以是例如频率控制或电压控制的任何合适的电力变流器，其包括DC/AC逆变器和AC/DC整流器的功能。AC电力进一步由电力变流器74a和/或74b供应并且被转换以便将电力馈送至一个或多个推进电机M(或者Mn、Mt)。

另外，电力也可以从储能介质被供应给DC母线75，并且因此被供应给根据本发明的推进电机M、Mn、Mt中的一个或多个。一个或多个储能介质可以是被连接至电力系统70的一个或多个这样的储能介质。来自一个储能介质77a、77b或者两者的电力可以经由DC母线75、优选地通过DC/DC变流器77a或77b中的一个或多个而被供给。储能介质可以包括能够储存电荷的电池、蓄电池、电容器、超级电容器等的任何配置。以这种方式，附加备用电源被布置储存在电储存介质77a-b以代替传统的“旋转备用”发电机和原动机的布置，并且在并网发电机(诸如G1或者G2)意外地突然发生故障或减少功率输出的情况下供应能够被瞬时馈送至推进电机M(和/或Mn、Mt)的电力。或者在当前功率输出面临针对增加的功率的突然或意外高要求的情况下。

如之前在动态定位(DP)操作的情况下所描述的，附加备用电源尤其重要，在该DP操作中，船舶在面临随时间大小和方向改变的风、波浪、潮汐或水流的情况下必须保持特定地理位置或者特定航向。

现在将主要参考图6a和随后的图6b、阐释根据优选实施例的本发明的操作。图6a的流程图示出从电机控制单元42或系统或装置、诸如被连接至推进引擎和/或电机M、Mn中的一个或多个的引擎参数控制计算机22(图8)，来读取40当前瞬时功率输出。有功功率输出的当前值也可以或代替地从控制到一个或多个电机的功率输出的电机驱动系统或变速驱动器获得。参数值也从充电状态系统(SOC)85a-b和健康状态系统(SOH)(未示出)读取，该充电状态系统(SOC)85a-b和该健康状态系统(SOH)(未示出)被用于确定对当前在每个储能介质77a、77b中可用的能量数量的测量和/或估计。然后，使用对当前在每个储能介质中可用的能量的测量和/或估计来计算剩余操作窗口的值，该剩余操作窗口表示从当前时间开始、在其间载具可以基于作为能量备用形式的在每个储能介质中当前可用电能的数量而在当前输出功率水平下继续当前DP操作的时间段。在步骤43中计算得到的剩余操作窗口时间以一种或多种方式向操作者进行显示，这些方式在下面参照图1进行描述。

然后，在图6a的步骤44中将在储能介质中当前可用的能量数量与用于完成DP操作的阶段所需的请求时间段10所需的能量数量进行比较。如果剩余时间在配置阈值内，则步骤46中操作继续并且对电力系统的监测继续并且重复步骤40至步骤44。当通过步骤43发现剩余操作窗口时间足够时，也可以将结果包括在显示给操作者的信息中。该计算的典型结果可以被视为由图1的曲线10表示。

图1示出了显示在工作站32上的操作者显示器以用于控制船舶1、1’。该图示出了描绘从360/0循环贯穿90、180、270然后回到360的航向的、具有两条垂直倾斜的轴线的罗盘玫瑰图。多个同心圆示意地呈现了一系列操作窗口时间，在该示例性示意图中，该一系列操作窗口时间被表示为持续时间为5分钟、10分钟、15分钟的操作时间窗口。船舶1被显示在罗盘玫瑰的中间，从而使得船舶的当前航向一眼就能被看见。类似椭圆形的线或曲线10按照在需要从一个或多个储能介质获取电力的情况下、当前可用的电力的时间段(或者例如作为分钟数)来示出在当前功率输出下的剩余操作窗口。

操作窗口曲线10的形状取决于外力对船舶的作用，例如当前影响载具的力的矢量和以及来自一个或多个储能介质的可用的储存(备用)能量的数量。因此，在船舶的船头或前部处于0/360的航向上的情况下，该船舶被示出较少受到风和波浪的影响。在船舶侧向所在的90的航向上，风和波浪等的矢量和对船舶的影响更大，并且因此减少可用的剩余操作窗口，因为在船舶例如没有直接面对迎面而来的风的情况下需要更多的电力来保持相同的航向。因此，可以将剩余操作窗口时间从在360/0的航向上的20分钟减小至在90的航向上的小于15分钟的窗口。

DP操作的特定阶段可能例如需要10分钟来完成。例如，客户或者终端用户提供被示出为虚线圆12(11分钟)的输入以用于安全地结束当前操作、DP操作的当前阶段的所需时间。图中也示出了当前影响载具的力的矢量和14。该和可以由诸如风、波浪、潮汐、水流等外部干扰的任何组合产生。可以看到，由约11分钟的实线10表示的剩余操作窗口足以满足由虚线圆表示的、在该示例中被设置为10分钟的、安全完成的所需操作时间12。换言之，在考虑到当前功率输出和由外部干扰施加的当前力的情况下、在例如一次故障之后电池(或者其它储能介质)上的剩余操作时间是足够的；并且该确定的结果在工作站32的HMI显示器上一眼就能被看见。在图4中也示意地示出了这种状态，图4示出了假设最坏情况下的载具角度的充电状态与时间(分钟)的关系图9。该图示出了充电状态在例如10分钟的所需时间内将是足够的。然而，图1的显示器为操作者提供了更有效的可视化。

应该注意，储能介质可用的操作时间量必须具有足够的精确度。因此，仅单独测量或建模电压的SOC 85a、85b系统无法反映实际上可以被汲取的电量。例如，储能介质随着时间的推移并且例如在许多工作周期之后已经变得效率较低。为此，SOC系统优选地使用多个参数来评估储存的能量。优选地，也包括健康状态(SOH)系统来提供对一个或多个储能介质的当前功能效率的其它测量。

当在步骤44中已经证明一个或多个储能介质在剩余操作窗口期间具有足够电荷来供应电力时，ESM能够为当前DP操作供电。因此，电网70可以在剩余操作窗口时间段期间被切换以将电力从至少一个储能系统提供或馈送至驱动一个或多个推进器或螺旋桨的至少一个电动机。使用本发明，可以按照需要、瞬时或在控制时间间隔期间将电力切换或馈送至一个或多个电机。该功能在使用传统类型的旋转备用时不可用。

在其它情况下，再次参照图6a，当在流程图的步骤45中剩余操作窗口、一个或多个储能介质能够供电的剩余时间段不足的情况下，提供并且显示该信息。同样，控制单元施加预定规则以便增加47剩余操作窗口、或者增加剩余DP操作可用的时间段。不足的状况也可以在图5中看到，图5是假设最坏载具角度情况下的充电状态(％)与时间(分钟)的关系图9’。此处从图中看到，在例如10分钟的所需时间(10)将过去之前，充电状态降至零。向操作者显示来自步骤47的剩余操作窗口不包括足够时间的结果，该显示器至少包括图2中的线或者曲线15。

图6a示出了针对一个或多个储能介质可以供电的剩余操作窗口(时间段)不足或低于阈值的情况的三组示例性动作49a-c。可以根据预定规则、以及例如剩余操作窗口已经降到低于预设阈值的量来发出三种类型动作的任何一个或多个实例。通常情况下将总是发出警报。

在49a中生成警报；该警报可以包括关于剩余操作窗口(即，在当前功率输出下操作的最大时间段)的信息。可选地，警报也可以呈现在一个或多个不同功率输出水平下的剩余操作窗口(以分钟计的时间)。警报状态可以包括可见的和/或可听的信号、声音、和/或闪烁的灯光等。可以示出关于剩余操作窗口，例如在图2中用图形方式被示出的15、和/或作为在当前功率输出下可用的剩余操作时间的分钟数的数值的剩余操作窗口而被显示的信息；可以示出在与当前功率输出不同的功率输出水平下的剩余操作窗口；以及功率输出和/或航向的变化的其它组合。如果所需操作时间超过计算得到的期望时间20，则需要发出警报，并且可以采取自动动作，诸如连接附加的引擎和/或发电机；或者改变航向；或者断开与所选用电器的连接。

如图6a所示，在步骤49b中，可以增加一个或多个发电机的功率，或者开始启动/上电进程以使一个或多个附加发电机或发电机组上线。在49c中，可以根据预定规则来选择一个或多个断开连接进程。这可以包括开始紧急断开连接操作、或者开始(在没有判断最终是否将执行本身的断开连接操作的情况下)作为前提或需要作为先决条件的一系列辅助动作。安全可靠的断开连接操作可以涉及辅助顺序以及主效应器或致动器动作，以用于对载具与其它系统之间的安全、可靠、高效并且非损坏的断开连接至关重要的舷梯、立板、钻台和任何其它机械的断开连接或脱离，并且用于终止DP操作。

当在步骤45中剩余操作窗口时间被计算为小于完成DP操作阶段的所需时间、或者已经低于阈值时，该状态如图2所示被计算和显示。图2示出了与图1相同的罗盘玫瑰、航向和船舶1。外力对船舶的作用，诸如当前影响载具的力14的矢量和可以被测量和/或计算并且被示出为图形符号或者数值。剩余操作窗口已经被计算并且被显示为实线10，此处在低于阈值的情况下被示出为形成在船舶的每一侧上的两个托架型线，并且以图形方式示出在约030到120之间的航向的剩余操作窗口约10分钟(实线圆)，其小于11分钟的所需时间(虚线圆)。因此，当在步骤44中剩余操作窗口被计算为低于阈值(即，小于完成当前DP操作的所需时间)时，将剩余操作窗口的一个或多个值在视觉上、或者在视觉和数值上显示在操作者工作站HMI上。图2示出了指示所需操作时间不够的航向的两个阴影区域15。其它图形、动画和/或数字显示器可以被用于表示剩余操作窗口不足的相应航向。

对于低于阈值45的剩余操作窗口时间以及动作49a-c的另一可能响应是使得载具改变的航向并且因此选择减少当前功率输出的航线。这可以例如结合49b、49c中的一个或多个来完成；然而，该选项通常不是自由可用的，因为改变航向可能对正在执行的安全或有效的DP操作产生负面影响。图形、动画和/或数字显示器可以被用于表示剩余操作窗口已经被计算为足够的航向或者备选航向。

引擎参数控制计算机或者引擎参数控制装置22连接至充当用于船舶配电系统的原动机的一个或多个引擎71a、71b。引擎参数控制计算机可以控制各种引擎特性，诸如燃料消耗量和/或废气排放量。引擎参数控制计算机也被连接至船舶的其它部分。引擎参数控制功能也可以与操纵控制功能结合。因此，作为备选，可以存在一个操纵和能量参数控制计算机。

已经在处理DP操作的相对静态的模式的背景下描述了图1和图2的实施例。在下面关于图3描述的优选实施例中，公开了更动态的模式，特别是基于使用天气预报或天气趋势来预测在未来时间点处的剩余操作窗口。天气预报(432)可以针对在预定时间段内以及在当前时间的数小时或数分钟之后的时间。

图3是示出将本发明的方法应用于使用了天气预报和天气预测的进一步和优选实施例的示例性结果的显示器。天气预报被用于计算船舶上的外力的矢量和的预测。图3是除了还包括预测天气要素或天气趋势17之外都与图1、图2的显示器相似的显示器。预测天气被用于计算船舶上的外力的预测功能的新的值，预测功能诸如为作用于载具上的力14的矢量和。根据基于预测天气的这种矢量和的剩余操作窗口被示出为虚线ROW曲线16。在图3的示例中，基于当前状况的当前剩余操作窗口10是比基于天气趋势的预测剩余操作窗口16更大的分钟数。例如，在360/0的直线朝前的航向上，剩余操作窗口被计算为近20分钟，但是预测剩余操作窗口16被减少至约12分钟。以这种方式，天气预报或天气趋势可以被用于计算针对不久的将来时间的预测剩余操作时间并且因此提供预测的DP能力改变的提前通知。换言之，动态实施例是基于使用天气预报、预测或天气趋势来计算和预测在未来时间点的剩余操作窗口时间。这不仅可以用于数分钟之后或在下一小时期间的时间点；它还可以针对数小时之后的时间点来计算。因此，可以计算在预定时间段内的剩余操作窗口时间，该预定时间段可以在比当前时间迟数小时的未来时间处，该预定时间段可以是数分钟或数小时的预定段。

图6b示出了步骤430(与图6a中的步骤43相似)以及数据采集步骤431以及计算或建模步骤432。在步骤431中，检索、下载或以其他方式获得未来时间的天气预报，该未来时间通常是从当前时间向前延伸至未来时间的时间。未来时间可以是从几分钟到几小时的未来的任何时间。在步骤432中，对在从例如当前时间到未来时间的时间段期间、预报天气对当前功率输出的影响进行计算、建模和/或模拟。例如，可以对风强度和/或方向的预报变化对载具上的力的估计矢量和(图1至图3中的14)的影响进行计算、建模和/或模拟，并且然后根据一个或多个预定规则在步骤432中改变在步骤40中发现的当前功率输出的值。

因此，如基于公开的方法那样提供关于状态和可用性的旋转备用的功能等同物的与剩余操作窗口ROW的(a)计算、(b)反应和(c)可视化有关的动态模式，还可以在感兴趣的范围内通过应用环境扰动发展的一个或多个统计合理的预报来进一步优化可用性。换言之，第一静态模式(图1、图2)假设至少在感兴趣范围内的环境扰动不会改变严重程度和/或方向。而动态模式假设环境扰动将发生改变。进一步地，通过使用经过测试和验证的、统计合理的估计器和/或模型，将该改变建模到例如小于100％的临时置信区间、包括在执行区间内最坏情况的情景分析。

除了之前的静止模式所包括的益处之外，该动态模式的益处还在于将操作DP载具可视化、报警逻辑和方法限制于临时置信区间的能力。这在DP操作下操作载具时为操作者动作提供决定支持和计算基础。这在应用于位置、载具和/或外部力或环境扰动(诸如用户或操作者可能具有有限经验的天气状况)时是特别有利的。因此，使用相对熟悉并且直观的DP图和辅助线性图和极坐标图、条形图、以及作为图形用户界面的部分的其它指示符，DP操作者、甚至具有有限经验的操作者都可以使用对在统计方面显著的最坏情况情景作出响应的操作载具的方法。

上面关于图6a、图6b和在本说明书的其他地方描述的方法可以由包括计算机程序元件或软件代码的计算机应用执行，该计算机程序元件或软件代码在处理器或计算机中被加载时使计算机或处理器执行方法步骤。图10示意地示出了被记录在数据载体或计算机可读介质101上的计算机程序100。

方法和/或系统的功能可以通过处理数字功能、算法和/或计算机程序并且/或者通过模拟组件或模拟电路或者通过数字和模拟功能的组合来执行。

本发明的方法可以如之前所指示的那样通过包括在计算机或处理器上运行的计算机程序代码和软件部分的一个或多个计算机程序执行。微处理器(或者处理器)包括执行根据本发明的一个或多个方面的方法步骤的中央处理单元CPU。该处理器或每个处理器都可以设置有在系统控制器、控制单元50、操纵控制计算机20、引擎参数控制装置或计算机22、充电状态SOC系统85a-b或PLC(可编程逻辑控制器)或其其它系统部分中的任一种中的存储器存储单元，或者也可以在本地或分布式计算机化控制系统中的本地或中央控制系统中运行。可以使用处理器或者其它硬件或者可配置硬件(诸如现场可编程门阵列(FPGA))或者包括复杂可编程逻辑装置(CPLD)或专用集成电路(ASIC)等的处理器。

计算机程序包括计算机程序代码元件或者软件代码部分，该计算机程序代码元件或者软件代码部分使计算机使用之前关于例如图6描述的等式、算法、数据、存储值和计算来执行方法。程序的一部分可以被存储在上述处理器中，但是也可以被存储在ROM、RAM、PROM、EPROM或EEPROM芯片或类似的存储器装置中。程序也可以被部分或整体存储在诸如磁盘的其它合适的计算机可读介质、诸如CD(光盘)或DVD(数字多功能光盘)、硬盘、磁光存储器存储构件上或者其中，被存储在易失性存储器中，被存储在闪存中，被存储为固件，被存储在数据服务器上或者在一个或多个数据服务器阵列上。计算机程序以及储能介质和/或配电系统的当前或历史操作数据；以及天气数据和天气预报数据，可以用于经由专用或开放卫星通信系统和/或通过诸如互联网等开放网络来进行检索、存储、传递或者(在程序的情况下)通过专用网络执行。数据可以通过OPC或OPC/UA服务器、诸如COM、DCOM或CORBA等对象请求代理、网络服务中的任何一种访问。

应该理解，如果在本文中引用了任何现有技术出版物，则这种引用不构成对于该出版物形成在瑞典或任何其它国家中的现有技术中的公知常识的部分的承认。权利要求书的范围不应该受到示例中陈述的优选实施例的限制，而是应该被赋予整体上与说明书一致的最广义解释。

Claims (19)

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

-在所述储能介质能够在此期间供电的所述剩余操作窗口时间不足或低于阈值的情况下，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)，其中所述自动控制动作是由所述控制单元应用的预定规则，以便增加所述剩余操作窗口或者增加能够用于剩余动态定位操作的时间段。

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预报(432)、天气预测或者天气趋势。

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，生成警报。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中针对包括用于动态定位的所述剩余操作窗口的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，其中执行以下自动控制动作中的至少一个：针对至少一个附加的内燃机驱动的发电机(G1-Gn)而开始启动进程(49b)，和/或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断开连接进程(49c)。

8.根据权利要求7所述的方法，其中根据用于断开连接的预定优先权、针对选自以下各项中的至少一个非推进耗电装置而开始所述断开连接进程：舷梯、立板、钻台、升沉补偿系统。

9.根据权利要求1、2、3、7和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动态定位操作的剩余操作窗口时间段内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，

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执行以下步骤：

-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时间的信息(47)，以及

-在所述储能介质能够在此期间供电的所述剩余操作窗口时间不足或低于阈值的情况下，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)，其中所述自动控制动作是由所述控制单元应用的预定规则，以便增加所述剩余操作窗口或者增加能够用于剩余动态定位操作的时间段。

11.根据权利要求10所述的系统，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。

12.根据权利要求10所述的系统，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(43)当前有功功率输出、以及根据以下中的至少一个而作用于所述载具上的外力(14)的函数：当前天气状况测量；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预报、天气预测或者天气趋势。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的系统，其中当将所述剩余操作窗口时间计算(45)为比预定操作窗口时间短时，生成警报。

14.根据权利要求10所述的系统，其中所述剩余操作窗口时间的表示、以及安全结束当前操作所需时间的表示，与所述载具(1)的表示、以及当前罗盘航向和建议罗盘航向中的至少一个的表示被一起显示在所述载具的控制系统工作站(32)上。

15.根据权利要求10至12中任一项所述的系统，其中针对包括用于动态定位的所述剩余操作窗口时间的信息来计算置信区间，并且显示所述置信区间。

16.根据权利要求10所述的系统，其中执行以下自动控制动作中的至少一个：针对至少一个附加的内燃机驱动的发电机(G1-Gn)而开始启动进程(49b)，和/或根据用于断开连接的预定优先权、针对至少一个耗电装置而开始断开连接进程(49c)。

17.根据权利要求10或16所述的系统，其中根据用于断开连接的预定优先权、针对选自以下各项中的至少一个非推进耗电装置而开始所述断开连接进程：舷梯、立板、钻台、升沉补偿系统。

18.根据权利要求10、11、12、14和16中任一项所述的系统，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动态定位操作的剩余操作窗口时间段内驱动一个或多个推进器或螺旋桨。

19.一种计算机可读介质(100)，包括计算机程序(101)，所述计算机程序(101)在被读入计算机或处理器时将使所述计算机或处理器执行根据权利要求1所述的方法。

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