CN109747805B - 一种热冗余的智能化船舶能量优化管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热冗余的智能化船舶能量优化管理系统及方法，包括连接岸电的日用电网以及与日用电网连接的主电网，日用电网通过同步模块连接整流逆变器，整流逆变器连接轴带发电机组，主电网上连接有多个机组控制器及主发电机组，机组控制器上连接有调压器和调速器，机组控制器分别连接现场I/O模块和控制器模块，所述的控制器模块为主/备用控制器组成的热冗余控制模块，所述的控制器分别连接交换机后连接智能辅助控制模块，两个控制器均连接有机舱监测报警系统，所述的现场I/O模块通过恒频模块连接调速器；本管理系统具有恒频和下垂两种工作状态，具备冗余的负荷分配及管理功能，具有不同母排之间带电同步功能，以及高海况下轴带发电机并网功能。

Description

一种热冗余的智能化船舶能量优化管理系统及方法

技术领域

本发明属于船舶自动化领域，具体涉及一种热冗余的智能化船舶能量优化管理系统，以及管理方法。

背景技术

随着船舶电网容量越来越大，船舶电站配置也越来越复杂，船舶负载设备功率等级更高，船舶运行工况更加复杂、多变。

传统能量管理系统通常采用单控制器的PLC作为能量管理系统主控制器，机组控制和保护模块控制机组进行功率分配及增减机组，没有从船舶总体及船舶所处环境这一层面进行船舶能量管理。缺少基于大数据和人工智能的智能化辅助控制系统，从船舶、环境条件的实时状态及船舶、环境条件的历史数据出发，综合多因素能量优化管理。

机组控制器出现故障后，对应的机组无法进行并网，船舶电网容量较小，电网稳定性变差，传统能量管理系统只具备下垂工作状态，或者恒频工作状态依赖于下垂工作状态，并且，负荷分配与控制采用单一的控制方式，无法满足冗余要求。

母联开关不配置同步控制模块，母联开关合闸需要其中一段母排断电，系统供电连续性变差，传统轴带发电机组无法在高海况下与船舶主电网并网运行。

发明内容

针对以上问题，本发明目的之一提出一种热冗余的智能化船舶能量优化管理系统，以提高船舶智能化的能效管理，提高稳定定性、可靠性、及供电连续性。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种热冗余的智能化船舶能量优化管理系统，包括连接岸电的日用电网以及与日用电网连接的主电网，所述日用电网通过同步模块连接整流逆变器，所述的整流逆变器连接轴带发电机组，所述的主电网上连接有多个机组控制器及主发电机组，机组控制器上连接有调压器和调速器，所述的多个机组控制器通过现场总线分别连接至现场I/O模块和控制器模块，所述的控制器模块为一个作为主用的控制器和一个作为备用的控制器通过同步总线连接组成的热冗余控制模块，所述的两个控制器分别通过IE连接交换机后连接具有故障诊断模型及动力设备状态评估模型的智能辅助控制模块，所述的两个控制器均连接有机舱监测报警系统，所述的现场I/O模块通过恒频模块连接调速器。

所述的一种热冗余的智能化船舶能量优化管理系统，其日用电网通过同步模块连接岸电；所述的主电网通过同步模块连接日用电网。

所述的一种热冗余的智能化船舶能量优化管理系统，其恒频模块、机组控制器与控制器通过现场总线进行数据通讯。

所述的一种热冗余的智能化船舶能量优化管理系统，其机组控制器和主发电机组通过开关与日用电网连接。

一种热冗余的智能化船舶能量优化管理系统的管理方法，包括如下步骤：

步骤201，通过一个或多个主/备用控制器上的网络接口，采集船舶动力系统设备的运行参数及其周围的环境状态信息；

步骤202，利用来自多网络接口采集的参数，通过智能辅助控制模块中的故障诊断模型及动力设备状态评估模型进行动力系统设备的故障诊断和状态评估；

步骤203，若动力系统设备正常运行，则依据动力系统设备的实时运行状态，生成船舶动力系统控制指令，还可结合来自船舶动力定位系统的水文气象信息通过人工智能算法优化船舶动力系统控制决策；

步骤204，主/备用控制器接收到来自智能辅助控制模块的控制指令，执行起停、功率限制、降负荷、负载转移、主备用切换等指令；

步骤205，若动力系统设备存在故障，则依据动力系统设备的故障模式，进行故障定位和故障预警；

步骤206，依据动力系统设备的故障定位，进行故障记录，并依据故障模式形成辅助维修方案。

本发明的主要有益效果在于：本发明管理系统通过冗余设置的控制器模块及智能辅助控制模块、机组控制器、恒频模块进行负荷的分配与控制，通过按照船舶机组数量配置的机组接口模块，实施分析来自船舶动力系统、机舱监测报警系统、动力定位系统等各系统的运行参数，采用人工智能技术实现船舶能量的优化管理和精确控制。

智能辅助控制模块综合分析船舶各系统运行状态及水文气象信息，经过数据处理为船舶动力系统提供优化的控制策略、故障诊断及系统状态评估。结合各系统历史数据建立的航速、航迹优化模型、动力系统故障诊断模型、动力设备状态评估模型、系统控制策略优化模型为船舶提供高效的能效管理、准确的动力系统故障诊断、故障预警、动力设备运行状态评估、优化的动力系统控制策略。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明实施例的智能辅助控制方法流程图。

图中标记说明：1—机组控制器，2—现场I/O模块，3—控制器，4—调压器，5—调速器，6—主发电机组，7—交换机，8—智能辅助控制模块，9—恒频模块，10—同步模块，11—整流逆变器，12—轴带发电机组。

具体实施方式

下面结合实例和附图对本发明作进一步详细说明。

为了实现热冗余的智能化船舶能量优化管理系统，本发明采用了如下技术方案。

如图1所示，本发明公开的一种热冗余的智能化船舶能量优化管理系统，包括连接岸电的日用电网以及与日用电网连接的主电网，所述日用电网通过同步模块10连接整流逆变器11，所述的整流逆变器11连接轴带发电机组12，所述的主电网上连接有多个机组控制器1及主发电机组6，机组控制器1上连接有调压器4和调速器5，所述的多个机组控制器1通过现场总线分别连接至现场I/O模块2和控制器模块，所述的控制器模块为一个作为主用的控制器3和一个作为备用的控制器3通过同步总线连接组成的热冗余控制模块，所述的两个控制器3分别通过IE连接交换机7后连接具有故障诊断模型及动力设备状态评估模型的智能辅助控制模块8，所述的两个控制器3均连接有机舱监测报警系统，所述的现场I/O模块2通过恒频模块9连接调速器5。所述的日用电网通过同步模块连接岸电；所述的主电网通过同步模块连接日用电网。所述的恒频模块9、机组控制器1与控制器3通过现场总线进行数据通讯。所述的机组控制器1和主发电机组6通过开关与日用电网连接。

图2 所示为本发明的智能辅助控制方法，基于多网络接口输入的信息，利用人工智能算法得到的各类控制指令、故障预警及智能化辅助维修方案，包括如下步骤：

在步骤201中，通过一个或多个主/备用控制器3上的网络接口，采集船舶动力系统设备的运行参数及其周围的环境状态信息。

在步骤202中，利用来自多网络接口采集的参数，利用智能辅助控制模块8中的故障诊断模型及动力设备状态评估模型进行动力系统设备的故障诊断和状态评估。

在步骤203中，若动力系统设备正常运行，则依据动力系统设备的实时运行状态，生成船舶动力系统控制指令，还可结合来自船舶动力定位系统的水文气象信息通过人工智能算法优化船舶动力系统控制决策。

在步骤204中，主/备用控制器3接收到来自智能辅助控制模块8的控制指令，执行起停、功率限制、降负荷、负载转移、主备用切换等指令。

在步骤205中，若动力系统设备存在故障，则依据动力系统设备的故障模式，进行故障定位和故障预警。

在步骤206中，依据动力系统设备的故障定位，进行故障记录，并依据故障模式形成辅助维修方案。

本发明的优点如下：

1，本发明的主控制器采用热冗余控制器，并配置有2个同步模块，通过同步总线（可用光纤或电气介质）进行实时同步通讯，两套控制器独立运行并互为备用。

2，智能辅助控制模块8通过采集动力系统、机舱监测报警系统、动力系统的实时运行参数，处理后结合各系统历史数据建立的船舶动态控制优化模型、动力系统故障诊断模型、动力设备状态评估模型和系统控制策略优化模型，为船舶提供高效的能效管理、准确的动力系统故障诊断、故障预警、动力设备运行状态评估、优化的动力系统控制策略以及智能化的动力系统运行维护；智能辅助控制模块8还会通过自学习功能，对系统中的各类模型参数进行调整和升级。

3，恒频模块9、机组控制器1与控制器3通过现场总线进行数据通讯，系统设置了恒频工作方式、下垂工作方式，两种工作方式互为备用，当恒频模块9或者机组控制器1出现故障，控制器3停止主发电机组6的并车、解列、以及开关的合分闸控制，迅速切换到另一种工作状态，并依据电站能量需求继续进行相关控制工作。可自动或者手动切换，系统为手动切换提供误操作保护功能。

4，各机组控制器1配置了基于现场总线和基于硬线接口的两种负荷分配控制方案，两种负荷分配方式互为备用，并且满足分区供电情况下各分区负荷分配均衡。若其中一种控制方式出现故障，系统自动切换至另一种负荷分配模式，并进行声光报警。

5，主电网母联开关设置同步模块，对不同母线上的供电设备进行调频、调压，实现不同分区的汇流排同步，实现母联开关两端的某一带电母排不断电合母联开关。确保供电连续性。

6，通过为轴带发电机组12配置整流逆变器11，系统通过控制整流逆变器11实现在高海况下轴带发电机组12与主电网的并网。

本发明管理系统通过冗余设置的控制器模块及智能辅助控制模块8、机组控制器1、恒频模块9进行负荷的分配与控制，通过按照船舶机组数量配置的机组接口模块，实施分析来自船舶动力系统、机舱监测报警系统、动力定位系统等各系统的运行参数，采用人工智能技术实现船舶能量的优化管理和精确控制。该系统满足DP2、DP3要求，提高船舶能效管理和智能化程度。

本文中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (2)

1.一种热冗余的智能化船舶能量优化管理系统，其特征在于：包括通过同步模块连接岸电的日用电网以及通过同步模块与日用电网连接的主电网，所述日用电网通过同步模块（10）连接整流逆变器（11），所述的整流逆变器（11）连接轴带发电机组（12），所述的主电网上连接有多个机组控制器（1）及主发电机组（6），所述的机组控制器（1）和主发电机组（6）通过开关与日用电网连接，机组控制器（1）上连接有调压器（4）和调速器（5），所述的多个机组控制器（1）通过现场总线分别连接至现场I/O模块（2）和控制器模块，所述的控制器模块为一个作为主用的控制器（3）和一个作为备用的控制器（3）通过同步总线连接组成的热冗余控制模块，所述的控制器（3）分别通过交换机（7）连接具有故障诊断模型及动力设备状态评估模型的智能辅助控制模块（8），所述的控制器（3）均连接有机舱监测报警系统，所述的现场I/O模块（2）通过恒频模块（9）连接调速器（5），所述的恒频模块（9）、机组控制器（1）与控制器（3）通过现场总线进行数据通讯。

2.一种如权利要求1所述热冗余的智能化船舶能量优化管理系统的管理方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤201，通过一个或多个主/备用控制器（3）上的网络接口，采集船舶动力系统设备的运行参数及其周围的环境状态信息；

步骤202，利用采集的参数，通过智能辅助控制模块（8）中的故障诊断模型及动力设备状态评估模型进行动力系统设备的故障诊断和状态评估；

步骤203，若动力系统设备正常运行，则依据动力系统设备的实时运行状态，生成船舶动力系统控制指令，结合来自船舶动力定位系统的水文气象信息通过人工智能算法优化船舶动力系统控制决策；

步骤204，主/备用控制器（3）接收到来自智能辅助控制模块（8）的控制指令，执行起停、功率限制、降负荷、负载转移、主备用切换指令；

步骤205，若动力系统设备存在故障，则依据动力系统设备的故障模式，进行故障定位和故障预警；

步骤206，依据动力系统设备的故障定位，进行故障记录，并依据故障模式形成辅助维修方案。

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