JP2018509134A - 動的ハイブリッド制御 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明によるシステムおよび方法では、ECS(213)は、発電装置の構成と、MGSおよびバッテリまたはキャパシタなどのエネルギー貯蔵ユニットのタイプとに対して自動的に適応し、任意の特定の瞬時において利用可能な負荷ランプの総量(kW/s)を計算する。計算された全体の負荷ランプ値はDP制御システムに送られ、推力配分最適化(212)によって供給されるスラスタ指令信号における変化が最大負荷ランプ信号における変化と常に調和するように使用される。別の実施形態では、バッテリの動的容量が、実質的にバッテリの充電/放電の速度に基づいて変化し得るので、システムは、接続されたMGSおよびバッテリユニットの特性に基づいて、動的な瞬時電力容量または利用可能な瞬時電力容量における変化を自動的に考慮に入れる。充電/放電の速度は、一般的にはバッテリの温度などの動作条件に関係する。たとえばバッテリが、その通常のC定格(C-rating)の近くまで、またはより上まで駆動されていれば、一般的にはバッテリ温度が上昇することになり、前記バッテリは、より低い電力供給率(kW/s)で動作させること、および/または高負荷運転の後のたとえば急速放電といった特定の時間にわたる最大の総放電(kW)が必要になり得る。kW/s値は、さらに送られ、追加の保護として、またはDPによって制御されない他の消費機器のために、消費機器の負荷制御(206)の内部で使用される。
本発明の一実施形態では、システムは、ECSにおいて、LFのフィードフォワード電力需要予測を使用して、動作中のMGSユニットのベース負荷目標値を設定する。これによって、動作中のMGSユニットの安定した負荷設定が達成される。MGSは、DPシステムにおいて、LFの気象予報および予測モデルによって補償される。可変負荷状態は、バッテリまたはキャパシタなどのエネルギー貯蔵ユニットによって吸収される。提案された特徴によれば、このシステムは、MGSユニットの目標値を移動するために、バッテリの充電状態が変化するのを待つ必要がない。したがって、このシステムは、ハイブリッド電源を採用するものを含む従来方式の反応的な性質とは対照的に、先を見越して作用するものである。このことは、本発明の、従来の非ハイブリッド方式および従来のハイブリッド方式との簡素化した比較として、次の表(Table I(表1))に要約されている。
本発明の別の実施形態では、ECU(213)は、バッテリの充電状態(SOC)のフィードバック信号に基づいて計算されたMGSの特定の負荷レベルを維持する、充電負荷の状態の制御ユニット(SLCU)を含む。SLCUは、MGSシステムの全体の負荷における必要な増分を計算して、前記増分の所定の分数値を、ベース負荷モードで動作中のMGSユニットの各々のLFの目標値に加えることにより、動作中の各MGSの間で前記負荷を分配する。そのような分配の利点には、MGSユニットに対する安定した負荷設定が含まれる。本発明のさらなる一実施形態では、たとえば特定のMGSの特性に基づいて負荷設定をさらに最適化するために、動作中の1つのMGSに対して加えられる所定の分数値は、動作中の他のMGSに対して加えられる分数値とは異なるものになる。
ノルウェー特許NO 334364においてDLPシステムが導入された。本発明の別の実施形態では、高速の負荷変動または過渡現象を処理するために、DP消費機器からの短期の負荷変動が、ECS(213)からバッテリなどのエネルギー貯蔵ユニットに対して分配される。ECS(213)は、DPシステムからフィードフォワード信号を受け取り、高速の負荷の過渡現象をバッテリユニットの間で分配する。バッテリユニットは、ECS(213)から指令を受け取ると、前記高速の負荷変動に対して電力を供給し始める。MGSユニットは、ECS(213)によって設定されたベース負荷目標値に追従して、安定した負荷を保つ。提案されたシステムによれば、バッテリは将来の公称の過渡条件に対して電力を送出する準備があらかじめできており、各MGSユニットは、前記要求を満たすためにそれ自体の負荷を変化させる必要がなく、したがってMGSのベース負荷目標値において動作し続けることができる。本発明の別の実施形態では、システムは、MGSが高速の負荷の過渡現象を処理するのを防止するように、利用可能なバッテリ容量と、来たるべき負荷プロファイルの予報または予測と、天候関連のデータとに応じて、MGSのベース負荷目標値を調整する。本発明のさらに別の実施形態では、利用可能なバッテリ容量は、たとえば温度測定、充電もしくは放電のプロファイル、バッテリの運転履歴、バッテリモデルもしくはそれらの同様のもの、または特定の場合において利用可能なバッテリ容量の指標をもたらす他の測定により、定期的に推定され、または測定される。本発明のさらなる一実施形態では、システムは、前記貯蔵ユニットの寿命が最大になるようにエネルギー貯蔵ユニットまたはバッテリの動作を適応させる。本発明の別の実施形態では、システムは、特定の所定パラメータが最適化されるように、貯蔵ユニットの間で負荷を分配する。本発明の別の実施形態では、前記所定パラメータには、バッテリ寿命、最大負荷の過渡現象、コスト、平均故障間隔、燃料消費量および全体の消費電力が含まれる。
102 コンバータ
103 ディーゼル発電機装置
104 消費機器
110 主配電盤の左舷側
111 主配電盤の右舷側
112 タイブレーカ
113 保護遮断器
114 制御モジュール
115 変圧器
116 変圧器
120 低電圧配電盤
200 動的位置指令源
201 船舶の位置および速度
202 測定モジュール
203 力要求加算器モジュール
204 発電装置/PMS
205 スラスタ駆動
206 消費機器の負荷制御
210 制御則
211 推力配分論理
212 推力配分最適化
213 エネルギー制御ユニット
220 動的ハイブリッド制御ユニット
301 短期的フィードフォワード
302 長期的フィードフォワード
401 MGSコントローラ
402 双方向駆動ユニット
403 ESU用コントローラ
Claims (18)
- 船舶の発電装置を制御するためのシステムであって、
少なくとも1つの切換えデバイスおよび少なくとも1つの消費機器を含む少なくとも1つの配電盤と、
前記少なくとも1つの配電盤に電気エネルギーを供給する少なくとも1つの発電機と、
前記配電盤に結合され、前記配電盤からの過剰エネルギーを貯蔵して、前記貯蔵されたエネルギーを、前記配電盤を介して、前記少なくとも1つの消費機器に供給することができる少なくとも1つのエネルギー貯蔵デバイスとを備え、
前記少なくとも1つの発電機、前記少なくとも1つのエネルギー貯蔵デバイス、および前記少なくとも1つの消費機器が、動的ハイブリッド制御(DHC)ユニットに結合されており、前記制御ユニットが前記少なくとも1つの配電盤におけるエネルギーの流れを制御し、
前記DHCユニットが、
所定の発電装置および船舶に関連したパラメータを監視するための測定手段と、
将来に向けて変化する時間スパンに関する前記発電装置の電力必要量およびエネルギー必要量を、前記測定手段によって監視された前記パラメータおよび所定のモデルを含むデータ、ならびに前記少なくとも1つの発電機、前記少なくとも1つのエネルギー貯蔵要素、および前記少なくとも1つの消費機器に関連した予期されるエネルギー流れの傾向に基づいて計算し、かつ予測するための計算手段とをさらに備え、
前記システムが、前記発電装置の電圧変動および周波数変動を含んでいる過渡現象と、前記少なくとも1つの発電機における前記過渡現象による負荷変動とを最小化するために、前記少なくとも1つの発電機と、前記少なくとも1つのエネルギー貯蔵要素と、前記少なくとも1つの消費機器との間で電力およびエネルギーを事前計画して配分するために、前記計算手段によって予測された前記電力必要量およびエネルギー必要量を利用し、
前記システムが、前記予測、前記事前計画および前記配分を含む機能に関するフィードフォワード信号を伝送し、
前記フィードフォワード信号は、
電力需要と、
エネルギー貯蔵デバイスを、前記過渡現象を扱うように適応させることと、
前記少なくとも1つの発電機の目標値を適応させることと、
前記少なくとも1つの消費機器に対する負荷制限を設定することと
を含む、システム。 - 前記計算手段によって予測された前記電力必要量およびエネルギー必要量が、前記システムにおいて、前記発電装置における全体のエネルギー消費が最小化されるように、前記少なくとも1つの発電機と、前記少なくとも1つのエネルギー貯蔵要素と、前記少なくとも1つの消費機器の間でエネルギーの流れを分配し、かつ適応させるために、さらに使用される請求項1に記載のシステム。
- 前記エネルギー貯蔵デバイスがバッテリである請求項1または2に記載のシステム。
- 前記エネルギー貯蔵デバイスがキャパシタである請求項1または2に記載のシステム。
- 前記測定手段および計算手段が、動的負荷予測システムを少なくとも部分的に備える請求項1から4のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの消費機器が、スラスタおよびスクリュー、ならびに方向舵などの推進装置を含む請求項1から5のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの消費機器が、前記消費機器の各々関連した個々の制御モジュールによって適応される請求項1、2または6に記載のシステム。
- 前記DHCユニットが、DPシステムを少なくとも部分的に備える請求項1に記載のシステム。
- エネルギー制御ユニットをさらに備える前記DHCユニットが、前記少なくとも1つのエネルギー貯蔵デバイスおよび前記少なくとも1つの発電機の状態に基づいて、最大の利用可能な負荷ランプ(kW/s)値を計算する請求項1に記載のシステム。
- 前記システムが推力配分モジュールも備え、前記推力配分モジュールが、前記発電装置における前記全体のエネルギー消費を最小化するために、1つまたは複数の非線形最適化問題を解き、前記推進装置の各々について、推力量、負荷速度、および方向を含むパラメータを計算する請求項1または2に記載のシステム。
- エネルギー制御ユニットを備える前記DHCユニットが、前記少なくとも1つのエネルギー貯蔵デバイスおよび前記少なくとも1つの発電機の状態に基づいて、最大の利用可能な負荷ランプ(kW/s)値を計算し、前記システムが、前記DPシステムによって送出された力配分信号および前記最大の利用可能な負荷ランプ値に基づいて最適化問題を解き、次いで、前記推進装置に対して、前記推進装置向けの指令信号を、前記指令信号が前記最大の利用可能な負荷ランプの信号と常に調和するように送出する請求項1から10のいずれか一項に記載のシステム。
- 推力配分最適化モジュールおよび力要求加算器モジュールをさらに備える前記システムが、前記推進装置のための低周波数の電力要求値をさらに計算するために、前記力要求加算器モジュールによって計算された低周波数の力要求信号を利用して最適化問題を解き、前記低周波数の電力要求値が、前記発電装置における電力およびエネルギーの前記事前計画および前記配分のためのフィードフォワード信号としてさらに伝送される請求項1から11のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記低周波数の電力要求値に関連した前記フィードフォワード信号が、前記エネルギー制御ユニットによって、前記少なくとも1つの発電機の前記ベース負荷を適応させるために使用される請求項12に記載のシステム。
- 制御則モジュールも備える前記システムが、前記最大の利用可能な負荷ランプ値を最大のジャーク値に変換し、前記最大のジャーク値が、前記制御則モジュールにおけるコントローラの不安定性を防止するために、前記制御則モジュールの内部の利得値を適応させるようにさらに使用される請求項9、11、12、または13のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つのエネルギー貯蔵デバイスに関する充電負荷の状態の制御ユニットも備える前記システムが、バッテリの充電状態(SOC)信号を送出し、前記システムが、前記SOC信号と、前記計算手段によって予測された前記エネルギー必要量とを使用して、前記少なくとも1つの発電機の前記目標値またはベース負荷を適応させる請求項1から14のいずれか一項に記載のシステム。
- 高周波数のフィードフォワード信号も含む前記フィードフォワード信号が、前記少なくとも1つのエネルギー貯蔵デバイスに対して過渡の負荷条件を分配するために使用される請求項1から15のいずれか一項に記載のシステム。
- 電力必要量およびエネルギー必要量の前記予測が、異なる運転条件下の前記少なくとも1つの消費機器に関するモデル、ルックアップテーブルおよびエネルギー消費プロファイルを含む請求項1から16のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記モデル、ルックアップテーブルおよびプロファイルの精度または妥当性を改善するために、前記モデル、ルックアップテーブルおよびプロファイルが所定の時間間隔で更新される請求項17に記載のシステム。
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