船舶能效提升控制系统和控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种船舶能效提升控制系统和控制方法。该控制系统包括传感器和能效控制器。传感器检测船舶所处的环境变量。能效控制器根据检测所得的环境变量控制双燃料主发动机供油供气量及其比例，根据全船的电力需求控制双燃料发电机的供油供气量其比例，以及优化管理与控制轴带发电机和备用双燃料发电机。与现有技术相比，本发明的船舶能效控制系统和控制方法使得船舶能够在复杂多变的环境下保持工作在最小能耗状态，避免了预先设定航道的不确定性，节约了能源，减少了温室气体的排放。同时，提高了电网的稳定性，保证船舶的正常运行。
【专利说明】船舶能效提升控制系统和控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及船舶领域，尤其涉及船舶能效提升控制系统和控制方法。
【背景技术】
[0002]2011年7月15日签订的国际海洋公约(MARP0L公约)对国际航运通过了旨在减少全球温室气体排放的强制性规定。从此，节约能耗成为船舶设计和应用的一个重要指标。现有技术中的船舶通过使用新能源以及节能装置，以达到节能的目的。例如，双燃料LNG运输船使用双燃料(液化天然气(LNG) /柴油)发动机提供动力，可以降低化石燃料的使用量，减少温室气体的排放。然而，这样的船舶动力系统的能效水平不仅与船舶设备条件和装载情况有关，而且容易受到通航环境的影响。因此，使用双燃料发动机的运输船也会因为环境的改变造成航行方向阻力增加，从而增加燃油的消耗。其他的现有技术包括利用洋流进行航路优化，以降低环境因素的影响。然而，通航环境包括风向、流速、水深等各种水文气象要素，洋流仅仅是这些环境因素的一部分。此外，每一种环境因素都复杂多变。因此，事先设定的航道对降低船舶的耗能的效果并不明显。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种船舶能效提升控制系统和控制方法，以消除或降低环境因素对航船能耗的影响，避免预先设定航道的不确定性，从而达到节约能源的目的。
[0004]本发明解决其技术问题采用以下的技术方案:
[0005]本发明提供了一种船舶能效控制系统，所述船舶控制系统包括:
[0006]船舶电网，为船舶提供电能；
[0007]双燃料发动机，用于燃烧第一燃料和第二燃料，并给所述船舶的螺旋桨提供动力，其中，所述双燃料发动机的转速由所述第一燃料和所述第二燃料供给量和两者之间的比例决定；以及
[0008]与所述双燃料发动机相连的主机遥控器，用于控制提供给所述双燃料发动机的所述第一燃料和第二燃料，
[0009]其特征在于，所述船舶控制系统还包括:
[0010]多个传感器，用于检测所述船舶所处的环境变量，并用于产生表示所述环境变量的检测信号，其中，所述多个传感器包括水流速度计、风速风向仪、油耗仪和转速扭矩仪，分别用于测量水流速度、风向和风速、油耗量以及所述双燃料发动机的转速和扭矩；
[0011]与所述多个传感器和所述主机遥控器相连的能效控制器，用于根据所述检测信号计算所述双燃料发动机在所述环境变量下的最小能耗值，并产生表示与所述最小能耗值相关的转速的第一控制信号，其中，所述主机遥控器根据所述第一控制信号调节所述第一燃料和所述第二燃料的供给量和两者之间的比例，从而使得所述双燃料发动机运行于所述最小能耗值对应的所述转速；[0012]无刷双反馈轴带发电机，用于给所述船舶电网提供电能；
[0013]至少一个备用双燃料发电机，燃烧所述第一燃料和所述第二燃料，以产生电能供给所述船舶电网，其中，能效控制器监测所述船舶电网，以测量船舶的电能需求量，此外，所述能效控制器比较所述无刷双反馈轴带发电机的发电量和所述电能需求量，并根据所述比较的结果产生第二控制信号给所述备用双燃料发电机，以调节所述备用双燃料发电机供给所述船舶电网的电能；以及
[0014]与所述船舶电网相连的多个负载，其中，所述能效控制器根据所述比较的结果产生第三控制信号控制接入所述船舶电网的所述负载。
[0015]并且，所述船舶能效控制系统还可以包括:
[0016]与所述船舶电网相连的滤波器，用于滤除电网的谐波；
[0017]电压电流互感器，用于监测所述船舶的实时运行参数，所述运行参数包括有功功率、无功功率、视在功率和总谐波畸变率，
[0018]其中，所述能效控制器根据所述实时运行参数产生第四控制信号控制所述滤波器滤除所述电网的谐波。
[0019]本发明还提供了一种控制船舶能效的方法。所述方法包括以下步骤:
[0020]检测所述船舶所处的环境变量并产生表示所述环境变量的检测信号，其中，所述环境变量包括水流速度、风向和风速、油耗量以及双燃料发动机的转速和扭矩，此外，所述双燃料发动机燃烧第一燃料和第二燃料，并给船舶的螺旋桨提供动力，其中，所述双燃料发动机的转速由所述第一燃料和所述第二燃料供给量和两者之间的比例决定；
[0021]根据所述检测信号计算所述双燃料发动机在所述环境变量下所需的动力对应的燃料供给量和最小能耗值，并产生表示所述燃料供给量和最小能耗值的第一控制信号；
[0022]根据所述第一控制信号调节所述第一燃料和所述第二燃料的供给量和两者之间的比例，从而使得所述双燃料发动机运行于所述最小能耗值对应的所述转速；
[0023]监测所述船舶电网，以测量船舶的电能需求量；
[0024]比较无刷双反馈轴带发电机的发电量和所述电能需求量，其中，所述无刷双反馈轴带发电机给所述船舶电网提供电能；
[0025]根据所述比较的结果产生第二控制信号给至少一个备用双燃料发电机，以调节所述备用双燃料发电机供给所述船舶电网的电能；以及
[0026]根据所述比较的结果产生第三控制信号控制接入所述船舶电网的负载。
[0027]并且，所述控制船舶的方法还可以包括以下步骤:
[0028]监测所述船舶的实时运行参数，所述运行参数包括有功功率、无功功率、视在功率和总谐波畸变率；以及
[0029]产生第四控制信号控制所述滤波器滤除所述电网的谐波。
[0030]与现有技术相比，本发明的船舶的控制系统和控制方法根据实时监控的环境数据保持工作在当前环境下的最小能耗状态，避免了预先设定航道的不确定性，节约了能源，减少了温室气体的排放。另外，通过无刷双反馈轴带发电机和备用双燃料发电机的搭配使用及合理调节，提高了电网的稳定性，同时，降低了双燃料发电机的能耗，提高船舶能效。此夕卜，通过实时调节接入电网的负载个数，进一步提高了电网的稳定性，保证船舶的正常运行。【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1所示为根据本发明的实施例的船舶能效控制系统。
[0032]图2所示为根据本发明的实施例的船舶能效控制器的结构示意图。
[0033]图3所示为根据本发明的实施例的电压电流互感器和滤波器的结构图。
[0034]图4所示为根据本发明的实施例的船舶能效控制系统的工作流程图。
【具体实施方式】
[0035]以下将对本发明的实施例给出详细的说明。尽管本发明将结合一些【具体实施方式】进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
[0036]另外，为了更好的说明本发明，在下文的【具体实施方式】中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、流程、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
[0037]图1所示为根据本发明的实施例的船舶能效控制系统100。船舶能效控制系统100包括船舶电网106、传感器组102、船舶能效控制器104、主机模块108。船舶电网106为船舶提供电能。传感器组102检测船舶所处的环境变量，并产生表示这些环境变量的检测信号152。在一个实施例中，传感器组102包括水流速度计、风速风向仪、油耗仪和转速扭矩仪，分别用于测量水流速度、风向和风速、船舶的油耗量以及船舶发动机(例如:主机模块108中的双燃料发动机138)的转速和扭矩。在一个实施例中，每个传感器使用无线网络与船舶能效控制器104互通信息。主机模块108包括双燃料发动机138。双燃料发动机138燃烧第一燃料和第二燃料，并给船舶的螺旋桨116提供动力。值得说明的是，船舶所需的动力的大小与环境因素有关。双燃料发动机138的转速由所述第一燃料和所述第二燃料供给量和两者之间的比例决定。在一个实施例中，第一燃料和第二燃料分别是液化天然气(LNG)和柴油。本领域的技术人员应该知道，本发明的第一燃料和第二燃料也可以是其他燃料，在此不再赘述。主机模块108还包括主机遥控器132、发动机供油装置134和发动机供气装置136。主机遥控器132产生控制信号152和154。发动机供油装置134和发动机供气装置136根据控制信号152和154控制发动机柴油和液化天然气(LNG)的用量，从而调节液化天然气(LNG)和柴油之间的比例，由此，通过控制双燃料发动机138的转速可以调节提供给螺旋桨116的动力和能耗。
[0038]船舶能效控制器104与传感器组102和主机遥控器132相连。船舶能效控制器104接收检测信号152，并据此计算双燃料发动机138在当前环境变量下所需的动力对应的燃料供给量和最小能耗值，并产生表示燃料供给量和最小能耗值的第一控制信号156。在一个实施例中，双燃料发动机138的能耗值可由等效油耗值来表示。例如:将液化天然气的使用量转换为产生同等能量的柴油的使用量。由此，等效油耗值等于由天然气用量转换后的柴油使用量和实际柴油使用量的总和。主机遥控器132根据第一控制信号156调节第一燃料和所述第二燃料的供给量和两者之间的比例，从而使得双燃料发动机产生所需的动力并且其转速等于最小能耗值所对应的转速值。举例说明，船舶单位距离的能耗(以下也称作:单位油耗)可以表示为:[0039]
【权利要求】
1.一种船舶能效控制系统，包括: 船舶电网，为船舶提供电能； 双燃料发动机，用于燃烧第一燃料和第二燃料，并给所述船舶的螺旋桨提供动力，其中，所述双燃料发动机的转速由所述第一燃料和所述第二燃料供给量和两者之间的比例决定；以及 与所述双燃料发动机相连的主机遥控器，用于控制提供给所述双燃料发动机的所述第一燃料和第二燃料， 其特征在于，所述船舶控制系统还包括: 多个传感器，用于检测所述船舶所处的环境变量，并用于产生表示所述环境变量的检测信号，其中，所述多个传感器包括水流速度计、风速风向仪、油耗仪和转速扭矩仪，分别用于测量水流速度、风向和风速、油耗量以及所述双燃料发动机的转速和扭矩； 与所述多个传感器和所述主机遥控器相连的能效控制器，用于根据所述检测信号计算所述双燃料发动机在所述环境变量下的最小能耗值，并产生表示与所述最小能耗值对应的转速的第一控制信号，其中，所述主机遥控器根据所述第一控制信号调节所述第一燃料和所述第二燃料的供给量和两者之间的比例，从而使得所述双燃料发动机运行于所述最小能耗值对应的所述转速； 无刷双反馈轴带发电机，用于给所述船舶电网提供电能； 至少一个备用双燃料发 电机，燃烧所述第一燃料和所述第二燃料，以产生电能供给所述船舶电网，其中，能效控制器监测所述船舶电网，以测量船舶的电能需求量，此外，所述能效控制器比较所述无刷双反馈轴带发电机的发电量和所述电能需求量，并根据所述比较的结果产生第二控制信号给所述备用双燃料发电机，以调节所述备用双燃料发电机供给所述船舶电网的电能；以及 与所述船舶电网相连的多个负载，其中，所述能效控制器根据所述比较的结果产生第三控制信号控制接入所述船舶电网的所述负载。
2.根据权利要求1所述的船舶能效控制系统，其特征在于，还包括: 与所述船舶电网相连的滤波器，用于滤除电网的谐波； 电压电流互感器，用于监测所述船舶的实时运行参数，所述运行参数包括有功功率、无功功率、视在功率和总谐波畸变率， 其中，所述能效控制器根据所述实时运行参数产生第四控制信号控制所述滤波器滤除所述电网的谐波。
3.—种控制船舶能效的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: 检测所述船舶所处的环境变量并产生表示所述环境变量的检测信号，其中，所述环境变量包括水流速度、风向和风速、油耗量以及双燃料发动机的转速和扭矩，此外，所述双燃料发动机燃烧第一燃料和第二燃料，并给船舶的螺旋桨提供动力，其中，所述双燃料发动机的转速由所述第一燃料和所述第二燃料供给量和两者之间的比例决定； 根据所述检测信号计算所述双燃料发动机在所述环境变量下所需的动力对应的燃料供给量和最小能耗值，并产生表示所述燃料供给量和最小能耗值的第一控制信号； 根据所述第一控制信号调节所述第一燃料和所述第二燃料的供给量和两者之间的比例，从而使得所述双燃料发动机运行于所述最小能耗值对应的所述转速；监测所述船舶电网，以测量船舶的电能需求量； 比较无刷双反馈轴带发电机的发电量和所述电能需求量，其中，所述无刷双反馈轴带发电机给所述船舶电网提供电能； 根据所述比较的结果产生第二控制信号给至少一个备用双燃料发电机，以调节所述备用双燃料发电机供给所述船舶电网的电能；以及 根据所述比较的结果产生第三控制信号控制接入所述船舶电网的负载。
4.根据权利要求3所述的船舶能效的控制方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤: 监测所述船舶的实时运行参数，所述运行参数包括有功功率、无功功率、视在功率和总谐波畸变率；以及 产生第四控制信号控制 所述滤波器滤除所述电网的谐波。
【文档编号】F02D19/06GK103790719SQ201410075340
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年3月4日 优先权日:2014年3月4日
【发明者】严新平, 王凯, 袁裕鹏, 万江龙 申请人:武汉理工大学