一种船舶电力推进运行监测控制系统的制作方法

本发明属于船舶电力推进运行控制，具体为一种船舶电力推进运行监测控制系统。

背景技术：

1、电力推进系统是现代船舶的重要动力系统，其性能直接影响船舶的运行安全性和环保能力，这是由于船舶的航行依赖于燃料消耗，当燃料消耗存在异常时一方面会导致燃料备用不足，容易造成航行中途失去动力来源，引发安全隐患，另一方面燃料消耗过程中不可避免地会产生废物排放，进而造成水环境污染，当燃料消耗异常时必然会加重水环境污染，因而有必要在船舶航行过程中监测电力推进系统的燃料消耗状态，及时识别燃料消耗是否存在异常，以采取相应措施进行航行控制。

2、众所周知，识别燃料消耗是否存在异常的首要实施条件是获取燃料实际消耗量和燃料计划消耗量，而燃料计划消耗量通常是依靠燃料备用量和当前已航行距离进行获取，然而现有技术对燃料备用量的确定都是由船舶运营者依靠经验从整个航程入手进行确定，这种方式虽然较为方便，但过于笼统、不够细致，对于一些航线较远的航程来说，一般会涉及到多个水域，不同水域的海面条件、气候条件或多或少地会存在差异，使得不同水域的航行阻力不同，所产生的燃料消耗也就不同，但现有技术由于缺乏对航程的分段化处理，使得无法具体凸显航行阻力对燃料备用量的影响，在一定程度上降低了燃料备用量的确定精准度，不仅加大了燃料备用不足的发生概率，还不利于燃料计划消耗量的获取。

3、另外现有技术在识别出燃料消耗异常时都是直接启动低能耗模式作为处理措施，缺乏对燃料消耗异常原因的分析，导致处理措施过于固化，不具针对性，容易造成过度追求低能耗，导致航行效率降低，难以满足船舶的正常航行需求。

技术实现思路

1、鉴于此，为解决上述背景技术中所提出的问题，现提出一种船舶电力推进运行监测控制系统。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种船舶电力推进运行监测控制系统,包括：船舶航程信息确定模块，用于在船舶航行前确定船舶当前航程信息，具体包括航行路线、航行距离、航行速度和船舶负载。

3、航线段划分模块，用于根据航行路线确定当前航程经过的水域，由此将航程划分为若干航线段，各航线段对应一个水域。

4、航线段水况信息获取模块，用于获取各航线段的水况信息。

5、参考信息库，用于存储各水域在各季节的常态水流速，并存储单位船舶负载在各航行速度下对应单位航程距离的燃料使用量。

6、航程燃料备用量预测储备模块，用于获取电力推进系统的能耗性能参数，并将其结合船舶当前航程信息和各航线段的水况信息预测当前航程的燃料备用量，进而按照预测的燃料备用量进行燃料储备。

7、航行过程燃料实际消耗量获取模块，用于在航行路线中设定若干航行点，进而获取船舶航行到各航行点的燃料实际消耗量。

8、航行过程燃料计划消耗量统计模块，用于在船舶航行过程中统计船舶航行到各航行点的燃料计划消耗量。

9、航行过程燃料消耗异常判断模块，用于将船舶航行到各航行点的燃料实际消耗量与燃料计划消耗量进行对比，判断燃料消耗是否存在异常，若船舶航行到某航行点的燃料消耗量存在异常，则将该航行点记为异常航行点。

10、燃料消耗异常分析模块，用于在船舶航行到异常航行点时进行电力推进系统运行监测，由此分析燃料消耗异常原因。

11、船舶航行状态调控模块，用于基于燃料消耗异常原因进行船舶航行状态调控。

12、在一种可替换的实施方式中，所述水况信息包括常态水流速和代表风速，其中水流速的获取方式如下：获取当前航程对应的季节，同时结合各航线段对应的水域名称从参考信息库中存储的各水域在各季节的常态水流速中筛选出各航线段对应的常态水流速。

13、代表风速的获取方式如下：基于当前航程的航行距离和航行速度获取当前航程的航行周期，并结合当前日期构成当前航程的航行时段。

14、基于各航线段对应水域从气象中心获取各航线段在当前航程对应航行时段内各天的风速，并取最大风速作为各航线段对应的代表风速。

15、在一种可替换的实施方式中，所述能耗性能参数包括燃料利用效率和发动机额定输出功率。

16、在一种可替换的实施方式中，所述预测当前航程的燃料备用量具体实施过程如下：获取各航线段的航行距离，并从当前航程信息中提取航行速度和船舶负载，并将其与参考信息库中存储的单位船舶负载在各航行速度下对应单位航程距离的燃料使用量进行匹配计算，得到各航线段对应的基础燃料使用量。

17、将各航线段对应的水况信息导入计算式计算出各航线段对应的航行阻力系数εi,式中i表示为航线段编号，i＝1,2,……,n，a、b分别表示为预设的流阻力系数、风阻力系数对应的占比因子，u水i、u风i分别表示为第i航线段对应的流阻力系数、风阻力系数，且其中v水i、v风i分别表示为第i航线段对应的常态水流速、代表风速，，v水′、v风′分别表示为预设的参照水流速、参照风速。

18、将各航线段对应的航行阻力系数结合基础燃料使用量统计各航线段对应的预计燃料使用量，统计公式为qi＝qi基础*(1+εi)，式中qi基础表示为第i航线段对应的基础燃料使用量。

19、将各航线段对应的预计燃料使用量和电力推进系统的能耗性能参数利用预测模型预测得到当前航程的燃料备用量w,模型中λ表示为电力推进系统的燃料利用效率，p表示为电力推进系统的发动机额定输出功率，p0表示为设置的参考发动机输出功率，w余表示为预先配置的安全备用余量。

20、在一种可替换的实施方式中，所述在航行路线中设定若干航行点的具体实施方式为：从当前航程信息中提取航行距离，进而在航行路线上将航行距离按照设定的间隔距离进行均匀划分，得到若干航行点。

21、在一种可替换的实施方式中，所述船舶航行到各航行点的燃料实际消耗量具体获取方式为:在船舶航行到各航行点时获取燃料剩余量，并将当前航程的燃料备用量与各航行点的燃料剩余量相减，得到船舶航行到各航行点的燃料实际消耗量。

22、在一种可替换的实施方式中，所述统计船舶航行到各航行点的燃料计划消耗量包括下述步骤：从当前航程信息中提取航行路线，并从航行路线中获取航行起点，进而从航行起点开始确定各航行点经过的航线段及所经过航线段的经过距离。

23、利用统计公式得到船舶航行到各航行点的燃料计划消耗量gj，式中j表示为航行点的编号，j＝1,2,……,m，qjk表示为第j航行点经过的第k航线段对应的预计燃料使用量，k表示为各航行点经过的航线段编号，k＝1,2,......,z，ljk表示为第j航行点经过第k航线段的经过距离，lk表示为第k航线段的航行距离。

24、在一种可替换的实施方式中，所述燃料消耗是否存在异常的判断方式如下：将船舶航行到各航行点的燃料实际消耗量与燃料计划消耗量进行对比，通过表达式计算各航行点的燃料消耗差异度其中gj′表示为船舶航行到第j航行点的燃料实际消耗量,e表示为自然常数。

25、将各航行点的燃料消耗差异度与设置的允许燃料消耗差异度进度对比，若某航行点的燃料消耗差异度大于设置的允许燃料消耗差异度，则判断燃料消耗存在异常。

26、在一种可替换的实施方式中，所述分析燃料消耗异常原因参见下述过程：(1)在船舶航行到异常航行点时监测电力推进系统中各组成设备的运行参数。

27、(2)基于船舶电力推进系统的型号获取电力推进系统中各组成设备的正常运行参数。

28、(3)将各组成设备的运行参数与正常运行参数进行对比，若存在所有组成设备的运行参数均符合正常运行参数，则分析燃料消耗异常原因为水况环境异常，若存在某组成设备的运行参数不符合正常运行参数，则执行(4)。

29、(4)通过在船舶上设置航行采集终端，用于在船舶航行到各航线段时利用航行采集终端采集水流速和风速，进而基于异常航行点确定异常航行点经过的航线段，由此获取异常航行点所经过航线段的水流速和风速，并与相应航线段的常态水流速和代表风速进行对比，若异常航行点所经过航线段的水流速或风速大于相应航线段的常态水流速、代表风速，则分析燃料消耗异常原因为内部推进故障和水况环境异常，若异常航行点所经过航线段的水流速和风速均小于或等于相应航线段的常态水流速、代表风速，则分析燃料消耗异常原因为内部推进故障。

30、在一种可替换的实施方式中，所述基于燃料消耗异常原因进行船舶航行状态调控操作方式为：若燃料消耗异常原因为水况环境异常，则在下一航行点的航行过程中启动低能耗模式。

31、若燃料消耗异常原因为内部推进故障，则在此时降低航行速度，并进行电力推进系统故障维护操作，进而在电力推进系统正常运行后恢复原先航行速度。

32、若燃料消耗异常原因为内部推进故障和水况环境异常，则进行电力推进系统故障维护操作，并启动低能耗模式。

33、相较于现有技术，本发明的有益效果如下：(1)本发明通过将当前航程基于经过的水域进行航线段划分，并获取各航线段的水况信息，由此预测各航线段的燃料使用量，进而结合船舶电力推进系统的能耗性能实现了燃料备用量的精准确定，该确定方式借助航程的分段式处理，能够在航行前真实还原水况对燃料备用量的影响，使得燃料备用量的确定更加客观、符合实际，大大降低了燃料备用不足的发生概率。

34、(2)本发明通过将燃料备用量以航程分段化方式进行确定，能够直观反映出各航线段的燃料使用量，为燃料计划消耗量的获取提供了较为便捷的数据支撑，最大限度提高了燃料计划消耗量的获取效率和获取可靠度，有利于燃料消耗是否存在异常的及时、准确性识别。

35、(3)本发明在识别出燃料消耗异常时增加了燃料消耗异常原因的分析，并根据原因采取针对性的处理措施，避免处理措施的固化，使得处理措施能够与当前船舶的航行状态需求达到较好的适配度，有利于航行效率和低能耗的最大限度兼具，从而具有较高的实用性价值。