Имплементарный подход при моделировании энергетических процессов динамически позиционирующего судна
В результате анализа энергетических процессов в судовых энергетических установках комбинированных пропульсивных
 комплексов в различных эксплуатационных режимах создана стратегия построения математических моделей указанных комплексов. Стратегия основана на имплементации векторов возмущающих...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Електротехніка і електромеханіка |
|---|---|
| Datum: | 2015 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
2015
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/149384 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Имплементарный подход при моделировании энергетических процессов динамически позиционирующего судна / В.В. Будашко // Електротехніка і електромеханіка. — 2015. — № 6. — С. 14–19. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860246718332796928 |
|---|---|
| author | Будашко, В.В. |
| author_facet | Будашко, В.В. |
| citation_txt | Имплементарный подход при моделировании энергетических процессов динамически позиционирующего судна / В.В. Будашко // Електротехніка і електромеханіка. — 2015. — № 6. — С. 14–19. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Електротехніка і електромеханіка |
| description | В результате анализа энергетических процессов в судовых энергетических установках комбинированных пропульсивных
комплексов в различных эксплуатационных режимах создана стратегия построения математических моделей указанных комплексов. Стратегия основана на имплементации векторов возмущающих воздействий, изменяющих гидродинамические характеристики судна, на векторную плоскость энергетических характеристик. Предложенный подход к
моделированию энергетической установке судна, находящегося в режиме динамического позиционирования, позволил
учесть: а) особенности настроек ПИД-регуляторов частотных электроприводов подруливающих устройств; б) автоматических регуляторов напряжения среднеоборотных дизель-генераторов; в) эксплуатационные характеристики всех
управляемых объектов комплекса и судна при передаче мощности к гребным винтам.
У результаті аналізу енергетичних процесів у суднових енергетичних установках комбінованих пропульсивних комплексів в різних експлуатаційних режимах створена стратегія побудови математичних моделей зазначених комплексів. Стратегія заснована на імплементації векторів збурюючих впливів, які змінюють гідродинамічні характеристики
судна на векторну площину енергетичних характеристик. Запропонований підхід до моделювання енергетичної установки судна, яке знаходиться у режимі динамічного позиціонування, дозволив врахувати: а) особливості налаштувань
ПІД-регуляторів частотних електроприводів підрулюючих пристроїв; б) автоматичних регуляторів напруги середньо-обертових дизель-генераторів; в) експлуатаційні характеристики всіх керованих об'єктів комплексу й судна при
передачі потужності до гребних гвинтів.
Purpose. Creation of a mathematical model of the ship's power
plant (SPP) combined propulsion complexes (CPC) that takes
into account the behavior of all objects, including the ship itself,
the transfer of power from the medium speed diesel generators
on the propellers, which will allow to take into account the hydrodynamic properties of the vessel and their impact on the
energy processes in SPP CPC. Methodology. The analysis of
energy processes in the SPP CPC in different operating conditions resulted in creation of a strategy for constructing mathematical models of SPP CPC. This strategy is based on the implementation on the vector plane resulting power characteristics
of SPP vectors disturbances, leading to the deviation of the hydrodynamic characteristics of the ship during operation dynamic positioning. The result allowed to consider not only the
features of setting PID-governors of frequency converters of
electric thrusters but the automatic voltage regulators of medium speed diesel generators as well. Results. Within the research work a software package Ships_CPC in MatLab/Simulink was developed under the state budget project
«Concepts, technologies and ways of improving ship power
plants combined propulsion complexes» at the Department of
Electromechanics and Electrical Engineering of Odessa National Maritime Academy. Originality. This complex represents
a set of functional blocks of the components SPP CPC, built on
the principle of «input-output». The simulation results demonstrate the ability to use software package Ships_CPC to study
the effect of various settings on the energy regulators of processes SPP CPC, which can develop and integrate the different
strategies of automatic voltage regulators. Practical value.
Since software complex Ships_CPC was developed under Open
system technology, it can reorganize, re-tune and integrate in
processes of any difficulties with further completion in the form
of a universal structure.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:37:25Z |
| format | Article |
| fulltext |
Електричні машини та апарати
14 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2015. №6
© В.В. Будашко
УДК 621.436+621.31:625.5.035
В.В. Будашко
ИМПЛЕМЕНТАРНЫЙ ПОДХОД ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ ДИНАМИЧЕСКИ ПОЗИЦИОНИРУЮЩЕГО СУДНА
У результаті аналізу енергетичних процесів у суднових енергетичних установках комбінованих пропульсивних ком-
плексів в різних експлуатаційних режимах створена стратегія побудови математичних моделей зазначених комплек-
сів. Стратегія заснована на імплементації векторів збурюючих впливів, які змінюють гідродинамічні характеристики
судна на векторну площину енергетичних характеристик. Запропонований підхід до моделювання енергетичної уста-
новки судна, яке знаходиться у режимі динамічного позиціонування, дозволив врахувати: а) особливості налаштувань
ПІД-регуляторів частотних електроприводів підрулюючих пристроїв; б) автоматичних регуляторів напруги серед-
ньо-обертових дизель-генераторів; в) експлуатаційні характеристики всіх керованих об'єктів комплексу й судна при
передачі потужності до гребних гвинтів. Бібл. 10, рис. 7.
Ключові слова: суднова енергетична установка, комбінований пропульсивний комплекс, динамічне позиціонування,
математичне моделювання, електропривод, передача потужності, ефективність, регулювання.
В результате анализа энергетических процессов в судовых энергетических установках комбинированных пропульсивных
комплексов в различных эксплуатационных режимах создана стратегия построения математических моделей указан-
ных комплексов. Стратегия основана на имплементации векторов возмущающих воздействий, изменяющих гидродина-
мические характеристики судна, на векторную плоскость энергетических характеристик. Предложенный подход к
моделированию энергетической установке судна, находящегося в режиме динамического позиционирования, позволил
учесть: а) особенности настроек ПИД-регуляторов частотных электроприводов подруливающих устройств; б) авто-
матических регуляторов напряжения среднеоборотных дизель-генераторов; в) эксплуатационные характеристики всех
управляемых объектов комплекса и судна при передаче мощности к гребным винтам. Библ. 10, рис. 7.
Ключевые слова: судовая энергетическая установка, комбинированный пропульсивный комплекс, динамическое
позиционирование, математическое моделирование, передача мощности, эффективность, регулирование.
Введение. Растущий спрос на мощные судовые
дизель-электрические комбинированные пропульсив-
ные комплексы (КПК) и потребность в применении
типовых решений в условиях эксплуатационной не-
определенности для многих задач мореплавания, при-
водят к возрастанию сложности конструкций судовых
энергетических установок (СЭУ) [1]. Такое усложне-
ние увеличивает вероятность их частичного или пол-
ного обесточивания в различных эксплуатационных
режимах и погодных условиях, что может привести к
непредсказуемым последствиям для судна и экипажа.
Структуры известных СЭУ – это многошинные кон-
струкции с неравномерным распределением импедан-
са, которые строятся по технологии гибких (управ-
ляемых) систем переменного тока (FACTS – Flexible
Alternative Current Transmission Systems) и представ-
ляют собой единые электроэнергетические системы
(WSCC – Western System Coordinating Council). Под-
черкнем, что: а) в отличие от береговых электроэнер-
гетических систем, где обесточивание, например, мо-
жет привести к социальному взрыву, в автономных
электроэнергетических системах обесточивание свя-
зано с безопасностью людей [2]; б) современные тен-
денции развития и организации СЭУ по технологии
FACTS направлены на увеличение живучести судов.
Существенные отклонения от номинальных парамет-
ров СЭУ КПК в сложных эксплуатационных режимах
приводят к непредвиденным косвенным потерям и
разрушению жизненно важных судовых инфраструк-
тур [3].
СЭУ КПК, при воздействии на судно внешних
факторов и изменяющихся в связи с этим эксплуата-
ционных условий, могут демонстрировать разнооб-
разные нелинейные поведения. В свою очередь, при
эксплуатации подобных КПК, реакции на возмущения
могут соответствовать, как нормальному, так и ано-
мальному или аварийному (предаварийному) режи-
мам, что заставляет разработчиков искать пути по
снижению негативных последствий, а в идеале – по
их предотвращению [4]. Оценивая риски выхода КПК
из стабильного состояния при внешних возмущениях,
возникает необходимость прогноза его поведения в
обычных и нормальных условиях при помощи
средств моделирования.
Постановка задачи. Судовой дизель-
электрический КПК имеет зоны энергетически опти-
мальных настроек систем управления в зависимости
от конкретных эксплуатационных условий. Стандарт-
ным способом обеспечения качества динамических
режимов КПК является коррекция параметров систе-
мы «судно – винты – асинхронные (АД), синхронные
двигатели (СД) – преобразователи частоты (ПЧ), цик-
локонвертеры (СС) – среднеоборотные дизель-
генераторы (СОДГ)». Учитывая, что упор винта фик-
сированного шага (ВФШ) определяется режимом ра-
боты судна и не может быть изменён в необходимую
сторону, единственным способом обеспечения необ-
ходимого качества процессов управления остаётся
оптимизация настроек регуляторов частоты вращения
АД и СОДГ, максимально удовлетворяющая основ-
ным эксплуатационным режимам [7].
В известных моделях СЭУ КПК с нестабильным
напряжением на шинах и малыми расстояниями меж-
ду потребителями обычно пренебрегают параметрами
судовой сети. При соизмеримых по мощности генера-
торах и потребителях, акцент ставится на создание
динамических моделей энергетических систем,
встраиваемых в систему управления. Однако интел-
лектуальные системы управления электродвигателями
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2015. №6 15
КПК, самонастраивающиеся (фаззи, фаззи-нейро,
нейро) ПИД-регуляторы различных параметров [8]
только начинают завоевывать свои позиции в СЭУ.
Таким образом, для оценки и повышения эффек-
тивности передачи мощности в дизель-электрической
СЭУ КПК целесообразно создание и применение в
системе управления модели, основанной на нейрон-
ных сетях с применением принципа «добычи данных»
(data mining), базирующегося на DMI-моделях от-
дельных компонентов комплекса [5]. Если рассматри-
вать КПК как гибкую систему, состоящую из некото-
рого числа взаимозаменяемых компонентов, то зада-
чей исследования является построение такой модели
динамики КПК, которая обладала бы прогнозирую-
щими свойствами, и легко встраивалась в известные
системы управления [6].
Целью статьи является постановка и решение
задачи создания математической модели СЭУ КПК,
учитывающей динамику всех ее объектов, в том числе
и судна, в режимах передачи мощности от СОДГ на
гребные винты, отличающейся от известных моделей
учетом изменяющихся гидродинамических свойств
судна с возможностью оценки их влияния на энерге-
тические процессы в СЭУ КПК.
В результате анализа схемы (рис. 1), можно по-
казать, что в установившемся режиме работы судна,
когда изменение направления вектора движения оп-
ределяется внешними возмущениями, применение
частично инвариантных к основным возмущениям
регуляторов частоты и напряжения на шинах СОДГ
позволит включить «интегральную составляющую
управления» на всех участках распределительных
щитов, что гарантирует равномерную загрузку (аста-
тизм) всех параллельно-подключённых СОДГ.
Рис. 1. Фрагмент однолинейной схемы единой многошин-
ной электроэнергетической системы оффшорного (supply
vessel) судна: G1-G3 – высоковольтные СОДГ; QS1-QS3 –
генераторные автоматы; Q12-Q99 – автоматические шинные
выключатели; TV1-TV3 – понижающие трансформаторы;
TV4-TV7 – понижающие трёх-обмоточные трансформаторы
(Υ/Δ/Υ); M1-M8 – АД подруливающих устройств (ПУ) и
грузовых насосов; СС1-СС4 – преобразователи частоты со
звеном постоянного тока (DС); HV (high voltage) – высокое
напряжение (3,3 ≤ HV ≤ 11 kV); LV (low voltage) – низкое
напряжение (220 ≤ LV ≤ 690 V)
Для судов с подобными СЭУ характерным явля-
ется эксплуатационный режим работы с удержанием
позиции суда в заданной точке – режим динамическо-
го позиционирования (dynamic position – DP). С це-
лью обеспечения живучести судна, режим DP, когда
радиус-вектор движения является определяющим за-
грузку СЭУ, последняя предполагает необходимость
подключения к судовой сети «двигательной нагруз-
ки» в точки с различным импедансом. Это связано с
тем, что силовые агрегаты СЭУ координатно рассре-
доточены по всему судну. Следует помнить, что пере-
ход гребного электродвигателя из режима работы на
«свободной воде» в режим стоянки под током, пред-
полагает использование всережимных регуляторов
оборотов [9].
В зависимости от точки подключения, простран-
ственный вектор потребляемого гребным электродви-
гателем (АД или СД) тока будет вращаться в dq-
координатах с частотой, определяемой фазой нагруз-
ки, которая в свою очередь, зависит от разности им-
педанса в точке подключения и ближайшей высоко-
вольтной шины СОДГ (рис. 2).
Рис. 2. Векторная диаграмма для участка kl (k, l – натураль-
ное число) высоковольтной шины с подключёнными к ней
АД и СОДГ: ug – напряжение на шинах, о.е.; Iобщ – общий
потребляемый АД ток, о. е.; Δδсодг – угол нагрузки;
φkl – фаза тока статора АД
Уравнения модели одного СОДГ, подключённо-
го к шинам, можно описать системой уравнений:
;
),(ω
δ
)ψ)(ψ(
1
;ψ))((
ψ
1
1
содг_
1
nn
dt
d
XKMMt
tdt
dn
guNuFXnW
dt
d
N
tt
m
fg
(1)
где ψ – вектор потокосцепления обмотки статора; uf –
напряжение возбуждения, о.е.; n – частота вращения
16 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2015. №6
вала генератора, о.е.; δ – угол нагрузки, рад; ωN – но-
минальная электрическая угловая скорость, рад/с; rss –
сопротивление обмотки статора АД, о.е.; rlk – сопро-
тивление шины между точками lk, о.е.; Td, Tq – про-
дольная и поперечная составляющие постоянной вре-
мени демпферной обмотки СОДГ, с; tf – постоянная
времени обмотки возбуждения, с; xd, xq – продольная
и поперечная составляющие значения реактивного
сопротивления рассеяния обмоток статора, о.е.; kμd,
kμq, kμf – продольная и поперечная составляющие зна-
чения коэффициента насыщения демпферной и ста-
торной обмоток СОДГ и обмотки возбуждения; μd, μf
– коэффициенты взаимоиндукции между обмоткой
статора и демпферной, между обмоткой возбуждения
и демпферной,
;
00
00
00
ω0
0ω
;
00000
00000
00000
0000ω
000ω0
)(
N
N
N
N
N
n
n
nW
;
10000
01000
00100
000)(ω0
0000)(ω
f
q
d
klssN
klssN
t
t
t
rr
rr
F
;
10μ0)1(
010)1(0
μ010)1(
0100
1010
μ
μ
μ
fdf
dq
ddd
q
d
xk
xk
xk
x
x
X
t
ft
g
1
0000 .
Тогда, из выражения (1), вектор потокосцепле-
ния ψ СОДГ связан с величинами, характеризующими
обмотку статора выражением:
ψ)(ψψ)ψ( 1 XKMMKih tt
s
t
s , (2)
где
;
00010
00001
;
01
10
MK
00000
00000
00000
00001
00010
KMM T .
Совместное решение выражений (1) и (2) позво-
ляет определить постоянные интегрирования, харак-
теризующие уставки ПИД-регуляторов СОДГ при их
параллельной работе. Регуляторы настраиваются так,
что один из регуляторов контролирует частоту и на-
пряжение, а другой поставляемые активную и реак-
тивную мощности с уставками, взятыми относительно
мощности первого генератора. Таким способом дос-
тигается равномерное распределение нагрузки:
)).1(1μ)1(μμ( μμμμ
qfddddfd kkkkxc
Значения тока статора is, активной (P) и реактив-
ной (Q) мощностей находятся из выражений:
ψ.
ψ;
ψ;
1
1
1
KMXuKiuQ
MXuiuP
MXi
t
gs
t
g
t
gs
t
g
s
(3)
В случае увеличения общей нагрузки, подклю-
чённый на параллельную работу генератор в началь-
ный момент, соизмеримый с постоянными времени
СОДГ, может автоматически «взять на себя» весь из-
лишек затребованной потребителями мощности. Это
связано с тем, что, остальные генераторы, работаю-
щие в установившемся режиме, будут поставлять по-
стоянные мощности в зависимости от уставок, что
может привести к неожиданному рассогласованию
нагрузки между генераторами. Во избежание такого
рассогласования, в зависимости от потребляемого
тока и из расчёта расхождения между мощностью
конкретного генератора и подключённого, блок рас-
пределения нагрузки, путём воздействия на ПИД-
регуляторы СОДГ по частоте вращения и напряже-
нию, устранит возникшее рассогласование.
На судах с 6-8 ПУ, для устранения деградацион-
ных эффектов, таких, например, как эффект Коанда,
возникающих вблизи корпуса судна, АД, работающие
в зоне надсинхронных частот, получают питание от
преобразователей с системами импульсно-фазового
управления (СИФУ). В таких системах вместо рас-
пределения управляющих сигналов по фазам, осуще-
ствляется их одновременная подача на электроды си-
ловых коммутаторов. Если применить синхронизацию
по любой из фаз с необходимой скважностью, то за
счет действия таких СИФУ расширяется зона устой-
чивого регулирования, практически до максимально-
возможных пределов (0°<α<180°). Экспериментально
доказано, что такой эффект достигается одновремен-
ным использованием современных безынерционных,
например – пьезоэлектрических, датчиков, практиче-
ски мгновенно реагирующих на отклонение упора ПУ
от рассчитанных значений.
Угол управления α, который в указанных зонах
является углом открытия, в случае превышения зна-
чения π, становится углом управления интенсивно-
стью нарастания упора в квадратичной зависимости.
Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) здесь ста-
новится средством сглаживания пульсаций, потому
что является составляющей звена постоянного тока
(DC), половина уровня напряжения на котором опре-
деляется следующим образом:
3
2
_mod
1
_
m
Ndc
U
Nind
U (B), (4)
где Um – максимальное значение линейного напряже-
ния питания; modind_N = 1,01 – значение случайной
величины оптимальных углов переключения, как
функции индекса модуляции для устранения нечёт-
ных гармоник из основной.
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2015. №6 17
Генерация импульсов управления, с точки зрения
получения синусоидальной формы напряжения на
АД, повысит эффективность передачи мощности к
винту и выходит из основной формы волны выходно-
го напряжения ПЧ:
,)))α)()/)((ω(cos()))α)()/)((
ω(cos()
2
π
sin(
1
2π
4
)/)(,α(
ПЧПЧ
,..5,3,1
_
ПЧ
sttjstt
jj
j
U
sttU
j
NDC
(5)
где φ – фаза выходного напряжения; j – номер гармо-
ники выходного напряжения; s – необходимая скваж-
ность выходного напряжения, которая зависит от ин-
тенсивностей задачи упора (T) или момента винта (M),
а значит и потребляемой АД активной мощности P.
Блок-схема регулятора мощности с ограничени-
ем частоты вращения АД на свободной воде показана
на рис. 3.
Рис. 3. Блок-схема регулятора мощности АД ПУ:
Tref – заданный упор винта, Н; Mref – момент на валу, Нм;
gT0 = DKM0/KT0; D – диаметр винта, м; KM – коэффициент
приведения момента к валу; KT – коэффициент упора винта;
KM0 = KM (λ = 0, относительная поступь винта);
KT0 = КT (J 0, момент инерции вала)
Результаты исследований. Моделирование
проведено с помощью среды MatLab/Simulink в про-
граммном комплексе Ships_CPC, разработанном в
рамках научно-исследовательской госбюджетной ра-
боты «Концепции, технологии и направления совер-
шенствования судовых энергетических установок
комбинированных пропульсивных комплексов»
Одесской национальной морской академии.
Программный комплекс представляет собой со-
вокупность функциональных блоков компонентов
СЭУ КПК, построенных по классическому принципу
«вход-выход». Например, исходя из системы уравне-
ний (3) и рис. 3, выходами функциональных блоков
АД являются зависящие от напряжения (5) значения
упора T и момента M, которые, в свою очередь, в за-
висимости от того движется судно (рис. 4) или дина-
мически позиционирует (рис. 5), поступает на вход
(входы) модели судна.
Например, если СЭУ КПК работает в режиме
DP, модель судна (m-файл) генерируется с помощью
компьютерного приложения WAMIT (Wave Analysis
Massachusetts Institute of Technology) [10]. Модель
представляет собой функциональный блок, связы-
вающий между собой вектор tau результирующего
упора (например, от шести АД ПУ с тремя степенями
свободы – 3 Degrees of Freedom (DOF) control vector) с
выходными параметрами динамически позициони-
рующего судна: u – скорость продольного перемеще-
ния, м/с; v – скорость поперечного перемещения, м/с;
r – скорость рыскания, рад/с; x – x-позиция, м; y – y-
позиция, м; psi – угол рыскания, рад (рис. 5).
Рис. 4. Модель динамики судна: T_d – упор гребного
гвинта; t_1_0 = 1 – t = среднее значення коэффициента
зменения упора за винтом (thrust deduction), о. е.,
идентифицированные для конкретной физической модели
судна; T_ext – упор внешней возмущающей силы (External
Force); m – суммарная масса судна (с учетом массы груза);
U_noise – отклонение (“шум”) оцененной скорости судна;
Ru_func – функция расчёта сопротивления движению судна
(Ru); w_1_0 = 1 – w = среднее значение коэффицента
попутного потока (wake fraction), о. е. для соответствующей
модели судна; U_m – скорость судна
Рис. 5. Модель динамически позиционирующего
оффшорного судна: alpha – азимутальный угол положения
ПУ относительно центра тяжести судна в диаметральной
плоскости; K – коэффициент упора ПУ; p/D – задание шага
винта, в случае применения ВФШ р = 100 %;
XY plot – построение местоположения судна относительно
точки DP; psi – угол рыскания
На рис. 6, 7 представлены результаты моделиро-
вания энергетических процессов, протекающих в СЭУ
КПК, представленной на рис. 1 при условии работы
4-х дизель-генераторных установок и 4-х азимуталь-
ных ПУ для судна типа Supply vessel, совершающего
динамическое позиционирование.
18 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2015. №6
На 55 секунде моделирования происходит «за-
прос» мощности от системы управления электродви-
гателями азимутальных ПУ вследствие возникшего
возмущающего воздействия. Кратковременное пре-
вышение общей потребляемой электродвигателями
ПУ мощности более 100 % приводит к запуску ре-
зервного генератора. Последующее уменьшение за-
проса мощности (130 с) позволяет системе распреде-
ления нагрузки (PMS) перевести один генератор в
«горячий резерв», а второй в режим работы на гипер-
боле постоянной мощности.
Рис. 6. Характеристики потребляемой активной мощности
4-мя генераторами СЭУ КПК
Рис. 7. Характеристики потребляемой реактивной мощности
4-мя генераторами СЭУ КПК
Выводы
1. Предложенная концепция построения математи-
ческой модели СЭУ КПК, учитывающей динамику
всех ее объектов, в том числе и судна в режимах пе-
редачи мощности от СОДГ на гребные винты, под-
твердила свою работоспособность с помощью про-
граммного комплекса Ships_CPC.
2. Исследование влияния настроек основных регу-
ляторов системы управления на энергетические про-
цессы в СЭУ КПК, подтвердило широкие возможно-
сти разработки и применения различных эффектив-
ных стратегий функционирования систем стабилиза-
ции напряжения СОДГ.
3. Программный комплекс Ships_CPC разрабаты-
вался по технологии Open system, что означает его
возможность реорганизовываться, перенастраиваться
и интегрироваться под технологические процессы
управления энергетической системой судна любой
сложности с перспективой на завершение в форме
универсальной структуры.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Radan D. Integrated control of marine electrical power
systems // Thesis for the degree of philosophiae doctor,
Norwegian University of Science and Technology, Faculty of
Engineering Science and Technology, Trondheim, Norway,
2008. – 231 p. Available at: http://www.diva-
portal.org/smash/get/diva2:123798/FULLTEXT01.pdf (accessed
19 September 2015).
2. M.J. Sanjari, O. Alizadeh Mousavi, G.B. Gharehpetian.
Assessing the risk of blackout in the power system including HVDC
and FACTS devices // International Transactions on Electrical
Energy Systems. – 2013. – vol.23. – no.1. – pp. 109-121. Available
at: http://onlinelibrary.wiley.com/enhanced/doi/10.1002/etep.1619.
(accessed 21 September 2015). doi: 10.1002/etep.1619.
3. Очеретяный Ю.А., Живица В.И., Белый В.Н., Онищенко
О.А., Вайнфельд Э.И. Концепция системы компьютерного
мониторинга и технической диагностики рефрижераторной
установки судна // Судовые энергетические установки. –
2011. – №28. – С. 5-11.
4. Будашко В.В., Онищенко О.А. Удосконалення системи
управління підрулюючим пристроєм комбінованого пропу-
льсивного комплексу // Вісник НТУ «ХПІ». – 2014. –
№38(1081). – С. 45-51.
5. Будашко В.В., Онищенко О.А. Математические основы
имитационного моделирования системы управления энерге-
тической установкой бурового судна // Вестник Камчатско-
го государственного технического университета. – 2014. –
№29. – С. 6-13.
6. Le Luo, Lan Gao, Hehe Fu. The control and modeling of
diesel generator set in electric propulsion ship // International
Journal of Information Technology and Computer Science. –
2011. – vol.3. – no.2. – pp. 31-37. Available at: http://www.mecs-
press.org/ijitcs/ijitcs-v3-n2/IJITCS-V3-N2-5.pdf (accessed 21
September 2015). doi: 10.5815/ijitcs.2011.02.05.
7. Будашко В.В., Онищенко О.А., Юшков Е.А. Физическое
моделирование многофункционального пропульсивного
комплекса // Збірник наукових праць Військової академії
(м. Одеса). – 2014. – №2. – С. 88-92.
8. Hansen J.F. Modelling and control of marine power systems
// Doktor ingeniør thesis, Norwegian University of Science and
Technology, Department of Engineering cybernetics, Trond-
heim, Norway, 2000. – 119 p. Available at:
http://www.itk.ntnu.no/databaser/dr_ing_avhandlinger/vedlegg/
110_pdf.pdf (accessed 21 September 2015).
9. Будашко В.В., Юшков Е.А. Математическое моделиро-
вание всережимных регуляторов оборотов подруливающих
устройств судовых энергетических установок комбиниро-
ванных пропульсивных комплексов // Электронное модели-
рование. – 2015. – Т.37. – №2. – С. 101-114.
10. WAMIT® / User manual // WAMIT, Inc.: Incorporated and Mas-
sachusetts Institute of Technology. – 2006. – 394 p. Available at:
http://www.engr.mun.ca/~bveitch/courses/8000/software/wamit/wami
t.pdf (accessed 21 September 2015).
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2015. №6 19
REFERENCES
1. Radan D. Integrated control of marine electrical power
systems. Thesis for the degree of philosophiae doctor, Trond-
heim, Norway, 2008. 231 p. Available at: http://www.diva-
portal.org/smash/get/diva2:123798/FULLTEXT01.pdf (accessed
19 September 2015).
2. M.J. Sanjari, O. Alizadeh Mousavi, G.B. Gharehpetian. Assess-
ing the risk of blackout in the power system including HVDC and
FACTS devices. International Transactions on Electrical Energy
Systems, 2013, vol.23, no.1, pp. 109-121. Available at:
http://onlinelibrary.wiley.com/enhanced/doi/10.1002/etep.1619.
(accessed 21 September 2015). doi: 10.1002/etep.1619.
3. Ocheretianyi Yu.A., Zhivitsa V.I., Belyi V.N., Onishchenko
O.A., Vainfel'd E.I. Concept of computer monitoring and technical
diagnostics for refrigeration unit of the ship. Sudovye energetiches-
kie ustanovki – Ship Power Plants, 2011, no.28, pp. 5-11. (Rus).
4. Budashko V.V., Onishchenko O.A. Improving management
system combined thruster propulsion systems. Visnyk NTU «KhPІ»
– Bulletin of NTU «KhPІ», 2014, no.38(1081), pp. 45-51. (Ukr).
5. Budashko V.V., Onishchenko O.A. Mathematical principles
of simulation of power plant’s control system at drillship.
Vestnik Kamchatskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo
universiteta – Bulletin оf Kamchatka State Technical University,
2014, no.29, pp. 6-13. (Rus).
6. Le Luo, Lan Gao, Hehe Fu. The control and modeling of
diesel generator set in electric propulsion ship. International
Journal of Information Technology and Computer Science,
2011, vol.3, no.2, pp. 31-37. Available at: http://www.mecs-
press.org/ijitcs/ijitcs-v3-n2/IJITCS-V3-N2-5.pdf (accessed 21
September 2015). doi: 10.5815/ijitcs.2011.02.05.
7. Budashko V.V., Onischenko O.A., Yushkov E.A. Physical
modeling of multi-propulsion complex. Zbirnyk naukovykh prats
Viiskovoi akademii (m. Odesa) – Collection of scientific works of
the Military Academy (Odessa City), 2014, no.2 pp. 88-92. (Rus).
8. Hansen J.F. Modelling and control of marine power systems. Dok-
tor ingeniør thesis, Trondheim, Norway, 2000. 119 p. Available at:
http://www.itk.ntnu.no/databaser/dr_ing_avhandlinger/vedlegg/110_pdf
.pdf (accessed 21 September 2015).
9. Budashko V.V., Yushkov Y.A. Mathematic modeling of all-
range controllers speed of thrusters for ship power plants in
combined propulsion complexes. Electronnoe modelirovanie –
Electronic Modeling, 2015, vol.37, no.2, pp. 101-114. (Rus).
10. WAMIT® / User manual // WAMIT, Inc.: Incorporated and Mas-
sachusetts Institute of Technology. – 2006. – 394 p. Available at:
http://www.engr.mun.ca/~bveitch/courses/8000/software/wamit/wami
t.pdf (accessed 21 September 2015).
Поступила (received) 23.09.2015
Будашко Виталий Витальевич, к.т.н., доц.,
Одесская национальная морская академия,
65029, Одесса, ул. Дидрихсона, 8,
тел/phone +38 048 7332367, e-mail: bvv@te.net.ua
V.V. Budashko
Оdessa National Maritime Academy,
8, Didrikhson Str., Odessa, 65029.
Implementation approaches during simulation of energy
processes for a dynamically positioned ship.
Purpose. Creation of a mathematical model of the ship's power
plant (SPP) combined propulsion complexes (CPC) that takes
into account the behavior of all objects, including the ship itself,
the transfer of power from the medium speed diesel generators
on the propellers, which will allow to take into account the hy-
drodynamic properties of the vessel and their impact on the
energy processes in SPP CPC. Methodology. The analysis of
energy processes in the SPP CPC in different operating condi-
tions resulted in creation of a strategy for constructing mathe-
matical models of SPP CPC. This strategy is based on the im-
plementation on the vector plane resulting power characteristics
of SPP vectors disturbances, leading to the deviation of the hy-
drodynamic characteristics of the ship during operation dy-
namic positioning. The result allowed to consider not only the
features of setting PID-governors of frequency converters of
electric thrusters but the automatic voltage regulators of me-
dium speed diesel generators as well. Results. Within the re-
search work a software package Ships_CPC in Mat-
Lab/Simulink was developed under the state budget project
«Concepts, technologies and ways of improving ship power
plants combined propulsion complexes» at the Department of
Electromechanics and Electrical Engineering of Odessa Na-
tional Maritime Academy. Originality. This complex represents
a set of functional blocks of the components SPP CPC, built on
the principle of «input-output». The simulation results demon-
strate the ability to use software package Ships_CPC to study
the effect of various settings on the energy regulators of proc-
esses SPP CPC, which can develop and integrate the different
strategies of automatic voltage regulators. Practical value.
Since software complex Ships_CPC was developed under Open
system technology, it can reorganize, re-tune and integrate in
processes of any difficulties with further completion in the form
of a universal structure. References 10, figures 7.
Key words: ship power plants, combined propulsion complex,
dynamic positioning, mathematical modeling, transfer of
power, efficiency, regulation.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-149384 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2074-272X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:37:25Z |
| publishDate | 2015 |
| publisher | Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Будашко, В.В. 2019-02-21T13:11:25Z 2019-02-21T13:11:25Z 2015 Имплементарный подход при моделировании энергетических процессов динамически позиционирующего судна / В.В. Будашко // Електротехніка і електромеханіка. — 2015. — № 6. — С. 14–19. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 2074-272X DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2015.6.02 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/149384 621.436+621.31:625.5.035 В результате анализа энергетических процессов в судовых энергетических установках комбинированных пропульсивных
 комплексов в различных эксплуатационных режимах создана стратегия построения математических моделей указанных комплексов. Стратегия основана на имплементации векторов возмущающих воздействий, изменяющих гидродинамические характеристики судна, на векторную плоскость энергетических характеристик. Предложенный подход к
 моделированию энергетической установке судна, находящегося в режиме динамического позиционирования, позволил
 учесть: а) особенности настроек ПИД-регуляторов частотных электроприводов подруливающих устройств; б) автоматических регуляторов напряжения среднеоборотных дизель-генераторов; в) эксплуатационные характеристики всех
 управляемых объектов комплекса и судна при передаче мощности к гребным винтам. У результаті аналізу енергетичних процесів у суднових енергетичних установках комбінованих пропульсивних комплексів в різних експлуатаційних режимах створена стратегія побудови математичних моделей зазначених комплексів. Стратегія заснована на імплементації векторів збурюючих впливів, які змінюють гідродинамічні характеристики
 судна на векторну площину енергетичних характеристик. Запропонований підхід до моделювання енергетичної установки судна, яке знаходиться у режимі динамічного позиціонування, дозволив врахувати: а) особливості налаштувань
 ПІД-регуляторів частотних електроприводів підрулюючих пристроїв; б) автоматичних регуляторів напруги середньо-обертових дизель-генераторів; в) експлуатаційні характеристики всіх керованих об'єктів комплексу й судна при
 передачі потужності до гребних гвинтів. Purpose. Creation of a mathematical model of the ship's power
 plant (SPP) combined propulsion complexes (CPC) that takes
 into account the behavior of all objects, including the ship itself,
 the transfer of power from the medium speed diesel generators
 on the propellers, which will allow to take into account the hydrodynamic properties of the vessel and their impact on the
 energy processes in SPP CPC. Methodology. The analysis of
 energy processes in the SPP CPC in different operating conditions resulted in creation of a strategy for constructing mathematical models of SPP CPC. This strategy is based on the implementation on the vector plane resulting power characteristics
 of SPP vectors disturbances, leading to the deviation of the hydrodynamic characteristics of the ship during operation dynamic positioning. The result allowed to consider not only the
 features of setting PID-governors of frequency converters of
 electric thrusters but the automatic voltage regulators of medium speed diesel generators as well. Results. Within the research work a software package Ships_CPC in MatLab/Simulink was developed under the state budget project
 «Concepts, technologies and ways of improving ship power
 plants combined propulsion complexes» at the Department of
 Electromechanics and Electrical Engineering of Odessa National Maritime Academy. Originality. This complex represents
 a set of functional blocks of the components SPP CPC, built on
 the principle of «input-output». The simulation results demonstrate the ability to use software package Ships_CPC to study
 the effect of various settings on the energy regulators of processes SPP CPC, which can develop and integrate the different
 strategies of automatic voltage regulators. Practical value.
 Since software complex Ships_CPC was developed under Open
 system technology, it can reorganize, re-tune and integrate in
 processes of any difficulties with further completion in the form
 of a universal structure. ru Інститут технічних проблем магнетизму НАН України Електротехніка і електромеханіка Електричні машини та апарати Имплементарный подход при моделировании энергетических процессов динамически позиционирующего судна Implementation approaches during simulation of energy processes for a dynamically positioned ship Article published earlier |
| spellingShingle | Имплементарный подход при моделировании энергетических процессов динамически позиционирующего судна Будашко, В.В. Електричні машини та апарати |
| title | Имплементарный подход при моделировании энергетических процессов динамически позиционирующего судна |
| title_alt | Implementation approaches during simulation of energy processes for a dynamically positioned ship |
| title_full | Имплементарный подход при моделировании энергетических процессов динамически позиционирующего судна |
| title_fullStr | Имплементарный подход при моделировании энергетических процессов динамически позиционирующего судна |
| title_full_unstemmed | Имплементарный подход при моделировании энергетических процессов динамически позиционирующего судна |
| title_short | Имплементарный подход при моделировании энергетических процессов динамически позиционирующего судна |
| title_sort | имплементарный подход при моделировании энергетических процессов динамически позиционирующего судна |
| topic | Електричні машини та апарати |
| topic_facet | Електричні машини та апарати |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/149384 |
| work_keys_str_mv | AT budaškovv implementarnyipodhodprimodelirovaniiénergetičeskihprocessovdinamičeskipozicioniruûŝegosudna AT budaškovv implementationapproachesduringsimulationofenergyprocessesforadynamicallypositionedship |