[发明专利]海洋船舶或平台上的动能发电机的与运动状态有关的操作

说明书

一种用于操作海洋船舶或平台海洋船舶或平台上的动能发电机的与运动状态有关的方法(800)，所述方法包括：确定(820)海洋船舶或平台海洋船舶或平台的运动状态；以及基于运动状态对动能发电机的充电和放电中的至少一者施加(830)限制，以将动能发电机保持在安全操作范围内。

背景技术

许多不同类型的海洋船舶和平台具有显著的功率需求，并且包含通常被称为“微电网”的自包含式电力系统。在本发明的上下文中，海洋船舶包括典型的海洋船舶(例如，补给船、货船、商船和渡轮)以及海上钻探装置(例如，半潜式钻探平台和钻探船)和延伸的海上平台，该平台会经历由于环境负载(例如风、海流和波浪)引起的剧烈运动(例如某些类型的海洋采矿平台)。微电网通常为各种电负载供电。对于海上钻探装置(也称为移动式海上钻探单元)，这样的负载包括绞车、绞盘、液压动力单元(HPU)、电动推进器、泥浆泵、顶部驱动器、转台、动态制动系统、水泥泵、起重机和外围电气负载。这些电负载中的一些相对恒定。例如，照明、HVAC(供暖、通风和空气调节)、泵、搅拌器、混合器和空气压缩机通常产生约一至五兆瓦(MW)的基本负荷。泥浆泵、顶部驱动器和转台也可能产生相对恒定的电负载。

另一方面，海上钻探装置上的一些显著的电负载可能是非常动态的。例如，绞车、绞盘、推进器、起重机、HPU和泥浆泵产生高度可变的负载，其峰值功率需求例如是典型的基本负载的两到三倍。作为一个特定的示例，一些绞车的负荷要求可以在不到二十秒内变化达十MW，并且可以在不到两秒内从零逐渐上升至约七MW。作为另一个示例，钻探船和半潜式钻探装置使用推进器以相对于海底油井保持恒定位置。钻探船或半潜式钻探装置上的每个推进器可能代表约五到七MW的最大负载，而典型的钻探装置可能具有六到八个推进器，从而使得总推进器最大负载超过三十MW。每个推进器可以在大约十到二十秒内逐渐上升至其最大负载，并且可以一次启动多个推进器。因此，推进器可能会对钻探装置产生非常大的瞬态负载。因此，海上钻探装置的微电网必须支持显著的瞬态和稳态的电负载。此外，海上钻探装置的微电网必须高度可靠，因为电力故障或“停电”可能会带来灾难性后果，包括生命损失、严重的环境破坏和巨大的经济损失。

AC燃烧式发电机或“发电机组”通常用于在微电网中提供电力。这些发电机需要大量时间才能启动，并且无法快速响应负载变化。因此，这些发电机通常以大的“运转备用”(即，运行中的发电机的备用发电容量)来运行，以支持负载增加，并且在单个发电机发生故障的情况下确保足够的发电机容量。超级电容器可以用于支持瞬态负载，而常规的电池可以用于在发电机完全故障的情况下在有限的时间内供电。

发明内容

在一个实施方案中，一种用于操作海洋船舶或平台上的动能发电机的与运动状态有关的方法，其包括：确定所述海洋船舶或平台海洋船舶或平台的运动状态；以及基于所述运动状态对所述动能发电机的充电和放电中的至少一者施加限制，以将所述动能发电机保持在安全操作范围内。

在一个实施方案中，所述施加步骤包括：基于所述运动状态，限制所述动能发电机的转子的加速和减速中的至少一者。

在一个实施方案中，所述施加步骤包括：针对所述动能发电机的充电和放电中的至少一者中的每一者，施加从对应的离散的多个速率中选择的限制。

在一个实施方案中，所述方法包括：(a)在确定步骤中，确定所述海洋船舶或平台海洋船舶或平台的运动特性的值；以及(b)在所述施加步骤中，将所述动能发电机的充电和放电中的至少一者的速率限制为作为所述运动特性的值的渐进函数的速率。

在一个实施方案中，所述施加步骤包括：当所述海洋船舶或平台海洋船舶或平台处于高运动状态时，执行以下操作中的至少一者：(a)禁用所述动能发电机的充电；以及(b)限制所述动能发电机的削峰能力。

在一个实施方案中，所述施加步骤包括：当所述海洋船舶或平台海洋船舶或平台处于高运动状态时，允许所述动能发电机以所述转子的被限制为比所述海洋船舶或平台海洋船舶或平台处于较小运动状态时所允许的对应的减速速率小的减速速率支持负载。