CC BY
41
Сумiжнi галуз'1
УДК 629.56:064.5+620.9+629.5 ^к 10.20998/2074-272Х.2017.2.10
В. В. Будашко
РОЗРОБКА ТРИР1ВНЕВО1 БАГАТОКРИТЕР1АЛЬНО1 СТРАТЕГИ УПРАВЛ1ННЯ Г1БРИДНОЮ СУДНОВОЮ ЕНЕРГЕТИЧНОЮ УСТАНОВКОЮ КОМБ1НОВАНОГО ПРОПУЛЬСИВНОГО КОМПЛЕКСУ
На пiдставi системноТ класифжаци топологй суднових енергетичних установок (СЕУ) комбтованих пропульсивних комплекав (КПК) були систематизован основн переваги i недолки СЕУ КПК в залежностг вид топологи системы розподЬення енерги Були отримаш характеристики процеав передач потужностг у СЕУ КПК i системах енергопо-стачання, i Тх стратегш контролю з точки зору пдвищення ефективност1 та усунення зазначених недошкш. Удоско-налено математичний апарат для проведення дослджень з точки зору розробки методiв проектування i управлння гШридними СЕУ КПК зi скороченням споживання палива, викид'ш у довтлля i тдвищенж ремонтопридатност1, мане-вреност1 i рiвня комфорту. Розроблений метод дае можливiсть iтерацiйноТ оптим1заци параметрiв СЕУ КПК, що дозволяе використовувати його як за^б ттелектуального проектування, результатом застосування якого е вдоско-нален експлуатацйж характеристики СЕУ КПК. Бiбл. 49, табл. 1, рис. 12.
Ключовi слова: суднова енергетична установка, комбшований пропульсивний комплекс, система управлшня енерго-споживанням, стратепя управлшня.
На основании системной классификации топологий судовых энергетических установок (СЭУ) комбинированных пропульсивних комплексов (КПК) были систематизированы основные преимущества и недостатки СЭУ КПК в зависимости от топологии системы управления распределением энергии. Были получены характеристики процессов передачи мощности в СЭУ КПК и системах энергоснабжения, и их стратегий контроля с точки зрения повышения эффективности и устранения указанных недостатков. Усовершенствован математический аппарат для проведения исследований с точки зрения разработки методов проектирования и управления гибридными СЭУ КПК с сокращением потребления топлива, выбросов в окружающую среду и повышении ремонтопригодности, маневренности и уровня комфорта. Разработанный метод дает возможность итерационной оптимизации параметров СЭУ КПК, что позволяет использовать его как средство интеллектуального проектирования, результатом применения которого является усовершенствованные эксплуатационные характеристики СЭУ КПК. Библ. 49 табл. 1, рис. 12.
Ключевые слова: судовая энергетическая установка, комбинированный пропульсивной комплекс, система управления энергопотреблением, стратегия управления.
Вступ. Мiнiмiзацiя додаткових витрат зi змшою експлуатацшного режиму судново! енергетично! установки (СЕУ) комбшованого пропульсивного комплексу (КПК) досягаеться шляхом забезпечення ста-бшьносп потужносп СЕУ i навантаження середньо-обертових дизель-генераторiв (СОДГ) в умовах збу-рення довкшля за рахунок оптимального в сена мшь муму критерш споживано! потужносп при управлшня параметрами СЕУ КПК. З метою тдвищення про-дуктивносл СЕУ КПК iз рiзними архггектурними рь шеннями структур, застосування то! або шшо! штеле-ктуально! стратеги управлшня базуеться до визначен-ш ефективносп настроювання всережимних регуля-торiв СОДГ i частотних перетворювачiв (ЧП), що жи-влять гребш електродвигуни (ГЕД) пвдрулюючих пристро!в (1111) з точки зору дотримання вщповщного рiвня питомо! витрати палива (ПВП) в залежносп вiд навантаження на гребш гвинти i СОДГ (рис. 1).
Не дивлячись на рiзноманiтнiсть структур СЕУ КПК !х можливо групувати за схожими перевагами i недолiками (табл. 1), проаналiзувавши яку можна зробити висновок, що основними недолшами сучас-них гiбридних СЕУ КПК, з точки зору ефективносп управлшня i забезпечення експлуатацiйних режимiв, е неможливiсть коригувати оберти СОДГ у вщповвдно-стi до навантаження на гребш гвинти i необхщшсть застосування альтернативних джерел енерги (АДЕ).
Постановка задачь На першому еташ потрiб-но класифiкувати топологiю СЕУ КПК за мехашч-
ними, електричними або пбридними типами двигу-шв, i топологiею живлення (тепловi, електрохiмiчнi i гiбриднi).
Потiм, розглядаючи процеси у СЕУ КПК i системах енергопостачання i !х стратегш контролю, шд-вищити можливостi та усунути недолiки для цих систем i !х вiдповiдного контролю. I врешп необх1дно розробити математичний апарат для проведення до-слщжень з точки зору розробки методiв проектування i управлiння гiбридними СЕУ КПК зi скороченням споживання палива, викидiв у довк1лля i пвдвищенш ремонтопридатностi, маневреностi i рiвня комфорту.
Дослщження проводяться в рамках науково-досл^цно! держбюджетно! роботи «Концепци, технологи та напрямки удосконалення суднових енергетичних установок комбшованих пропульсивних комплекав» Нацюнального унiверситету «Одеська мор-сько! академiя» (державний реестрацшний номер 0114Ш00340).
Метою статтi е пвдвищення ефективностi пбри-дних СЕУ КПК методом поеднання критерив стратегш управлшня розподшом енерги.
Методи дослщжень. Гiбриднi СЕУ КПК з АДЕ, яш використовують максимальну ефектившсть прямого механiчного приводу i гнучкiсть поеднання по-тужностi згоряння вiд теплового двигуна i накопиче-но! енерги з АДЕ, е найбшьш перспективними. На низьк1й потужносп пропульсивного електричного
© В.В. Будашко
ня на СОДГ i характеристик гребних гвинтв: 1-4 - характеристики СОДГ; 1 - загороджувальна; 2 - навантажувальна; 3 - навантажувальна з тдвищеним рейтингом; 4 - навантажувальна з иослщовним турбонаддувом; 5-6 - характеристики гребних гвинттв; 5 - розрахункова; 6 - на вшьшй водi;
7 - випробувальна
приводу, призначеного для приведення у рух судна, ГЕД забезпечуе необхiдну потужнiсть, а надлишок потужностi теплового двигуна може бути використа-ний в якостi живлення власних потреб ввд валогенера-тору. Типова архитектура тако1 СЕУ КПК показана на рис. 2 [41, 42].
Слад зазначити, що СОДГ, обладнанш системами автоматичного пуску, таких як PMR (Power Management Relay) у склащ PMS (Power Management System), у перюд оч^вань знаходяться у "гарячому резервГ. Це означае, що як мiнiмум, здшснюеться постiйний пiдiгрiв двигуна (для единих СЕЕС з рвдинним охоло-дженням). Електростанцiя з автоматичним пуском може прийняти на себе навантаження за декшька секунд з моменту зникнення напруги на головний роз-подiльний щит (ГРЩ), ш не потрiбен час на додатко-вий про^в двигуна. Крiм того, немае необхвдносп вручну здiйснювати перемикання у ГРЩ - вс необ-хвдш комутацй' виконуються автоматично, а тд час роботи СОДГ здiйснюеться автоматична пвдтримка частоти вих1дно1 напруги i оберпв дизеля. Для особливо складних умов експлуатацiï, у спещальних СЕЕС можлива робота СОДГ й у такому режим^ коли двигун працюе постiйно, але до генератору навантаження не шдключене або мшмальне. У такому режи-мi витрата пального, хоч i не дуже велика, але теж е. Необхщно пам'ятати, що при переключениях у ава-рiйнi режими необхщна гарантована робота акумуля-торних батарей. Тому тд час нормальноï експлуатацп СЕЕС необхвдно забезпечити й тдзарядку акумуля-торних батарей, на що теж витрачаеться пальне. Зро-зумшо, що сумарна витрата пального для двох част-ково завантажених СОДГ ютотно вища, нiж у одного СОДГ, працюючого при аналогiчному навантаженш.
Рис. 2. Однолшшна схема пбридшл СЕУ КПК багатоцiльового судна з допмжними ПП типу L-Drive
Таблиця 1
Переваги i недолiки двигушв i технологiй систем живлення СЕУ КПК
Технолопя Переваги Недолiки Джерело
Електромеханiчний КПК Низью втрати при розрахунковш потужностi Низька ефективнiсть при часткових i пiкових навантаженнях Рис. 1 [1, 2]
Низью викиди С02 та М0х при розрахунковш потужностi Високi викиди М0х при зниженнi навантаження [3, 4]
Низькi втрати перетворення енергп Низьке резервування [5]
Шдвищений рiвень шуму [6]
Перевантаження дизельних двигу-нiв [7, 8]
Дизель-електричний пропульсивний комплекс (ДЕПК) Перевантажувальна спроможнiсть Постiйнiсть частоти обертання СОДГ [9, 10]
Узгоджешсть навантаження iз СОДГ Втрати при розрахунковш потужно-ста [11]
Висока перспективтсть Ризик постшно1 нестабшьносп по-тужностi навантаження [12]
Зниження викидiв М0х при низь-кiй швидкосп Потенцшно низький ршень шуму Рис. 2 [13]
Пбридний ДЕПК Низькi втрати при розрахунковш потужносп Постiйнiсть частоти обертання СОДГ [14]
Перевантажувальна спроможнiсть [15, 16]
Узгодження навантаження i ГЕД на низькiй потужносп Складтсть системи [17]
Потенцшно низький ршень шуму ГЕД [18, 19]
Гiбридний ДЕПК i3 альтернативними джерелами енергп (АДЕ) Незалежтсть вiд стану повiтря Лiмiтована потужнiсть [20, 21]
Зниження викидiв у повiтря Небезпечнiсть [22]
Висока ефективтсть i низький ршень шуму Неможливiсть модертзаци [23]
Гiбридна суднова електроенергетична система (СЕЕС) Незалежтсть вщ стану повiтря Лiмiтована потужнiсть [24, 25]
Зниження викидiв у повiтря i низький рiвень шуму Небезпечнiсть
ДЕПК з пбридною СЕЕС Виршнювання навантаження Постiйнiсть частоти обертання СОДГ [26, 27]
Нульовий ршень шуму i шюдли-вих викидш Складтсть системи [28]
Зберiгання регенеровано1 енерги Небезпечтсть обслуговування батарей [29]
Ефектившсть резервного живлення Вартiсть батерей [30]
Можливгсть включення iмпульс-но1 потужностi Необхщтсть контролю за станом кожно1 з батерей [31]
Зниження витрати палива i вики-дiв у атмосферу Можливють виходу з ладу батарей у наслвдок перезаряджання [32, 33]
Вщсуттсть збiльшення М0х тд час збшьшення навантаження Складтсть мониторингу за станом батарей Рис. 3 [34, 35]
ДЕПК з пбридною СЕЕС постшного струму iз системою накопичення енерги (СНЕ) Змiнна швидюсть обертання ГЕД i навантаження Складтсть системи [36]
Оптимальне навантаження ГЕД Вартасть i втрати у силовш електро-нiцi [37]
Зниження ршня шуму i вiбрацп двигуна Збшьшення М0х у зв'язку зi змiнною потужтстю [38]
Зниження витрати палива i вики-дiв С02 Необхщтсть впровадження енерго-збереження при зменшент потуж-ностi [39]
Можливiсть включення iмпульс-но1 потужносп Складтсть управлшня [40]
Змша техшчно! складово! традицшного пiдходу до побудови гiбридних СЕЕС СЕУ КПК, придатних до застосування для багатьох типiв суден, засновано
на принцип видозмiни структури СЕЕС для багатьох практичних випадк1в експлуатацшних режимiв, у яких робота основного СОДГ може здiйснюватися
при навантаженнях аж до 80 % номшального значения, а динамiчний резерв енерги здiйснюeться ввд до-даткового статичного АДЕ.
Такий тдхвд вiдомий, проте його технiчна реаль зацiя до сьогоднiшнього дня була практично нездшс-ненна через вщсутшсть високоефективного статичного джерела енерги, яке помiтно перевищуе за сво!ми технiко-експлуатацiйними характеристиками класич-нi акумуляторш батаре! та забезпечуе високу стушнь пiкового навантаження й запасу електроенерги.
Найвищий р1вень управлшня;
Пропонуеться використання у гiбриднiй СЕЕС СЕУ КПК додаткового АДЕ, котрий складаеться з двошарових електрохiмiчних конденсаторiв (англ. Electric double-layer capacitor - EDLC).
Блок-схема класично! стратеги управлшня пбридною СЕУ КПК на базi представлено! на рис. 2 i3 використанням EDLC за ^m^ieM мiнiмуму спожи-вання електроенерги показано на рис. 3.
Система управлшня електроенерпею (EMS)
Розподт: Страте пя управлшня за KpitopicM мшмуму споживаноТ потужи о cxi (ЕС MS) Пром1жний piaeHbi ^р
тк,
л
Система управлшня розподшом потужшетю (PMS)
I [уск/'jyiinnKa СОД Г
Регул ювання частот и
Регулювання напруги
Захист
Дистанцшне
ir/ri
автоматично
V V„
Регулятор оборотов САРН
п А ¿паливо К к
Дизель Генератор
управлшня
СОД Г г
t К..
V„fm
Шк.
Регулятор оборот! в САРН
nk Апаливо
Дизель Генератор
Сигнали управлшня
Шы
Контроль напруги
EDLC
Конвертер
DCIAC
Шк
Суднова елсктроенсргстична система (СЕЕС): V,f
Рис. 3. Блок-схема управлшня пбридною СЕУ КПК за крш^ем мшмуму споживання електроенерги: САРН - система автоматичного регулювання напруги (англ. Automatic Voltage Regulator - AVR); Xset - уставка; P - потужтсть; f- частота напруги; V - напруга; n - частота обертання СОДГ; iexc - струм збудження генератор1в; I - струм СОДГ
Ядром системи мониторингу та управлiния единою СЕЕС СЕУ КПК iз ЕБЬС як джерелом динамч-ного живлення е модуль оцiнки напруги ЕБЬС i сту-пеню надлишкового заряду. Тому що залежиiсть мiж напругою ЕБЬС i розрахунковою величиною ступеню заряду е приблизно лiнiйною, отже, точшсть детекту-вання рiвня напруги на конденсаторi буде безпосере-дньо визначати точшсть шформаци про стан ЕБЬС.
Енерпя розряду конденсаторних модулiв у СЕУ КПК для характеристик збурюючих сил, параметри-зацiя дiй яких визначаються рiвияниями (1), (2), за умови знаходження усiх пiдрулюючих пристро!в (ПП) у координатнiй площинi безпосереднього регулювання моменту задаеться рiвияниям (3) за оцiнкою штег-раци загально! площi поверхнi усiх модулiв ЕБЬС пiд гальванiчну криву розряду або заряду:
Г^ (0 = Ь (0 ■ + <ЕЫ ■ % (О,
С) = Ь С) ■ ^ ЫЕ + 2ЗЫ ■ С)/ де 2ЗЕ - iмпедаис перетворювача з електричного боку, [Ом]; 2ЗМ - iмпеданс перетворювача з мехашчного боку, [Ом]; ^Ы - постшна часу електромеханiчного перетворення, [с]; М - постшна часу механо-електричного перетворения, [с]
US (Z) = IS (0 •ZSE +t em • us (0.
fs (Z) = is (t) • me + ZSM • us (t).
(2)
(mcS + mncS ) • d US (t) + HSUS (t) + HR j US (t)dt = FS (Z >
dt
де FS(Z) = (FS1(Z1), Fs2(Z2), FS3(Z3), Fsa(Z4), ..., FSi(Zm))Tmatrix('); комплексний iмпеданс визначаеться матрицями активно! та iндуктивно! складових схеми замщення комплексного навантаження Z = Rm + + PjjLm; Tmatrxc(i) - матриця конфiгурацiйних параметрiв пiдрулюючих пристро!в, де (i = 0...к) - номер вщпо-вщно! конфiгурацi! вiдповiдно до табл. 1. i вибрано! технологi! СЕУ КПК [43, 44].
Ue
Eint/SOC (t) = 1 EDLC j US (t)dt
(3)
Ue
J EDLC _ max
Формула (3) дозволяе розрахувати потужнiсть зарядного пристрою, необхiдного для забезпечення необхвдного ступеню заряду EDLC для певного екс-плуатацiйного режиму СЕУ КПК пвд час динамiчних навантажень. Звiдкiля eмнiсть усiх конденсаторних модулiв будемо визначати за формулою:
с,
2E,
int/EDLC
int/SOC
ч2 '
, (4)
(UEDLC _ max ) Силовi конденсатори EDLC пбридних ДЕПК формуються у модулi за рахунок визначення необидно! енерги заряду/розряду у потужностi розрахованих зарядних пристро!в. Беручи до уваги велику кшьюсть силових пристро!в, високовольтних i потужних лiнiй електропостачання мiж модулями i СЕЕС СЕУ КПК, електромагштне середовище е складним. Програма функцюнування монгторингово! системи повинна складатися з двох частин: система керування (СК) i iнтегрований блок управлiння мониторингом емностi. 1нтегрований блок управлiння буде нести вщповвда-льнiсть за ввдстежування та обробку сигналiв ввд мо-дулiв EDLC, наприклад: загальну напругу емностi, рiвень зарядного i розрядного струмiв, iнформацiю про температуру навколишнього середовища тощо. СК вiдслiдковуватиме алгоритми i зберiгання даних у модулях EDLC, стан системи мониторингу та управ-лiння, силових пристро!в i управлiння схеми штер-фейсу людина-машина.
Для обмiну iнформацiею в рiзних пристроях управлiння в якостi вузла зв'язку у СЕУ КПК плану-еться використовувати мережу network, для того, щоб посилати команди на блок мониторингу ввд модулiв EDLC по системнш шинi, та отримувати завантажен-ня даних. Кожен блок мониторингу у модулях EDLC вщповвдатиме за: отримання сигналу стану одного EDLC по напрузi i температура
Для вибору кiлькостi i емносп EDLC вiдповiдно до типу СЕУ КПК i особливостей експлуатацiйного режиму, на початку зпдно iз складовими комплексного iмпедансу визначаемо параметри матриць активно! та шдуктивно! складових схеми замiщення комплексного навантаження Z" = R" + PjjLm (рис. 4). А для зна-чення величини упору для режиму безпосереднього управлшня моментом розраховуемо коефiцiенти мат-рицi конфiгурацiйних параметрiв пвдрулюючих пристрой Tmatrx(i), де (i = 0...k) - номер ввдповвдно! конфь гураци.
ВО 100 120 140 160 ISO 200
Рис. 4. Параметри комплексного навантаження для визначення емноста EDLC для певного експлуатацшного режиму СЕК КПК: ступеню заряду EDLC (англ. State-of-Charge -SOC)
Наприклад, для схеми СЕУ КПК (рис. 2) [45, 46] на судш встановлено два головних класичних гвинта лiвого та правого борпв у кормовш частиш
судна; два кормових тунельних ПП; один азимуталь-ний ПП, що висуваеться з корпусу судна у носовш частиш судна, який може повертатися на будь-який кут aA (рис. 8) ввдносно дiаметральноi площини судна; два носових тунельних ПП (иТ12 - упори головних класичних гвинлв; ит34 - упори кормових тунельних ПП; uT5 - упор допомiжного азимутального ПП, MT67 - упори носових ПП):
( 11 0 0 cosa 0 0 ^
T,
0
1
1
cosa A5 sina ,
J-A5
11
,(5)
0
Jt\ ~ lT2 " lT3 " lT4 lT5sinaA5 lT6 lT7 „
де lTi (i = 1...7) - плече сили, або вiдстань вiд мюця прикладення упору даного ПП до проекци вектору зусилля тт на площину руху судна.
Потiм, у вщповвдносп до типу EDLC розраховуемо ампллудно-частотну характеристику (АЧХ) (рис. 5) i початковi параметри заряду/розряду у зада-них межах SOC (рис. 6).
10; 10" Iff1 10' ]0' 10' ]0J 10'
Рис. 5. Амплитудно-частотна характеристика обраних EDLC
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
Рис. 6. Параметри заряду/розряду обраних EDLC у заданих межах SOC
I нарешп, розраховуеться ефектившсть запропо-новано1 комплектаци СЕУ КПК динамiчними джере-лами живлення типу EDLC для певного експлуатацшного режиму (рис. 7) з урахуванням множини ситуа-цiйних чиннишв експлуатацiйного режиму СЕУ КПК конкретного судна, однолшшну схему якого представлено на (рис. 2). Зазначеш чинники враховуються у завданнi виршення локально! задачi iдентифiкацiï експлуатацiйного режиму, кожному з яких вщповщае свш склад ефективних змiнних [47, 48].
Результата дослщжень. На пiдставi розробле-ного методу було удосконалено стратегш управлiння
СЕУ КПК за критерieм мшмуму споживання елект-роенерги шляхом введення критерш отримання максимуму альтернативно! енерги та регулювання ступе-ню заряду батарей СНЕ iз використанням АДЕ, щоб звести до мiнiмуму споживання палива.
С_,„, . Ф п(£_
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,1
Рис. 7. Поршняльш характеристики ефективностi цимв заряду/розряду EDLC запропоновано! комплектацп СЕУ КПК динамiчними джерелами живлення для двох експлуа-тацшних режимiв: повна комплектащя - 4 СОДГ (червона суцшьна лшя); часткова комплектащя - 3 СОДГ (чорна пунктирна лшя)
Дотримання iнших критерив, таких як шум, вiб-рацiя, викиди у довкшля або технiчне обслуговування СОДГ(див. табл. 1) в першу чергу залежить вiд робо-чо! точки СОДГ (рис. 1) i АДЕ (рис. 7) i визначаеться настроюванням системи керування розподiленням електроенерги (рис. 3).
Таким чином, аналопчш функци витрат в залеж-ностi ввд режиму роботи СОДГ можуть бути отримаш за цими критерiями, а також i загальна оптимальна потужшсть СЕУ КПК може бути визначена з виваже-ною функцieю витрат за кшькома критерiями.
Удосконалення стратеги за критерieм отримання максимуму альтернативно! енерги та регулювання ступеню заряду батарей СНЕ iз використанням АДЕ стае перспективним шдходом для пвдвищення ефек-тивностi СЕУ КПК в порiвняннi з безлiччю функцiй для майбутшх розробок [49].
У кшцевому рахунку подальшi дослiдження по-винш рухатися шляхом об'еднання стратегiй управ-лiння з точки зору комплексного подходу. Блок-схема одного iз варiантiв удосконалено! стратегй' управлiння iнтегрованою системою з пбридним ДЕПК i единою СЕЕС на рис. 8.
Система управлшня елекпроенерпею
Налаштування функщй: повггряна оборона, параметри форватеру, транзит, буксируваныя, DP,
завдання параметр1В довшлля
НаГшшцин piaeHb у правящим:
Систем»! налаштування: низька пнтома внтрата палива, низький piBenb вмкнд1в, низький piaciib шуму, маневрешсть,
низьке навантаження (вщносне), встановлення пршритепв
Пром1жний ревень:
Уставки управлшня i вагов! коефнценти
Оптнмпащя
BararoKpürepiальнi функци упрашлння Упрашиння за критерием отримання максимуму альтернативно!' енерги та регулюванням ступеню заряду батарей
А
Диетаншйне
автоматичне
управлшня
СОДГ:
Управлшня моментом Управления моментом Управлшня моментом Регулятор обороте САРН Регулятор оборот! в САРН
7"^ фпалнво К К пй b'jj.n 1? Д 1 палию К и 4 X нал it во \v + ,
Дизель ГФК, ГРК Електро привод Дизель - Генератор Дизель - Генератор
Сигнала управлшня
Контроль папруги
| Редуктор, л in ja валу пли пш та судно"] [
EDLC
Конвертер
DCIAC
Ж
К i
Ланка iiocTiiiHoio струму: V. i
S
V.i
Контроль К f Конвертер DC/AC
К Uf
IF Ki,f
к и
Суди она електроенергетична система (СЕЕС): V,f
]
Рис. 8. Блок-схема стратегй управлшня СЕУ КПК за крит^ем максимуму альтернативно! енергй та регулювання ступеню заряду батарей СНЕ: САРН - система автоматичного регулювання напруги; ГРК - гвинт регульованого кроку; ГФК - гвинт фжсованого кроку; Xset - уставка; T - упор (момент); F - сила поштовху гвинта; f- частота напруги; V - напруга; n - частота обертання СОДГ; iexc - струм збудження генерат^в; i - струм; тт - результуюча проекци вектору зусилля на площину руху судна; aA - кут повороту ПП вщносно дiаметрально! площини судна
На рис. 9 - 12 приведет отримаш залежносп моделювання процесiв передачi потужносп у пбрид-ному ДЕПК. Моделювання проводилося Mat-
Lab/Simulink. С початку перехщного процесу (t = 0 c), навантаження отримуе живлення ввд основних СОДГ. СНЕ пбридного ДЕПК пвдключаеться для заряджання
aкумуляторiв i вщбуваеться пiдготовка до можливого знеструмлення судна.
На 40-вiй секундi судно знеструмлюеться i система управлiння електроенерпею перемикае живлен-ня з СОДГ на АДЕ. При цьому надлишковий запит потужностi забезпечуеться вiд ланки постшного струму, де здiйснювалася рекуперацiя енергi! вiд спо-живачiв, що працювали у генераторному режимi, тому що потужнiсть EDLC зростае повшьно.
Рис. 10. Енергетичнi характеристики EDLC: 1 - максимально напрузi вiдповiдаe значення 180 В; 2 - максимальному струму вдаовщае значення 270 А; 3 - максимальному зна-ченню вiдношення напруги на EDLC до напруги холостого ходу вдаоввдае значення 1; 4 - максимальнш температурi EDLC вщповвдае значення 50 °С
Рис. 9. Енергетичш характеристики СНЕ: 1 - максимальному струму вщповвдае значення 400 А; 2 - максимальнш напрузi вщповщае значення 48 В; 3 - максимальному сту-пеню заряду вщповщае значення 100 %
При t = 45 с, напруга на ланцi постiйного струму досягла нижчого рiвня (280 В) i СНЕ пiдключаeться до Г! шини i пiдживлюe до 450 В, напруга на якш на 47 секундi зростае до необхщного рiвня i СНЕ обме-жуе потужнiсть поступово до нульового значення. EDLC забезпечують необхiдну потужнiсть власних потреб i продовжуе шдживлювати шину ланки постшного струму, до яко! на 55 секундi тдключаються споживачi, що працюють у аваршному режимi. На 62 секундi вмикаеться СНЕ, яка шдтримуе напругу на шиш постшного струму до 450 В i допомагати EDLC забезпечувати недостачу додатково! потужностi нава-нтаження.
На 80 секундi потужнiсть EDLC досягае максимального значення, що обмежуеться уставкою 10 кВт максимальною потужшстю конвертера напруги DC/AC. Тому необхщна потужшсть навантаження власних потреб забезпечуеться СНЕ, максимальна потужнiсть яко! досягаеться при t = 120 с (20 кВт) i навантаження забезпечуеться живленням через шину ланки постшного струму.
Рис. 11. Залежност напруги i струму на ланцi постшного струму: 1 - максимальнш напрузi вщповщае значення 450 В; 2 - максимальному струму вдаовщае значення 1150 А
На 130 секундi запит потужносп навантаження знижуеться нижче потужностi, на яку розрахованi EDLC. У зв'язку з тим, що EDLC властивi низьки ди-намiчнi характеристики, шд час перехвдних процеав додаткове живлення споживачiв з них перемикаеться до ланки постiйного струму.
Рис. 12. Енергетичш характеристики пбридного ДЕПК: 1 -максимальнiй потужносп навантаження вдаовщае значення 1000 кВт; 2 - максимальнш потужноеп на СГЕ вщповь дае значення 10 кВт; 3 - максимальнш потужноеп на СНЕ вщповвдае значення 20 кВт; 4 - максимальнш потужноеп на DC-Link вщповщае значення 300 кВт
Результата дослщжень процеав передaчi потуж-ностi у пбриднш СЕУ КПК дають шдстави вважати, що виршення проблеми пiдвищення ефективносп остaннiх можливо шляхом поеднання класично! стра-тегi! упрaвлiння розподiлом потужносп зi стрaтегieю контролю ступеню заряду альтернативних джерел живлення. Сукупнiсть запропонованих стрaтегiй до-зволяе проектувати гнучш бaгaтофункцiонaльнi елек-троенергетичнi системи, яш iнтегруються у гiбриднi СЕУ КПК в якосп нев1д'емно! складово!.
Враховуючи те, що ступень регулювання заряду EDLC несуттевий по вiдношенню до споживано! реактивно! потужностi, а живлення конверторiв напру-гою iз низьким коефiцieнтом гaрмонiк створюе проблему рекупераци електроенергi!, можна констатува-ти, що компенсaцiя реактивно! потужностi в основному вщбуваеться за рахунок переведення СОДГ в режим компенсaторiв вiдповiдним налаштуванням П1Д-регуляторiв.
Висновки. У стaттi вирiшено науково-прикладну проблему удосконалення СЕУ КПК за рахунок розро-
бки Tp^iBHeBoi' 6araTOKprnepiaibHOi штегровано! стратеги управлшня розподiлом енерги.
Запропонований метод задовольняе cy4acHÍ ви-моги до енергозбереження, рiвням вiбрaцiй, шуму i деградацшних ефектiв, що пред'являються до СЕУ КПК, на вах дiлянкaх енергетичного процесу переда-4Í потyжностi ввд джерел енергй' до гребних гвинттв. Це дозволяе проводити параметризацш пропульсив-них i енергетичних характеристик СЕУ КПК в залеж-ностi вiд змiни експлyaтaцiйних режимiв, пдродина-мiчних характеристик i умов довкшля.
Важливим е можливiсть ггеращйно! оптимшци пaрaметрiв СЕУ КПК, що дозволяе використовувати розроблений метод як зааб штелектуального проек-тування, результатом застосування якого е вдоскона-ленi експлуатацшш характеристики СЕУ КПК.
СПИСОК ШТЕРАТУРИ
1. Geertsma R.D., Negenborn R.R., Visser K., Hopm J.J. Design and control of hybrid power and propulsion systems for smart ships: A review of developments // Applied Energy. -2017. - v. 194. - pp. 30-54. doi: 10.1016/j.apenergy.2017.02.060.
2. Kim D.H., Paik J.K. Ultimate limit state-based multi-objective optimum design technology for hull structural scantlings of merchant cargo ships // Ocean Engineering. - 2017. -v.129. - pp. 318-334. doi: 10.1016/j.oceaneng.2016.11.033.
3. Gonca G., Sahin B., Parlak A., Ust Y., Ayhan V., Cesur I., Boru B. Theoretical and experimental investigation of the Miller cycle diesel engine in terms of performance and emission parameters // Applied Energy. - 2015. - v.138. - pp. 11-20. doi: 10.1016/j.apenergy.2014.10.043.
4. Ko J., Jin D., Jang W., Myung C.-L., Kwon S., Park S. Comparative investigation of NOx emission characteristics from a Euro 6-compliant diesel passenger car over the NEDC and WLTC at various ambient temperatures // Applied Energy. -2017. - v. 187. - pp. 652-662. doi: 10.1016/j.apenergy.2016.11.105.
5. Baldi F., Johnson H., Gabrielii C., Andersson K. Energy Analysis of Ship Energy Systems - The Case of a Chemical Tanker // Energy Procedia. - 2014. - v.61. - pp. 1732-1735. doi: 10.1016/j.egypro.2014.12.200.
6. Vrijdag A., Stapersma D., van Terwisga T. Control of propeller cavitation in operational conditions // Journal of Marine Engineering & Technology. - 2010. - v.9. - pp. 15-26. doi: 10.1080/20464177.2010.11020228.
7. Natale F.D., Carotenuto C. Particulate matter in marine diesel engines exhausts: Emissions and control strategies // Transportation Research Part D: Transport and Environment. - 2015. - v.40. - pp. 166-191. doi: 10.1016/j.trd.2015.08.011.
8. Zhao F., Yang W., Tan W.W., Yu W., Yang J., Chou S.K. Power management of vessel propulsion system for thrust efficiency and emissions mitigation // Applied Energy. - 2016. -v.161. - pp. 124-132. doi: 10.1016/j.apenergy.2015.10.022.
9. Bassam A.M., Phillips A.B., Turnock S.R., Wilson P.A. An improved energy management strategy for a hybrid fuel cell/battery passenger vessel // International Journal of Hydrogen Energy. - 2016. - v.41. - iss.47. - pp. 22453-22464. doi: 10.1016/j.ijhydene.2016.08.049.
10. Symington W.P., Belle A., Nguyen H.D., Binns J.R. Emerging technologies in marine electric propulsion // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part M: Journal of Engineering for the Maritime Environment. - 2014. - v.230. -iss.1. - pp. 187-198. doi: 10.1177/1475090214558470.
11. Kwatny H.G., Bajpai G., Miu K., Yasar M. Fuel Optimal Control With Service Reliability Constraints for Ship Power
Systems // IFAC Proceedings Volumes. - 2014. - v.47. - iss.3. -pp. 6386-6391. doi: 10.3182/20140824-6-ZA-1003.01773.
12. Chuang S.-J., Hong C.-M., Chen C.-H. Improvement of integrated transmission line transfer index for power system voltage stability // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. - 2016. - v.78. - pp. 830-836. doi: 10.1016/j.ijepes.2015.11.111.
13. Vernengo G., Gaggero T., Rizzuto E. Simulation based design of a fleet of ships under power and capacity variations // Applied Ocean Research. - 2016. - v.61. - pp. 1-15. doi: 10.1016/j.apor.2016.09.003.
14. Lützen M., Mikkelsen L.L., Jensen S., Rasmussen H.B. Energy efficiency of working vessels - A framework // Journal of Cleaner Production. - 2017. - v.143. - pp. 90-99. doi: 10.1016/j.jclepro.2016.12.146.
15. McCoy T.J. Trends in ship electric propulsion // IEEE Power Engineering Society Summer Meeting. - 2002. - v.1. -pp. 243-346. doi: 10.1109/PESS.2002.1043247.
16. Zivi E. Design of robust shipboard power automation systems // Annual Reviews in Control. - 2005. - v.29. - iss.2. - pp. 261-272. doi: 10.1016/j.arcontrol.2005.08.004.
17. Castles G., Reed G., Bendre A., Pitsch R. Economic benefits of hybrid drive propulsion for naval ships // IEEE Electric Ship Technologies Symposium. - 2009. doi: 10.1109/ESTS.2009.4906560.
18. Baldi F., Ahlgren F., Melino F., Gabrielii C., Andersson K. Optimal load allocation of complex ship power plants // Energy Conversion and Management. - 2016. - v.124. - pp. 344-356. doi: 10.1016/j.enconman.2016.07.009.
19. Sulligoi G., Castellan S., Aizza M., Bosich D., Piva L., Lipardi G. Active front-end for shaft power generation and voltage control in FREMM frigates integrated power system: Modeling and validation // International Symposium on Power Electronics Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion. - 2012. - pp. 452-457. doi: 10.1109/SPEEDAM.2012.6264570.
20. Bigdeli N. Optimal management of hybrid PV/fuel cell/battery power system: a comparison of optimal hybrid approaches // Renewable and Sustainable Energy Reviews. - 2015. - v.42. - pp. 377-393. doi: 10.1016/j.rser.2014.10.032.
21. Choi C.H., Yu S., Han I.-S., Kho B.-K., Kang D.-G., Lee H.Y., Seo M.-S., Kong J.-W., Kim G., Ahn J.-W., Park S.-K., Jang D.-W., Lee J.H., Kim M. Development and demonstration of PEM fuel-cell-battery hybrid system for propulsion of tourist boat // International Journal of Hydrogen Energy. - 2016. -v.41. - iss.5. - pp. 3591-3599. doi: 10.1016/j.ijhydene.2015.12.186.
22. José J. de-Troy a, Alvarez C., Fernández-Garrido C., Carral L. Analysing the possibilities of using fuel cells in ships // International Journal of Hydrogen Energy. - 2016. - v.41. - iss.4. -pp. 2853-2866. doi: 10.1016/j.ijhydene.2015.11.145.
23. Nelson D.B., Nehrir M.H., Wang C. Unit sizing and cost analysis of stand-alone hybrid wind/PV/fuel cell power generation systems // Renewable Energy. - 2006. - v.31. - iss.10. - pp. 1641-1656. doi: 10.1016/j.renene.2005.08.031.
24. Ramli M., Hiendro A., Twaha S. Economic analysis of PV/diesel hybrid system with flywheel energy storage // Renewable Energy. - 2015. - v.78. - pp. 398-405. doi: 10.1016/j.renene.2015.01.026.
25. Rezzouk H., Mellit A. Feasibility study and sensitivity analysis of a stand-alone photovoltaic-diesel-battery hybrid energy system in the north of Algeria // Renewable and Sustainable Energy Reviews. - 2015. - v.43. - pp. 1134-1150. doi: 10.1016/j.rser.2014.11.103.
26. Vetter M., Lux S. Rechargeable Batteries with Special Reference to Lithium-Ion Batteries // Storing Energy. - 2016. - pp. 205-225. doi: 10.1016/B978-0-12-803440-8.00011-7.
27. Zahedi B., Norum L.E., Ludvigsen K.B. Optimized efficiency of all-electric ships by DC hybrid power systems // Jour-
nal of Power Sources. - 2014. - v.255. - pp. 341-354. doi: 10.1016/j.jpowsour.2014.01.031.
28. Wang L., Lee D.J., Lee W.J., Chen Z. Analysis of a novel autonomous marine hybrid power generation/energy storage system with a high-voltage direct current link // Journal of Power Sources. - 2008. - v.185. - iss.2. - pp. 1284-1292. doi: 10.1016/j.jpowsour.2008.08.037.
29. Ovrum E., Bergh T.F. Modelling lithium-ion battery hybrid ship crane operation // Applied Energy. - 2015. - v.152. - pp. 162-172. doi: 10.1016/j.apenergy.2015.01.066.
30. Haseltalab A., Negenborn R.R., Lodewijks G. Multi-Level Predictive Control for Energy Management of Hybrid Ships in the Presence of Uncertainty and Environmental Disturbances // IFAC-Papers On Line. - 2016. - v.49. - iss.3. - pp. 90-95. doi: 10.1016/j.ifacol.2016.07.016.
31. Lashway C.R., Elsayed A.T., Mohammed O.A. Hybrid energy storage management in ship power systems with multiple pulsed loads // Electric Power Systems Research. - 2016. -v.141. - pp. 50-62. doi: 10.1016/j.epsr.2016.06.031.
32. Giannoutsos S.V., Manias S.N. Energy management and D/G fuel consumption optimization in the power system of marine vessels through VFD-based process flow control // IEEE 15th International Conference on Environment and Electrical Engineering (EEEIC). - 2015. - pp. 842-850. doi: 10.1109/EEEIC.2015.7165274.
33. Zhao F., Yang W., Tan W.W., Yu W., Yang J., Chou S.K. Power management of vessel propulsion system for thrust efficiency and emissions mitigation // Applied Energy. - 2016. -v.161. - pp. 124-132. doi: 10.1016/j.apenergy.2015.10.022.
34. Papalambrou G., Karlis E., Kyrtatos N. Robust Control of Manifold Air Injection in a Marine Diesel Engine // IFAC-Papers On Line. - 2015. - v.48. - iss.14. - pp. 438-443. doi: 10.1016/j.ifacol.2015.09.496.
35. Papalambrou G., Kyrtatos N. Controlled Injection of Compressed Air in Marine Diesel Engine Intake for Improved Load Acceptance // IFAC Proceedings Volumes. - 2009. - v.42. -iss.26. - pp. 140-147. doi: 10.3182/20091130-3-FR-4008.00019.
36. Shih N.-C., Weng B.-J., Lee J.-Y., Hsiao Y.-C. Development of a 20kW generic hybrid fuel cell power system for small ships and underwater vehicles // International Journal of Hydrogen Energy. - 2014. - v.39. - iss.25. - pp. 13894-13901. doi: 10.1016/j.ijhydene.2014.01.113.
37. Zhang S., Xiong R., Sun F. Model predictive control for power management in a plug-in hybrid electric vehicle with a hybrid energy storage system // Applied Energy. - 2017. -v.185. - pp. 1654-1662. doi: 10.1016/j.apenergy.2015.12.035.
38. Butcher M., Maltby R., Parvin P.S. Compact DC power and propulsion systems - the definitive solution? // IEEE Electric Ship Technologies Symposium. - 2009. - pp. 521-528. doi: 10.1109/ESTS.2009.4906561.
39. Hodge C.G., Mattick D.J. The electric warship then, now and later // Proceedings of the 9th international naval engineering conference. - 2008. - pp. 556-565.
40. Indragandhi V., Subramaniyaswamy V., Logesh R. Resources, configurations, and soft computing techniques for power management and control of PV/wind hybrid system // Renewable and Sustainable Energy Reviews. - 2017. - v.69. -pp. 129-143. doi: 10.1016/j.rser.2016.11.209.
41. Budashko V., Nikolskyi V., Onishchenko O., Khniunin S. Physical model of degradation effect by interaction azimuthal flow with hull of ship // Proceeding Book of International Conference on Engine Room Simulators (ICERS12). - Istanbul: Istanbul Technical University, Maritime Faculty, 2015. - pp. 4953. - ISBN 978-605-01-0782-1.
42. Nikolskyi V., Budashko V., Khniunin S. The monitoring system of the Coanda effect for the tension-leg platform's // Proceeding Book of International Conference on Engine Room Simulators (ICERS12). - Istanbul: Istanbul Technical Univer-
sity, Maritime Faculty, 2Ö15. - pp. 45-49. - ISBN 97B-6Ö5-Ö1-Ö7B2-1.
43. Будашко В.В., Онищенко О.А. Удосконалення системи управлшня шдрулюючим пристроем комбшованого пропу-льсивного комплексу // Вюник НТУ «ХП1». - 2Ö14. -№3B(1ÖB1). - С. 45-51.
44. Будашко В.В. Имплементарный подход при моделировании энергетических процессов динамически позиционирующего судна // Електротехтка i електромехатка. - 2Ö15. - №6. - С. 14-19. doi: 10.20998/2074-272X.2015.6.02.
45. Будашко В.В., Онищенко О.А., Юшков Е.А. Физическое моделирование многофункционального пропульсивного комплекса // Збiрник наукових праць Вшськово1 академл (м. Одеса). - 2Ö14. - №2. - С. BB-92.
46. Патент Украши № 1ÖÖB19. Суднова система мошторип-гу для попередження ефекту Команда / Будашко В.В., Нжо-льский В.В., Хпюшп С.Г. - Заявл. Ö2.Ö3.2Ö15; опубл. 1Ö.ÖB.2Ö15, Бюл. № 15.
47. Патент Украши № 1ÖBÖ74. Система iмпyльсно-фазового управлшня електроприводом судново1 гвипто-кермово1 установки / Будашко В.В., Юшков G^. - Заявл. 1B.Ö2.2Ö16; опубл. 24.Ö6.2Ö16, Бюл. № 12.
4S. Патент Украши № 1Ö7ÖÖ6. Суднова система мошторин-гу для попередження ефекту Коанда / Хнюшн С.Г., Нжоль-ский В.В., Будашко В.В. - Заявл. 2B.12.2Ö15; опубл. 1Ö.Ö5.2Ö16, Бюл. № 9.
49. Budashko V., Nikolskyi V., Onishchenko O., Khniunin S. Decision support system's concept for design of combined propulsion complexes // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. - 2Ö16. - v.3. - no.B(Bl). - pp. 1Ö-21. doi: 10.15587/1729-4061.2016.72543.
REFERENCES
1. Geertsma R.D., Negenborn R.R., Visser K., Hopm J.J. Design and control of hybrid power and propulsion systems for smart ships: A review of developments. Applied Energy, 2Ö17, v.194, pp. 3Ö-54. doi: 10.1016/j.apenergy.2017.02.060.
2. Kim D.H., Paik J.K. Ultimate limit state-based multi-objective optimum design technology for hull structural scantlings of merchant cargo ships. Ocean Engineering, 2Ö17, v.129, pp. 31B-334. doi: 10.1016/j.oceaneng.2016.11.033.
3. Gonca G., Sahin B., Parlak A., Ust Y., Ayhan V., Cesur I., Boru B. Theoretical and experimental investigation of the Miller cycle diesel engine in terms of performance and emission parameters. Applied Energy, 2Ö15, v.138, pp. 11-2Ö. doi: 10.1016/j.apenergy.2014.10.043.
4. Ko J., Jin D., Jang W., Myung C.-L., Kwon S., Park S. Comparative investigation of NOx emission characteristics from a Euro 6-compliant diesel passenger car over the NEDC and WLTC at various ambient temperatures. Applied Energy, 2Ö17, v.187, pp. 652-662. doi: 10.1016/j.apenergy.2016.11.105.
5. Baldi F., Johnson H., Gabrielii C., Andersson K. Energy Analysis of Ship Energy Systems - The Case of a Chemical Tanker. Energy Procedia, 2Ö14, v.61, pp. 1732-1735. doi: 10.1016/j.egypro.2014.12.200.
6. Vrijdag A., Stapersma D., van Terwisga T. Control of propeller cavitation in operational conditions. Journal of Marine Engineering & Technology, 2Ö1Ö, v.9, pp. 15-26. doi: 10.1080/20464177.2010.11020228.
7.Natale F.D., Carotenuto C. Particulate matter in marine diesel engines exhausts: Emissions and control strategies. Transportation Research Part D: Transport and Environment, 2Ö15, v.4ö, pp. 166-191. doi: 10.1016/j.trd.2015.08.011.
S. Zhao F., Yang W., Tan W.W., Yu W., Yang J., Chou S.K. Power management of vessel propulsion system for thrust efficiency and emissions mitigation. Applied Energy, 2Ö16, v.161, pp. 124-132. doi: 10.1016/j.apenergy.2015.10.022. 9. Bassam A.M., Phillips A.B., Turnock S.R., Wilson P.A. An improved energy management strategy for a hybrid fuel
cell/battery passenger vessel. International Journal of Hydrogen Energy, 2016, v.41, iss.47, pp. 22453-22464. doi: 10.1016/j.ijhydene.2016.08.049.
10. Symington W.P., Belle A., Nguyen H.D., Binns J.R. Emerging technologies in marine electric propulsion. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part M: Journal of Engineering for the Maritime Environment, 2014, v.230, iss.1, pp. 187-198. doi: 10.1177/1475090214558470.
11. Kwatny H.G., Bajpai G., Miu K., Yasar M. Fuel Optimal Control With Service Reliability Constraints for Ship Power Systems. IFAC Proceedings Volumes, 2014, v.47, iss.3, pp. 6386-6391. doi: 10.3182/20140824-6-ZA-1003.01773.
12. Chuang S.-J., Hong C.-M., Chen C.-H. Improvement of integrated transmission line transfer index for power system voltage stability. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2016, v.78, pp. 830-836. doi: 10.1016/j.ijepes.2015.11.111.
13. Vernengo G., Gaggero T., Rizzuto E. Simulation based design of a fleet of ships under power and capacity variations. Applied Ocean Research, 2016, v.61, pp. 1-15. doi: 10.1016/j.apor.2016.09.003.
14. Lützen M., Mikkelsen L.L., Jensen S., Rasmussen H.B. Energy efficiency of working vessels - A framework. Journal of Cleaner Production, 2017, v.143, pp. 90-99. doi: 10.1016/j.jclepro.2016.12.146.
15. McCoy T.J. Trends in ship electric propulsion. IEEE Power Engineering Society Summer Meeting, 2002, v.1, pp. 243-346. doi: 10.1109/PESS.2002.1043247.
16. Zivi E. Design of robust shipboard power automation systems. Annual Reviews in Control, 2005, v.29, iss.2, pp. 261-272. doi: 10.1016/j.arcontrol.2005.08.004.
17. Castles G., Reed G., Bendre A., Pitsch R. Economic benefits of hybrid drive propulsion for naval ships. IEEE Electric Ship Technologies Symposium, 2009. doi: 10.1109/ESTS.2009.4906560.
18. Baldi F., Ahlgren F., Melino F., Gabrielii C., Andersson K. Optimal load allocation of complex ship power plants. Energy Conversion and Management, 2016, v.124, pp. 344-356. doi: 10.1016/j.enconman.2016.07.009.
19. Sulligoi G., Castellan S., Aizza M., Bosich D., Piva L., Lipardi G. Active front-end for shaft power generation and voltage control in FREMM frigates integrated power system: Modeling and validation. International Symposium on Power Electronics Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion, 2012, pp. 452-457. doi: 10.1109/SPEEDAM.2012.6264570.
20. Bigdeli N. Optimal management of hybrid PV/fuel cell/battery power system: a comparison of optimal hybrid approaches. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2015, v.42, pp. 377-393. doi: 10.1016/j.rser.2014.10.032.
21. Choi C.H., Yu S., Han I.-S., Kho B.-K., Kang D.-G., Lee H.Y., Seo M.-S., Kong J.-W., Kim G., Ahn J.-W., Park S.-K., Jang D.-W., Lee J.H., Kim M. Development and demonstration of PEM fuel-cell-battery hybrid system for propulsion of tourist boat. International Journal of Hydrogen Energy, 2016, v.41, iss.5, pp. 3591-3599. doi: 10.1016/j.ijhydene.2015.12.186.
22. José J. de-Troya, Alvarez C., Fernández-Garrido C., Carral L. Analysing the possibilities of using fuel cells in ships. International Journal of Hydrogen Energy, 2016, v.41, iss.4, pp. 2853-2866. doi: 10.1016/j.ijhydene.2015.11.145.
23. Nelson D.B., Nehrir M.H., Wang C. Unit sizing and cost analysis of stand-alone hybrid wind/PV/fuel cell power generation systems. Renewable Energy, 2006, v.31, iss.10, pp. 16411656. doi: 10.1016/j.renene.2005.08.031.
24. Ramli M., Hiendro A., Twaha S. Economic analysis of PV/diesel hybrid system with flywheel energy storage. Renewable Energy, 2015, v.78, pp. 398-405. doi: 10.1016/j.renene.2015.01.026.
25. Rezzouk H., Mellit A. Feasibility study and sensitivity analysis of a stand-alone photovoltaic-diesel-battery hybrid energy system in the north of Algeria. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2015, v.43, pp. 1134-1150. doi: 10.1016/j.rser.2014.11.103.
26. Vetter M., Lux S. Rechargeable Batteries with Special Reference to Lithium-Ion Batteries. Storing Energy, 2016, pp. 205225. doi: 10.1016/B978-0-12-803440-8.00011-7.
27. Zahedi B., Norum L.E., Ludvigsen K.B. Optimized efficiency of all-electric ships by DC hybrid power systems. Journal of Power Sources, 2014, v.255, pp. 341-354. doi: 10.1016/j.jpowsour.2014.01.031.
28. Wang L., Lee D.J., Lee W.J., Chen Z. Analysis of a novel autonomous marine hybrid power generation/energy storage system with a high-voltage direct current link. Journal of Power Sources, 2008, v.185, iss.2, pp. 1284-1292. doi: 10.1016/j.jpowsour.2008.08.037.
29. Ovrum E., Bergh T.F. Modelling lithium-ion battery hybrid ship crane operation. Applied Energy, 2015, v.152, pp. 162-172. doi: 10.1016/j.apenergy.2015.01.066.
30. Haseltalab A., Negenborn R.R., Lodewijks G. Multi-Level Predictive Control for Energy Management of Hybrid Ships in the Presence of Uncertainty and Environmental Disturbances. IFAC-Papers On Line, 2016, v.49, iss.3, pp. 90-95. doi: 10.1016/j.ifacol.2016.07.016.
31. Lashway C.R., Elsayed A.T., Mohammed O.A. Hybrid energy storage management in ship power systems with multiple pulsed loads. Electric Power Systems Research, 2016, v.141, pp. 50-62. doi: 10.1016/j.epsr.2016.06.031.
32. Giannoutsos S.V., Manias S.N. Energy management and D/G fuel consumption optimization in the power system of marine vessels through VFD-based process flow control. IEEE 15th International Conference on Environment and Electrical Engineering (EEEIC), 2015, pp. 842-850. doi: 10.1109/EEEIC.2015.7165274.
33. Zhao F., Yang W., Tan W.W., Yu W., Yang J., Chou S.K. Power management of vessel propulsion system for thrust efficiency and emissions mitigation. Applied Energy, 2016, v.161, pp. 124-132. doi: 10.1016/j.apenergy.2015.10.022.
34. Papalambrou G., Karlis E., Kyrtatos N. Robust Control of Manifold Air Injection in a Marine Diesel Engine. IFAC-Papers On Line, 2015, v.48, iss.14, pp. 438-443. doi: 10.1016/j.ifacol.2015.09.496.
35. Papalambrou G., Kyrtatos N. Controlled Injection of Compressed Air in Marine Diesel Engine Intake for Improved Load Acceptance. IFAC Proceedings Volumes, 2009, v.42, iss.26, pp. 140-147. doi: 10.3182/20091130-3-FR-4008.00019.
36. Shih N.-C., Weng B.-J., Lee J.-Y., Hsiao Y.-C. Development of a 20kW generic hybrid fuel cell power system for small ships and underwater vehicles. International Journal of Hydrogen Energy, 2014, v.39, iss.25, pp. 13894-13901. doi: 10.1016/j.ijhydene.2014.01.113.
37. Zhang S., Xiong R., Sun F. Model predictive control for power management in a plug-in hybrid electric vehicle with a hybrid energy storage system. Applied Energy, 2017, v.185, pp. 1654-1662. doi: 10.1016/j.apenergy.2015.12.035.
38. Butcher M., Maltby R., Parvin P.S. Compact DC power and propulsion systems - the definitive solution? IEEE Electric Ship Technologies Symposium, 2009, pp. 521-528. doi: 10.1109/ESTS.2009.4906561.
39. Hodge C.G., Mattick D.J. The electric warship then, now and later. Proceedings of the 9th international naval engineering conference, 2008, pp. 556-565.
40. Indragandhi V., Subramaniyaswamy V., Logesh R. Resources, configurations, and soft computing techniques for power management and control of PV/wind hybrid system. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2017, v.69, pp. 129143. doi: 10.1016/j.rser.2016.11.209.
41. Budashko V., Nikolskyi V., Onishchenko O., Khniunin S. Physical model of degradation effect by interaction azimuthal flow with hull of ship. Proceeding Book of International Conference on Engine Room Simulators (ICERS12). Istanbul: Istanbul Technical University, Maritime Faculty, 2015. pp. 49-53. ISBN 978-605-01-0782-1.
42. Nikolskyi V., Budashko V., Khniunin S. The monitoring system of the Coanda effect for the tension-leg platform's. Proceeding Book of International Conference on Engine Room Simulators (ICERS12). Istanbul: Istanbul Technical University, Maritime Faculty, 2015. pp. 45-49. ISBN 978-605-01-0782-1.
43. Budashko V.V., Onishchenko O.A. Improving management system combined thruster propulsion systems. Bulletin of NTU «KhPI», 2014, no.38(1081), pp. 45-51. (Ukr).
44. Budashko V.V. Implementation approaches during simulation of energy processes for a dynamically positioned ship. Electrical Engineering & Electromechanics, 2015, no.6, pp. 14-19. doi: 10.20998/2074-272X.2015.6.02. (Rus).
45. Budashko V.V., Onischenko O.A., Yushkov E.A. Physical modeling of multi-propulsion complex. Collection of scientific works of the Military Academy (Odessa City), 2014, no.2, pp. 88-92. (Rus).
46. Budashko V.V., Nikolskyi V.V., Khniunin S.H. Sudova systema monitorynhu dlya poperedzhennya effektu Koanda [Ship monitoring system for the prevention of Coanda effect]. Patent UA, no.100819, 2015. (Ukr).
47. Budashko V.V., Yushkov E.A. Systema impul'sno-fazovoho upravlinnya elektropryvodom sudnovoyi hvynto-kermovoyi ustanovky [The pulse-phase control system of electric ship propeller-steering plant]. Patent UA, no.108074, 2016. (Ukr).
48. Khniunin S.H., Budashko V.V., Nikolskyi V.V. Sudova systema monitorynhu dlya poperedzhennya effektu Koanda [Ship system for monitoring for preventing the Coanda effect]. Patent UA, no.107006, 2016. (Ukr).
49. Budashko V., Nikolskyi V., Onishchenko O., Khniunin S. Decision support system's concept for design of combined propulsion complexes. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2016, v.3, no.8(81), pp. 10-21. doi: 10.15587/1729-4061.2016.72543.
Поступила (received) 24.03.2017
Будашко Виталий Витальевич, к.т.н., доц., Одесская национальная морская академия, 65029, Одесса, ул. Дидрихсона, 8, тел/phone +380 48 7332367, e-mail: [email protected]
V.V. Budashko
Odessa National Maritime Academy, 8, Didrikhson Str., Odessa, 65029.
Design of the three-level multicriterial strategy of hybrid marine power plant control for a combined propulsion complex.
Purpose. Efficiency of hybrid ships power plants (SPP) combined propulsion complexes (CPC) by various criteria for energy management systems strategies. Methodology. Based on the classification system topologies SPP CPC for mechanical, electrical and hybrid types of motors schematic diagrams of management strategies for the criterion of minimum power consumption are defined. Changing the technical component of the traditional approach to building hybrid ships electric power systems (SEPS) SPP CPC the principle of modifying the structure of SEPS is applied with the integration of additional static alternative power source as dynamic reserve, which allowed to meet modern requirements for energy efficiency, levels of vibration, noise and degradation effects produced to SPP CPC, in all areas of the energy for the transfer of power from energy to propellers. Modeling of power transmission of energy to propellers in MatLab/Simulink is conducted, using blocks of optimization library and definition of identity markers. Results. Major advantages and disadvantages SPP CPC depending on the topology of energy distribution systems are determined. According to the chosen structure system electricity characteristics were obtained in the process of power transmission SPP CPC and power systems and their control strategies in terms of increased efficiency and eliminate these drawbacks. And finally, mathematical apparatus for research in terms of the development of methods for designing and managing SPP hybrid CPC to reduced fuel consumption, emissions into the environment and improving maintainability, flexibility and comfort level are improved. Originality. The methodology for improving SPP CPC implementation by developing methods of identification markers mutually influencing processes in SPP CPC and the development of implementing these methods of settlement and information systems. Practical value. The method enables iterative optimization parameters SPP CPC, it can be used as a means of intelligent design, which is the result of the application of improved performance SPP CPC. References 49, table 1, figures 12.
Key words: ship power plants, combined propulsion complexes, energy management system, control strategy.
