Розробка трирівневої багатокритеріальної стратегії управління гібридною судновою енергетичною установкою комбінованого пропульсивного комплексу

На підставі системної класифікації топологій суднових енергетичних установок (СЕУ) комбінованих пропульсивних комплексів (КПК) були систематизовані основні переваги і недоліки СЕУ КПК в залежності від топології системи розподілення енергії. Були отримані характеристики процесів передачі потужнос...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2017
1. Verfasser:	Будашко, В.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2017
Schriftenreihe:	Електротехніка і електромеханіка
Schlagworte:	Суміжні галузі
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/147560
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:	Розробка трирівневої багатокритеріальної стратегії управління гібридною судновою енергетичною установкою комбінованого пропульсивного комплексу / В.В. Будашко // Електротехніка і електромеханіка. — 2017. — № 2. — С. 62–72. — Бібліогр.: 49 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-147560
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1475602019-02-16T01:26:04Z Розробка трирівневої багатокритеріальної стратегії управління гібридною судновою енергетичною установкою комбінованого пропульсивного комплексу Будашко, В.В. Суміжні галузі На підставі системної класифікації топологій суднових енергетичних установок (СЕУ) комбінованих пропульсивних комплексів (КПК) були систематизовані основні переваги і недоліки СЕУ КПК в залежності від топології системи розподілення енергії. Були отримані характеристики процесів передачі потужності у СЕУ КПК і системах енергопостачання, і їх стратегій контролю з точки зору підвищення ефективності та усунення зазначених недоліків. Удосконалено математичний апарат для проведення досліджень з точки зору розробки методів проектування і управління гібридними СЕУ КПК зі скороченням споживання палива, викидів у довкілля і підвищенні ремонтопридатності, маневреності і рівня комфорту. Розроблений метод дає можливість ітераційної оптимізації параметрів СЕУ КПК, що дозволяє використовувати його як засіб інтелектуального проектування, результатом застосування якого є вдосконалені експлуатаційні характеристики СЕУ КПК. 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. 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. 2017 Article Розробка трирівневої багатокритеріальної стратегії управління гібридною судновою енергетичною установкою комбінованого пропульсивного комплексу / В.В. Будашко // Електротехніка і електромеханіка. — 2017. — № 2. — С. 62–72. — Бібліогр.: 49 назв. — укр. 2074-272X DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2017.2.10 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/147560 629.56:064.5+620.9+629.5 uk Електротехніка і електромеханіка Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Суміжні галузі Суміжні галузі
spellingShingle	Суміжні галузі Суміжні галузі Будашко, В.В. Розробка трирівневої багатокритеріальної стратегії управління гібридною судновою енергетичною установкою комбінованого пропульсивного комплексу Електротехніка і електромеханіка
description	На підставі системної класифікації топологій суднових енергетичних установок (СЕУ) комбінованих пропульсивних комплексів (КПК) були систематизовані основні переваги і недоліки СЕУ КПК в залежності від топології системи розподілення енергії. Були отримані характеристики процесів передачі потужності у СЕУ КПК і системах енергопостачання, і їх стратегій контролю з точки зору підвищення ефективності та усунення зазначених недоліків. Удосконалено математичний апарат для проведення досліджень з точки зору розробки методів проектування і управління гібридними СЕУ КПК зі скороченням споживання палива, викидів у довкілля і підвищенні ремонтопридатності, маневреності і рівня комфорту. Розроблений метод дає можливість ітераційної оптимізації параметрів СЕУ КПК, що дозволяє використовувати його як засіб інтелектуального проектування, результатом застосування якого є вдосконалені експлуатаційні характеристики СЕУ КПК.
format	Article
author	Будашко, В.В.
author_facet	Будашко, В.В.
author_sort	Будашко, В.В.
title	Розробка трирівневої багатокритеріальної стратегії управління гібридною судновою енергетичною установкою комбінованого пропульсивного комплексу
title_short	Розробка трирівневої багатокритеріальної стратегії управління гібридною судновою енергетичною установкою комбінованого пропульсивного комплексу
title_full	Розробка трирівневої багатокритеріальної стратегії управління гібридною судновою енергетичною установкою комбінованого пропульсивного комплексу
title_fullStr	Розробка трирівневої багатокритеріальної стратегії управління гібридною судновою енергетичною установкою комбінованого пропульсивного комплексу
title_full_unstemmed	Розробка трирівневої багатокритеріальної стратегії управління гібридною судновою енергетичною установкою комбінованого пропульсивного комплексу
title_sort	розробка трирівневої багатокритеріальної стратегії управління гібридною судновою енергетичною установкою комбінованого пропульсивного комплексу
publisher	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
publishDate	2017
topic_facet	Суміжні галузі
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/147560
citation_txt	Розробка трирівневої багатокритеріальної стратегії управління гібридною судновою енергетичною установкою комбінованого пропульсивного комплексу / В.В. Будашко // Електротехніка і електромеханіка. — 2017. — № 2. — С. 62–72. — Бібліогр.: 49 назв. — укр.
series	Електротехніка і електромеханіка
work_keys_str_mv	AT budaškovv rozrobkatrirívnevoíbagatokriteríalʹnoístrategííupravlínnâgíbridnoûsudnovoûenergetičnoûustanovkoûkombínovanogopropulʹsivnogokompleksu
first_indexed	2025-07-11T02:12:50Z
last_indexed	2025-07-11T02:12:50Z
_version_	1837314845979967488
fulltext	Суміжні галузі 62 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2017. №2 © В.В. Будашко УДК 629.56:064.5+620.9+629.5 doi: 10.20998/2074-272X.2017.2.10 В.В. Будашко РОЗРОБКА ТРИРІВНЕВОЇ БАГАТОКРИТЕРІАЛЬНОЇ СТРАТЕГІЇ УПРАВЛІННЯ ГІБРИДНОЮ СУДНОВОЮ ЕНЕРГЕТИЧНОЮ УСТАНОВКОЮ КОМБІНОВАНОГО ПРОПУЛЬСИВНОГО КОМПЛЕКСУ На підставі системної класифікації топологій суднових енергетичних установок (СЕУ) комбінованих пропульсивних комплексів (КПК) були систематизовані основні переваги і недоліки СЕУ КПК в залежності від топології системи розподілення енергії. Були отримані характеристики процесів передачі потужності у СЕУ КПК і системах енергопо- стачання, і їх стратегій контролю з точки зору підвищення ефективності та усунення зазначених недоліків. Удоско- налено математичний апарат для проведення досліджень з точки зору розробки методів проектування і управління гібридними СЕУ КПК зі скороченням споживання палива, викидів у довкілля і підвищенні ремонтопридатності, мане- вреності і рівня комфорту. Розроблений метод дає можливість ітераційної оптимізації параметрів СЕУ КПК, що дозволяє використовувати його як засіб інтелектуального проектування, результатом застосування якого є вдоско- налені експлуатаційні характеристики СЕУ КПК. Бібл. 49, табл. 1, рис. 12. Ключові слова: суднова енергетична установка, комбінований пропульсивний комплекс, система управління енерго- споживанням, стратегія управління. На основании системной классификации топологий судовых энергетических установок (СЭУ) комбинированных про- пульсивних комплексов (КПК) были систематизированы основные преимущества и недостатки СЭУ КПК в зависимо- сти 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 эффекти- вности и устранения указанных недостатков. Усовершенствован математический аппарат для проведения исследо- ваний с точки зрения разработки методов проектирования и управления гибридными СЭУ КПК с сокращением по- требления топлива, выбросов в окружающую среду и повышении ремонтопригодности, маневренности и уровня ком- форта. 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 управле- ния энергопотреблением, стратегия управления. Вступ. Мінімізація додаткових витрат зі зміною експлуатаційного режиму суднової енергетичної установки (СЕУ) комбінованого пропульсивного ком- плексу (КПК) досягається шляхом забезпечення ста- більності потужності СЕУ і навантаження середньо– обертових дизель–генераторів (СОДГ) в умовах збу- рення довкілля за рахунок оптимального в сенсі міні- муму критерію споживаної потужності при управлін- ня параметрами СЕУ КПК. З метою підвищення про- дуктивності СЕУ КПК із різними архітектурними рі- шеннями структур, застосування тої або іншої інтеле- ктуальної стратегії управління базується до визначен- ні ефективності настроювання всережимних регуля- торів СОДГ і частотних перетворювачів (ЧП), що жи- влять гребні електродвигуни (ГЕД) підрулюючих пристроїв (ПП) з точки зору дотримання відповідного рівня питомої витрати палива (ПВП) в залежності від навантаження на гребні гвинти і СОДГ (рис. 1). Не дивлячись на різноманітність структур СЕУ КПК їх можливо групувати за схожими перевагами і недоліками (табл. 1), проаналізувавши яку можна зробити висновок, що основними недоліками сучас- них гібридних СЕУ КПК, з точки зору ефективності управління і забезпечення експлуатаційних режимів, є неможливість коригувати оберти СОДГ у відповідно- сті до навантаження на гребні гвинти і необхідність застосування альтернативних джерел енергії (АДЕ). Постановка задачі. На першому етапі потріб- но класифікувати топологію СЕУ КПК за механіч- ними, електричними або гібридними типами двигу- нів, і топологією живлення (теплові, електрохімічні і гібридні). Потім, розглядаючи процеси у СЕУ КПК і сис- темах енергопостачання і їх стратегій контролю, під- вищити можливості та усунути недоліки для цих сис- тем і їх відповідного контролю. І врешті необхідно розробити математичний апарат для проведення до- сліджень з точки зору розробки методів проектування і управління гібридними СЕУ КПК зі скороченням споживання палива, викидів у довкілля і підвищенні ремонтопридатності, маневреності і рівня комфорту. Дослідження проводяться в рамках науково– дослідної держбюджетної роботи «Концепції, техно- логії та напрямки удосконалення суднових енергети- чних установок комбінованих пропульсивних ком- плексів» Національного університету «Одеська мор- ської академія» (державний реєстраційний номер 0114U000340). Метою статті є підвищення ефективності гібри- дних СЕУ КПК методом поєднання критеріїв страте- гій управління розподілом енергії. Методи досліджень. Гібридні СЕУ КПК з АДЕ, які використовують максимальну ефективність пря- мого механічного приводу і гнучкість поєднання по- тужності згоряння від теплового двигуна і накопиче- ної енергії з АДЕ, є найбільш перспективними. На низькій потужності пропульсивного електричного ISSN 2074–272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2017. №2 63 Рис. 1. Залежності питомої витрати палива від навантажен- ня на СОДГ і характеристик гребних гвинтів: 1–4 – характе- ристики СОДГ; 1 – загороджувальна; 2 – навантажувальна; 3 – навантажувальна з підвищеним рейтингом; 4 – наванта- жувальна з послідовним турбонаддувом; 5–6 – характерис- тики гребних гвинтів; 5 – розрахункова; 6 – на вільній воді; 7 – випробувальна приводу, призначеного для приведення у рух судна, ГЕД забезпечує необхідну потужність, а надлишок потужності теплового двигуна може бути використа- ний в якості живлення власних потреб від валогенера- тору. Типова архітектура такої СЕУ КПК показана на рис. 2 [41, 42]. Слід зазначити, що СОДГ, обладнанні системами автоматичного пуску, таких як PMR (Power Manage- ment Relay) у складі PMS (Power Management System), у період очікувань знаходяться у “гарячому резерві”. Це означає, що як мінімум, здійснюється постійний підігрів двигуна (для єдиних СЕЕС з рідинним охоло- дженням). Електростанція з автоматичним пуском може прийняти на себе навантаження за декілька се- кунд з моменту зникнення напруги на головний роз- подільний щит (ГРЩ), їй не потрібен час на додатко- вий прогрів двигуна. Крім того, немає необхідності вручну здійснювати перемикання у ГРЩ – всі необ- хідні комутації виконуються автоматично, а під час роботи СОДГ здійснюється автоматична підтримка частоти вихідної напруги і обертів дизеля. Для особ- ливо складних умов експлуатації, у спеціальних СЕЕС можлива робота СОДГ й у такому режимі, коли двигун працює постійно, але до генератору наванта- ження не підключене або мінімальне. У такому режи- мі витрата пального, хоч і не дуже велика, але теж є. Необхідно пам‘ятати, що при переключеннях у ава- рійні режими необхідна гарантована робота акумуля- торних батарей. Тому під час нормальної експлуатації СЕЕС необхідно забезпечити й підзарядку акумуля- торних батарей, на що теж витрачається пальне. Зро- зуміло, що сумарна витрата пального для двох част- ково завантажених СОДГ істотно вища, ніж у одного СОДГ, працюючого при аналогічному навантаженні. Рис. 2. Однолінійна схема гібридної СЕУ КПК багатоцільового судна з допоміжними ПП типу L–Drive 64 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2017. №2 Таблиця 1 Переваги і недоліки двигунів і технологій систем живлення СЕУ КПК Технологія Переваги Недоліки Джерело Низькі втрати при розрахунковій потужності Низька ефективність при часткових і пікових навантаженнях Рис. 1 [1, 2] Низькі викиди СO2 та NOx при розрахунковій потужності Високі викиди NOx при зниженні навантаження [3, 4] Низьке резервування [5] Підвищений рівень шуму [6] Електромеханічний КПК Низькі втрати перетворення енер- гії Перевантаження дизельних двигу- нів [7, 8] Перевантажувальна спроможність Постійність частоти обертання СОДГ [9, 10] Узгодженість навантаження із СОДГ Втрати при розрахунковій потужно- сті [11] Висока перспективність [12] Дизель–електричний пропульсивний ком- плекс (ДЕПК) Зниження викидів NOx при низь- кій швидкості Потенційно низький рівень шуму Ризик постійної нестабільності по- тужності навантаження Рис. 2 [13] Низькі втрати при розрахунковій потужності [14] Перевантажувальна спроможність Постійність частоти обертання СОДГ [15, 16] Узгодження навантаження і ГЕД на низькій потужності [17] Гібридний ДЕПК Потенційно низький рівень шуму ГЕД Складність системи [18, 19] Незалежність від стану повітря Лімітована потужність [20, 21] Зниження викидів у повітря Небезпечність [22] Гібридний ДЕПК із альтернативними джерелами енергії (АДЕ) Висока ефективність і низький рівень шуму Неможливість модернізації [23] Незалежність від стану повітря Лімітована потужність Гібридна суднова електроенергетична система (СЕЕС) Зниження викидів у повітря і ни- зький рівень шуму Небезпечність [24, 25] Вирівнювання навантаження Постійність частоти обертання СОДГ [26, 27] Нульовий рівень шуму і шкідли- вих викидів Складність системи [28] Зберігання регенерованої енергії Небезпечність обслуговування ба- тарей [29] Ефективність резервного живлен- ня Вартість батерей [30] Можливість включення імпульс- ної потужності Необхідність контролю за станом кожної з батерей [31] Зниження витрати палива і вики- дів у атмосферу Можливість виходу з ладу батарей у наслідок перезаряджання [32, 33] ДЕПК з гібридною СЕЕС Відсутність збільшення NOx під час збільшення навантаження Складність моніторингу за станом батарей Рис. 3 [34, 35] Змінна швидкість обертання ГЕД і навантаження Складність системи [36] Оптимальне навантаження ГЕД Вартість і втрати у силовій електро- ніці [37] Зниження рівня шуму і вібрації двигуна Збільшення NOx у зв'язку зі змінною потужністю [38] Зниження витрати палива і вики- дів CO2 Необхідність впровадження енерго- збереження при зменшенні потуж- ності [39] ДЕПК з гібридною СЕЕС постійного струму із системою накопичення енергії (СНЕ) Можливість включення імпульс- ної потужності Складність управління [40] Зміна технічної складової традиційного підходу до побудови гібридних СЕЕС СЕУ КПК, придатних до застосування для багатьох типів суден, засновано на принципі видозміни структури СЕЕС для багатьох практичних випадків експлуатаційних режимів, у яких робота основного СОДГ може здійснюватися ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2017. №2 65 при навантаженнях аж до 80 % номінального значен- ня, а динамічний резерв енергії здійснюється від до- даткового статичного АДЕ. Такий підхід відомий, проте його технічна реалі- зація до сьогоднішнього дня була практично нездійс- ненна через відсутність високоефективного статично- го джерела енергії, яке помітно перевищує за своїми техніко–експлуатаційними характеристиками класич- ні акумуляторні батареї та забезпечує високу ступінь пікового навантаження й запасу електроенергії. Пропонується використання у гібридній СЕЕС СЕУ КПК додаткового АДЕ, котрий складається з двошарових електрохімічних конденсаторів (англ. Electric double–layer capacitor – EDLC). Блок–схема класичної стратегії управління гібридною СЕУ КПК на базі представленої на рис. 2 із використанням EDLC за критерієм мінімуму спожи- вання електроенергії показано на рис. 3. Рис. 3. Блок–схема управління гібридною СЕУ КПК за критерієм мінімуму споживання електроенергії: САРН – система автоматичного регулювання напруги (англ. Automatic Voltage Regulator – AVR); Xset – уставка; P – потужність; f – частота напруги; V – напруга; n – частота обертання СОДГ; iexc – струм збудження генераторів; I – струм СОДГ Ядром системи моніторингу та управління єди- ною СЕЕС СЕУ КПК із EDLC як джерелом динаміч- ного живлення є модуль оцінки напруги EDLC і сту- пеню надлишкового заряду. Тому що залежність між напругою EDLC і розрахунковою величиною ступеню заряду є приблизно лінійною, отже, точність детекту- вання рівня напруги на конденсаторі буде безпосере- дньо визначати точність інформації про стан EDLC. Енергія розряду конденсаторних модулів у СЕУ КПК для характеристик збурюючих сил, параметри- зація дій яких визначаються рівняннями (1), (2), за умови знаходження усіх підрулюючих пристроїв (ПП) у координатній площині безпосереднього регулюван- ня моменту задається рівнянням (3) за оцінкою інтег- рації загальної площі поверхні усіх модулів EDLC під гальванічну криву розряду або заряду:      ),(υ)()( ),(υ)()( tZttItF ttZtItU SSMMESS SEMSESS , (1) де ZSE – імпеданс перетворювача з електричного боку, [Ом]; ZSМ – імпеданс перетворювача з механічного боку, [Ом]; tEM – постійна часу електромеханічного перетворення, [с]; tМЕ – постійна часу механо- електричного перетворення, [с]               ),()(υμ)(υμ )(υ )( ),(υ)()( ),(υ)()( ε ε _ 0 ZF ZIZF ZIZU SSRSS S ncSсS SSMMESS SEMSESS dttt dt td mm ttt ttt (2) де FS(Z) = (FS1(Z 1), FS2(Z 2), FS3(Z 3), FS4(Z 4), …, FSi(Z m))Tmatrix(i); комплексний імпеданс визначається матрицями активної та індуктивної складових схеми заміщення комплексного навантаження Zm = Rm + + pijL m; Tmatrix(i) – матриця конфігураційних параметрів підрулюючих пристроїв, де (i = 0…k) – номер відпо- відної конфігурації відповідно до табл. 1. і вибраної технології СЕУ КПК [43, 44]. dttUItE minEDLC maxEDLC U U SEDLCint/SOC  _ _ )()( (3) Формула (3) дозволяє розрахувати потужність зарядного пристрою, необхідного для забезпечення необхідного ступеню заряду EDLC для певного екс- плуатаційного режиму СЕУ КПК під час динамічних навантажень. Звідкіля ємність усіх конденсаторних модулів будемо визначати за формулою: 66 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2017. №2 . )( 2 2 _ maxEDLC int/SOC int/EDLC U E C  (4) Силові конденсатори EDLC гібридних ДЕПК формуються у модулі за рахунок визначення необхід- ної енергії заряду/розряду у потужності розрахованих зарядних пристроїв. Беручи до уваги велику кількість силових пристроїв, високовольтних і потужних ліній електропостачання між модулями і СЕЕС СЕУ КПК, електромагнітне середовище є складним. Програма функціонування моніторингової системи повинна складатися з двох частин: система керування (СК) і інтегрований блок управління моніторингом ємності. Інтегрований блок управління буде нести відповіда- льність за відстежування та обробку сигналів від мо- дулів EDLC, наприклад: загальну напругу ємності, рівень зарядного і розрядного струмів, інформацію про температуру навколишнього середовища тощо. СК відслідковуватиме алгоритми і зберігання даних у модулях EDLC, стан системи моніторингу та управ- ління, силових пристроїв і управління схеми інтер- фейсу людина–машина. Для обміну інформацією в різних пристроях управління в якості вузла зв'язку у СЕУ КПК плану- ється використовувати мережу network, для того, щоб посилати команди на блок моніторингу від модулів EDLC по системній шині, та отримувати завантажен- ня даних. Кожен блок моніторингу у модулях EDLC відповідатиме за: отримання сигналу стану одного EDLC по напрузі і температурі. Для вибору кількості і ємності EDLC відповідно до типу СЕУ КПК і особливостей експлуатаційного режиму, на початку згідно із складовими комплексно- го імпедансу визначаємо параметри матриць активної та індуктивної складових схеми заміщення комплекс- ного навантаження Zm = Rm + pijL m (рис. 4). А для зна- чення величини упору для режиму безпосереднього управління моментом розраховуємо коефіцієнти мат- риці конфігураційних параметрів підрулюючих при- строїв Tmatrix(i), де (i = 0…k) – номер відповідної конфі- гурації. Рис. 4. Параметри комплексного навантаження для визна- чення ємності EDLC для певного експлуатаційного режиму СЕК КПК: ступеню заряду EDLC (англ. State–of–Charge – SOC) Наприклад, для схеми СЕУ КПК (рис. 2) [45, 46] на судні встановлено два головних класичних гвинта лівого та правого бортів у кормовій частині судна; два кормових тунельних ПП; один азимуталь- ний ПП, що висувається з корпусу судна у носовій частині судна, який може повертатися на будь–який кут αA (рис. 8) відносно діаметральної площини суд- на; два носових тунельних ПП (uT1,2 – упори голо- вних класичних гвинтів; uT3,4 – упори кормових ту- нельних ПП; uT5 – упор допоміжного азимутального ПП, uT6,7 – упори носових ПП):             76554321 5 5 α 11α1100 00α0011 TTATTTTT A A matrix llsinlllll sin cos T ,(5) де lTi (i = 1…7) – плече сили, або відстань від місця прикладення упору даного ПП до проекції вектору зусилля τT на площину руху судна. Потім, у відповідності до типу EDLC розрахову- ємо амплітудно–частотну характеристику (АЧХ) (рис. 5) і початкові параметри заряду/розряду у зада- них межах SOC (рис. 6). Рис. 5. Амплітудно–частотна характеристика обраних EDLC Рис. 6. Параметри заряду/розряду обраних EDLC у заданих межах SOC І нарешті, розраховується ефективність запропо- нованої комплектації СЕУ КПК динамічними джере- лами живлення типу EDLC для певного експлуатацій- ного режиму (рис. 7) з урахуванням множини ситуа- ційних чинників експлуатаційного режиму СЕУ КПК конкретного судна, однолінійну схему якого предста- влено на (рис. 2). Зазначені чинники враховуються у завданні вирішення локальної задачі ідентифікації експлуатаційного режиму, кожному з яких відповідає свій склад ефективних змінних [47, 48]. Результати досліджень. На підставі розробле- ного методу було удосконалено стратегію управління ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2017. №2 67 СЕУ КПК за критерієм мінімуму споживання елект- роенергії шляхом введення критерію отримання мак- симуму альтернативної енергії та регулювання ступе- ню заряду батарей СНЕ із використанням АДЕ, щоб звести до мінімуму споживання палива. Рис. 7. Порівняльні характеристики ефективності циклів заряду/розряду EDLC запропонованої комплектації СЕУ КПК динамічними джерелами живлення для двох експлуа- таційних режимів: повна комплектація – 4 СОДГ (червона суцільна лінія); часткова комплектація – 3 СОДГ (чорна пунктирна лінія) Дотримання інших критеріїв, таких як шум, віб- рація, викиди у довкілля або технічне обслуговування СОДГ(див. табл. 1) в першу чергу залежить від робо- чої точки СОДГ (рис. 1) і АДЕ (рис. 7) і визначається настроюванням системи керування розподіленням електроенергії (рис. 3). Таким чином, аналогічні функції витрат в залеж- ності від режиму роботи СОДГ можуть бути отримані за цими критеріями, а також і загальна оптимальна потужність СЕУ КПК може бути визначена з виваже- ною функцією витрат за кількома критеріями. Удосконалення стратегії за критерієм отримання максимуму альтернативної енергії та регулювання ступеню заряду батарей СНЕ із використанням АДЕ стає перспективним підходом для підвищення ефек- тивності СЕУ КПК в порівнянні з безліччю функцій для майбутніх розробок [49]. У кінцевому рахунку подальші дослідження по- винні рухатися шляхом об'єднання стратегій управ- ління з точки зору комплексного підходу. Блок-схема одного із варіантів удосконаленої стратегії управління інтегрованою системою з гібридним ДЕПК і єдиною СЕЕС на рис. 8. Рис. 8. Блок-схема стратегії управління СЕУ КПК за критерієм максимуму альтернативної енергії та регулювання ступеню заряду батарей СНЕ: САРН – система автоматичного регулювання напруги; ГРК – гвинт регульованого кроку; ГФК – гвинт фіксованого кроку; Xset – уставка; T – упор (момент); F – сила поштовху гвинта; f – частота напруги; V – напруга; n – частота обертання СОДГ; iexc – струм збудження генераторів; i – струм; τT – результуюча проекції вектору зусилля на площину руху судна; αA – кут повороту ПП відносно діаметральної площини судна На рис. 9 – 12 приведені отримані залежності моделювання процесів передачі потужності у гібрид- ному ДЕПК. Моделювання проводилося Mat- Lab/Simulink. С початку перехідного процесу (t = 0 c), навантаження отримує живлення від основних СОДГ. СНЕ гібридного ДЕПК підключається для заряджання 68 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2017. №2 акумуляторів і відбувається підготовка до можливого знеструмлення судна. На 40-вій секунді судно знеструмлюється і сис- тема управління електроенергією перемикає живлен- ня з СОДГ на АДЕ. При цьому надлишковий запит потужності забезпечується від ланки постійного струму, де здійснювалася рекуперація енергії від спо- живачів, що працювали у генераторному режимі, то- му що потужність EDLC зростає повільно. Рис. 9. Енергетичні характеристики СНЕ: 1 – максимально- му струму відповідає значення 400 А; 2 – максимальній напрузі відповідає значення 48 В; 3 – максимальному сту- пеню заряду відповідає значення 100 % При t = 45 с, напруга на ланці постійного струму досягла нижчого рівня (280 В) і СНЕ підключається до її шини і підживлює до 450 В, напруга на якій на 47 секунді зростає до необхідного рівня і СНЕ обме- жує потужність поступово до нульового значення. EDLC забезпечують необхідну потужність власних потреб і продовжує підживлювати шину ланки по- стійного струму, до якої на 55 секунді підключаються споживачі, що працюють у аварійному режимі. На 62 секунді вмикається СНЕ, яка підтримує напругу на шині постійного струму до 450 В і допомагати EDLC забезпечувати недостачу додаткової потужності нава- нтаження. На 80 секунді потужність EDLC досягає макси- мального значення, що обмежується уставкою 10 кВт максимальною потужністю конвертера напруги DC/AC. Тому необхідна потужність навантаження власних потреб забезпечується СНЕ, максимальна потужність якої досягається при t = 120 с (20 кВт) і навантаження забезпечується живленням через шину ланки постійного струму. Рис. 10. Енергетичні характеристики EDLC: 1 – максималь- ній напрузі відповідає значення 180 В; 2 – максимальному струму відповідає значення 270 А; 3 – максимальному зна- ченню відношення напруги на EDLC до напруги холостого ходу відповідає значення 1; 4 – максимальній температурі EDLC відповідає значення 50 ºС Рис. 11. Залежності напруги і струму на ланці постійного струму: 1 – максимальній напрузі відповідає значення 450 В; 2 – максимальному струму відповідає значення 1150 А На 130 секунді запит потужності навантаження знижується нижче потужності, на яку розраховані EDLC. У зв’язку з тим, що EDLC властиві низьки ди- намічні характеристики, під час перехідних процесів додаткове живлення споживачів з них перемикається до ланки постійного струму. Рис. 12. Енергетичні характеристики гібридного ДЕПК: 1 – максимальній потужності навантаження відповідає значен- ня 1000 кВт; 2 – максимальній потужності на СГЕ відпові- дає значення 10 кВт; 3 – максимальній потужності на СНЕ відповідає значення 20 кВт; 4 – максимальній потужності на DС–Link відповідає значення 300 кВт Результати досліджень процесів передачі потуж- ності у гібридній СЕУ КПК дають підстави вважати, що вирішення проблеми підвищення ефективності останніх можливо шляхом поєднання класичної стра- тегії управління розподілом потужності зі стратегією контролю ступеню заряду альтернативних джерел живлення. Сукупність запропонованих стратегій до- зволяє проектувати гнучкі багатофункціональні елек- троенергетичні системи, які інтегруються у гібридні СЕУ КПК в якості невід'ємної складової. Враховуючи те, що ступень регулювання заряду EDLC несуттєвий по відношенню до споживаної реа- ктивної потужності, а живлення конверторів напру- гою із низьким коефіцієнтом гармонік створює про- блему рекуперації електроенергії, можна констатува- ти, що компенсація реактивної потужності в основно- му відбувається за рахунок переведення СОДГ в ре- жим компенсаторів відповідним налаштуванням ПІД- регуляторів. Висновки. У статті вирішено науково-прикладну проблему удосконалення СЕУ КПК за рахунок розро- ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2017. №2 69 бки трирівневої багатокритеріальної інтегрованої стратегії управління розподілом енергії. Запропонований метод задовольняє сучасні ви- моги до енергозбереження, рівням вібрацій, шуму і деградаційних ефектів, що пред'являються до СЕУ КПК, на всіх ділянках енергетичного процесу переда- чі потужності від джерел енергії до гребних гвинтів. Це дозволяє проводити параметризацію пропульсив- них і енергетичних характеристик СЕУ КПК в залеж- ності від зміни експлуатаційних режимів, гідродина- мічних характеристик і умов довкілля. Важливим є можливість ітераційної оптимізації параметрів СЕУ КПК, що дозволяє використовувати розроблений метод як засіб інтелектуального проек- тування, результатом застосування якого є вдоскона- лені експлуатаційні характеристики СЕУ КПК. СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 1. Geertsma R.D., Negenborn R.R., Visser K., Hopm J.J. De- sign 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 scant- lings 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 İ., Boru B. Theoretical and experimental investigation of the Miller cycle diesel engine in terms of performance and emission pa- rameters // 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 pro- peller 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 die- sel engines exhausts: Emissions and control strategies // Trans- portation 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 effi- ciency 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 Hydro- gen 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. Emerg- ing technologies in marine electric propulsion // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part M: Journal of En- gineering 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 de- sign 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 sys- tems // 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 volt- age control in FREMM frigates integrated power system: Mod- eling and validation // International Symposium on Power Elec- tronics 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 ap- proaches // 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, Álvarez C., Fernández-Garrido C., Carral L. Analysing the possibilities of using fuel cells in ships // Inter- national 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 genera- tion 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 // Renew- able 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 en- ergy system in the north of Algeria // Renewable and Sustain- able 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 Ref- erence 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 effi- ciency of all-electric ships by DC hybrid power systems // Jour- 70 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2017. №2 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 en- ergy 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 ma- rine 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 effi- ciency 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 Com- pressed 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. Develop- ment of a 20kW generic hybrid fuel cell power system for small ships and underwater vehicles // International Journal of Hydro- gen 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 engineer- ing conference. – 2008. – pp. 556-565. 40. Indragandhi V., Subramaniyaswamy V., Logesh R. Re- sources, 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 Con- ference 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 Univer- sity, Maritime Faculty, 2015. – pp. 45-49. – ISBN 978-605-01- 0782-1. 43. Будашко В.В., Онищенко О.А. Удосконалення системи управління підрулюючим пристроєм комбінованого пропу- льсивного комплексу // Вісник НТУ «ХПІ». – 2014. – №38(1081). – С. 45-51. 44. Будашко В.В. Имплементарный подход при моделиро- вании энергетических процессов динамически позициони- рующего судна // Електротехніка і електромеханіка. – 2015. – №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 // Збірник наукових праць Військової академії (м. Одеса). – 2014. – №2. – С. 88-92. 46. Патент України № 100819. Суднова система моніторин- гу для попередження ефекту Команда / Будашко В.В., Ніко- льский В.В., Хнюнін С.Г. – Заявл. 02.03.2015; опубл. 10.08.2015, Бюл. № 15. 47. Патент України № 108074. Система імпульсно-фазового управління електроприводом суднової гвинто-кермової установки / Будашко В.В., Юшков Є.О. – Заявл. 18.02.2016; опубл. 24.06.2016, Бюл. № 12. 48. Патент України № 107006. Суднова система моніторин- гу для попередження ефекту Коанда / Хнюнін С.Г., Ніколь- ский В.В., Будашко В.В. – Заявл. 28.12.2015; опубл. 10.05.2016, Бюл. № 9. 49. Budashko V., Nikolskyi V., Onishchenko O., Khniunin S. Decision support system’s concept for design of combined pro- pulsion complexes // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. – 2016. – v.3. – no.8(81). – pp. 10-21. doi: 10.15587/1729-4061.2016.72543. REFERENCES 1. Geertsma R.D., Negenborn R.R., Visser K., Hopm J.J. De- sign 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 scant- lings 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 İ., Boru B. Theoretical and experimental investigation of the Miller cycle diesel engine in terms of performance and emission pa- rameters. 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 pro- peller 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 die- sel engines exhausts: Emissions and control strategies. Trans- portation 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 effi- ciency 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 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2017. №2 71 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. Emerg- ing 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 de- sign 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 sys- tems. 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 volt- age control in FREMM frigates integrated power system: Mod- eling and validation. International Symposium on Power Elec- tronics 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 ap- proaches. 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, Álvarez C., Fernández-Garrido C., Carral L. Analysing the possibilities of using fuel cells in ships. Inter- national 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 genera- tion 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. Renew- able 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 en- ergy 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 Ref- erence 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 effi- ciency 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 en- ergy 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 ma- rine vessels through VFD-based process flow control. IEEE 15th International Conference on Environment and Electrical Engi- neering (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 effi- ciency 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 Com- pressed 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. Develop- ment of a 20kW generic hybrid fuel cell power system for small ships and underwater vehicles. International Journal of Hydro- gen 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. Re- sources, configurations, and soft computing techniques for power management and control of PV/wind hybrid system. Re- newable and Sustainable Energy Reviews, 2017, v.69, pp. 129- 143. doi: 10.1016/j.rser.2016.11.209. 72 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2017. №2 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 Con- ference on Engine Room Simulators (ICERS12). Istanbul: Istan- bul 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 «KhPІ», 2014, no.38(1081), pp. 45-51. (Ukr). 44. Budashko V.V. Implementation approaches during simula- tion of energy processes for a dynamically positioned ship. Elec- trical 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 pro- peller-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 pro- pulsion 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: bvv@te.net.ua V.V. Budashko Оdessa 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.

Розробка трирівневої багатокритеріальної стратегії управління гібридною судновою енергетичною установкою комбінованого пропульсивного комплексу

Institution

Ähnliche Einträge