Розв'язання завдання координованого управління судновою автоматизованою електроенергетичною системою при змінах навантаження

Автор(и)

  • Віталій Віталійович Будашко Національний університет «Одеська морська академія», Україна https://orcid.org/0000-0003-4873-5236
  • Валерій Анатолійович Шевченко Національний університет «Одеська морська академія», Україна https://orcid.org/0000-0003-3229-1909

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.229033

Ключові слова:

ефективність, технічна експлуатація, якість, система управління, комплекс

Анотація

Стаття присвячена синтезу основних процесів базового управління складною технічною судновою системою. Було запропоновано вирішення проблеми семантики опису та методу декомпозиції управлінських завдань у контексті синтезу програми координатора управління судновими технічними системами та комплексами складної структури. На прикладі п’яти-агрегатної суднової автоматизованої електроенергетичної системи (САЕЕС) для визначеного рівня генерованої потужності, з урахуванням критеріїв ефективності, синтезовано алгоритми переходів від одного рівня до іншого з урахуванням передаварійних і аварійних станів САЕЕС. Суть організації процесу послідовності включення/відключення генераторних агрегатів (ГА) полягає у розробці програми управління супервізора координатора у складі розподіленої дворівневої ієрархічної структури управління САЕЕС при змінах навантаження. Послідовність виконання операцій пуску, синхронізації, переведення навантаження й зупинки ГА було засновано на формуванні оптимального складу ГА, розподілу навантажень між паралельно працюючими ГА і виконанням програми оптимізації первинного двигуна електростанції.

Наведені принципи побудови процедур управління складом ГА за принципом "жорстких і гнучких" порогів дозволили побудувати діаграму корегування часової затримки включення ГА від затребуваної потужності. Доведено, що запропонований спосіб підвищує надійність роботи САЕЕС, оскільки виключені можливі аварійні режими при завданні помилкових комбінацій управління. Сформовано бази даних щодо кількості ГА, їх технічного стану, навантаження, витрати палива й параметрів навколишнього середовища. Синтез управління п’яти-агрегатної САЕЕС дозволив визначити спосіб алгоритмізації, заснований на використанні розширеного масиву даних, та спростити алгоритм функціонування у операціях обрання складу п’яти агрегатної САЕЕС

Біографії авторів

Віталій Віталійович Будашко, Національний університет «Одеська морська академія»

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра технічної експлуатації флоту

Валерій Анатолійович Шевченко, Національний університет «Одеська морська академія»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра технічної експлуатації суден

Посилання

  1. Budashko, V., Shevchenko, V. (2021). The synthesis of control system to synchronize ship generator assemblies. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (2 (109)), 45–63. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.225517
  2. Shevchenko, V. (2018). Optimization of the process of automatic synchronization of ship diesel generators in the deterministic formulation of the problem. Automation of technological and business processes, 10 (4), 43–52. doi: https://doi.org/10.15673/atbp.v10i4.1233
  3. Kulor, F., Markus, E. D., Kanzumba, K. (2021). Design and control challenges of hybrid, dual nozzle gas turbine power generating plant: A critical review. Energy Reports, 7, 324–335. doi: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2020.12.042
  4. Heinrich, B., Krause, F., Schiller, A. (2019). Automated planning of process models: The construction of parallel splits and synchronizations. Decision Support Systems, 125, 113096. doi: https://doi.org/10.1016/j.dss.2019.113096
  5. Kumar, J., Kumpulainen, L., Kauhaniemi, K. (2019). Technical design aspects of harbour area grid for shore to ship power: State of the art and future solutions. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 104, 840–852. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2018.07.051
  6. Jianyun, Z., Li, C., Lijuan, X., Bin, W. (2019). Bi-objective optimal design of plug-in hybrid electric propulsion system for ships. Energy, 177, 247–261. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.04.079
  7. Dalheim, Ø. Ø., Steen, S. (2020). Preparation of in-service measurement data for ship operation and performance analysis. Ocean Engineering, 212, 107730. doi: https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2020.107730
  8. Kowalski, J., Krawczyk, B., Woźniak, M. (2017). Fault diagnosis of marine 4-stroke diesel engines using a one-vs-one extreme learning ensemble. Engineering Applications of Artificial Intelligence, 57, 134–141. doi: https://doi.org/10.1016/j.engappai.2016.10.015
  9. Nuchturee, C., Li, T., Xia, H. (2020). Energy efficiency of integrated electric propulsion for ships – A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 134, 110145. doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110145
  10. Armellini, A., Daniotti, S., Pinamonti, P., Reini, M. (2018). Evaluation of gas turbines as alternative energy production systems for a large cruise ship to meet new maritime regulations. Applied Energy, 211, 306–317. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.11.057
  11. Myrhorod, V., Hvozdeva, I., Budashko, V. (2020). Multi-parameter Diagnostic Model of the Technical Conditions Changes of Ship Diesel Generator Sets. 2020 IEEE Problems of Automated Electrodrive. Theory and Practice (PAEP). doi: https://doi.org/10.1109/paep49887.2020.9240905
  12. Liu, X. F., Wang, Y., Liu, W. H. (2017). Finite element analysis of thermo-mechanical conditions inside the piston of a diesel engine. Applied Thermal Engineering, 119, 312–318. doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.03.063
  13. Peters, R., Pasel, J., Samsun, R. C., Scharf, F., Tschauder, A., Stolten, D. (2018). Heat exchanger design for autothermal reforming of diesel. International Journal of Hydrogen Energy, 43 (26), 11830–11846. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.03.085
  14. Latarche, M. (2021). WinGD (Wärtsilä/Sulzer) low-speed engines. Pounder’s Marine Diesel Engines and Gas Turbines, 471–537. doi: https://doi.org/10.1016/b978-0-08-102748-6.00016-5
  15. Zhu, D., Zheng, X. (2019). Fuel consumption and emission characteristics in asymmetric twin-scroll turbocharged diesel engine with two exhaust gas recirculation circuits. Applied Energy, 238, 985–995. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.01.188
  16. Prokopowicz, A. K., Berg-Andreassen, J. (2016). An Evaluation of Current Trends in Container Shipping Industry, Very Large Container Ships (VLCSs), and Port Capacities to Accommodate TTIP Increased Trade. Transportation Research Procedia, 14, 2910–2919. doi: https://doi.org/10.1016/j.trpro.2016.05.409
  17. Budashko, V., Shevchenko, V. (2018). Synthesis of the Management Strategy of the Ship Power Plant for the Combined Propulsion Complex. 2018 IEEE 5th International Conference on Methods and Systems of Navigation and Motion Control (MSNMC). doi: https://doi.org/10.1109/msnmc.2018.8576266
  18. Momenimovahed, A., Gagné, S., Gajdosechova, Z., Corbin, J. C., Smallwood, G. J., Mester, Z. et. al. (2021). Effective density and metals content of particle emissions generated by a diesel engine operating under different marine fuels. Journal of Aerosol Science, 151, 105651. doi: https://doi.org/10.1016/j.jaerosci.2020.105651
  19. Murawski, L. (2018). Thermal interaction between main engine body and ship hull. Ocean Engineering, 147, 107–120. doi: https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2017.10.038
  20. Hemeida, M. G., Ibrahim, A. A., Mohamed, A.-A. A., Alkhalaf, S., El-Dine, A. M. B. (2021). Optimal allocation of distributed generators DG based Manta Ray Foraging Optimization algorithm (MRFO). Ain Shams Engineering Journal, 12 (1), 609–619. doi: https://doi.org/10.1016/j.asej.2020.07.009
  21. Kitagawa, Y., Bondarenko, O., Tsukada, Y. (2019). An experimental method to identify a component of wave orbital motion in propeller effective inflow velocity and its effects on load fluctuations of a ship main engine in waves. Applied Ocean Research, 92, 101922. doi: https://doi.org/10.1016/j.apor.2019.101922
  22. Kim, Y., Hwang, S., Cho, K., Kim, U. (2017). Characteristics of propulsion shafting system in ships with engine acceleration problems in the barred speed range. Ocean Engineering, 145, 479–491. doi: https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2017.09.021
  23. Rokhforoz, P., Kebriaei, H., Ahmadabadi, M. N. (2021). Large-scale dynamic system optimization using dual decomposition method with approximate dynamic programming. Systems & Control Letters, 150, 104894. doi: https://doi.org/10.1016/j.sysconle.2021.104894
  24. Bürgy, R., Hertz, A., Baptiste, P. (2020). An exact dynamic programming algorithm for the precedence-constrained class sequencing problem. Computers & Operations Research, 124, 105063. doi: https://doi.org/10.1016/j.cor.2020.105063
  25. Nakamura, H. (2016). Global Nonsmooth Control Lyapunov Function Design for Path-Following Problem via Minimum Projection Method. IFAC-PapersOnLine, 49 (18), 600–605. doi: https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2016.10.231
  26. Banisoleiman, K., Rattenbury, N. (2006). Reliability Trends, Operating Issues and Acceptance Criteria related to Exhaust Gas Turbochargers used in the Marine Industry - A Classification Society View. 8th International Conference on Turbochargers and Turbocharging, 289–303. doi: https://doi.org/10.1016/b978-1-84569-174-5.50025-7
  27. Budashko, V. (2020). Thrusters Physical Model Formalization with regard to Situational and Identification Factors of Motion Modes. 2020 International Conference on Electrical, Communication, and Computer Engineering (ICECCE). doi: https://doi.org/10.1109/icecce49384.2020.9179301
  28. Sadeghian, Z., Akbari, E., Nematzadeh, H. (2021). A hybrid feature selection method based on information theory and binary butterfly optimization algorithm. Engineering Applications of Artificial Intelligence, 97, 104079. doi: https://doi.org/10.1016/j.engappai.2020.104079
  29. Boyko, A., Budashko, V., Yushkov, Y., Boyko, N. (2016). Synthesis and research of automatic balancing system of voltage converter fed induction motor currents. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (2 (79)), 22–34. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.60544
  30. Hvozdeva, I., Myrhorod, V., Budashko, V., Shevchenko, V. (2020). Problems of Improving the Diagnostic Systems of Marine Diesel Generator Sets. 2020 IEEE 15th International Conference on Advanced Trends in Radioelectronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET). doi: https://doi.org/10.1109/tcset49122.2020.235453
  31. Karatas, B. C., Sarkar, M., Jóhannsson, H., Nielsen, A. H., Sørensen, P. E. (2020). Voltage stability assessment accounting for current-limited converters. Electric Power Systems Research, 189, 106772. doi: https://doi.org/10.1016/j.epsr.2020.106772
  32. Pakshina, N. A., Pravdina, M. V., Koposov, A. S., Pakshin, P. V. (2017). Team Public Testing in Classroom Studies on Automatic Control Theory. IFAC-PapersOnLine, 50 (1), 13468–13473. doi: https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2017.08.2318
  33. Taheri, S. I., Vieira, G. G. T. T., Salles, M. B. C., Avila, S. L. (2021). A trip-ahead strategy for optimal energy dispatch in ship power systems. Electric Power Systems Research, 192, 106917. doi: https://doi.org/10.1016/j.epsr.2020.106917
  34. Pipchenko, A. N., Ponomarenko, V. V., Shevchenko, V. A. (2014). Ekspluatatsiya, obsluzhivanie i remont dvigateley MAN B&W-ME. Odessa: TES, 325.
  35. Pipchenko, A. N., Ponomarenko, V. V., Shevchenko, V. A., Tabulinskiy, I. N. (2017). Tekhnicheskaya ekspluatatsiya odno- i dvuhtoplivnyh dvigateley Wartsila-Sulzer. Odessa: TES, 338.
  36. Aydoğan, B. (2020). Experimental investigation of tetrahydrofuran combustion in homogeneous charge compression ignition (HCCI) engine: Effects of excess air coefficient, engine speed and inlet air temperature. Journal of the Energy Institute, 93 (3), 1163–1176. doi: https://doi.org/10.1016/j.joei.2019.10.009
  37. Mi, Y., Xu, Y., Lang, Z., Yang, X., Ge, X., Fu, Y., Jin, C. (2021). The frequency-voltage stability control for isolated wind-diesel hybrid power system. Electric Power Systems Research, 192, 106984. doi: https://doi.org/10.1016/j.epsr.2020.106984
  38. Pipchenko, A. D., Shevchenko, V. A. (2018). Vessel heading robust automatic controller for varying conditions. Marine Intellectual Technologies, 4 (4 (42)), 208–214.
  39. Şahin, F. (2015). Effects of engine parameters on ionization current and modeling of excess air coefficient by artificial neural network. Applied Thermal Engineering, 90, 94–101. doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.06.100
  40. Dere, C., Deniz, C. (2019). Load optimization of central cooling system pumps of a container ship for the slow steaming conditions to enhance the energy efficiency. Journal of Cleaner Production, 222, 206–217. doi: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.03.030
  41. Bo, Z., Mihardjo, L. W., Dahari, M., Abo-Khalil, A. G., Al-Qawasmi, A.-R., Mohamed, A. M., Parikhani, T. (2021). Thermodynamic and exergoeconomic analyses and optimization of an auxiliary tri-generation system for a ship utilizing exhaust gases from its engine. Journal of Cleaner Production, 287, 125012. doi: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.125012
  42. Wang, R. (2020). Multi-objective configuration optimization method for a diesel-based hybrid energy system. Energy Reports, 6, 2146–2152. doi: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2020.08.004
  43. Budashko, V. (2017). Formalization of design for physical model of the azimuth thruster with two degrees of freedom by computational fluid dynamics methods. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (7 (87)), 40–49. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.101298
  44. Budashko, V., Golikov, V. (2017). Theoretical-applied aspects of the composition of regression models for combined propulsion complexes based on data of experimental research. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (3 (88)), 11–20. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.107244
  45. Kumawat, M., Gupta, N., Jain, N., Bansal, R. C. (2017). Optimally Allocation of Distributed Generators in Three-Phase Unbalanced Distribution Network. Energy Procedia, 142, 749–754. doi: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.12.122

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-04-30

Як цитувати

Будашко, В. В., & Шевченко, В. А. (2021). Розв’язання завдання координованого управління судновою автоматизованою електроенергетичною системою при змінах навантаження . Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(2 (110), 54–70. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.229033

Номер

Том 2 № 2 (110) (2021): Інформаційні технології. Системи управління в промисловості

Розділ

Системи управління в промисловості

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Виталий Витальевич Будашко, Валерий Анатольевич Шевченко

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.