“梦想”号：不管风吹浪打，胜似闲庭信步

时而平静，时而狂躁的海浪；时而温柔，时而如刀似剑的海风，还有海底神秘的暗流造成“颠簸”—这是海上工作与生活永恒的旋律。然而，即使在波涛汹涌、暗流涌动中，“梦想”号上的科学家却能够平稳的实施科学钻探。“梦想”号可以在6级海况下正常作业、16级台风下安全生存，仿佛在吟唱“不管风吹浪打，胜似闲庭信步”。

什么是三级动力定位系统？

“梦想”号能如此的“稳”，很大原因是该船配备了三级动力定位系统（DP-3）。动力定位系统因其不依赖抛锚或系缆、部署和撤离迅速、对水深不敏感等优点，被广泛应用在深海油气开发、潜水作业、海底管道和电缆敷设及科学考察等方面。它的工作原理是，计算机通过控制推进器的推力大小和方向，以对抗由风、浪、流等造成的外部作用力，从而使船体位置和船头朝向保持不变，保证船体稳稳地保持在同一个定位。在“梦想”号上，动力定位控制系统中的传感器、位置参考系统和控制器均采用冗余设计，动力和辅助系统分布在三个防火分隔区域。这样设计的优势是，任何单个舱室的动力系统一旦发生故障，其它舱室的依然能发挥作用，这就是三级动力定位系统。

动力定位示意图

动力定位系统是如何知道自己的位置？

精确的位置测量是动力定位系统的基础。“梦想”号安装了6套位置参考系统，分别基于卫星和声呐等两类不同的工作原理。其中，3套差分全球卫星定位系统，1套北斗卫星定位系统，2套超短基线声呐定位系统，所有系统的位置测量精度都达到分米级别，并不受作业区域的影响，任何一套位置参考系统都能满足定位要求，大大地提升了动力定位系统的可靠性。如遭遇太阳风暴，卫星定位系统可能会受到影响而失效，这时2套声呐定位系统依然能够保证动力定位系统有可靠的位置参考。

动力定位系统的大脑—动力定位控制器

动力定位控制器是动力定位系统的大脑，它接收位置测量、风速风向、船舶姿态以及艏向等信号，通过精密计算，输出正确的控制信号以控制推进器的转速和转向，这样就能使船舶保持在设定的位置和艏向上。三级动力定位系统配置了三个控制器，其中一个作为主控制器，其输出信号控制推进器。当主控制器故障时，另外一个控制器将自动切换为主控制器，实现定位功能不受影响。因此三级动力定位系统可靠性非常高。

动力定位系统用的电从哪里来？

“梦想”号安装了七台推进器，采用全电力驱动，为动力定位系统提供动力。为了保障电力供给的稳定，“梦想”号采用了闭环电网技术，即将多个中压配电板首尾互联，形成一个环形的供电网络。与传统的分段电网相比，闭环电网可减少运行发电机的数量，提高发电机的效率，还能减少发电机运行时间，降低维护成本。此外，闭环电网还具有容量大、抗冲击能力强、可靠性高、使用灵活的特点。然而，闭环电网中可能会出现的短路、接地和发电机故障等将会影响其他配电板和发电机的正常运行。为了避免上述情况的发生，“梦想”号闭环电网采用了先进的计算机综合保护系统和高级发电机保护技术，实现了对电网及发电机故障点的精准判断和快速切除。

目前，闭环电网技术在船舶的应用并不多，主要应用于深水钻井平台或者钻井船等发电机装机数量较多的工程船舶。据了解，国内只有“蓝鲸二号”和“海洋石油982”等钻井平台采用了闭环电网，并完成实船短路实验。而“梦想”号的闭环电网也已完成实船接地和短路实验并通过中国船级社和挪威船级社的验收，在我国钻探船中尚属首例。

闭环电网示意图

节能法宝——蓄能蓄电池系统

三级动力定位船舶作业时平均日耗油能高达40多吨，产生高昂运营成本的同时也造成环境的污染。“梦想”号作为全球最先进的大洋钻探船，配备了蓄能蓄电池系统，这好比汽车的混合动力系统。它如同一台大型不间断电源，在发电机发生故障时快速投入，代替故障发电机实现对电网的支撑。这样不仅能确保运行负载不受影响，使电网稳定、可靠，还能减少动力定位时发电机的运行数量，增加在线发电机的功率，提高柴油机的效率，降低油耗。它还能够存储液压钻机下行时产生的再生电能，实现能量回收和利用。由此，还能减少钻机由势能转化为热能所需的冷却水量，从而降低冷却水泵的能耗，实现进一步节能。此外，蓄能蓄电池系统通过削峰填谷功能实现稳定电网，减少发电机启停次数，降低发电机机械磨损，延长大修时间，节约维护成本。“梦想”号的蓄能蓄电池闭环电网比传统的电网节约超15%的油耗。

“维稳”高手——能量管理系统

“梦想”号的能量管理系统由功率管理系统和电池管理系统组成，将它与动力定位系统密切配合，为科学钻探作业的稳定安全实施立下了汗马功劳。为了节能增效、维持电网稳定，能量管理系统使出了2大“高招”。高招1：利用动力定位系统预测推进器负荷，通过提前调节发电机的频率，实现对动态负载的补偿，以减少电网频率的变化。高招2：根据电网中发电机以及蓄能蓄电池系统所能够承担的最大负载变化率（千瓦/秒）来控制大型负载的功率变化速度，实现动态负载的惯性补偿，减小电网波动，进一步增强电网的稳定性，减少在网发电机的数量，提高发电机的运行效率，实现节能增效。