PREVENTIVE PROTECTION OF SHIP’S ELECTRIC POWER SYSTEMS FROM OVERLOAD IN CASE OF ERRONEOUS ACTIONS OF THE CREW

Development of the method of preventive control for the purposes of safe operation of the ship’s electric power system in emergency situations associated with errors of crew members when stopping generator sets during operation is considered in the paper. Special attention is paid to the development of the approach of preventive protection of equipment, which ensures the formation of a control action aimed at preventing the occurrence of an emergency situation on the ship at the time when the error has already been committed by the maintenance personnel, but the negative processes in the power system have not yet begun. It is shown that for such tasks, the decision-making time is extremely short and their solution is beyond the power of a human operator, so in this case it is advisable to use technical means that actively respond to the actions of the service personnel. For their development, a list of controlled parameters that have a significant impact on the flow of processes in the ship’s power grid in the case of an illegal shutdown of a working generator set is provided in the paper. It is shown that in the case of predicting an abnormal operation mode of a ship’s electric power system due to an erroneous shutdown of a functioning power source, two types of control actions are fundamentally possible, namely, blocking the signal for disconnecting the generator unit or disconnecting groups of electricity consumers and reducing the load on working machines. The results of analyzing the energy processes occurring in the ship’s electric power system in the case of an operator error are shown in the paper. They are provided as logical expressions for each of the control signals. Based on the obtained equations, warning signals for the technical implementation of preventive protection that excludes the human factor influence are generated. The results of the research are written as the perfect disjunctive normal form of logical functions, and the resulting expressions are minimized. Special attention is paid to the development of a new specialized algorithm for preventive control, which provides preventive protection of the ship’s electric power system from erroneous shutdowns of generator sets. A flowchart and a detailed description of this algorithm are provided. It is noted that it is necessary to take into account additional signs of the inoperable state of each of the working machines when forming the control action.

ship electric power system, operator error, human factor, warning control, diagnostic feature, disconnecting consumers, overload of generator sets, preventive protection

1. Гвоздев Е. В. Методология анализа показателей влияния человеческого фактора на комплексную безопасность электроэнергетических предприятий / Е. В. Гвоздев, Е. Б. Грибанова, Ю. Г. Матвиенко // Безопасность труда в промышленности. - 2020. - № 12. - С. 38-43. DOI: 10.24000/0409-2961-2020-12-38-43.

2. Кузнецов П. А. Комплексная система защиты потребителей электроэнергии от аварийных режимов работы / П. А. Кузнецов, О. А. Степанов // Вестник Московского авиационного института. - 2016. - Т. 23. - № 4. - С. 145-154.

3. Булатов Ю. Н. Противоаварийное управление установками распределенной генерации / Ю. Н. Булатов, А. В. Крюков // Электричество. - 2019. - № 2. - С. 18-25. DOI: 10.24160/0013-5380-2019-2-18-25.

4. Зубок Ю. А. Угрозы в трансформирующейся среде обитания как фактор социальных рисков: прогнозирование и регулирование / Ю. А. Зубок, В. И. Чупров // Социологические исследования. - 2017. - № 5 (397). - С. 57-67.

5. Магид С. И. Человеческий фактор и энергобезопасность на современном этапе развития электроэнергетики / С. И. Магид // Энергосбережение и водоподготовка. - 2006. - № 3 (41). - С. 55-62.

6. Ivanova M. Analysis of Power Outages and Human errors in the Operation of Equipment in Power Grids / M. Ivanova, R. Dimitrova, A. Filipov // 2020 12th Electrical Engineering Faculty Conference (BulEF). - IEEE, 2020. - Pp. 1-5. DOI: 10.1109/BulEF51036.2020.9326058.

7. Bao Y. Impact analysis of human factors on power system operation reliability / Y. Bao, C. Guo, J. Zhang, J. Wu, S. Pang, Z. Zhang // Journal of Modern Power Systems and Clean Energy. - 2018. - Vol. 6. - Is. 1. - Pp. 27-39. DOI: 10.1007/s40565-016-0231-6.

8. Kondrateva O. E. Analysis of the Applicability of Key Risk Assessment Methods for Solving Problems of Reducing Accidents at Energy Facilities / O. E. Kondrateva, M. K. Romashov, O. A. Loktionov // 2021 3rd International Youth Conference on Radio Electronics, Electrical and Power Engineering (REEPE). - IEEE, 2021. - Pp. 1-5. DOI: 10.1109/REEPE51337.2021.9388031.

9. Магид С. И. Надежность электроэнергетики и нормирование тренажерной подготовки персонала / С. И. Магид, Е. Н. Архипова // Надежность и безопасность энергетики. - 2011. - № 1 (12). - С. 24-33.

10. Коновалов Ю. В. Повышение безопасности эксплуатации электротехнических комплексов систем электроснабжения при их интеллектуализации / Ю. В. Коновалов, Н. В. Кузнецова // Вестник Иркутского государственного технического университета. - 2017. - Т. 21. - № 1 (120). - С. 103-112. DOI: 10.21285/1814-3520-2017-1-103-112.

11. Magid S. I. Topical issues of simulation construction development in modern electric power engineering / S. I. Magid, E. N. Arkhipova, I. S. Zagretdinov // Thermal Engineering. - 2015. - Vol. 62. - Is. 14. - Pp. 1017-1027. DOI: 10.1134/S0040601515140086.

12. Никоноров А. Н. Разработка учебно-исследовательской АСУТП энергоблока с парогазовой установкой / А. Н. Никоноров [и др.] // Автоматизация в промышленности. - 2021. - № 2. - С. 38-43. DOI: 10.25728/avtprom.2021.02.07.

13. Бойко Е. А. Формирование профессиональных цифровых компетенций при реализации многоуровневой модели проектно-ориентированной подготовки теплоэнергетиков / Е. А. Бойко // Энергобезопасность и энергосбережение. - 2021. - № 1. - С. 61-71. DOI: 10.18635/2071-2219-2021-1-61-71.

14. Окороков Р. В. Роль человеческого фактора в управлении энергетическими объектами в условиях цифровой трансформации / Р. В. Окороков, А. А. Тимофеева // Фундаментальные и прикладные исследования в области управления, экономики и торговли: сб. трудов всероссийской научной и учебно-практической конференции. В 3 ч. - СПб.: ИПЦ СПбПУ «ПОЛИТЕХ-ПРЕСС», 2020. - С. 96-101.

15. Tyrva V. O. Anthropomorphic Control over Electromechanical System Motion: Simulation and Implementation / V. O. Tyrva, A. V. Saushev, O. V. Shergina // 2020 International Russian Automation Conference (RusAutoCon). - IEEE, 2020. - Pp. 374-379. DOI: 10.1109/RusAutoCon49822.2020.9208070.

16. Белов О. В. Методология анализа и контроля безопасности судна как сложной организационно-технической системы /О. В. Белов // Вестник Камчатского государственного технического университета. - 2015. - № 34. - С. 12-18. DOI: 10.17217/2079-0333-2015-34-12-18.

17. Coraddu A. Determining the most influential human factors in maritime accidents: A data-driven approach / A. Coraddu, L. Oneto, B. N. de Maya, R. Kurt // Ocean Engineering. - 2020. - Vol. 211. - Pp. 107588. DOI: 10.1016/j.oceaneng.2020.107588.

18. Navas de Maya B. Application of card-sorting approach to classify human factors of past maritime accidents / B. Navas de Maya, H. Khalid, R. E. Kurt // Maritime Policy & Management. - 2021. - Vol. 48. - Is. 1. - Pp. 75-90. DOI: 10.1080/03088839.2020.1754481.

19. Wang T. Autonomous decision-making scheme for multi-ship collision avoidance with iterative observation and inference / T. Wang, Q. Wu, J. Zhang, B. Wu, Y. Wang // Ocean Engineering. - 2020. - Vol. 197. - Pp. 106873. DOI:10.1016/j.oceaneng.2019.106873.

20. Tu E. Exploiting AIS Data for Intelligent Maritime Navigation: A Comprehensive Survey From Data to Methodology / E. Tu, G. Zhang, L. Rachmawati, E. Rajabally, G. B. Huang // IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems. - 2017. - Vol. 19. - Is. 5. - Pp. 1559-1582. DOI: 10.1109/TITS.2017.2724551.

21. Alizadeh D. Vessel trajectory prediction using historical automatic identification system data / D. Alizadeh, A. A. Alesheikh, M. Sharif // The Journal of Navigation. - 2021. - Vol. 74. - Is. 1. - Pp. 156-174. DOI: 10.1017/S0373463320000442.

22. Широков Н. В. Предупредительное управление судовой электроэнергетической системой при отказе источников электроэнергии / Н. В. Широков // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2019. - Т. 11. - № 2. - С. 396-405. DOI: 10.21821/2309-5180-2019-11-2-396-405.

23. Пат. 2731756 Российская Федерация, МПК H02H 3/08. Способ предупредительного управления отключением генераторного агрегата / Н. В. Широков; заяв. и патентообл. Н. В. Широков. - № 2020105350; заявл. 04.02.2020; опубл. 08.09.2020, Бюл. № 25. - 13 с.

24. Пат. 2715555 Российская Федерация, МПК H02H 3/08. Способ определения неработоспособного генераторного агрегата / Н. В. Широков; заяв. и патентообл. ООО «Форпик стандарт сервис». - № 2019137276; заявл. 19.11.2019; опубл. 02.03.2020, Бюл. № 7. - 9 c.

25. Saushev A. Preventive Protection of Ship’s Electric Power System from Reverse Power / A. Saushev, N. Shirokov, S. Kuznetsov // International Scientific Conference Energy Management of Municipal Facilities and Sustainable Energy Technologies EMMFT 2019. EMMFT 2019. Advances in Intelligent Systems and Computing. - Springer, Cham, 2021. - Vol. 1258. DOI: 10.1007/978-3-030-57450-5_33.

26. Широков Н. В. Метод исключения омонимичных областей в предупредительном управлении электротехнической системой / Н. В. Широков // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2020. - Т. 12. - № 2. - С. 390-401. DOI: 10.21821/2309-5180-2020-12-2-390-401.