测量波浪运动，主动驱动加以抵消——同时清楚这需要消耗多少功率。
主动波浪补偿
作者：Tord Martinsen, CEO · 2025年十月
实际应用：关于本主题的实际应用，请参见ANTARES 自适应 PHC与工程研究与分析。
主动波浪补偿（AHC）是一种在海上作业中降低起重机或绞车所悬吊载荷垂直运动的方法。与依靠机械弹簧阻尼系统的被动波浪补偿不同，主动波浪补偿采用由传感器和算法控制的液压或电动执行机构，主动抵消波浪引起的运动。
AHC 系统常用于水下施工、铺管、ROV 布放、深水钻井以及恶劣海况下的重型吊装作业。
主动波浪补偿如何工作？
主动波浪补偿器至少包含以下部分：
- 一个执行机构，可以是直线式（如液压缸）或旋转式（如绞车）执行机构，并配备位置测量装置。
- 一个运动参考单元（MRU）：内联式 AHC 的 MRU 安装在该装置本身上；集成式 AHC 的 MRU 则安装在船舶上。
- 某种对执行机构位置进行控制的方式，其响应速度需足以跟随船舶运动（例如液压马达）。
主动波浪补偿模式开启后，控制系统会通过执行机构主动抵消波浪运动，使载荷相对于静止参考系保持静止。
主动波浪补偿的效率可达 90% 以上。主动波浪补偿器通常在波浪周期较长时表现最佳。
AHC 的主要类型
主动波浪补偿器有多种类型，以下是几种主要类型：
- 电动旋转式 AHC，通常最适合较轻的载荷。
- 液压旋转式 AHC，适用于重型载荷。
- 甲板滑轮式 AHC，适用于改造加装。
- 甲板内联式 AHC，用于甲板上的基础 AHC 任务。
- 水下内联式 AHC，兼具 AHC 与自适应 PHC 的多项特性。
| AHC 类型 | 载荷等级 | 适用场景 |
|---|---|---|
| 电动旋转式（绞车） | 较轻载荷 | 安装快捷简便，无需液压系统 |
| 液压旋转式（绞车） | 重型载荷 | 大作用力连续补偿 |
| 甲板滑轮式 | 适配现有起重机系统 | 无需更换绞车即可加装 AHC |
| 甲板内联式 | 通用 | 吊钩以上的基础 AHC 作业 |
| 水下内联式 | 通用/水下 | 单一装置集主动控制与多项自适应 PHC 特性于一体 |
对大多数情况而言，内联式架构是最具成本效益的方案——气弹簧承载载荷，执行机构仅负责操控。
主动波浪补偿与被动波浪补偿对比
| 特性 | 主动式（AHC） | 被动式（PHC） |
|---|---|---|
| 能量来源 | 通常依赖外部动力源，即液压站（HPU）——ND 的 VEGA（研发中）采用电池供电，无脐带缆 | 自给式（气弹簧） |
| 精度 | 极高（>95%） | 良好（70-90%） |
| 复杂度 | 高 | 低 |
| 成本 | 较高 | 较低 |
| 最适用于 | 精确定位、铺管作业 | 浪溅区、水下着底 |
对许多海上吊装作业而言，被动波浪补偿即可在更低成本和复杂度下提供足够的性能。Norwegian Dynamics 专注于先进的被动波浪补偿器，其性能水平可接近 AHC 系统。
能耗是多少？
举一个简单的例子：在空气中对 100 t 载荷进行补偿，运动为正弦运动，振幅 1 m，周期 10 s。假设该 AHC 为内联式 AHC，具有以下参数：
- 气液比 10:1，行程 4 m。
- AHC 部件效率为 90%。
- 能量再生率 50%。
对于内联式 AHC，载荷依靠被动气压保持在中位；需要偏离中位时，则由液压马达驱动。因此，我们的能耗为：
在第一个红色区域，我们需要输入能量以伸出液压缸；随后让液压缸收回并再生能量，直至到达中位；此时需要输入能量以继续收回；最后，通过让液压缸伸出至中位来再生能量。可以证明，AHC 系统所需提供的作用力为：
由于 S 按正弦规律变化，我们可以将其改写为：
F = m g \left[ \left( \frac{S_\mathrm{max}(R – 0.5)}{S_\mathrm{max}(R – 0.5) – \zeta\cos{\omega t}} \right)^{\gamma} – 1 \right]由此，我们的积分可以写为：
由于对称性，我们可以按如下方式积分：
W = \int_{0}^{10\,\mathrm{h}}
\left|
m g
\left[
\left(
\frac{S_\mathrm{max}(R – 0.5)}
{S_\mathrm{max}(R – 0.5) – \zeta\cos{(\omega t)}}
\right)^{\gamma}
– 1
\right]
\, \zeta \omega \sin{(\omega t)}
\right|
\, dt
最后，考虑效率修正后可得：
W = \int_{0}^{10\,\mathrm{h}}
\left|
m g
\left[
\left(
\frac{S_{\mathrm{max}}(R – 0.5)}
{S_{\mathrm{max}}(R – 0.5) – \zeta \cos(\omega t)}
\right)^{\gamma}
– 1
\right]
\, \zeta \omega \sin(\omega t)
\right|
\, dt \cdot \frac{(1-\eta_{\mathrm{regen}})}{\eta_{\mathrm{AHC}}}
\
通过数值积分可得，该能量约为 207 MJ，即 57 kWh。
由此可见，即使是长时间为重型载荷提供补偿，所需的电池容量也并不算大，与电动汽车电池相当。
如需更精确的计算（包括摩擦、液压损失、更精确的泵/电机/电池效率模型、精确物态方程等），请联系 Norwegian Dynamics。
能量预算——三点说清
- 工况。100 t 载荷在空气中补偿，正弦运动 ζ = 1 m，T = 10 s；内联式 AHC，R = 10，S = 4 m；部件效率 90%，再生率 50%。
- 物理原理。气弹簧将载荷保持在中位；电机仅在每个周期的一半时间内输入能量，另一半时间则进行再生——执行机构峰值功率 ≈ 12 kW。
- 结论。连续补偿十小时 ≈ 207 MJ = 57 kWh——相当于一块电动汽车级电池。这正是电池供电、无脐带缆的主动系统之所以可行的原因。
上述积分得出的数值；摩擦、液压损失以及完整的泵/电机/电池效率模型可进一步细化这些结果——完整模型属于CONSTELLATION 研究的一部分。
何时选择 AHC，何时选择 PHC
在以下情况下选择主动波浪补偿：
- 需要极高的补偿精度（>95%）
- 作业涉及精确的水下定位
- 需要长时间连续补偿
- 船上已配备可用的 HPU
在以下情况下选择被动波浪补偿：
- 主要关注浪溅区穿越
- 成本与简易性是优先考量
- 补偿器需为自给式系统
- 缓冲功能是主要需求
→ 不确定该如何选择？联系我们的工程师，获取免费咨询。
主动波浪补偿——常见问题
什么是主动波浪补偿？
AHC 由哪些部分组成？
效率如何？
能耗如何？
主动还是被动——我该选择哪一种？
正在处理需要用到这项技术的吊装项目？
AHC 很少单独作为最佳方案——它通常与被动阻尼配合使用。请告诉我们您的精度要求、海况和功率限制条件，我们将为您提出合适的架构方案。