用于优化引擎效率的负载管理算法制造技术

用于操作被配置为向一个或多个电机提供功率的一系列发电机的系统和方法。发电机通常根据操作容量以不同的效率水平操作。计算部件可以分析发电机的当前效率，并确定在现有发电机之间是否存在替代功率分配，这将导致系统更高效地操作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于优化引擎效率的负载管理算法相关申请的交叉引用本申请基于并要求于2018年2月23日提交的美国申请序列号15/903,417的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术介绍
石油和天然气钻井操作需要大量动力，并需要对该动力进行控制。典型的钻机使用发电机，该发电机消耗燃料来产生机械和电力，然后将其用于操作钻机。钻井本身会消耗钻机所需的大部分功率，但是还有很多其他因素要考虑进去。以有效的方式管理产生和消耗的功率一直是钻井操作的持续挑战。
技术实现思路
本文描述了本公开的各种特征。实施例针对一种包括发电机组的系统，该发电机组包括被配置为在发电机之间进行负载分担的多个单独的发电机。各个发电机具有运行容量(capacity)和操作效率。操作效率是操作容量的函数，效率-容量比是操作容量与操作效率的比。该系统还包括一个或多个电机，该电机被配置为通过向发电机组施加负载来消耗由发电机产生的电力，以及计算部件，该计算部件被配置为存储与发电机的效率-容量比有关的数据。计算部件被配置为计算发电机组的整体效率，确定其中一个或多个发电机的操作容量被改变的替代功率配置的可用性，以及计算与替代功率配置相关联的整体效率的预期变化。如果总体效率的预期变化足够大，则将计算部件配置为启动替代功率配置。进一步的实施例涉及一种用于操作钻机的功率单元的方法，包括计算用于向钻机提供电力的发电机组的效率，该发电机组包括一个或多个单独的发电机，以及如果发电机组的效率小于预定的期望效率阈值，从而识别发电机组的替代功率分配。该方法还包括计算发电机组的替代功率分配的效率，并且如果发电机组的替代功率分配的效率大于预定的期望效率阈值，则开始改变发电机组的替代功率分配。本公开的另外的实施例还涉及一种用于操作发电机的方法，包括测量多个发电机处的功率输出、燃料消耗和操作容量。发电机被配置为一起操作以为电机提供功率。该方法还包括至少部分地基于每个发电机的功率输出、燃料消耗和操作容量来计算每个发电机的操作效率，以及将该操作效率与计算部件进行通信。该方法还包括响应于该指令而从计算部件接收指令以改变负载、使一个或多个发电机打开或使它们断电。附图说明图1是根据本公开的实施例的钻井系统的发动机自动化架构的示意图；图2是描绘根据本公开的系统和方法的发电机使用的图表；图3是描绘根据本公开的系统和方法的发电机使用的另一图表；图4是根据本公开的实施例的用于有效地操作发电机系统的方法的流程图；图5是示出根据本公开的实施例的用于有效地操作发电机系统的方法的另一流程图；图6是用于各个实施例中的计算机的说明性计算机架构。具体实施方式以下是根据本公开的各种实施例的详细描述。图1是根据本公开的实施例的钻井系统10的发动机自动化架构的示意图。系统10可以是钻机或以本文所述的部件为特征的另一种类似的操作，并且不限于石油和天然气应用。系统10包括显示为G1、G2、G3和G4的发电机，尽管在给定系统中可以有任何数量的发电机12。发电机12消耗燃料并产生电能，并且可以被统称为发电机组12。发电机连接到AC总线14，AC总线14有助于聚集由发电机产生的功率并将功率传送到其他地方。系统10可以包括整流器16，其被配置为将电力从AC转换为DC。整流器16还连接到DC总线18，DC总线18在整个系统10上承载DC功率，以在钻机中的各种装置处输送。系统10还可以包括示出为VFD1、VFD2、VFD3和VFD4的多个变频驱动器(VFD)20。应该理解，在给定系统中可以有任何数量的VFD。VFD20从DC总线18接收电力，并将电力输送到一系列电机22，如M1、M2、M3和M4所示。再一次，可能存在比图1所示的更多或更少的电机，并且本公开的方面不限于本文所示和所述的部件的数量。电机22消耗从VFD20接收的电力，该电力首先在发电机处产生。电机22可以是在钻井操作中使用的顶部驱动器或泥浆泵，或者它们可以是钻机的任何其他耗电部件，从HVAC到照明设备再到钻机底板上的电动工具。发电机12几乎可以提供对钻机的任何需求。系统10还包括计算部件26，其在一些实施例中可操作地联接到发电机组12、VFD20和电机22。在其他实施例中，计算部件26联接到发电机、VFD20或电机22或它们的任意组合。发电机可以包括仪表和传感器，其向计算部件26提供读数，例如功率水平读数、容量读数、温度读数以及在发电机组12处创建的任何其他方便的读数。VFD20和电机22还可以包括仪表、传感器和诊断设备，其被配置为向计算部件26提供与这些设备的操作有关的数据。在一些实施例中，计算部件26被配置为在需要用于计算的信息时查询系统10的各个部件。在一些实施例中，发电机12、VFD20和电机22被配置为周期性地将读数传输到计算部件26。发电机、VFD20和电机22中的任何一个或多个可以经由通信线路23联接到计算部件。通信线路23可以是有线或无线的，并且可以是以太网、蓝牙、WIFI或任何其他合适的通信线路。系统10还包括终端24，其使操作员能够查看关于系统10的信息并进行关于系统10的一个或多个部件的状态的查询。例如，诸如钻井操作员的操作员可以经由终端24上的接口访问终端24并请求电机M1和发电机G1的状态。此信息可以使操作员根据预定的井计划或经过操作员的判断来对系统10进行必要的调整。许多发电机，例如系统10的发电机，具有描述较高和较低效率的区域的效率曲线。例如，许多此类发电机在容量的80％以上以最高效率运行。不同的发电机将具有不同的效率曲线，该效率曲线可将数据存储在计算部件26的存储器中。在一些实施例中，每个发电机具有不同的效率曲线。在一些实施例中，除了预先存在的效率曲线之外，发电机的传感器和仪表可以用于实时计算效率，在这种情况下，该信息可以用于执行根据本公开的实施例的系统架构。VFD20还可以具有优选的操作范围，该优选的操作范围可能与更高的效率或另一个合适的参数有关。当系统10操作时，取决于系统10正在执行的任务，电机22以不同的负载运行。在一些实施例中，最高的负载是由泥浆泵或顶部驱动器引起的，但是本公开的系统和方法无论负载如何都能够提高效率。计算部件26被配置为监视电机22上的负载以及发电机的容量和VFD20的操作，并基于这些设备的有效操作进行调整。为了说明而非限制的目的，假设在一个实施例中，电机22需要1,000瓦，并且每个发电机能够产生1200瓦。如果两个发电机在运行，并且负载在两个发电机之间分配，则每个发电机将承担一半的负载：500瓦。因此，发电机以大约42％的容量运行(500/1200＝0.416)。计算部件26接收该信息，并且被配置为识别出发电机的效率曲线表明可以通过仅运行一个发电机并关闭另一台发电机来获得更高的效率。计算部件26可以被配置为向操作员警告这种情况，此时操作员可以执行改变。在其他实施例中，计算部件26可以被配置为自动执行该改变。在此示例中，第一发电机将被关闭，第二发电机将保持运行-这次容量为83％(1000/1200＝0.833)。计算部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种系统，包括：/n发电机组，包括多个单独的发电机，该多个单独的发电机被配置为在发电机之间进行负载分担，其中，单独的发电机具有操作容量和操作效率，其中操作效率是操作容量的函数，并且效率-容量比是操作容量与操作效率之比；/n一个或多个电机，配置为通过向发电机组施加负载来消耗发电机产生的功率；/n计算部件，配置为存储与发电机的效率-容量比有关的数据，其中，计算部件被配置为：/n计算发电机组的整体效率；/n确定其中改变一个或多个发电机的操作容量的替代功率配置的可用性；/n计算与替代功率配置相关的整体效率的预期变化；和/n如果总体效率的预期变化足够大，则将计算部件配置为启动替代功率配置。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180223 US 15/903,4171.一种系统，包括：
发电机组，包括多个单独的发电机，该多个单独的发电机被配置为在发电机之间进行负载分担，其中，单独的发电机具有操作容量和操作效率，其中操作效率是操作容量的函数，并且效率-容量比是操作容量与操作效率之比；
一个或多个电机，配置为通过向发电机组施加负载来消耗发电机产生的功率；
计算部件，配置为存储与发电机的效率-容量比有关的数据，其中，计算部件被配置为：
计算发电机组的整体效率；
确定其中改变一个或多个发电机的操作容量的替代功率配置的可用性；
计算与替代功率配置相关的整体效率的预期变化；和
如果总体效率的预期变化足够大，则将计算部件配置为启动替代功率配置。


2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述替代功率配置包括一个或多个发电机被打开或关闭。


3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述替代功率配置包括在所述发电机之间重新分配负载。


4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述计算部件还被配置为将所述替代功率配置的能量成本考虑在内。


5.根据权利要求1所述的系统，其中，执行所述替代功率配置的计算部件包括在没有进一步人工输入的情况下启动对一个或多个发电机的改变。


6.根据权利要求1所述的系统，其中，确定所述替代功率配置的可用性包括确定是否存在未使用的发电机。


7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述计算部件还被配置为计算第二功率配置将在其期间操作的时间段。


8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述计算部件被配置为从一个或多个发电机接收指示所述发电机超过容量的信号，并且其中，所述计算部件被配置为确定所述替代功率配置的可用性，其中超过容量的发电机将减少负载。


9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述计算部件被配置为以与所述发电机的效率成乘数关系的方式来考虑所述发电机的吞吐量。


10.根据权利要求1所述的系统，其中，计算比较第一功率配置和第二功率配置的效率的预期变化包括利用所述发电机的效率-容量比。


11.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：S科图鲁，S贾纳基拉曼，R马迪雷迪，
申请(专利权)人：斯伦贝谢技术有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL