电力控制和供应系统技术方案

一种向远程电气装置供应电能的系统。该系统包括ＡＣ／ＤＣ电压转换器，其连接到交流电压源上以将来自交流电压源的交流电压转换成位于第一位置的直流高压输出。所述ＡＣ／ＤＣ电压转换器包括多个ＡＣ／ＤＣ电压转换器部件，所述ＡＣ／ＤＣ电压转换器部件在其输入侧并联连接到交流电压源，并且在其输出侧串联连接到导电体。所述导电体延伸至位于远程位置的多个电压转换器，其具有与导电体串联连接的输入和向电气装置提供适当电压的输出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
电力控制和供应系统包括位于第一位置的供应及控制组件，和与远程装置相关联的位于远程位置的控制及致动组件。脐带在供应及控制组件和控制及致动组件之间延伸并使其相互连接以向所述控制及致动组件供应直流电压。电力控制和供应系统例如可以在油气生产中使用并且可以与陆上油井或海上油井一起使用。与海上油井一起使用时，供应及控制组件设置在位于海面的平台上或船上，并且控制及致动组件位于海面以下的远程位置处，例如海底。脐带在海下从供应直流电压的供应及控制组件延伸到远程海下的控制及致动组件。海下控制及致动组件经适当的连接缆连接至各个电气装置，例如电机、电力致动器和类似设备。
技术介绍
典型地，海下工具(例如，控制系统和致动器)为液压控制和驱动的。但是，液压供给管线是庞大而昂贵的。另外，液压设备，例如海面上的泵，是庞大的并且占据平台上或船上的大量空间。解决由液压设备所引发问题的一个方法是使用电动的海下工具。因此，需要用于海下工具的电力控制及动力供应系统。现有技术中的电力控制及供应系统包括位于海面的供电系统，其通过海下电缆向海底传输交流电压。交流电压的振幅和频率可选，以使例如连接至海下电缆端部的海下工具能够接收用于它们操作的适当的供电电压。每个海下工具连接至单独的海下电缆。另外，经由单独的海下电缆实现了海面与海底之间的数据传输。参考图1(A)，其显示了现有技术的控制及供应系统1，其具有带合适电压源的电压供应及控制装置和布置在海面4上的多路复用器装置7。电压供应3经由海下电缆5将交流电压直接传输给布置在海平面以下的控制及致动装置6。控制及致动装置6经连接缆8连接到合适的电气装置2或电气单元9。电气单元9可以由一组电气装置2构成，例如其布置成树状结构且在共用基座上进行控制和驱动。提供数据传输电缆10以在电压供应及控制装置3和控制及致动装置6之间传输数据和控制信号。数据传输电缆10优选地包括同轴导线。通常，最大600VAC的交流电压沿海下电缆5传输。为了以240VAC和合适的功率向合适的电气装置供电，对于合适的导线来说，在长度例如为50km的海下电缆中需要至少1 75mm2的横截面积。控制及致动装置6包括至少一个电机致动装置11和控制系统12。如电气装置2的各种电机可以在海下使用以驱动用于在海底生产油气的阀、BOPs(防爆器)和类似设备。如图1(A)中显示的现有技术的控制及供应系统的一个缺点是必须使用昂贵的海下电缆。例如，为了经由从海面向下延伸30至50km到海下电气装置的海下电缆向海下电气装置提供240VAC的电压，所述海下电缆必须具有100-200mm2的横截面积。另外，还需要数据传输线，以使海下电缆必须具有相当大的直径，从而极为昂贵。在上述实例中，已经假设240VAC的电压对于海下电气装置来说是足够的。然而，现在已经发现，例如，为了能够驱动诸如需要更大功率的伺服电机等的某些海下电气装置，例如在最长一分钟的时间内关闭油气生产中的阀，需要更高的电压。其中这种电气装置必须供以更大的电压，海下电缆的横截面积需要更进一步地增大。另外，在实践中已经发现，当启动作为电气装置的伺服电机时，特别是需要更大功率的伺服电机时，即使利用缓慢的启动过程，返回信号也会经海下电缆传输给表面上的供电及控制装置，以电缆端部的短路指示出伺服电机的启动过程。这导致自动防止短路的所有系统被切断。另外，利用在先描述的现有技术中的控制及供应系统，总系统的输出功率效率仅为27％。图1(B)中显示了另一种已知的控制及供应系统，其沿海下电缆5传输交流电压。但是，在这种情况下，传输最大10,000VAC的电压，其在控制及致动装置6之前通过适当的变压器13降低到电气装置所需的电压值。而且，利用这种现有技术中的系统，单独的数据传输导线10提供为同轴电缆或类似电缆。根据图1(B)的控制及致动装置6需要昂贵的功率电容器14，以便适当地对降低的交流电压进行平滑。另外，利用这种现有技术的系统，如利用根据图1(A)的系统，需要功率因数校正装置以降低系统的视在功率从而获得用于总系统的适当效率。这种校正装置非常复杂且通常相当昂贵，它们通常由电容器或类似装置构成。利用根据图1(B)的现有技术的系统，对用于海底电气装置的适当电压值和功率来说，50km长的海下电缆中的导线横截面积至少为75mm2，或者利用功率因数补偿，50km长的海下电缆中的导线横截面积至少为26mm2。然而，即使先前提及的现有技术中的系统完全扩展，效率通常小于70％，并且长度为30km或50km的海下电缆中的导线横截面积分别为大约16或26mm2。人们已经使用转换装置将高压(DC或AC)转换成低压(DC或AC)。如果在输入侧具有高压，通常很难相应转换为另一电压，这是因为转换装置的相应部件不具有足够高的击穿强度。此外，在传输大功率的情况下，即使功率损耗只有10或20％，转换装置中产生的热量也是相当多的。为了能够排出转变为热量的功率损耗，必须提供相应的冷却设备。这使得转换装置更为昂贵并且由于附加的冷却设备而变得更大。但是，介电强度大于1000V，例如3000或6000V的部件，在市场上没有销售，或其在技术上很难实现。但是如果这种转换器适用于这种直流高压，假如转换器失效，整个系统将会崩溃。另外，即使效率比较高，转换装置也将具有损耗功率，其在局部产生相当多的热量。该热量可能损坏转换装置中的某些部件。为了避免这种损坏，需要具有高成本的复杂冷却系统。本专利技术克服了现有技术中的缺陷。
技术实现思路
电力控制和供应系统包括位于第一位置的供应及控制组件，和与一个或多个远程电气装置相关联的位于远程位置的控制及致动组件。脐带在供应及控制组件和控制及致动组件之间延伸并使其相互连接，以向所述控制及致动组件提供电压。位于第一位置的供应及控制组件包括连接至AC/DC电压转换器的交流电压源。AC/DC电压转换器将来自交流电压源的交流电压转换为在第一位置输出的高直流电压。AC/DC电压转换器包括多个AC/DC电压转换器部件，在其输入侧与交流电压源并联连接，在其输出侧与脐带串联连接。脐带延伸至控制及致动组件和位于远程位置的相关联的远程电气装置。尽管可以使用DC/AC电压转换器，但是控制及致动组件优选包括DC/DC电压转换器。DC/DC电压转换器包括多个DC/DC电压转换器部件，其具有与脐带串联连接的输入和向一个或多个远程电气装置提供降低的直流电压的输出。脐带的长度典型地为至少1千米。电力控制和供应系统还可以包括用于在所述脐带上传输数据信号的数据通信组件。数据通信组件可以包括连接至脐带的第一数据耦合装置，并允许利用与第一频率范围相关的信号经由脐带和远程电气装置进行通信，同时将动力经由所述脐带供应给电气装置。与一个或多个AC/DC转换器部件相关的时钟频率可以相对于彼此进行相移，从而将时钟噪音从第一频率范围转换到第二频率范围。此外，控制及致动组件还可以包括用于在脐带上传输数据信号的数据通信组件。数据通信组件可以包括连接至脐带的第二数据耦合装置，并允许利用与第一频率范围相关的信号经由脐带和控制及供应组件进行通信，同时将动力经由所述脐带供应给电气装置。优选地，与一个或多个DC/DC电压转换器部件相关的时钟频率可以相对于彼此进行相移，从而将时钟噪音从所述第一频率范围转换到所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从交流电压源向至少一个电气装置提供电力的系统，所述系统包括：　　　　ＡＣ／ＤＣ电压转换器，其连接到交流电压源以将来自交流电压源的交流电压转换成高直流电压输出；　　　　所述ＡＣ／ＤＣ电压转换器具有多个ＡＣ／ＤＣ电压转换器部件，所述ＡＣ／ＤＣ电压转换器部件在其输入侧并联连接到交流电压源，并且在其输出侧串联连接到导电体；　　　　多个ＤＣ／ＤＣ电压转换器，其具有串联连接到导电体的输入和向电气装置提供降低的直流电压的输出；并且　　　　所述多个ＤＣ／ＤＣ电压转换器在不需要冷却装置的情况下将高直流电压转换成降低的直流电压，当实现为少于所述多个ＤＣ／ＤＣ电压转换器以将高直流电压转换为降低的直流电压时，所述冷却装置是必须的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-4-30 10/836,5591.一种用于从交流电压源向至少一个电气装置提供电力的系统，所述系统包括AC/DC电压转换器，其连接到交流电压源以将来自交流电压源的交流电压转换成高直流电压输出；所述AC/DC电压转换器具有多个AC/DC电压转换器部件，所述AC/DC电压转换器部件在其输入侧并联连接到交流电压源，并且在其输出侧串联连接到导电体；多个DC/DC电压转换器，其具有串联连接到导电体的输入和向电气装置提供降低的直流电压的输出；并且所述多个DC/DC电压转换器在不需要冷却装置的情况下将高直流电压转换成降低的直流电压，当实现为少于所述多个DC/DC电压转换器以将高直流电压转换为降低的直流电压时，所述冷却装置是必须的。2.一种用于从交流电压源向远程位置提供电力的系统，所述系统包括多个AC/DC电压转换器，其具有并联连接到交流电压源的输入和串联连接到导电体的输出；多个布置在远程位置处的直流电压转换器，每个直流电压转换器具有连接至导电体的输入侧，和连接至远程电气装置并向该远程电气装置提供转换的直流或交流电压的输出侧；并且导电体长度至少为1千米。3.一种用于从位于第一位置的交流电压源向位于远程位置的电气装置提供电力的系统，所述系统包括多个位于第一位置的AC/DC电压转换器，其具有连接到交流电源的每个AC/DC电压转换器的输入侧和连接到与电气装置相连的导电体的每个AC/DC电压转换器的输出侧；多个布置在远程位置处的直流电压转换器，每个直流电压转换器具有连接至导电体的输入侧和连接至电气装置用于向该电气装置提供转换的直流或交流电压的输出侧。4.一种用于从位于第一位置的交流电压源向远程位置提供电力的系统，所述系统包括位于远程位置的致动装置；设置在所述第一位置的多个AC/DC电压转换器，每个AC/DC电压转换器具有连接至交流电源的输入侧和连接至导电体的输出侧，所述导电体延伸至位于远程位置的致动装置；以及多个直流电压转换器，每个直流电压转换器具有连接至导电体的输入侧和连接至致动装置以向所述电气装置供给转换的直流或交流电压的输出侧。5.一种用于从位于第一位置的交流电压源向位于远程位置的电气装置提供电力的系统，所述系统包括设置在所述第一位置的多个AC/DC电压转换器，每个AC/DC电压转换器具有连接至交流电压源的输入侧和连接至导电体的输出侧，所述导电体延伸至远程位置；多个设置在远程位置的DC/DC电压转换器，其具有连接至导电体的输入和连接至电气装置的输出；所述多个DC/DC电压转换器经导电体接收来自直流电压源的高直流电压，并在不需要冷却装置的情况下将所述高直流电压转换成降低的直流电压，当DC/DC转换器的数量实现为少于所述多个DC/DC电压转换器以将高直流电压转换为降低的直流电压时，所述冷却装置是必须的；以及每个DC/DC电压转换器的输入侧，其具有电阻性负载以在电气装置不消耗功率时耗散功率。6.一种用于从位于海面的交流电压源向海下位置提供电力的系统，所述系统包括多个设置在海面的AC/DC电压转换器，每个AC/DC电压转换器具有连接至交流电源的输入侧和连接至导电体的输出侧，所述导电体向海下延伸；以及多个布置在海下的直流电压转换器，每个直流电压转换器具有连接至导电体的输入侧和连接至海下电气装置以向该海下电气装置提供转换的直流或交流电压的输出侧。7.一种从至少一个交流电压源向至少一个电气装置提供电力的供电系统，包括将交流电压源与电气装置相连的电缆连接线；以及连接在交流电压源和至少一个电气装置之间的AC/DC电压转换器，其中AC/DC电压转换器为可操作的以将交流电压转换为直流电压，该直流电压经电缆连接线供应给电气装置，并且其中所述AC/DC电压转换器包括多个AC/DC转换单元，其在输入侧并联连接至交流电压源，并在输出侧串联连接至电气装置，每个AC/DC转换单元构造为时钟控制的开关式电源；以及多个设置在远程位置的直流电压转换器，每个直流电压转换器具有连接至导电体的输入侧和连接至电气装置并向该电气装置供给转换的直流或交流电压的输出侧。8.一种用于从交流电压源向电气装置提供电力的系统，所述系统包括多个AC/DC电压转换器，具有连接至交流电压源的输入和连接至导电体的输出；多个直流电压转换器，每个直流电压转换器具有连接至导电体的输入侧和连接至电气装置的输出侧，转换的直流或交流电压借此供应给电气装置；连接至导电体的数据耦合装置，其中所述数据耦合装置允许经导电体利用与第一频率范围相关的信号与电气装置进行通信，同时功率经导电体供应给该电气装置；与一或多个AC/DC转换器相关的时钟频率，其能够相对于彼此发生相移以将时钟噪音从第一频率范围移至第二频率范围；以及与一或多个直流电压转换器相关的时钟频率，其能够相对于彼此发生相移以将时钟噪音从所述第一频率范围移至所述第二频率范围。9.一种用于从位于海面的交流电压源向海下位置提供电力的系统，所述系统包括设置在海面的多个AC/DC电压转换器，每个AC/DC电压转换器具有连接至交流电压源的输入侧和连接至导电体的输出侧，所述导电体延伸至海下位置；海下电气装置；设置在海下位置的多个直流电压转换器，每个直流电压转换器具有连接至导电体的输入侧和连接至海下电气装置的输出侧；以及每个直流电压转换器的输入侧，其包括电阻性负载以在海下电气装置不消耗功率时耗散功率。10.一种系统，包括交流电源，其供给第一数量的交流功率；连接至交流电源的AC/DC电压转换器，所述AC/DC电压转换器将所述第一数量的交流功率转换成第一数量的直流功率；连接至AC/DC电压转换器的输出的导电体，所述导电体配置为延伸至难接近的位置；直流功率转换器，位于难接近位置且连接至导电体，所述直流功率转换器将第一数量的直流功率转换为第二数量的直流功率或第二数量的交流功率之一；至少一个位于难接近位置的电气装置，所述至少一个电气装置连接至直流功率转换器并由所述第二数量的直流功率或第二数量的交流功率提供电力；连接至AC/DC电压转换器的第一控制器，所述第一控制器允许对AC/DC电压转换器的一或多个功能进行控制；连接至直流功率转换器的第二控制器，所述第二控制器允许对直流功率转换器的一或多个功能进行控制；连接至所述第一控制器的第一数据耦合/去耦装置，所述第一数据耦合/去耦装置允许第一控制器将数据耦合到导电体或将数据从导电体分离出来；连接至所述第二控制器的第二数据耦合/去耦装置，所述第二数据耦合/去耦装置允许第二控制器将数据耦合到导电体或将数据从导电体分离出来；所述AC/DC转换器包括多个AC/DC子转换器，所述AC/DC子转换器具有并联连接至交流电源的输入和串联连接至导电体的输出，每个AC/DC子转换器配置为将所述第一数量的交流功率的一部分转换为第一数量的直流功率的一部分；每个AC/DC子转换器为可独立配置，以输出所述第一数量的直流功率的不同部分；所述直流功率转换器包括多个直流功率子转换器，其具有串联连接至导电体的输入和并联连接至至少一个电气装置的输出；每个直流功率子转换器配置为将第一数量的直流功率的一部分转换为第二数量的直流功率或第二数量的交流功率的一部分；所述多个AC/DC子转换器和多个直流功率子转换器隔开布置，以提供热量耗散而不需要附加的冷却装置；其中，如果所述多个AC/DC子转换器中的一或多个失效，工作的AC/DC子转换器可配置为补偿失效的AC/DC子转换器；以及其中，如果所述多个直流功率子转换器中的一或多个失效，工作的直流功率子转换器可配置为补偿失效的直流功率转换器。11.一种用于从海面向海下远程位置供应电压的系统，所述系统包括位于海面的电压供应及控制组件，其将交流电压转换为第一直流电压；位于海下远程位置的控制及致动组件，其接收所述第一直流电压并将所述第一直流电压转换为第二直流电压；脐带，其从所述电压供应及控制组件向所述控制及致动组件延伸，从而将所述第一直流电压从所述电压供应及控制组件向所述控制及致动组件传送；以及至少一个电气装置，由位于海下远程位置的所述第二直流电压提供...

【专利技术属性】
技术研发人员：克劳斯比斯特，彼得库诺，诺贝特伦茨，
申请(专利权)人：卡梅伦国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]