[发明专利]包含两个电力系统的离岸结构及其供电方法

说明书

技术领域

本发明涉及包含电力系统的离岸结构，以及对这样的离岸结构供电和使用这样的离岸结构的方法。离岸结构和方法对于这种结构上的耗电设备的保护和可靠运行是有利的。当离岸结构生产诸如液化天然气(LNG，liquefied natural gas)的被冷却、最好被液化的烃时，本发明尤其有益。

背景技术

诸如运输船的传统海上航行船只包含具有诸如频率、电压和相位旋转的电属性的发电和配电系统，它们被设计成工作在基于国际电工委员会(IEC)标准的严格限制内。这保证了船只上的电气设备的可靠运行。这样的系统本文称为“清洁电网”。

许多船只的功能都已经发展到超越了简单的货物运输，并且扩展到提供需要复杂工厂设备的制造能力。例如，浮动液化、储存和卸载(FLSO)概念将天然气液化过程、储罐、装载系统和其它基础设施组合成单个浮动单元。浮动液化天然气(FLNG)概念类似于FLSO概念，但另外提供天然气处理以及液化过程、储罐、装载系统和其它基础设施到单个浮动结构中。

这样的概念是有利的，因为它们提供了岸上液化工厂的离岸替代。这些船只可以停泊在海面上，或接近气田或在气田处，在深到足以允许将LNG产品卸载到运输船中的水域中。它们还代表当气田接近其生产寿命的结束时，或当经济、环境或政治因素所需时，能够重新停在新地方的活动资产。

然而，在离岸结构上配备复杂工厂设备可以引起与发电和配电系统有关的问题。例如，启动设备，譬如，诸如用在液化过程中的压缩机驱动器的较大电机可以给电力系统带来严重负担，需要高达这些设备的满载电流的五倍。

除了电机或类似设备的启动之外，在频率和电压起伏方面，电机或发电机的跳闸也可能给电力系统带来严重负担。这样的频率和电压之一或两者存在严重不规则变化的电力系统被称为“脏网”，并且可能在电压和频率偏差方面无法满足IEC标准。许多耗电设备可能无法可靠地运行，或因运行在这样的脏网上而被损坏。

这些问题在发电能力与耗电设备的电力需求相比有限的那些电网中尤其严重。这种电网特性可以用总发电功率与稳态运行时峰值负载的总功耗之比(PG∶PC)来衡量。PG∶PC的比值小于或等于约1.4特别可能引起这样的问题。

传统上，这个问题通过为所有耗电设备提供清洁电网来解决。这可以通过增加附加发电能力来供应大型设备所需的启动电力和/或调适电力系统耗电设备容忍电压和频率偏差，例如，通过以高CAPEX添加滤波器、变压器等来实现。

EP-2006492-A1公开了一种用于压缩气体或液体的岸上工厂，其包含高功率压缩机和用于每个所述压缩机的电动机器，其中电动机器被安排成驱动压缩机。工厂包含至少一个发电机和至少一个燃气轮机，该燃气轮机适用于驱动发电机发出使所述电动机器运转的电力。工厂还包含适用于调整所述电动机器的运转电力的频率的装置，该装置包含适用于通过控制燃气轮机的输出转轴的转速来控制电力的频率的部件。该布局包含具有经由开关相互连接的两个母线部分的电网。一些发电机与一个母线部分连接，而其它发电机与第二母线部分连接。可以连接电网的两个母线部分，使得相位、电压和频率特性在这两个母线部分中相似。与一个母线部分连接的燃气轮机由与连接到另一个母线部分的燃气轮机相同的装置控制。

EP-2006492公开了一种使电机运行在电网上的方法。然而，EP-2006492的工厂是不切实际的，因为不可能不借助附加设备就将电机从零速度加速到稳态运行速度。

发明内容

本发明试图解决与离岸结构中的电网运行相关联的一个或多个上述问题。

在第一方面中，本发明提供了至少包含如下的离岸结构：

(i)基本电力系统(EPS，essential power system)，其包含与EPS配电系统电连接的至少一个EPS发电机，所述EPS配电系统与至少一个EPS耗电设备电连接；以及

(ii)工厂电力系统(PPS，plant power system)，其包含与PPS配电系统电连接的至少一个PPS发电机，所述PPS配电系统与至少一个PPS耗电设备电连接；所述基本电力系统与所述工厂电力系统电隔离。

本发明尤其对具有总发电功率：总功耗(PG∶PC)的比值小于或等于1.4，更优选的是，在1.4-1.0的范围内的工厂电力系统的离岸结构有益。

在第二方面中，本发明提供了对离岸结构供电的方法，其至少包含如下步骤：

提供打算离岸使用的结构；