[发明专利]电力控制和供应系统

说明书

本申请是国际申请日为2005年4月28日、申请号为200580013612.3的的发明申请的分案申请。 

技术领域

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。 

背景技术

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175mm2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。