用于浮船的電力系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于浮船的電力系統(tǒng)，特別是用于鉆探船，諸如鉆井船、自升式鉆井平臺、浮式鉆探平臺等。本發(fā)明進一步涉及操作浮船電力系統(tǒng)的方法。
【背景技術】
[0002]在海上石油作業(yè)中，使用諸如海上平臺、鉆探機、自升式鉆井平臺或鉆井船的浮式鉆探船用于探索海上鉆探以及用于鉆探海井。在海上鉆探中涉及多個技術難點。
[0003]—般地，這種鉆探船具有用于產生操作鉆探設備所需的電功率的船載發(fā)電系統(tǒng)。例如，鉆探設備可以包括頂部驅動，用于提升和下降鉆柱的絞車，泥漿栗等。需要大量的電功率用于操作這種設備。在困難的條件下，例如，鉆探設備可能需要高達1Mff的電功率。鉆探船進一步包括需要大量電功率的其它耗電裝置，諸如自升式鉆井平臺的升降系統(tǒng)、起錨絞車、起重機和這種系統(tǒng)的輔助設備(例如，冷卻和潤滑栗)。
[0004]船載發(fā)電可以通過耦合到發(fā)電機的原動機產生，諸如柴油機或燃氣輪機。因此，這種船載電力系統(tǒng)一般具有較高的燃料消耗。這增加了這種船的實質運營成本。并且，發(fā)動機上的波動負載以及原動機通常會導致部件的過度磨損。如果需要測試、檢查或維護發(fā)電系統(tǒng)，通常需要中斷鉆探操作，這將對船的運營者帶來巨大的經濟損失。
[0005]因此，希望從電源而不是船載發(fā)電系統(tǒng)提供電功率給船。一般而言，這是困難的，因為船載電力系統(tǒng)通常被配置為以產生的AC電功率的特定AC頻率工作。因此，如果這種浮船的電力系統(tǒng)將連接到外部電源，需要調整外部電源的AC頻率至浮船的電力系統(tǒng)的AC頻率。一種可能性可以是集裝化的變頻器的使用，其可以連接在外部電源和浮船的電力系統(tǒng)之間，以完成頻率適配。但是，這種解決辦法存在額外的空間需求以及這種變換器的額外的重量，和所需的安裝精力。額外的重量可以大于100t，其和成為寶貴資產的這種浮船的空間和重量實際上具有巨大的成本含義。

【發(fā)明內容】

[0006]因此，存在用于浮船的電力系統(tǒng)的需求，其減少了至少一些上述缺點。特別地，存在用于電力系統(tǒng)的需要，其使由浮船外部電源提供的功率能夠靈活使用。
[0007]該需求由獨立權利要求的特征滿足。從屬權利要求描述了本發(fā)明的實施方式。
[0008]本發(fā)明的一個實施方式提供了用于浮船的電力系統(tǒng)，特別用于鉆探船，諸如自升式鉆井平臺。電力系統(tǒng)包括電氣可連接(例如，通過開關)至浮船外部的外部電源的外部功率饋送連接，外部功率饋送連接適用于從外部電源接收AC (交流)電功率以及另一個功率饋送連接適用于從另一個電源接收AC電功率，特別是從船載發(fā)電系統(tǒng)。電力系統(tǒng)進一步包括驅動系統(tǒng)，諸如鉆探驅動系統(tǒng)，用于驅動浮船的電動機，其中驅動系統(tǒng)包括DC母線和被配置為接收AC電功率并且提供DC (直流)電功率至DC母線的至少第一整流器和第二整流器。外部功率饋送連接電氣可連接(例如，通過開關)至驅動系統(tǒng)的第一整流器以及另一個功率饋送連接電氣可連接(例如，通過開關)至驅動系統(tǒng)的第二整流器，使得在操作中，電功率可以從外部功率饋送連接通過第一整流器以及從另一個功率饋送連接通過第二整流器提供給直流母線。
[0009]在這種構造中，浮船的電力系統(tǒng)可以采用以第一頻率在外部功率饋送連接上接收的AC電功率和以不同的第二 AC頻率在另一個功率饋送連接(例如，來自船載發(fā)電系統(tǒng)或第二外部電源)上接收的AC電功率運行。這樣，可以使外部電源的靈活使用，而在同時，實現(xiàn)了用于驅動系統(tǒng)的冗余電源。因此，如果例如切斷了至外部電源的連接，驅動系統(tǒng)可能在由另一個功率饋送連接供給的交流電功率上持續(xù)操作?？梢酝瑫r從外部功率饋送連接和從另一個功率饋送連接提供電功率至DC母線。由于不需要提供額外的集裝箱化的變換器，采用該電力系統(tǒng)可以大大減小體積、重量和成本。
[0010]在一個實施例中，電力系統(tǒng)被配置為具有至少第一操作模式，其中，外部功率饋送連接至第一整流器以提供電功率至第一整流器，外部功率饋送連接從第二整流器，其中，另一個功率饋送連接被連接至第二整流器以提供電功率至第二整流器，另一個功率饋送連接從第一整流器斷開，并且其中，第一和第二整流器提供電功率至DC母線。第一操作模式是使外部電源和第一電源不需要同步。因此，例如如果另一個電源工作在50Hz，工作在50Hz或60Hz的外部電源可以通過外部功率饋送連接來連接。浮船可以因此連接到離岸電源，例如離岸石油生產單元，而不考慮這種單元的電力系統(tǒng)操作的頻率。進一步地，斷開或中斷外部功率饋送連接而不預先通知是可能的，因為用于浮船的電力系統(tǒng)保持可操作而在電源中沒有任何間隙，由于DC母線從另一個電源，例如，船載發(fā)電機，并行供給。
[0011]驅動系統(tǒng)可以是適用于以可變速度驅動電動機的變速驅動系統(tǒng)。其因此可以包括耦合至直流母線或電動機的一個或多個逆變器，用于以可變頻率提供交流電源至相應的電動機。
[0012]在一個實施例中，電力系統(tǒng)適用于能夠操作驅動系統(tǒng)，同時以第一 AC頻率在外部功率饋送連接和以第二 AC頻率在另一個功率饋送連接接收AC電功率，第二 AC頻率不同于第一AC頻率。因此，電力系統(tǒng)可以連接到外部電源，而不考慮船載電力系統(tǒng)配置的AC頻率。
[0013]在一個實施例中，電力系統(tǒng)進一步被配置為使得外部功率饋送連接是電氣可連接至第二整流器的以及另一個功率饋送連接是電氣可連接至驅動系統(tǒng)的第一整流器的。因此，可以提高電力系統(tǒng)的可用性和操作靈活性。并且，如果整流器或電源失效，電力系統(tǒng)通過合理的切換相應的電連接仍然是可操作的，使得電力系統(tǒng)的故障保護得到改進。
[0014]在一個實施例中，電力系統(tǒng)被配置為使得第一整流器是可選擇地可連接至外部功率饋送連接或者另一個功率饋送連接(并且從相應的另一個功率饋送連接斷開)以及使得第二整流器是可選擇地可連接至外部功率饋送連接或者另一個功率饋送連接(并且從相應的另一個功率饋送連接斷開)。
[0015]在一個實施例中，電力系統(tǒng)進一步包括第一 AC變壓器，其輸出可連接至第一整流器，以及第二 AC變壓器，其輸出可連接至第二整流器。外部功率饋送連接可連接(例如，通過開關)至第一 AC變壓器的輸入以及另一個功率饋送連接可連接(例如，通過開關)至第二AC變壓器的輸入。因此，AC變壓器連接在相應的功率饋送連接和相應的整流器之間。第一和第二 AC變壓器可以被配置為以相應的變壓器的輸入端接收的AC電功率的至少兩個不同AC頻率來操作。通過提供變壓器，可以供應合適的電壓至驅動系統(tǒng)。進一步地，通過以不同的AC頻率使能變壓器的操作，保證了電力系統(tǒng)的靈活性?？梢砸虼送ㄟ^外部功率饋送連接和通過內部功率饋送連接提供不同AC頻率的電功率。
[0016]例如，電力系統(tǒng)可以被配置為以大約40Hz至大約120Hz的范圍內的AC頻率工作，優(yōu)選為大約45Hz至大約70Hz。例如，其可以被配置為以至少在外部功率饋送連接上接收的AC電功率的大約50Hz和大約60Hz的AC頻率工作。
[0017]在一個實施例中，驅動系統(tǒng)是鉆探驅動系統(tǒng)并且為泥漿栗、水泥栗、絞車或頂部驅動中的至少一個的電動機供電。其可以適用于以可變的頻率為這些電機供電，使得它們可以工作在可變速度。
[0018]電力系統(tǒng)可以適用于傳遞至少0.5MW的電功率，優(yōu)選為至少1.0Mff至驅動系統(tǒng)。例如，所傳遞的電功率可以處于大約0.5至大約25MW的范圍內。
[0019]電力系統(tǒng)可以被配置為使得可以從外部功率饋送連接提供在大約0.5至大約1.0Mff范圍內的電功率至驅動系統(tǒng)。
[0020]在一個實施例中，驅動系統(tǒng)包括含有第一和第二整流器的第一驅動系統(tǒng)以及用于驅動浮船的電動機的第二驅動系統(tǒng)，其中第二驅動系統(tǒng)包括DC母線以及被配置為接收AC電功率和提供DC電功率至DC母線的至少第三整流器和第四整流器。外部功率饋送連接電氣可連接(例如，通過開關)至第二驅動系統(tǒng)的第三整流器以及另一個功率饋送連接電氣可連接(例如，通過開關)至第二驅動系統(tǒng)的第四整流器，使得在操作中，電功率可以從外部功率饋送連接通過第三整流器以及從另一個功率饋送連接通過第四整流器提供