用于浮船的电力系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于浮船的电力系统，特别是用于钻探船，诸如钻井船、自升式钻井平台、浮式钻探平台等。本发明进一步涉及操作浮船电力系统的方法。
【背景技术】
[0002]在海上石油作业中，使用诸如海上平台、钻探机、自升式钻井平台或钻井船的浮式钻探船用于探索海上钻探以及用于钻探海井。在海上钻探中涉及多个技术难点。
[0003]—般地，这种钻探船具有用于产生操作钻探设备所需的电功率的船载发电系统。例如，钻探设备可以包括顶部驱动，用于提升和下降钻柱的绞车，泥浆栗等。需要大量的电功率用于操作这种设备。在困难的条件下，例如，钻探设备可能需要高达1Mff的电功率。钻探船进一步包括需要大量电功率的其它耗电装置，诸如自升式钻井平台的升降系统、起锚绞车、起重机和这种系统的辅助设备(例如，冷却和润滑栗)。
[0004]船载发电可以通过耦合到发电机的原动机产生，诸如柴油机或燃气轮机。因此，这种船载电力系统一般具有较高的燃料消耗。这增加了这种船的实质运营成本。并且，发动机上的波动负载以及原动机通常会导致部件的过度磨损。如果需要测试、检查或维护发电系统，通常需要中断钻探操作，这将对船的运营者带来巨大的经济损失。
[0005]因此，希望从电源而不是船载发电系统提供电功率给船。一般而言，这是困难的，因为船载电力系统通常被配置为以产生的AC电功率的特定AC频率工作。因此，如果这种浮船的电力系统将连接到外部电源，需要调整外部电源的AC频率至浮船的电力系统的AC频率。一种可能性可以是集装化的变频器的使用，其可以连接在外部电源和浮船的电力系统之间，以完成频率适配。但是，这种解决办法存在额外的空间需求以及这种变换器的额外的重量，和所需的安装精力。额外的重量可以大于100t，其和成为宝贵资产的这种浮船的空间和重量实际上具有巨大的成本含义。
【发明内容】
[0006]因此，存在用于浮船的电力系统的需求，其减少了至少一些上述缺点。特别地，存在用于电力系统的需要，其使由浮船外部电源提供的功率能够灵活使用。
[0007]该需求由独立权利要求的特征满足。从属权利要求描述了本发明的实施方式。
[0008]本发明的一个实施方式提供了用于浮船的电力系统，特别用于钻探船，诸如自升式钻井平台。电力系统包括电气可连接(例如，通过开关)至浮船外部的外部电源的外部功率馈送连接，外部功率馈送连接适用于从外部电源接收AC (交流)电功率以及另一个功率馈送连接适用于从另一个电源接收AC电功率，特别是从船载发电系统。电力系统进一步包括驱动系统，诸如钻探驱动系统，用于驱动浮船的电动机，其中驱动系统包括DC母线和被配置为接收AC电功率并且提供DC (直流)电功率至DC母线的至少第一整流器和第二整流器。外部功率馈送连接电气可连接(例如，通过开关)至驱动系统的第一整流器以及另一个功率馈送连接电气可连接(例如，通过开关)至驱动系统的第二整流器，使得在操作中，电功率可以从外部功率馈送连接通过第一整流器以及从另一个功率馈送连接通过第二整流器提供给直流母线。
[0009]在这种构造中，浮船的电力系统可以采用以第一频率在外部功率馈送连接上接收的AC电功率和以不同的第二 AC频率在另一个功率馈送连接(例如，来自船载发电系统或第二外部电源)上接收的AC电功率运行。这样，可以使外部电源的灵活使用，而在同时，实现了用于驱动系统的冗余电源。因此，如果例如切断了至外部电源的连接，驱动系统可能在由另一个功率馈送连接供给的交流电功率上持续操作。可以同时从外部功率馈送连接和从另一个功率馈送连接提供电功率至DC母线。由于不需要提供额外的集装箱化的变换器，采用该电力系统可以大大减小体积、重量和成本。
[0010]在一个实施例中，电力系统被配置为具有至少第一操作模式，其中，外部功率馈送连接至第一整流器以提供电功率至第一整流器，外部功率馈送连接从第二整流器，其中，另一个功率馈送连接被连接至第二整流器以提供电功率至第二整流器，另一个功率馈送连接从第一整流器断开，并且其中，第一和第二整流器提供电功率至DC母线。第一操作模式是使外部电源和第一电源不需要同步。因此，例如如果另一个电源工作在50Hz，工作在50Hz或60Hz的外部电源可以通过外部功率馈送连接来连接。浮船可以因此连接到离岸电源，例如离岸石油生产单元，而不考虑这种单元的电力系统操作的频率。进一步地，断开或中断外部功率馈送连接而不预先通知是可能的，因为用于浮船的电力系统保持可操作而在电源中没有任何间隙，由于DC母线从另一个电源，例如，船载发电机，并行供给。
[0011]驱动系统可以是适用于以可变速度驱动电动机的变速驱动系统。其因此可以包括耦合至直流母线或电动机的一个或多个逆变器，用于以可变频率提供交流电源至相应的电动机。
[0012]在一个实施例中，电力系统适用于能够操作驱动系统，同时以第一 AC频率在外部功率馈送连接和以第二 AC频率在另一个功率馈送连接接收AC电功率，第二 AC频率不同于第一AC频率。因此，电力系统可以连接到外部电源，而不考虑船载电力系统配置的AC频率。
[0013]在一个实施例中，电力系统进一步被配置为使得外部功率馈送连接是电气可连接至第二整流器的以及另一个功率馈送连接是电气可连接至驱动系统的第一整流器的。因此，可以提高电力系统的可用性和操作灵活性。并且，如果整流器或电源失效，电力系统通过合理的切换相应的电连接仍然是可操作的，使得电力系统的故障保护得到改进。
[0014]在一个实施例中，电力系统被配置为使得第一整流器是可选择地可连接至外部功率馈送连接或者另一个功率馈送连接(并且从相应的另一个功率馈送连接断开)以及使得第二整流器是可选择地可连接至外部功率馈送连接或者另一个功率馈送连接(并且从相应的另一个功率馈送连接断开)。
[0015]在一个实施例中，电力系统进一步包括第一 AC变压器，其输出可连接至第一整流器，以及第二 AC变压器，其输出可连接至第二整流器。外部功率馈送连接可连接(例如，通过开关)至第一 AC变压器的输入以及另一个功率馈送连接可连接(例如，通过开关)至第二AC变压器的输入。因此，AC变压器连接在相应的功率馈送连接和相应的整流器之间。第一和第二 AC变压器可以被配置为以相应的变压器的输入端接收的AC电功率的至少两个不同AC频率来操作。通过提供变压器，可以供应合适的电压至驱动系统。进一步地，通过以不同的AC频率使能变压器的操作，保证了电力系统的灵活性。可以因此通过外部功率馈送连接和通过内部功率馈送连接提供不同AC频率的电功率。
[0016]例如，电力系统可以被配置为以大约40Hz至大约120Hz的范围内的AC频率工作，优选为大约45Hz至大约70Hz。例如，其可以被配置为以至少在外部功率馈送连接上接收的AC电功率的大约50Hz和大约60Hz的AC频率工作。
[0017]在一个实施例中，驱动系统是钻探驱动系统并且为泥浆栗、水泥栗、绞车或顶部驱动中的至少一个的电动机供电。其可以适用于以可变的频率为这些电机供电，使得它们可以工作在可变速度。
[0018]电力系统可以适用于传递至少0.5MW的电功率，优选为至少1.0Mff至驱动系统。例如，所传递的电功率可以处于大约0.5至大约25MW的范围内。
[0019]电力系统可以被配置为使得可以从外部功率馈送连接提供在大约0.5至大约1.0Mff范围内的电功率至驱动系统。
[0020]在一个实施例中，驱动系统包括含有第一和第二整流器的第一驱动系统以及用于驱动浮船的电动机的第二驱动系统，其中第二驱动系统包括DC母线以及被配置为接收AC电功率和提供DC电功率至DC母线的至少第三整流器和第四整流器。外部功率馈送连接电气可连接(例如，通过开关)至第二驱动系统的第三整流器以及另一个功率馈送连接电气可连接(例如，通过开关)至第二驱动系统的第四整流器，使得在操作中，电功率可以从外部功率馈送连接通过第三整流器以及从另一个功率馈送连接通过第四整流器提供