可浸功率分配系统及其组装方法
【技术领域】
[0001]本公开内容大体上涉及功率传输和分配，并且更具体地涉及用于在水下环境中使用的功率变换模块。
【背景技术】
[0002]由于浅水中的油气田在减少，例如，小于大约500米(m) (1640英尺(ft.))的水深，故开采者正在开发更深水中的近海油田，例如，500m(1640 ft.)或更大的水深。此类深水油田不但包括在海面下远离地操作的油气开采设备，而且还包括远离海岸(例如，大于大约300公里(km) (186英里(mi)))的油气开采设备，
在许多已知的海底油气开采系统中，用于此类海底油气采收和开采的典型设备包括气体压缩机和泵。电动变速驱动器(VSD)和马达系统是在深水环境中对此种设备直接供能的一种方式。电功率从远程公用电网或发电源的可靠输送有助于海底位置中的油气的可靠开采和处理。通常，传送功率要求对于中等到大型的油/气田可为大约一百兆瓦。
[0003]因此，一些已知的海底油气开采系统为电功率密集型的，且要求稳健、坚固且可靠的电传输和分配(T&D)。因此,一些已知的海底油气开米系统使用交流(AC)传输和分配系统，以用于将电功率输送至海底位置。此类系统通常将AC功率从平台或陆地位置通过功率线缆输送至海底变压器。功率通过另一功率线缆从海底变压器传输至海底AC开关装置。海底AC开关装置通过又一线缆将AC功率给送至一个或更多个海底VSD，或至其它类型的电负载。VSD各自将变频AC功率通过功率线缆提供至电动马达。此类AC传输和分配系统面临技术挑战，这在传输距离超过一百公里时变得更为显著。例如，从分配的海底线缆电容吸收的显著的无功功率抑制了功率输送能力，并且增加了系统成本。
[0004]因此，海底油气开采系统可改为使用高压直流(HVDC)传输和分配系统，以用于将电功率输送至海底位置。此类HVDC系统通常包括路基或顶侧变换器分站，在该处，执行AC到DC功率变换。另外，这些HVDC T&D系统可包括邻近海底油气开采系统的海底DC到AC和DC到DC变换器站。
[0005]活动的海底功率电子构件大体上包含在封壳(例如，压力容器)内侧，从而相对于周围的海底环境保护它们。此类已知的封壳加压至大约lbar，以允许活动的海底功率电子构件中的至少一些能够在增加的水下深度下令人满意地操作。随着水下DC到AC和DC到DC变换器站的操作深度增大，至少一些已知的封壳由更稳健的材料制成，以有助于耐受海底环境与封壳内之间的增大的压差。此外，封壳随着所要求的变换器功率额定值增加而变得越来越大。因此，在增加深度的水下环境中操作的已知海底封壳通常很大且重，这使得变换器站的维护和/或修理是困难的。
【发明内容】
[0006]在一方面中，提供了一种可浸功率分配系统(submersible power distribut1nsystem)。该系统包括构造成暴露于水下环境的至少一个容器,和定位在该至少一个容器内的多个功率变换模块。多个功率变换模块中的各个包括第一封壳，第一封壳构造成暴露于水下环境，第一封壳限定第一内腔，该第一内腔构造成具有第一压力。功率变换模块还包括定位在第一内腔内的至少一个第二封壳。至少一个第二封壳限定第二内腔，该第二内腔构造成具有低于第一压力的第二压力。至少一个第二封壳构造成限制第二内腔中的非耐压功率电子器件对第一压力的暴露。
[0007]在另一方面中，提供了一种用于在水下环境中使用的功率变换模块。该模块包括第一封壳，该第一封壳构造成暴露于水下环境，第一封壳限定第一内腔，该第一内腔构造成具有第一压力。模块还包括定位在第一内腔内的至少一个第二封壳。至少一个第二封壳限定第二内腔，该第二内腔构造成具有低于第一压力的第二压力。至少一个第二封壳构造成限制第二内腔中的非耐压功率电子器件对第一压力的暴露。
[0008]在又一方面中，提供了一种组装功率变换模块的方法。该方法包括提供第一封壳，该第一封壳构造成暴露于水下环境，第一封壳限定第一内腔，该第一内腔构造成具有第一压力。该方法还包括:提供至少一个第二封壳，其限定第二内腔，第二内腔构造成具有低于第一压力的第二压力；识别功率变换模块的非耐压功率电子器件；将非耐压功率电子器件定位在第二内腔内；和将至少一个第二封壳定位在第一内腔内。至少一个第二封壳构造成限制第二内腔中的非耐压功率电子器件对第一内腔的第一压力的暴露。
【附图说明】
[0009]当参照附图来阅读以下详细描述时，本公开内容的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在附图中，相似的标号表示全部附图中的相似部分，其中:
图1为示例性可浸功率系统和示例性电负载组的一部分的示意性框图；
图2为图1中所示的可浸功率系统和电负载的透视图；
图3为可与图2中所示的可浸功率系统一起使用的示例性可浸功率分配系统的透视图；并且
图4为可与图3中所示的功率变换模块一起使用的示例性封壳的示意图。
[0010]除非另外指出，则本文提供的附图意在例示出本公开内容的实施例的特征。这些特征认为能够应用在包括本公开内容的一个或更多个实施例的多种系统中。因此，附图并不意在包括实施本文公开的实施例所需的本领域的普通技术人员已知的所有常规特征。
[0011]部件列表
100可浸功率系统 102可浸资源采收系统
103DC电源
104AC电源 105水下环境 106 DC变换器
110可浸功率分配系统 112 HVDC脐带线缆 114 HVDC接收端 116可干式匹配的连接器 118 DC变换器区段
120 MVDC总线模块
122可湿式匹配的连接器
124 VSD单元
126电负载
128泵站
130压缩机站
134AC线缆
135MVDC 线缆 136远程站 150容器
152 DC功率变换模块
154第一封壳
155第一内腔
158 VSD模块
160第二封壳
162耐压功率电子器件
164第二内腔
166非耐压功率电子器件
168介电液体。
【具体实施方式】
[0012]在以下的说明书和权利要求中，将提到多个用语，其应当限定为具有以下含义。
[0013]单数形式“一个”、“一种”和“该”包括多个参考对象，除非上下文清楚地另外指出。
[0014]“可选的”或“可选地”意思是随后描述的事件或环境可发生或可不发生，且描述包括事件发生的情形和其不发生的情形。
[0015]如这里在说明书和权利要求各处使用的近似语言可用于修饰任何数量表示，其可允许变化，而不导致其涉及的基本功能的改变。因此，由一个或多个用语如“大约”或“大致”修饰的值不限于指定的准确值。在至少一些情形中，近似语言可对应于用于测量值的仪器的精度。在这里和在说明书和权利要求各处，范围限制可组合和/或互换，此种范围被识别出，且包括包含在其中的所有子范围，除非上下文或语言另外指出。
[0016]本公开内容的实施例涉及包括模块化功率电子装置封壳的可浸功率分配系统。在示例性实施例中，基于水下的直流(DC)到DC和DC到交流(AC)功率变换器是模块化的，以有助于变换器的维护和修理，且有助于减小可浸功率分配系统的总重量。例如，各模块包括第一封壳，该第一封壳暴露于水下环境的第一封壳，且收纳至少一个第二封壳和变换器的耐压功率电子器件。至少一个第二封壳收纳变换器的非耐压功率电子器件。第二封壳的内腔在低于第一封壳的内腔的压力下加压，使得非耐压构件可在逐渐加压的水下深度下令人满意地操作。通过识别非耐压功率电子器件且将非耐压功率电子器件与耐压构件隔离开，且通过将非耐压构件收纳在紧凑的次级封壳中，第一封壳的直径和侧壁厚度可减小。因此，本文所述的功率变换器相对于常规海底功率变换器具有减小的重量。
[0017]图1为不例性可浸功率系统100和多个电负载126的一部分的不意性框图，例如而不限于示例性可浸资源采收系统102。图2为可浸功率系统100和可浸资源采收系统102的透视图。在示例性实施例中，可浸功