一种海洋可控电磁发射装置及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于海洋电磁勘探技术领域，具体涉及一种海洋可控电磁发射装置及其控 制方法。
【背景技术】
[0002] 全球海洋油气资源非常丰富，近年来发现的大型油田中，海洋领域约占60%，但是 海洋油气勘探技术还处于初期阶段。海洋油气勘探技术主要有海洋地球化学勘探、海洋拖 缆地震勘探、四维勘探、海洋可控源电磁法以及微生物勘探技术，海洋油气勘探开发技术向 深海技术发展是必然趋势，其中，海洋可控源电磁法以其对海底高阻薄层的良好分辨能力 和相对低廉的勘探成本日益成为海底深水油气资源探测的重要方法。
[0003] 海洋可控源电磁法采用靠近海底的发射源发射人工脉冲电流和置于海底的阵列 电磁接收器接收来自海底地层的电磁场信号。低频人工脉冲电流产生的电磁信号向海水和 饱含水的海底地层中传播，海底地层电阻率比海水电阻率要高，因此经海底地层传播的电 磁波比经海水面传播的电磁波速度要快、能量衰减快。当发射源和接收器距离与高阻储层 埋深相当或稍大时，由含油气高阻层反射回海底接收器的电磁波能量将超过直达接收器的 电磁波能量，同时也超过经空气界面反射和折射的电磁波能量，占据主导地位;如果海底地 层中没有高阻油气层，则经海底地层反射和折射的电磁波能量就很微弱甚至没有。通过对 接收电磁场信号的反演解释得到地下地层的电阻率分布，借助电阻率与储层含油气饱和度 的密切关系，直接用于探测海底地层中油气层的位置和规模。
[0004] 其中，海洋可控电磁发射源是海洋可控源电磁法中产生人工脉冲电流的装置，依 据其工作原理，人工脉冲电流的强度和稳定性，对勘探结果的可信度和精确度具有决定作 用。因此，设计一种输出人工脉冲电流强度高、抗干扰性强、瞬态响应快的海洋可控电磁发 射源是海洋可控源电磁法实施的基础。
[0005] 目前，现有的海洋可控电磁发射方法主要有两种：第一种是发射源采用小于400V 的单相或三相电源，由于输入电压等级较低，若使用一到两千米电缆将电能传输到接近海 底位置，线路损耗较高，电能的利用率较低，难以实现输出大电流、高功率海洋可控电磁发 射。为了解决这个问题，在电磁勘探实施时，电磁发射源被放置在船体上，发射源的输出电 缆被船拖拽悬浮在海中，向海中发射。但是这种发射方案，使勘探范围和深度受到了限制， 设计发射功率受到限制。第二种是发射源采用直流输电，可以将电能以直流形式传输到接 近海底的发射源，可以提高发射源的范围和测深，但是由于现有器件的限制，所设计的发射 功率不高。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术存在的缺陷，本发明提出一种海洋可控电磁发射装置及其控制方 法，以解决现有技术存在由于现有器件的限制，发射源发射功率不高的问题。
[0007] 为此目的，第一方面，本发明提供一种海洋可控电磁发射装置，包括:船上装置和 水下发射源；
[0008] 所述船上装置包括船上电源，所述船上电源与所述水下发射源连接，向所述水下 发射源发送大于1000V的单相工频或中频交流电；
[0009] 所述水下发射源接收所述大于1000V的单相工频或中频交流电，并将所述大于 1000V的单相工频或中频交流电转换为大功率低频低压交流电，发射频率可控的双极性脉 冲电流。
[0010] 其中，所述船上装置还包括船上发射源控制台；
[0011] 所述船上发射源控制台与所述水下发射源连接，实时监视和控制所述水下发射源 的发射状态。
[0012] 其中，所述水下发射源，包括:整流电路、组合式半桥电路、LC滤波器和发射电路；
[0013] 所述整流电路输入端与所述船上电源连接，将接收到的所述大于1000V的单相工 频或中频交流电转换为高压直流电；
[0014] 所述组合式半桥电路中的各半桥电路的输入端串联，且与所述整流电路输出端连 接;所述组合式半桥电路中的各半桥电路的输出端并联后与所述LC滤波器输入端连接;实 现所述高压直流电转换为低压直流电；
[0015] 所述发射电路输入端与所述LC滤波器输出端连接;所述发射电路根据所述低压直 流电得到大功率低频低压交流电，发射频率可控的双极性脉冲电流。
[0016] 其中，所述组合式半桥电路包括主模块电路和从模块电路；
[0017] 所述主模块电路为所述组合式半桥电路中的任意一路半桥电路；
[0018] 所述从模块电路为所述组合式半桥电路中除主模块电路之外的半桥电路。
[0019] 其中，所述装置还包括控制器；
[0020] 所述控制器包括一个主控制器和从控制器组，所述主控制器为所述主模块电路的 控制器，所述从控制组为所述从模块电路的控制器；
[0021 ]所述主控制器包括电压控制外环和电流控制内环；
[0022] 所述主控制器的电压反馈输入端与所述组合式半桥电路的输出并联节点电压检 测电路连接，将并联节点电压作为所述主控制器的电压控制外环的电压反馈值；
[0023] 所述主控制器的电流反馈输入端与所述主模块电路的输出电流检测电路连接，将 所述主模块电路输出电流作为所述主控制器的电流控制内环的电流反馈值;将所述主控制 器的电压控制外环输出值作为所述主控制器的电流控制内环的电流给定值；
[0024] 所述从控制器组中各从控制器包括电流控制环，所述各从控制器的电流反馈输入 端与所述组合式半桥电路中各从模块电路的输出电流检测电路连接，将所述从模块电路输 出电流作为所述从控制器的电流控制环的电流反馈值；
[0025] 所述船上发射源控制台通过光纤与发射源控制器连接，所述发射源控制器通过 SPI通讯与所述主控制器连接，所述主控制器将接收的所述船上发射源控制台将预先设定 的输出电压和电流给定值作为所述主控制器的电压控制外环的给定值，实现所述船上发射 源控制台对水下发射源的发射电压和发射电流的控制；
[0026] 所述主控制器通过CAN总线分别与所述从控制器组中各从控制器连接;并将所述 主控制器中的电压控制环输出值通过CAN总线传输给所述各从控制器，作为所述各从控制 器中的电流控制环的电流给定值。
[0027] 其中，所述装置还包括脉冲宽度调制器PffM组；
[0028] 所述主控制器和所述各从控制器的输出端分别与所述脉冲宽度调制器PffM组中各 脉冲宽度调制器PWM输入端连接；
[0029] 所述各脉冲宽度调制器PWM输出端与所述组合式半桥电路中各半桥电路的驱动端 连接，驱动所述组合式半桥电路中各半桥电路的开关管。
[0030] 其中，所述装置还包括发射源控制器；
[0031] 所述发射源控制器通过光纤与所述发射源控制台连接，接收所述船上发射源控制 台发送的预先设定的发射频率，所述发射源控制器的输出端与所述发射电路的开关管IGBT 驱动端连接，实现所述船上发射源控制台对所述水下发射源的发射频率的控制。
[0032] 第二方面，本发明提供如上所述的一种海洋可控电磁发射装置的控制方法，包括：
[0033] 所述船上电源向所述水下发射源发射大于1000V的单相工频或中频交流电压；
[0034] 所述整流电路对所述大于1000V的单相工频或中频交流电进行整流滤波，得到高 压直流电；
[0035] 所述高压直流电经过所述组合式半桥电路串联输入并联输出，将所述组合式半桥 电路多路输出并联连接到所述LC滤波器；
[0036] 所述LC滤波器对所述多路输出进行滤波，得到低压直流电；
[0037] 所述发射电路根据所述低压直流电，发射频率可控的双极性脉冲电流。
[0038]其中，所述方法还包括：
[0039] 所述主控制器、所述从控制器组和所述发射源控制器分别将主模块电路输出量、 从模块电路输出量和发射频率传输给所述船上发射源控制台；
[0040] 所述船上发射源控制台将所述主模块电路输出量、所述从模块电路输出量和所述 发射频率进行显示，实现实时监视所述水下发射源的发射状态；
[0041] 所述船上发射源控制台将所述预先设定的输出电压、所述预先设定的输出电流和 所述预先设定的发射频率通过光纤传送给所述发射源控制器，所述发射源控制器通过SPI 通讯与所述主控制器连接，将所述预先设定的输出电压和所述预先设定的输出电流传输给 主控制器，实现所述船上发射源控制台对所述水下发射源的发射电压、发射电流和发射频 率控制。
[0042]其中，所述方法还包括：
[0043]所述各半桥电路中的开关管IGBT采用交错驱动技术，使得各路半桥电路的驱动脉 冲相位互相交错。
[0044] 本发明提供的一种海洋可控电磁发射装置及其控制方法，通过采用单相工频或中 频高压电源来向水下发射源传输电能，提高了电能的传输效率;而且采用串联输入并联输 出的组合式半桥电路，减小了开关管的电压和电流应力，降低了对电路中器件的选型要求， 同时提高了各半桥电路的开关频率和功率密度，增大了发射源的发射功率。另外，本发明的 海洋可控电磁发射装置电路结构简单，易于实现，各半桥电路开关频率高，减少了电磁发射 装置的整机体积;通过采用组合式结构，缩短了施工周期，节约了经济成本。
【附图说明】
[0045] 为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术 描述中所需要使用的附