联合输电和加热系统及其操作方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及一种输电系统和管线加热系统，确切地说，涉及一种向载荷输送直流电并且向管线提供直接电加热的联合直流输电和加热系统。
【背景技术】
[0002]多数陆上输电系统用于从诸如发电机等电力源向诸如电动机等电气载荷传输高压交流电(AC)。由于交流变压器和开关装置成本较低并且在产生高压电力方面的效率更高，交流输电系统比直流输电系统的应用更广泛。输电缆输电时，高压电的电力损失少于低压电。因此，任何传统的低压交流和/或直流电通常都设置在距离电气载荷尽可能近的地方。但是，交流输电系统中存在与输电缆关联的无功损耗，而直流输电系统中并不存在这种损耗。因此，对于长距离输电而言，直流输电系统更高效和经济，因为与更昂贵的直流变压器设备相比，无功损耗这一缺点较具优势。在海底电缆中尤其如此，此时由于较大充电电流导致无功损耗增加。因此，提供了一种向电动机供电的直流输电系统应用，所述电动机操作气体压缩机、泵和/或其他流体输送装置，其将原油等流体经由管线输送到地表基础设施进行处理和精炼。所述电动机通常远离地表基础设施，例如，海下或地下油田。
[0003]为便于经由管线输送流体，一些已知的流体输送操作使用管线电加热系统来向管线提供直接电加热。具体来说，在已知的管线电加热系统中，独立的交流或直流电系统通过联接到管线的电导线提供电流，或者通过管线本身提供电流，以通过电阻性电流损耗产生热量，其称为焦耳效应。所述电导线将产生的热量传导至管线内的流体，以便于减小流体的整体粘性并且便于提高电动机的效率。受热管线可防止管线内的固体物料积聚并且有助于流体连续流过管线，即使在流体在水下循环时。
[0004]但是，已知的管线电加热系统和已知的输电系统是彼此独立的系统。具体来说，这两个系统需要单独的电源以及单独的输电缆以运转。具体来说，已知的管线电加热系统必须在关机期间维持流体温度、能够支撑高电流以加热长管线、能够在指定时间段内加热流体并且能够连续地加热管线。为满足这些要求，当前管线电加热系统需要独立于输电系统电气荷载的电源和输电缆。此外，直流输电系统选择性地停用至少一部分的电气荷载，例如，在维护过程中，而此时仍然必须加热管线。单独的直流输电系统和单独的管线电加热系统可提高与已知流体输送操作相关的基建费用。
【发明内容】
[0005]一方面，本发明提供了一种联合直流输电和加热系统。所述系统包括整流站，所述整流站被配置成产生直流链路电流。所述系统还包括远离所述整流站的下游换流站。所述下游换流站被配置成使用所述直流链路电流的至少一部分产生即将供应到电气载荷的电力。所述系统还包括回路导线，所述回路导线与所述整流站和所述下游换流站电联接。所述回路导线被配置成将回流从所述下游换流站输送到所述整流站。所述回路导线还被配置成从所述回流引起的电阻性损耗中产生热量；以及将所述回流产生的所述热量传导到从所述下游换流站附近输送到所述整流站附近的流体。
[0006]另一方面，本发明提供一种流体输送系统。所述流体输送系统包括电气载荷以及与所述电气载荷电联接的流体输送装置。所述流体输送装置被配置成输送流体。所述流体输送系统还包括与所述电气载荷的直流电输送和加热系统。所述直流电输送和加热系统包括:整流站，所述整流站被配置成产生直流链路电流；以及下游换流站，所述下游换流站远离所述整流站。所述下游换流站被配置成使用所述直流链路电流的至少一部分产生即将供应到所述电气载荷的电力。所述直流电输送和加热系统还包括回路导线，所述回路导线联接到所述整流站和所述下游换流站。所述回路导线被配置成:将回流从所述下游换流站输送到所述整流站；从所述回流引起的电阻性损耗中产生热量；并且将所述回流产生的所述热量传导到从所述下游换流站附近输送到所述整流站附近的流体。
[0007]优选地，其中所述下游换流站进一步包括旁通装置，所述旁通装置被配置成选择性地控制输送到所述电气载荷的载荷电流的量以及绕过所述电气载荷输送到所述回路导线的旁通电流的量。
[0008]优选地，该系统进一步包括管线，所述管线具有外壳以及限定在所述外壳内的中央通道，所述管线被配置成将所述流体从所述下游换流站附近输送到所述整流站附近。其中所述回路导线包括所述外壳的至少一部分。
[0009]优选地，该系统进一步包括延伸在所述整流站与所述下游换流站之间的单极直流电缆，所述单极直流电缆被配置成:将所述直流链路电流从所述整流站输送到所述下游换流站；从所述直流链路电流引起的电阻性损耗中产生热量；以及将所述直流链路电流产生的所述热量传导到所述流体。
[0010]优选地，其中所述下游换流站包括多个模块化可堆叠直流(MSDC)逆变器，其被配置成控制所述回流。
[0011]优选地，其中所述下游换流站包括多个直流/直流变换模块，其中所述多个直流/直流变换模块中的每个直流/直流变换模块包括各自的旁通装置。
[0012]另一方面，本发明提供了一种联合直流输电和加热系统的操作方法。所述方法包括:使用整流站产生直流链路电流；以及在下游换流站接收所述电流链路电流。所述方法还包括通过所述下游换流站，使用控制所述直流链路电流供应到电气载荷的电力。所述方法进一步包括通过所述下游换流站，将回流经由回路导线输送到所述整流站。所述方法还包括:通过回路导电，从所述回流引起的电阻性损耗中产生热量；以及将所述回流产生的所述热量传导到从所述下游换流站附近输送到所述整流站附近的流体。
[0013]优选地，该方法还包括:使用整流站产生直流链路电流；在下游换流站处接收所述直流链路电流；通过所述下游换流站，使用所述直流链路电流控制供应到电气载荷的电力；通过所述下游换流站，将回流经由回路导线输送到所述整流站；通过所述回路导线，通过所述回流引起的电阻性损耗产生热量；以及将所述回流产生的所述热量传导到流体，所述流体从所述下游换流站附近输送到所述整流站附近。
[0014]优选地，其中控制供应到所述电气载荷的电力包括:选择性地控制输送到所述电气载荷的载荷电流的量；以及选择性地控制绕过所述电气载荷输送到所述回路导线的旁通电流的量。其中选择性地控制旁通电流的量包括旁通绕过所述电气载荷的基本上全部的所述直流链路电流。
【附图说明】
[0015]在参考附图阅读以下详细说明后，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点，在附图中，类似的符号代表所有附图中类似的部分，其中:
[0016]图1是示例性流体输送系统的示意图，其中所述流体输送系统包括联合直流输电和加热系统；
[0017]图2是可用于图1中所示的流体输送系统的示例性直流输电和加热系统的示意图；
[0018]图3是可用于图1中所示的流体输送系统的替代直流输电和加热系统的示意图，其中所述直流输电和加热系统包括电源整流站；
[0019]图4是可用于图1中所示的流体输送系统的替代直流输电和加热系统的示意图，其中所述直流输电和加热系统包括下游换流站，所述下游换流站具有多个直流/直流变换丰吴块；
[0020]图5是用于图1中所示的流体输送系统的示例性管线的透视图。
[0021]除非另作说明，否则本说明书中提供的附图用于示出本发明实施例的特征。这些特征被认为适用于包括本发明一个或多个实施例的各种系统。因此，附图并不意图包括所属领域中的普通技术人员已知的实践本说明书中公开的实施例所需的所有传统特征。
【具体实施方式】
[0022]在以下说明和随附权利要求中，将参考多个术语，这些术语的定义如下。
[0023]除非上下文明确另作规定，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”也含有复数意义。
[0024]“可选”或“可选地”意指后续描述的事件或情况可能会或可能不会发生，并且所述说明同时包括事件发生或者不发生的情况。
[0025]本说明书全文和权利要求书中所用的近似语言可以用于修饰能够合理改变而不改变相关对象的基本功能的任何数量表示。因此，被一个或多个术语，例如“约”和“大体上”修饰的值并不限于所指出的精确值。在至少一些情况下，近似语言可能与用于测量值的仪器的精度对应。在此处以及说明书及权利要求书的各处中，范围限制可以组合和/或互换，除非上下文或语言另作说明，此类范围表示说明并且包括其中包含的所有子范围。
[0026]本说明书和权利要求书中所用的定位语言仅用于方便相对于彼此说明元件，并不限定它们相对于其他任何参照系的方向。因此，除非上下文或语言明确另作规定，否则“上”和“下”等术语修饰的元件可朝向相对于外部参照系的其他任何方向。
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