專利名稱：用于海洋鉆探船舶的電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于海洋鉆探船舶的電源系統(tǒng)以及操作這種電源系統(tǒng)的方法。
背景技術(shù)：
在離岸石油生產(chǎn)中，諸如離岸平臺(tái)/鉆探裝備或鉆探 船的海洋鉆探船舶被用于勘探離岸鉆探以及用于鉆探離岸井。在離岸鉆探中涉及若干技術(shù)困難。一個(gè)困難是要求在鉆探操作期間船舶精確地保持其在海床處鉆探場(chǎng)地上方的位置?，F(xiàn)代船舶包括使用用于位置確定的若干傳感器的動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)。此信息隨后被用于獨(dú)立地控制船舶的若干推進(jìn)器，使得相對(duì)于海床的水平移動(dòng)被最小化。離岸鉆探裝備可以比如包括6-8個(gè)允許船舶的精確定位的方位推進(jìn)器。當(dāng)動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)激活時(shí)，推進(jìn)器被連續(xù)地操作。另一困難是海洋鉆探船舶的垂直移動(dòng)(升沉(heave))。船舶的升沉運(yùn)動(dòng)由海浪造成并且改變船舶和海床之間的距離。在鉆探操作中，這種運(yùn)動(dòng)造成鉆柱上的重量變化。傳統(tǒng)鉆探船舶因而只能夠在靜海鉆探。為了減小停工時(shí)間并且即使在盛行較大浪時(shí)實(shí)現(xiàn)鉆探，被動(dòng)和主動(dòng)升沉補(bǔ)償被引入。在升沉補(bǔ)償中，在鉆柱的底孔組件處的鉆頭上的重量(W0B，鉆壓)盡可能保持恒定。這是通過下述這樣實(shí)現(xiàn)的允許鉆柱相對(duì)于鉆探船舶移動(dòng)，使得鉆柱相對(duì)于海床保持幾乎靜止(例如只有若干厘米的相對(duì)移動(dòng))。鉆柱可以比如借助升沉補(bǔ)償絞車(drawwork)相對(duì)于船舶而提升和降低。絞車包括由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的卷軸或絞車滾筒用于收放鉆探繩索。鉆探繩索用于提升和降低鉆柱附連到的動(dòng)滑輪。對(duì)于升沉補(bǔ)償，鉆探繩索周期性地卷起和放出以實(shí)現(xiàn)幾乎恒定的鉆壓。當(dāng)使鉆柱降低時(shí)，電動(dòng)機(jī)需要減速。這是通過在水冷制動(dòng)電阻器中燒盡由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電能來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)提升鉆柱時(shí)，絞車的電動(dòng)機(jī)需要相當(dāng)大量的電功率來操作。期望減小鉆探船舶的能耗。另外，水冷制動(dòng)電阻器笨重并且需要相當(dāng)大量的空間，同時(shí)不具有任何另外有用功能。還期望避免鉆探船舶上功耗的峰值，因?yàn)檫@種峰值使得借助發(fā)電機(jī)的能量生產(chǎn)效率不高(因?yàn)榘l(fā)電機(jī)需要在最高效范圍之外操作)并且另外要求要為較大負(fù)載設(shè)計(jì)鉆探船舶的電源。
發(fā)明內(nèi)容
因此，存在對(duì)減輕至少一些上文所述缺點(diǎn)的改進(jìn)電源系統(tǒng)的需要。這種需要通過獨(dú)立權(quán)利要求的特征來實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于海洋鉆探船舶的電源系統(tǒng)。該電源系統(tǒng)包括第一電力網(wǎng)部分，其耦合到被適配成生成電功率的發(fā)電機(jī)并且還耦合到被適配成相對(duì)于海洋鉆探船舶提升和降低鉆柱的電動(dòng)主動(dòng)升沉補(bǔ)償器。該主動(dòng)升沉補(bǔ)償器被配置成在降低鉆柱時(shí)生成電功率。電源系統(tǒng)還包括第二電力網(wǎng)部分，其耦合到被適配成生成電功率的發(fā)電機(jī)并且還耦合到海洋鉆探船舶的電動(dòng)推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置。第一電力網(wǎng)部分電耦合到第二電力網(wǎng)部分。該電源系統(tǒng)被適配成將在升沉補(bǔ)償期間由主動(dòng)升沉補(bǔ)償器生成的電功率供應(yīng)到推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置以用于操作推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置。第一和第二電力網(wǎng)部分可以耦合到相同發(fā)電機(jī)或耦合到不同發(fā)電機(jī)。通過用由主動(dòng)升沉補(bǔ)償器產(chǎn)生的電功率對(duì)推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置供電，可以減小海洋鉆探船舶的能耗。另外，由于生成的電功率由推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置使用，所以較小的制動(dòng)電阻器可以被提供或者制動(dòng)電阻器可能根本是不需要的。因而節(jié)約了空間和重量以及與提供這種制動(dòng)電阻器相關(guān)的成本。在一個(gè)實(shí)施例中，主動(dòng)升沉補(bǔ)償器為包括一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)機(jī)的升沉補(bǔ)償絞車。當(dāng)通過放出鉆探繩索而降低鉆柱時(shí)，在制動(dòng)(多個(gè))電動(dòng)機(jī)時(shí)可以產(chǎn)生電功率(即電動(dòng)機(jī)可以被減速?gòu)亩鴱碾妱?dòng)機(jī)汲取電功率)。絞車可以包括絞車滾筒，該絞車滾筒由一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)并且鉆探繩索在其上卷起。鉆探繩索可以穿過海洋鉆探船舶的鉆探裝備的定滑輪和動(dòng)滑輪，鉆柱附連到動(dòng)滑輪。第一電力網(wǎng)部分可以包括在預(yù)定AC頻率下操作的交變電流(AC)總線。升沉補(bǔ)償絞車的電動(dòng)機(jī)可以是AC電動(dòng)機(jī)并且可以經(jīng)由變速驅(qū)動(dòng)裝置耦合到AC總線。變速驅(qū)動(dòng)裝置 可以包括有源整流器并且可以被適配成將AC電動(dòng)機(jī)生成的電功率轉(zhuǎn)換成頻率基本上等于AC總線進(jìn)行操作的頻率的電功率。因而由升沉補(bǔ)償絞車生成的功率可以高效地被反饋回到海洋鉆探船舶的電力網(wǎng)。當(dāng)然可以設(shè)想到其它可能性。電源系統(tǒng)可以比如包括四象限轉(zhuǎn)換器，其被適配成轉(zhuǎn)換主動(dòng)升沉補(bǔ)償器的(生成的)電功率從而實(shí)現(xiàn)將生成的電功率重新饋給到電力網(wǎng)中，例如通過將生成的電功率的頻率調(diào)整到船舶的電力網(wǎng)進(jìn)行操作的頻率。第一和第二電力網(wǎng)部分可以是海洋鉆探船舶的電力網(wǎng)的一部分。這些部分的耦合具有這樣的優(yōu)點(diǎn)電功率可以從一個(gè)部分傳遞到另一部分。由于電力網(wǎng)部分是電耦合的，所以為這兩個(gè)部分提供電功率的發(fā)電機(jī)可以是相同的。電力網(wǎng)部分可以比如耦合到1-10個(gè)發(fā)電機(jī)。在一個(gè)實(shí)施例中，電源系統(tǒng)還包括控制單元，其被適配成以使得由主動(dòng)升沉補(bǔ)償器生成的電功率被供應(yīng)到推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置的這種方式來控制電源系統(tǒng)中的電功率的流動(dòng)。控制單元可以比如控制下述各項(xiàng)中的一個(gè)或組合一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)的電功率輸出、對(duì)推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置的電功率供應(yīng)以及對(duì)制動(dòng)電阻器的電功率供應(yīng)(如果這種制動(dòng)電阻器完全存在)。因此可以實(shí)現(xiàn)節(jié)約燃料，因?yàn)橥ㄟ^與主動(dòng)升沉補(bǔ)償器反周期(anti-cyclic)地操作推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置，控制單元可以比如以相對(duì)恒定負(fù)載操作發(fā)電機(jī)。主動(dòng)升沉補(bǔ)償器通常被適配成補(bǔ)償由海浪造成的海洋鉆探船舶的升沉運(yùn)動(dòng)。升沉補(bǔ)償周期可以包括鉆柱相對(duì)于船舶被提升并且主動(dòng)升沉補(bǔ)償器消耗電功率的第一階段，并且還可以包括鉆柱相對(duì)于船舶被降低并且主動(dòng)升沉補(bǔ)償器生成電功率的第二階段。電源系統(tǒng)可以被適配成將在第二階段期間生成的電功率供應(yīng)到推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置。在第二階段中，推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置因而可以利用較高功率輸出來操作，而不要求以較高負(fù)載操作一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)以及因而在發(fā)電機(jī)中消耗附加燃料。注意，電功率可以僅僅在升沉補(bǔ)償周期的第二階段的一部分期間生成，例如當(dāng)鉆柱相對(duì)于海洋鉆探船舶的移動(dòng)減速時(shí)。具體地，可以提供一種控制單元，其被適配成在升沉補(bǔ)償周期的第一階段期間以低功率操作推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置以及在升沉補(bǔ)償周期的第二階段期間以較高功率操作推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置。因此，當(dāng)主動(dòng)升沉補(bǔ)償器需要大量電功率用于抬升鉆柱時(shí)，推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置可以消耗較少電功率，而隨后鉆柱降低，由此在主動(dòng)升沉補(bǔ)償器中生成電功率時(shí)，推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置可以消耗較多電功率。盡管供應(yīng)到推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置的平均電功率可以保持幾乎不變，但總功耗可以減小并且發(fā)電機(jī)可以以更恒定功率輸出操作。另外，電源系統(tǒng)的這種配置會(huì)導(dǎo)致在波浪中海洋鉆探船舶運(yùn)動(dòng)的固有自我穩(wěn)定。當(dāng)波浪抬升船舶時(shí)，主動(dòng)升沉補(bǔ)償器可以降低鉆柱，因而產(chǎn)生能量。同時(shí)，由波浪應(yīng)用到船舶的水平力相對(duì)較大，這可以由在此升沉補(bǔ)償周期的第二階段期間推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置的增大的輸出功率應(yīng)對(duì)。推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置因此可以就在需要用于位置保持的那個(gè)時(shí)刻被供應(yīng)附加電功率。在一個(gè)實(shí)施例中，推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置為海洋鉆探船舶的推進(jìn)系統(tǒng)的一部分。該推進(jìn)系統(tǒng)可以包括動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)，并且電源系統(tǒng)可以被適配成使得將平均電功率供應(yīng)到推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置，該平均電功率高于動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)用于位置保持所需要的閾值功率。以此方式，動(dòng)態(tài)定位可以變?yōu)榭赡?，即使推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置不是用恒定功率輸出來操作，而是用當(dāng)主動(dòng)升沉補(bǔ)償器生成電能時(shí)增大的功率輸出來操作。上述固有自我穩(wěn)定還可以改進(jìn)動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)的操作。動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)可以是控制推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置的操作的控制系統(tǒng)的一部分。 電源系統(tǒng)可以被配置成以下述這樣的方式來控制對(duì)推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置的電功率供應(yīng)，即使得由推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置消耗的電功率以及由主動(dòng)升沉補(bǔ)償器消耗和生成的電功率的總和在升沉補(bǔ)償周期上是基本上恒定的。推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置的操作可以因此依據(jù)主動(dòng)升沉補(bǔ)償器的功率需求來調(diào)整。這可以導(dǎo)致發(fā)電機(jī)上更恒定的負(fù)載并且因而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的更高效的操作。在其它配置中，對(duì)推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置的電功率供應(yīng)可以以下述這樣的方式被控制，即使得推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置和鉆探驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的累積功耗保持恒定，該鉆探驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以包括主動(dòng)升沉補(bǔ)償器并且可以包括另外的能量消耗部件。在其它實(shí)施例中，還可能以下述這樣的方式來調(diào)整對(duì)推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置的電功率供應(yīng)，即使得連接到第一和第二電力網(wǎng)部分的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)上的負(fù)載保持基本上恒定。電源系統(tǒng)可以因此實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的恒定和燃料高效操作，即使附加負(fù)載從電力網(wǎng)汲取電功率。在其它實(shí)施例中，電源系統(tǒng)還可以包括耦合到第一和/或第二電力網(wǎng)部分的上述部件，即它可以包括主動(dòng)升沉補(bǔ)償器、(多個(gè))發(fā)電機(jī)以及(多個(gè))推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置的其中
之一或組合。本發(fā)明的另一方面涉及一種控制海洋鉆探船舶的電源系統(tǒng)的方法。該電源系統(tǒng)包括第一電力網(wǎng)部分，其耦合到被適配成生成電功率的發(fā)電機(jī)并且還耦合到被適配成相對(duì)于海洋鉆探船舶提升和降低鉆柱的電動(dòng)主動(dòng)升沉補(bǔ)償器。該主動(dòng)升沉補(bǔ)償器被配置成在降低鉆柱時(shí)生成電功率。電源系統(tǒng)還包括第二電力網(wǎng)部分，其耦合到被適配成生成電功率的發(fā)電機(jī)并且還耦合到海洋鉆探船舶的電動(dòng)推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置。第一電力網(wǎng)部分電耦合到第二電力網(wǎng)部分。該方法包括下述步驟在升沉補(bǔ)償期間在主動(dòng)升沉補(bǔ)償器降低鉆柱時(shí)借助主動(dòng)升沉補(bǔ)償器生成電功率，將生成的電功率供應(yīng)到推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置，以及利用供應(yīng)的電功率操作推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置。利用該發(fā)明方法，可以實(shí)現(xiàn)與關(guān)于電源系統(tǒng)在上文另外概述的優(yōu)點(diǎn)相似的優(yōu)點(diǎn)。在該方法的實(shí)施例中，主動(dòng)升沉補(bǔ)償器被適配成補(bǔ)償由海浪造成的海洋鉆探船舶的升沉運(yùn)動(dòng)，其中升沉補(bǔ)償周期包括鉆柱被提升并且主動(dòng)升沉補(bǔ)償器消耗電功率的第一階段以及鉆柱被降低并且主動(dòng)升沉補(bǔ)償器生成電功率的第二階段。將生成的電功率供應(yīng)到推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置的步驟是在升沉補(bǔ)償周期的第二階段期間執(zhí)行的。推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置的操作可以以下述這樣的方式被控制，即使得推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置在升沉補(bǔ)償周期的第一階段期間以較低功率操作以及在升沉補(bǔ)償周期的第二階段期間以較高功率操作。因而可以使一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)上的負(fù)載更恒定。推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置可以是包括動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)的海洋船舶的推進(jìn)系統(tǒng)的一部分。該方法還可以包括下述步驟以使得平均電功率被供應(yīng)到推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置的這種方式控制對(duì)推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置的電功率供應(yīng)，該平均電功率高于動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)用于位置保持所需要的閾值電功率。具體地，對(duì)推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置的電功率供應(yīng)可以被控制，以使得與推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置利用恒定電功率供應(yīng)進(jìn)行操作的情形相比，平均推力保持不變。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括下述步驟以下述這樣的方式控制對(duì)推進(jìn)器驅(qū)動(dòng) 裝置的電功率供應(yīng)，即使得由推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置消耗的電功率以及由主動(dòng)升沉補(bǔ)償器消耗和生成的電功率的總和在升沉補(bǔ)償周期上是基本上恒定的。主動(dòng)升沉補(bǔ)償器例如升沉補(bǔ)償絞車的功率消耗/生成通常由對(duì)于維持恒定鉆壓的要求確定。通過推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置的反周期操作，總的電功率消耗可以因此保持相對(duì)恒定。除了更加能量高效的操作之外，發(fā)電機(jī)上的更恒定負(fù)載也導(dǎo)致電力網(wǎng)上的更穩(wěn)定頻率以及減小的維護(hù)需要，這是因?yàn)榕c具有波動(dòng)負(fù)載的操作相比，發(fā)電機(jī)上的磨損更小。在另一實(shí)施例中，該方法可以包括下述步驟以下述這樣的方式控制對(duì)推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置的電功率供應(yīng)，即使得耦合到第一和第二電力網(wǎng)部分的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)上的負(fù)載在升沉補(bǔ)償周期上是基本上恒定的。這又具有即使附加電功率消耗部件連接到電力網(wǎng)，一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)上的更恒定負(fù)載的優(yōu)點(diǎn)?？刂撇襟E可以比如由上述控制單元執(zhí)行。在該方法的實(shí)施例中，電源系統(tǒng)如上文關(guān)于本發(fā)明的第一方面所述的那樣來配置。除非相反地指出，上文所述以及將在下文解釋的本發(fā)明的各方面和實(shí)施例的特征
可以相互組合。
根據(jù)結(jié)合附圖閱讀的下述詳細(xì)描述，本發(fā)明的前述和其它特征及優(yōu)點(diǎn)將變得更加顯而易見。在圖中，相似附圖標(biāo)記指代相似元件。圖I為圖示根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的電源系統(tǒng)的示意性框圖。圖2為圖示在升沉補(bǔ)償周期的第一階段中包括制動(dòng)電阻器的電源系統(tǒng)的示意性框圖。圖3為圖示在升沉補(bǔ)償周期的第二階段中包括制動(dòng)電阻器的電源系統(tǒng)的示意性框圖。圖4為圖示在升沉補(bǔ)償周期的第一階段中根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的電源系統(tǒng)的示意性框圖。圖5為圖示在升沉補(bǔ)償周期的第二階段中根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的電源系統(tǒng)的示意性框圖。
圖6為圖示傳統(tǒng)電源系統(tǒng)中電功率消耗和生成的圖表。圖7為圖不發(fā)電機(jī)上具有恒定負(fù)載的電源系統(tǒng)中的電功率消耗和生成的圖表。圖8為圖示根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的電源系統(tǒng)中的功率消耗和生成的圖表，其中升沉補(bǔ)償器和推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置具有對(duì)電功率的相對(duì)恒定的組合需求。
具體實(shí)施例方式在下文中更詳細(xì)描述在附圖中圖示的各實(shí)施例。應(yīng)清楚，下述描述僅僅是說明性且不是限制性。圖僅僅是示意性表示，并且圖中的元件不一定彼此成比例。圖中示出的功能區(qū)塊或單元不一定暗示這些將實(shí)施在單個(gè)物理單元、區(qū)塊、電路、芯片等中，但是單個(gè)功能區(qū)塊或單元可以實(shí)施在若干物理上分離的單元中，同時(shí)兩個(gè)或更多個(gè)分開圖示的區(qū)塊或單元可以實(shí)施在單個(gè)物理單元中，諸如可以實(shí)施若干控制單元等的微處理器。應(yīng)指出，圖中示出的兩個(gè)區(qū)塊、單元、元件等之間的直接耦合也可以實(shí)施為間接耦 合，即利用中間元件的耦合。這些可以比如是控制元件、諸如保險(xiǎn)絲或斷路器的保護(hù)元件
坐寸ο圖I圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電源系統(tǒng)10。該電源系統(tǒng)10包括第一電力網(wǎng)部分11和第二電力網(wǎng)部分20。兩個(gè)電力網(wǎng)部分都是海洋鉆探船舶的電力網(wǎng)的一部分。第一電力網(wǎng)部分I禹合到產(chǎn)生電能的兩個(gè)發(fā)電機(jī)15。發(fā)電機(jī)15可以比如包括柴油機(jī)、燃?xì)鉁u輪機(jī)等。第一電力網(wǎng)部分11還耦合到鉆探驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)14。鉆探驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)14可以包括在鉆探操作中采用的若干電動(dòng)部件。在圖I的實(shí)施例中，鉆探驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)14包括主動(dòng)升沉補(bǔ)償器12以及作為另外示例性部件的頂部驅(qū)動(dòng)裝置13?？梢园ㄔ阢@探驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)14中的其它部件可以比如包括泥漿泵、起錨絞車驅(qū)動(dòng)裝置等。主動(dòng)升沉補(bǔ)償器12可以比如被實(shí)施為升沉補(bǔ)償絞車，該升沉補(bǔ)償絞車可以包括可以由一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的絞車滾筒，并且該升沉補(bǔ)償絞車可以通過下述這樣來執(zhí)行升沉補(bǔ)償通過旋轉(zhuǎn)絞車滾筒來卷起和放出鉆探繩索，由此相對(duì)于海洋鉆探船舶提升或降低鉆柱。在操作中，發(fā)電機(jī)15生成電功率，該電功率借助第一電力網(wǎng)部分11被供應(yīng)到鉆探驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)14。鉆探驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)14的部件利用供應(yīng)的電功率來操作，并且執(zhí)行它們各自的功能。主動(dòng)升沉補(bǔ)償器12控制鉆柱相對(duì)于海洋鉆探船舶的移動(dòng)或者輔助控制鉆柱相對(duì)于海洋鉆探船舶的移動(dòng)。海浪抬升和降低船舶，由此改變船舶和海床之間的距離。主動(dòng)升沉補(bǔ)償確保鉆柱相對(duì)于海床的垂直位置保持基本上恒定。具體地，鉆壓盡可能保持恒定，由此使得即使在更洶涌大海中鉆探操作可以繼續(xù)。當(dāng)船舶從浪尖移動(dòng)到浪谷時(shí)，鉆柱需要相對(duì)于船舶提升，由此主動(dòng)升沉補(bǔ)償器12消耗由發(fā)電機(jī)15生成的電功率。另一方面，如果船舶從浪谷移動(dòng)到浪尖，則鉆柱降低并且需要被制動(dòng)。主動(dòng)升沉補(bǔ)償器12被適配成在鉆柱被降低時(shí)生成電功率。當(dāng)實(shí)施為升沉補(bǔ)償絞車時(shí)，在相對(duì)于船舶降低鉆柱時(shí)，絞車的電動(dòng)機(jī)需要旋轉(zhuǎn)。在降低鉆柱時(shí)以及在此升沉補(bǔ)償周期結(jié)束時(shí)，電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)需要被減速或制動(dòng)，這可以通過從旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)汲取電功率來實(shí)現(xiàn)。電動(dòng)機(jī)因此作為發(fā)電機(jī)操作?？梢栽诜懦鲢@探繩索的整個(gè)時(shí)段期間生成電功率，或者僅僅在使電動(dòng)機(jī)減速的階段結(jié)束時(shí)生成電功率。當(dāng)然也可以提供附加制動(dòng)系統(tǒng)。注意，升沉補(bǔ)償絞車僅僅是能夠生成能量的主動(dòng)升沉補(bǔ)償器12的一個(gè)示例。另夕卜，還可設(shè)想到將主動(dòng)升沉補(bǔ)償器與被動(dòng)升沉補(bǔ)償器組合，由此減小主動(dòng)升沉補(bǔ)償器上的負(fù)載并且減小升沉補(bǔ)償所需要的電功率?？梢员徊捎玫谋粍?dòng)升沉補(bǔ)償器對(duì)于技術(shù)人員是已知的并且因而在此處不在任何另外的細(xì)節(jié)中進(jìn)行詳述。包括電源系統(tǒng)10的鉆探船舶為這樣類型的船舶，其中用于鉆探驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)14的電源以及用于推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)25的電源為分離的系統(tǒng)。在傳統(tǒng)配置中，船舶的電力網(wǎng)的第一部分11和第二部分20因此也是分離的。將功率供應(yīng)到鉆探驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)14的發(fā)電機(jī)15因此面對(duì)強(qiáng)烈波動(dòng)的負(fù)載，具體而言面對(duì)按照波浪的頻率而周期性地增大的負(fù)載。以變化的負(fù)載操作發(fā)電機(jī)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的大量燃料消耗，因?yàn)樗鼈儗⑿枰谒鼈冏罡咝Р僮鞣秶獠⑶乙圆▌?dòng)的旋轉(zhuǎn)速度(rpm)被驅(qū)動(dòng)。波動(dòng)負(fù)載可以另外導(dǎo)致較高磨損，從而導(dǎo)致增加的維護(hù)要求。在圖I的示例中，第二電力網(wǎng)部分20也耦合到兩個(gè)發(fā)電機(jī)15。它還耦合到若干推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置21。鉆探船舶可以比如提供有6至8個(gè)推進(jìn)器，所述推進(jìn)器可以是罐裝方位推進(jìn)器，每個(gè)方位推進(jìn)器包括它們自己的推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置。每個(gè)推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置包括電動(dòng)機(jī)。該電動(dòng)機(jī)可以比如具有在IMW至6MW范圍內(nèi)的功率額定值。在圖I中，推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置21被分組成推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)25。 在操作中，由發(fā)電機(jī)15生成的電功率經(jīng)由電力網(wǎng)部分20被供應(yīng)到推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置21，以便推動(dòng)船舶。在鉆探操作期間，海洋鉆探船舶通常被要求維持其在鉆探場(chǎng)地上方的位置。為此目的，海洋鉆探船舶優(yōu)選地配備有動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)(未示出)，其可以用于控制推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置21，以使得即使在較猛烈天氣條件中，例如在存在風(fēng)和洋流時(shí)，船舶維持其在鉆探場(chǎng)地上方的位置。在上述傳統(tǒng)配置中，電力網(wǎng)部分20與電力網(wǎng)的其它部分分離，并且推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置21以相對(duì)恒定功率輸出操作。推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置21的功率輸出當(dāng)然可以隨變化的天氣條件而被調(diào)整，然而在更短時(shí)間尺度上，例如在升沉補(bǔ)償周期上，功率輸出保持相對(duì)恒定。耦合到電力網(wǎng)部分20的發(fā)電機(jī)15上的負(fù)載因此也相對(duì)恒定。注意，在一些配置中，電力網(wǎng)部分可以實(shí)際上細(xì)分為兩個(gè)或更多個(gè)分開的電網(wǎng)部分，比如在DP (動(dòng)態(tài)定位)類別3操作期間。這提供某種冗余程度，以使得一個(gè)電力網(wǎng)部分中的故障不影響其它電力網(wǎng)部分。在圖I的實(shí)施例中，第一電力網(wǎng)部分11電耦合到第二電力網(wǎng)部分20。這使得能夠?qū)崿F(xiàn)電功率從電力網(wǎng)的一個(gè)部分流動(dòng)到另一部分。每個(gè)電力網(wǎng)部分可以比如包括AC(交變電流)總線，并且這兩個(gè)總線可以通過合適線纜等耦合。在其它配置中，可以建立公共AC總線。在圖I的示例中，提供了發(fā)電機(jī)15耦合到其的公共AC總線19。更少或更多的發(fā)電機(jī)可以耦合到AC總線19。盡管在一些實(shí)施例中，可以提供僅僅一個(gè)發(fā)電機(jī)，但其它實(shí)施例可以使用例如5個(gè)至10個(gè)之間的發(fā)電機(jī)的更多個(gè)發(fā)電機(jī)以對(duì)鉆探驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)14和推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)25供電。第一和第二電力網(wǎng)部分11和20可以例如通過斷路器而可分開，所述斷路器諸如為母線斷路器等。發(fā)電機(jī)可以比如具有2麗和IOMW之間的功率額定值，使得IOmW至IOOmW的總電功率可以被提供例如用于半潛式海洋鉆探船舶。在圖I的實(shí)施例中，電源系統(tǒng)10包括控制單元30。功能單元30控制發(fā)電機(jī)15、鉆探驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)14和推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)25的操作。注意，在實(shí)際實(shí)施方式中，功能單元30可以分成若干物理控制單元，所述物理控制單元可以是分開的并且可以通過控制網(wǎng)絡(luò)等連接?？刂茊卧?0還可以包括動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)的控制器，該控制器控制推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置21以使得海洋鉆探船舶維持穩(wěn)定位置。控制單元30可以比如包括控制主動(dòng)升沉補(bǔ)償器12的操作的第一控制器，用于控制發(fā)電機(jī)15的第二控制器，以及用于控制推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)25的第三控制器?？刂茊卧?0因而具有有關(guān)主動(dòng)升沉補(bǔ)償器12需要或者產(chǎn)生多少功率的可用信息。在第二升沉補(bǔ)償周期中，當(dāng)鉆柱相對(duì)于鉆探船舶被降低時(shí)以及當(dāng)主動(dòng)升沉補(bǔ)償器12生成能量時(shí)，控制單元30被配置成將發(fā)電機(jī)15的功率輸出維持在基本上恒定水平，以及增加推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置21的一個(gè)或多個(gè)的功率輸出從而用盡由主動(dòng)升沉補(bǔ)償器12生成的附加電功率。動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)可以調(diào)整推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置21的平均輸出功率，使得船舶保持穩(wěn)定位置。由于鉆探船舶在波浪中的運(yùn)動(dòng)是周期性的，所以主動(dòng)升沉補(bǔ)償器12需要和生成的能量可以在某些容限內(nèi)被預(yù)測(cè)。此信息可以被提供到動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)，該動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)可以控制鉆探船舶的推進(jìn)器，以使得即使當(dāng)推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置21的輸出功率周期性地波動(dòng)時(shí)，在鉆探場(chǎng)地上方的位置被維持。
由于在升沉補(bǔ)償周期的第二階段期間對(duì)推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置21的附加功率供應(yīng)，在該周期的第一階段中較少的電功率需要被供應(yīng)到推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置，使得總得來說可以節(jié)省
倉(cāng)tfi。在這種配置中，推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置21和主動(dòng)升沉補(bǔ)償器12 二者在第一升沉補(bǔ)償階段中均被操作，以使得較高負(fù)載應(yīng)用到發(fā)電機(jī)15。控制單元30現(xiàn)在可以以下述這樣的方式被配置，即使得同樣在升沉補(bǔ)償周期的第一階段期間，主動(dòng)升沉補(bǔ)償器12和推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置21的電功率需要的總和保持基本上恒定。當(dāng)主動(dòng)升沉補(bǔ)償器12需要電功率從而相對(duì)于海洋鉆探船舶抬升鉆柱時(shí)，控制單元30可以減小一個(gè)或多個(gè)推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置21的功率輸出。以此方式，源于推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置和主動(dòng)升沉補(bǔ)償器的發(fā)電機(jī)15上的負(fù)載在整個(gè)升沉補(bǔ)償周期上保持基本上恒定。推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置21因而在升沉補(bǔ)償周期的第一階段期間具有較低電功率輸出并且在第二階段期間具有較高輸出?？刂茊卧?0可以調(diào)整平均功率輸出，以使得其對(duì)于動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)用于位置保持是足夠的。推進(jìn)器的波動(dòng)功率輸出將不會(huì)使動(dòng)態(tài)定位折衷，因?yàn)樯裂a(bǔ)償周期相對(duì)較短，例如在5秒和25秒之間。另外，當(dāng)波浪擊中鉆探船舶時(shí)，它不僅使船舶升沉(這是在主動(dòng)升沉補(bǔ)償器生成能量的時(shí)間(第二階段))，而且它還應(yīng)用水平方向上的力。這可以通過使用增大的輸出功率操作推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置來應(yīng)對(duì)，因而導(dǎo)致海洋鉆探船舶的固有自我穩(wěn)定。在控制單元30的另一配置中，不僅可以考慮推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置21和主動(dòng)升沉補(bǔ)償器12的功率生成/消耗，而且可以考慮耦合到電力網(wǎng)的其它部件(例如諸如頂部驅(qū)動(dòng)裝置或方鉆桿驅(qū)動(dòng)裝置13的電動(dòng)機(jī)的鉆探驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)14的部件)的電功率需要?？刂茊卧?0于是被配置成以使得電力網(wǎng)上的總電功率消耗保持基本上恒定的這種方式來調(diào)整推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置21消耗的電功率。因而，發(fā)電機(jī)15上的負(fù)載可以變得甚至更恒定，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的更佳的燃料經(jīng)濟(jì)以及減小的維護(hù)要求的有益效果。另外，隨著負(fù)載變化，電力網(wǎng)上的頻率也將變化。因此，通過使負(fù)載相對(duì)恒定，電力網(wǎng)上的頻率也可以變得更穩(wěn)定。注意，“基本上恒定”或“相對(duì)恒定”并不意味著組合功耗(推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置和主動(dòng)升沉補(bǔ)償器)或者發(fā)電機(jī)上的負(fù)載在時(shí)間上是基本上平坦的曲線。它只是意味著在升沉補(bǔ)償周期的時(shí)間標(biāo)度上，與主動(dòng)升沉補(bǔ)償器的電功率需求的波動(dòng)相比，組合功耗或者應(yīng)用到發(fā)電機(jī)的負(fù)載的波動(dòng)相對(duì)較小。應(yīng)清楚，圖I僅僅示出電源系統(tǒng)10以及耦合到其的電氣部件的示例性配置。當(dāng)然可以設(shè)想到其它配置，諸如提供僅僅I個(gè)發(fā)電機(jī)15或者不同數(shù)目的發(fā)電機(jī)，例如I個(gè)和10個(gè)之間。如上所述，推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)25可以包括不同數(shù)目的推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置，并且鉆探驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)14可以包括另外的部件，諸如泥漿泵、水泥泵、起錨絞車等。另外，控制單元30可以被分割成不同的單獨(dú)控制單元，諸如控制推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)25的動(dòng)態(tài)定位控制單元，用于控制發(fā)電機(jī)的單元以及用于控制鉆探驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)14的另外的單元。圖2和3圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電源系統(tǒng)，更詳細(xì)地圖示了被耦合到該電源系統(tǒng)的鉆探驅(qū)動(dòng)裝置25和主動(dòng)升沉補(bǔ)償器12。第一和第二電力網(wǎng)部分11和12由公共AC總線19耦合。圖2圖示其中主動(dòng)升沉補(bǔ)償器12消耗電功率的升沉補(bǔ)償周期的第一階段，而圖3示出其中主動(dòng)升沉補(bǔ)償器12生成電功率的升沉補(bǔ)償周期的第二階段。在下文中，在詳述兩個(gè)示例中的能量流之前，簡(jiǎn)要解釋主動(dòng)升沉補(bǔ)償器12和推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置21的部件。主動(dòng)升沉補(bǔ)償器12包括升沉補(bǔ)償絞車，在該升沉補(bǔ)償絞車中AC電動(dòng)機(jī)16旋轉(zhuǎn)絞車滾筒用于卷起和放出鉆探繩索。電動(dòng)機(jī)16通過由發(fā)電機(jī)15供應(yīng)的電功率操作。三相變壓器18具有兩個(gè)次級(jí)繞組，所述兩個(gè)次級(jí)繞組中的一個(gè)具有Y電路，另一個(gè)具有Λ電路，所述兩個(gè)次級(jí)繞組提供相移變換的AC電壓。整流器41將AC電壓轉(zhuǎn)換為DC電壓，該DC電壓被分配在DC總線42上。兩個(gè)“DC通道”中的電壓中的波紋也被相移，因而減小DC總線42上的結(jié)果得到的DC電壓中的諧波失真。用附圖標(biāo)記43索引的符號(hào)指示將DC電壓轉(zhuǎn)換為具有可變頻率的AC電壓的逆變器，電動(dòng)機(jī)16利用該AC電壓來操作。通過改變AC頻率，可以改變電動(dòng)機(jī)16的旋轉(zhuǎn)速度。部件41、42和43因而形成變速驅(qū)動(dòng)裝置40，以用于以期望速度來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)16。制動(dòng)電阻器17也通過逆變器耦合到DC總線42。推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置21被類似地配置。發(fā)電機(jī)15生成的電功率又利用三相變壓器24來變換，并且被供應(yīng)到變速驅(qū)動(dòng)裝置(VSD) 23，該變速驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)AC電動(dòng)機(jī)22供應(yīng)可變頻率的AC電功率。變速驅(qū)動(dòng)裝置23可以與變速驅(qū)動(dòng)裝置40類似地配置，即它可以包括兩個(gè)或更多個(gè)整流器、DC總線以及可以以可變頻率操作的一個(gè)或多個(gè)逆變器。應(yīng)清楚，主動(dòng)升沉補(bǔ)償器12以及推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置21的實(shí)施方式僅僅是說明性質(zhì)的，并且這些部件也可以在與圖示的那些不同的配置中實(shí)施。圖2中的箭頭指示在升沉補(bǔ)償周期的第一階段中的電功率流動(dòng)，其中箭頭的寬度指示由相應(yīng)部件供應(yīng)/供應(yīng)到相應(yīng)部件的電功率量。推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置21被供應(yīng)來自發(fā)電機(jī)15的電功率并且利用相對(duì)恒定功率輸出來操作。在升沉補(bǔ)償周期的第一階段中，鉆探船舶相對(duì)于海床被降低，使得鉆柱需要通過電動(dòng)機(jī)16的操作而抬升。因此，主動(dòng)升沉補(bǔ)償器12消耗電功率，以使得發(fā)電機(jī)15上的總負(fù)載相對(duì)較大,如寬箭頭所指示。圖3圖示升沉補(bǔ)償周期的第二階段，其中由電氣升沉補(bǔ)償器生成的電能在制動(dòng)電阻器17中消耗。推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置21以與圖2相同的功率操作。鉆探船舶相對(duì)于海床被抬升，使得鉆柱需要降低，因而在電動(dòng)機(jī)16中生成電功率。生成的電功率被供應(yīng)到制動(dòng)電阻器17，所述電功率在該制動(dòng)電阻器中被消耗。為了消耗大量的過量能量，制動(dòng)電阻器17需要具有相當(dāng)大的尺寸并且需要被水冷。發(fā)電機(jī)15上的總負(fù)載顯著小于圖2中的，如窄箭頭所指示。在圖6中圖示針對(duì)圖2和3的配置的在升沉補(bǔ)償周期上電功率的消耗/生成。升沉補(bǔ)償周期的第一和第二階段分別用附圖標(biāo)記51和52指定。曲線61圖示需要由發(fā)電機(jī)15產(chǎn)生的電功率，即發(fā)電機(jī)上的負(fù)載。曲線62(小的點(diǎn)線)圖示由推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置21消耗的電功率，在圖2和3的示例中該電功率在升沉補(bǔ)償周期上是恒定。曲線63(短劃線)圖示主動(dòng)升沉補(bǔ)償器12的功耗。在第一階段51 (對(duì)應(yīng)于圖2)中，升沉補(bǔ)償器需要大量電功率(曲線部分64)，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)上的較高負(fù)載。在該周期的第二階段52中，主動(dòng)升沉補(bǔ)償器12幾乎不需要功率，生成的功率在制動(dòng)電阻器中耗盡，如曲線部分65 (大的點(diǎn))所圖示。圖7圖示下述情形，其中控制單元被配置成控制電源系統(tǒng)中的電功率流動(dòng)，使得即使在第二階段期間由主動(dòng)升沉補(bǔ)償器生成的功率仍被制動(dòng)電阻器耗盡，發(fā)電機(jī)上的負(fù)載也保持恒定。對(duì)推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置的電功率供應(yīng)不再保持恒定，如曲線62所圖示，但是在其中主動(dòng)升沉補(bǔ)償器使用大量電功率的時(shí)間期間，該電功率供應(yīng)減小，如曲線63所圖示。需要由發(fā)電機(jī)供應(yīng)的功率因而保持基本上恒定(曲線61)。曲線66圖示在傳統(tǒng)操作期間被供應(yīng)到推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置的平均電功率，該平均電功率可以是足夠高以確保動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)的可靠操作的電功率。由于供應(yīng)到推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置的功率在階段51減小，所以它在升沉補(bǔ)償周期的其余部分期間相應(yīng)地增大，使得整個(gè)升沉補(bǔ)償周期上的平均功率對(duì)應(yīng)于曲線66，即保持基本上相同。 在本發(fā)明的實(shí)施例中，圖2和3的系統(tǒng)中的電功率流動(dòng)現(xiàn)在可以以下述方式被控制，即使得在第二周期52期間生成的電功率不是完全供應(yīng)到制動(dòng)電阻器17(如圖3中圖示)，而是至少部分地反饋回到電力網(wǎng)(AC總線19)以及供應(yīng)到推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置21，該推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置21可以因此以較高輸出功率操作而不需要來自發(fā)電機(jī)15的附加能量。注意，可以設(shè)想到若干配置。作為示例，在升沉補(bǔ)償周期的第二階段期間由主動(dòng)升沉補(bǔ)償器生成的電功率的超過30%、50%或者甚至70%可以被反饋回到電力網(wǎng)。在其它配置中，所有生成的功率(不考慮系統(tǒng)中的損耗)被反饋回到電力網(wǎng)，如將在下文結(jié)合圖4和5所進(jìn)一步解釋的那樣。上文概述的情形圖示于圖8的圖表中。曲線部分65圖示主動(dòng)升沉補(bǔ)償器的電功率生成。在這個(gè)時(shí)間段期間，供應(yīng)到推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置的電功率增大，如曲線62(點(diǎn)線)所圖示。發(fā)電機(jī)上的負(fù)載(曲線61)因而保持基本上恒定。注意，在圖7中，發(fā)電機(jī)必須供應(yīng)更多電功率從而能夠?qū)⑵骄姽β?6供應(yīng)到推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置。相比之下，在圖8的示例中發(fā)電機(jī)上的平均負(fù)載降低，因?yàn)樾枰?yīng)到推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置的附加功率不由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生，而是取自主動(dòng)升沉補(bǔ)償器。因而即使在動(dòng)態(tài)定位操作期間，也可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的更低燃料消耗。圖4和5圖示電源系統(tǒng)的實(shí)施例，其中能量流對(duì)應(yīng)于圖8中圖示的能量流。而且，圖4示出升沉補(bǔ)償周期的第一階段51并且圖5示出升沉補(bǔ)償周期的第二階段52。圖4和5中圖示的部件的配置對(duì)應(yīng)于圖2和3中圖示的部件的配置，例外在于在圖4和5的配置中主動(dòng)升沉補(bǔ)償器12沒有提供有制動(dòng)電阻器。在圖4中圖示的第一階段中，較窄箭頭指示較少電功率被供應(yīng)到推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置21。對(duì)主動(dòng)升沉補(bǔ)償器12的電功率供應(yīng)與圖2相同，使得結(jié)果是，需要由發(fā)電機(jī)15供應(yīng)的總電功率被降低。在圖5中圖示的第二階段52中，與圖3相比更多的電功率被提供到推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置21。此附加功率由主動(dòng)升沉補(bǔ)償器12供應(yīng)，箭頭指示在相反方向上的功率流(功率生成)。比如通過使用有源整流器41或者通過利用四象限轉(zhuǎn)換器(未圖示)，可以實(shí)現(xiàn)按照所要求的AC頻率將AC電動(dòng)機(jī)16生成的電功率反饋回到電力網(wǎng)。圖5中的發(fā)電機(jī)15上的總負(fù)載因而與圖3相同，即使推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置21利用較高的輸入功率操作。結(jié)果，發(fā)電機(jī)15上的負(fù)載可以在升沉補(bǔ)償周期的兩個(gè)階段中(圖4和5)中保持恒定。由于在圖4和5的示例中所有所生成的功率都被反饋回到電力網(wǎng)，因而不需要制動(dòng)電阻器。即便可以提供這種制動(dòng)電阻器，例如用于耗費(fèi)過剩的所生成的電功率，或者當(dāng)需要較長(zhǎng)時(shí)間段上的制動(dòng)時(shí)，例如當(dāng)從鉆探船舶朝海床降低鉆柱時(shí)。注意，在圖2和3中以及在圖4和5中，關(guān)于圖I討論的控制單元30以及控制電源系統(tǒng)10中的電功率的流動(dòng)沒有被明確地示出，但是當(dāng)然是可以存在的。另外，應(yīng)清楚，圖6-8的圖表僅僅是示意性的并且僅僅出于圖示目的而給出。圖8比如圖示“理想”系統(tǒng)的曲線，其中在第一階段51期間需要的附加功率基本上對(duì)應(yīng)于在第二階段52期間生成的功率。在真實(shí)系統(tǒng)中，這兩者可能不相等，因?yàn)橥ǔ⑸?較少的功率。然而，對(duì)推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置的電功率供應(yīng)可以被調(diào)整從而將發(fā)電機(jī)上的負(fù)載保持基本上恒定。另外應(yīng)清楚，盡管圖7和8示出了圖示發(fā)電機(jī)上的負(fù)載的直線61，但負(fù)載通常將包括例如由于被供應(yīng)來自發(fā)電機(jī)的電功率的另外部件的原因而可能略微變化的波紋。發(fā)電機(jī)上的負(fù)載的變化也可能起因于主動(dòng)升沉補(bǔ)償器消耗/生成的功率和推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置的相應(yīng)控制之間的小時(shí)間滯后。這種變化應(yīng)被術(shù)語(yǔ)“基本上恒定”所包括。概言之，利用所公開的電源系統(tǒng)的實(shí)施例，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的較低的燃料消耗以及海洋鉆探船舶的電力網(wǎng)上更穩(wěn)定的頻率。這可以導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組的減小的維護(hù)需要。另外，制動(dòng)電阻器可以被縮減規(guī)?；蛞瞥ｎ愃频?，耦合在DC總線和制動(dòng)電阻器之間的逆變器可以被縮減規(guī)?；蛞瞥?。因而可以實(shí)現(xiàn)重量、所需空間和成本方面的節(jié)省。
權(quán)利要求
1.一種用于海洋鉆探船舶的電源系統(tǒng)(10)，包括 一第一電力網(wǎng)部分(11)，其耦合到被適配成生成電功率的發(fā)電機(jī)(15)并且還耦合到被適配成相對(duì)于海洋鉆探船舶提升和降低鉆柱的電動(dòng)主動(dòng)升沉補(bǔ)償器(12)，其中所述主動(dòng)升沉補(bǔ)償器(12)被配置成在降低鉆柱時(shí)生成電功率，以及 一第二電力網(wǎng)部分(20)，其耦合到被適配成生成電功率的發(fā)電機(jī)(15)并且還耦合到海洋鉆探船舶的電動(dòng)推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置(21)， 其中第一電力網(wǎng)部分(11)電耦合到第二電力網(wǎng)部分(12)，該電源系統(tǒng)被適配成將在升沉補(bǔ)償期間由主動(dòng)升沉補(bǔ)償器(12)生成的電功率供應(yīng)到推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置(21)，以用于操作推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置(21)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電源系統(tǒng)，其中所述主動(dòng)升沉補(bǔ)償器(12)為包括一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)機(jī)(16)的升沉補(bǔ)償絞車。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電源系統(tǒng)，其中所述第一電力網(wǎng)部分(11)包括在預(yù)定AC頻率下操作的AC總線(19)，其中所述升沉補(bǔ)償絞車的電動(dòng)機(jī)(16)為AC電動(dòng)機(jī)并且經(jīng)由變速驅(qū)動(dòng)裝置(40)耦合到AC總線(19)，該變速驅(qū)動(dòng)裝置(40)包括有源整流器(41)并且被適配成將由AC電動(dòng)機(jī)生成的電功率轉(zhuǎn)換為頻率基本上等于AC總線(19)操作的頻率的電功率。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電源系統(tǒng)，還包括控制單元(30)，其被適配成以由主動(dòng)升沉補(bǔ)償器(12)生成的電功率被供應(yīng)到推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置(21)的這種方式來控制該電源系統(tǒng)(10)中的電功率的流動(dòng)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電源系統(tǒng)，其中所述主動(dòng)升沉補(bǔ)償器(12)被適配成補(bǔ)償由海浪造成的海洋鉆探船舶的升沉運(yùn)動(dòng)，其中升沉補(bǔ)償周期包括鉆柱被提升并且主動(dòng)升沉補(bǔ)償器(12)消耗電功率的第一階段(51)以及鉆柱被降低并且主動(dòng)升沉補(bǔ)償器(12)生成電功率的第二階段(52)，其中所述電源系統(tǒng)被適配成將在第二階段期間生成的電功率供應(yīng)到推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置(21)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電源系統(tǒng)，還包括控制單元(30)，其被適配成在升沉補(bǔ)償周期的第一階段(51)期間以較低功率操作推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置(21)以及在升沉補(bǔ)償周期的第二階段(52)期間以較高功率操作推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置(21)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電源系統(tǒng)，其中推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置(21)為海洋鉆探船舶的推進(jìn)系統(tǒng)的一部分，所述推進(jìn)系統(tǒng)包括動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)，其中所述電源系統(tǒng)(10)被適配成使得將平均電功率供應(yīng)到推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置(21)，該平均電功率高于動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)用于位置保持所需要的閾值功率。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電源系統(tǒng)，其中所述電源系統(tǒng)被配置成以下述這樣的方式來控制對(duì)推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置(21)的電功率供應(yīng)，即使得由推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置(21)消耗的電功率以及由主動(dòng)升沉補(bǔ)償器(12)消耗和生成的電功率的總和在升沉補(bǔ)償周期上是基本上恒定的。
9.一種控制海洋鉆探船舶的電源系統(tǒng)(10)的方法，該電源系統(tǒng)包括第一電力網(wǎng)部分(11)，其耦合到被適配成生成電功率的發(fā)電機(jī)(15)并且還耦合到被適配成相對(duì)于海洋鉆探船舶提升和降低鉆柱的電動(dòng)主動(dòng)升沉補(bǔ)償器(12)，其中所述主動(dòng)升沉補(bǔ)償器(12)被配置成在降低鉆柱時(shí)生成電功率；以及第二電力網(wǎng)部分(20)，其耦合到被適配成生成電功率的發(fā)電機(jī)(15)并且還耦合到海洋鉆探船舶的電動(dòng)推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置(21)，其中所述第一電力網(wǎng)部分(11)電耦合到第二電力網(wǎng)部分(20)，該方法包括下述步驟 一在升沉補(bǔ)償期間當(dāng)所述主動(dòng)升沉補(bǔ)償器降低鉆柱時(shí)，借助所述主動(dòng)升沉補(bǔ)償器(12)生成電功率； 一將生成的電功率供應(yīng)到所述推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置(21);以及 一利用供應(yīng)的電功率來操作推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置(21)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述主動(dòng)升沉補(bǔ)償器(12)被適配成補(bǔ)償由海浪造成的海洋鉆探船舶的升沉運(yùn)動(dòng)，其中升沉補(bǔ)償周期包括鉆柱被提升并且主動(dòng)升沉補(bǔ)償器(12)消耗電功率的第一階段(51)以及鉆柱被降低并且主動(dòng)升沉補(bǔ)償器(12)生成電功率的第二階段(52)，其中將生成的電功率供應(yīng)到推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置(21)的步驟是在升沉補(bǔ)償周期的第二階段期間執(zhí)行的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括下述步驟 一控制推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置的操作，以使得推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置在升沉補(bǔ)償周期的第一階段(51)期間以較低功率操作以及在升沉補(bǔ)償周期的第二階段(52)期間以較高功率操作。
12.根據(jù)權(quán)利要求9-11中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置(21)為海洋鉆探船舶的推進(jìn)系統(tǒng)的一部分，該推進(jìn)系統(tǒng)包括動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)，該方法還包括下述步驟 一以使得平均電功率被供應(yīng)到推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置(21)的這種方式來控制對(duì)推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置(21)的電功率供應(yīng)，該平均電功率高于動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)用于位置保持所需要的閾值電功率。
13.根據(jù)權(quán)利要求9-12中任一項(xiàng)所述的方法，還包括下述步驟 一以下述這樣的方式來控制對(duì)推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置(21)的電功率供應(yīng)，即使得由推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置消耗的電功率以及由主動(dòng)升沉補(bǔ)償器(12)消耗和生成的電功率的總和在升沉補(bǔ)償周期上是基本上恒定的。
14.根據(jù)權(quán)利要求8-13中任一項(xiàng)所述的方法，還包括下述步驟 一以下述這樣的方式來控制對(duì)推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置(21)的電功率供應(yīng)，即使得耦合到第一和第二電力網(wǎng)部分(11，20)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)(15)上的負(fù)載在升沉補(bǔ)償周期上是基本上恒定的。
15.根據(jù)權(quán)利要求9-14中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述電源系統(tǒng)(10)根據(jù)權(quán)利要求2-8中任一項(xiàng)來配置。
全文摘要
提供一種用于海洋鉆探船舶的電源系統(tǒng)。該電源系統(tǒng)包括第一電力網(wǎng)部分，其耦合到被適配成生成電功率的發(fā)電機(jī)并且還耦合到電動(dòng)主動(dòng)升沉補(bǔ)償器。該升沉補(bǔ)償器被適配成相對(duì)于海洋鉆探船舶提升和降低鉆柱。該電源系統(tǒng)還包括第二電力網(wǎng)部分，其耦合到被適配成生成電功率的發(fā)電機(jī)并且還耦合到海洋鉆探船舶的電動(dòng)推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)裝置。該第一電力網(wǎng)部分電耦合到該第二電力網(wǎng)部分。
文檔編號(hào)H02J3/38GK102812611SQ201180018250
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2011年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
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