聯(lián)合輸電和加熱系統(tǒng)及其操作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及一種輸電系統(tǒng)和管線加熱系統(tǒng)，確切地說，涉及一種向載荷輸送直流電并且向管線提供直接電加熱的聯(lián)合直流輸電和加熱系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]多數(shù)陸上輸電系統(tǒng)用于從諸如發(fā)電機(jī)等電力源向諸如電動(dòng)機(jī)等電氣載荷傳輸高壓交流電(AC)。由于交流變壓器和開關(guān)裝置成本較低并且在產(chǎn)生高壓電力方面的效率更高，交流輸電系統(tǒng)比直流輸電系統(tǒng)的應(yīng)用更廣泛。輸電纜輸電時(shí)，高壓電的電力損失少于低壓電。因此，任何傳統(tǒng)的低壓交流和/或直流電通常都設(shè)置在距離電氣載荷盡可能近的地方。但是，交流輸電系統(tǒng)中存在與輸電纜關(guān)聯(lián)的無功損耗，而直流輸電系統(tǒng)中并不存在這種損耗。因此，對(duì)于長距離輸電而言，直流輸電系統(tǒng)更高效和經(jīng)濟(jì)，因?yàn)榕c更昂貴的直流變壓器設(shè)備相比，無功損耗這一缺點(diǎn)較具優(yōu)勢(shì)。在海底電纜中尤其如此，此時(shí)由于較大充電電流導(dǎo)致無功損耗增加。因此，提供了一種向電動(dòng)機(jī)供電的直流輸電系統(tǒng)應(yīng)用，所述電動(dòng)機(jī)操作氣體壓縮機(jī)、泵和/或其他流體輸送裝置，其將原油等流體經(jīng)由管線輸送到地表基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行處理和精煉。所述電動(dòng)機(jī)通常遠(yuǎn)離地表基礎(chǔ)設(shè)施，例如，海下或地下油田。
[0003]為便于經(jīng)由管線輸送流體，一些已知的流體輸送操作使用管線電加熱系統(tǒng)來向管線提供直接電加熱。具體來說，在已知的管線電加熱系統(tǒng)中，獨(dú)立的交流或直流電系統(tǒng)通過聯(lián)接到管線的電導(dǎo)線提供電流，或者通過管線本身提供電流，以通過電阻性電流損耗產(chǎn)生熱量，其稱為焦耳效應(yīng)。所述電導(dǎo)線將產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)至管線內(nèi)的流體，以便于減小流體的整體粘性并且便于提高電動(dòng)機(jī)的效率。受熱管線可防止管線內(nèi)的固體物料積聚并且有助于流體連續(xù)流過管線，即使在流體在水下循環(huán)時(shí)。
[0004]但是，已知的管線電加熱系統(tǒng)和已知的輸電系統(tǒng)是彼此獨(dú)立的系統(tǒng)。具體來說，這兩個(gè)系統(tǒng)需要單獨(dú)的電源以及單獨(dú)的輸電纜以運(yùn)轉(zhuǎn)。具體來說，已知的管線電加熱系統(tǒng)必須在關(guān)機(jī)期間維持流體溫度、能夠支撐高電流以加熱長管線、能夠在指定時(shí)間段內(nèi)加熱流體并且能夠連續(xù)地加熱管線。為滿足這些要求，當(dāng)前管線電加熱系統(tǒng)需要獨(dú)立于輸電系統(tǒng)電氣荷載的電源和輸電纜。此外，直流輸電系統(tǒng)選擇性地停用至少一部分的電氣荷載，例如，在維護(hù)過程中，而此時(shí)仍然必須加熱管線。單獨(dú)的直流輸電系統(tǒng)和單獨(dú)的管線電加熱系統(tǒng)可提高與已知流體輸送操作相關(guān)的基建費(fèi)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]一方面，本發(fā)明提供了一種聯(lián)合直流輸電和加熱系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括整流站，所述整流站被配置成產(chǎn)生直流鏈路電流。所述系統(tǒng)還包括遠(yuǎn)離所述整流站的下游換流站。所述下游換流站被配置成使用所述直流鏈路電流的至少一部分產(chǎn)生即將供應(yīng)到電氣載荷的電力。所述系統(tǒng)還包括回路導(dǎo)線，所述回路導(dǎo)線與所述整流站和所述下游換流站電聯(lián)接。所述回路導(dǎo)線被配置成將回流從所述下游換流站輸送到所述整流站。所述回路導(dǎo)線還被配置成從所述回流引起的電阻性損耗中產(chǎn)生熱量；以及將所述回流產(chǎn)生的所述熱量傳導(dǎo)到從所述下游換流站附近輸送到所述整流站附近的流體。
[0006]另一方面，本發(fā)明提供一種流體輸送系統(tǒng)。所述流體輸送系統(tǒng)包括電氣載荷以及與所述電氣載荷電聯(lián)接的流體輸送裝置。所述流體輸送裝置被配置成輸送流體。所述流體輸送系統(tǒng)還包括與所述電氣載荷的直流電輸送和加熱系統(tǒng)。所述直流電輸送和加熱系統(tǒng)包括:整流站，所述整流站被配置成產(chǎn)生直流鏈路電流；以及下游換流站，所述下游換流站遠(yuǎn)離所述整流站。所述下游換流站被配置成使用所述直流鏈路電流的至少一部分產(chǎn)生即將供應(yīng)到所述電氣載荷的電力。所述直流電輸送和加熱系統(tǒng)還包括回路導(dǎo)線，所述回路導(dǎo)線聯(lián)接到所述整流站和所述下游換流站。所述回路導(dǎo)線被配置成:將回流從所述下游換流站輸送到所述整流站；從所述回流引起的電阻性損耗中產(chǎn)生熱量；并且將所述回流產(chǎn)生的所述熱量傳導(dǎo)到從所述下游換流站附近輸送到所述整流站附近的流體。
[0007]優(yōu)選地，其中所述下游換流站進(jìn)一步包括旁通裝置，所述旁通裝置被配置成選擇性地控制輸送到所述電氣載荷的載荷電流的量以及繞過所述電氣載荷輸送到所述回路導(dǎo)線的旁通電流的量。
[0008]優(yōu)選地，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括管線，所述管線具有外殼以及限定在所述外殼內(nèi)的中央通道，所述管線被配置成將所述流體從所述下游換流站附近輸送到所述整流站附近。其中所述回路導(dǎo)線包括所述外殼的至少一部分。
[0009]優(yōu)選地，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括延伸在所述整流站與所述下游換流站之間的單極直流電纜，所述單極直流電纜被配置成:將所述直流鏈路電流從所述整流站輸送到所述下游換流站；從所述直流鏈路電流引起的電阻性損耗中產(chǎn)生熱量；以及將所述直流鏈路電流產(chǎn)生的所述熱量傳導(dǎo)到所述流體。
[0010]優(yōu)選地，其中所述下游換流站包括多個(gè)模塊化可堆疊直流(MSDC)逆變器，其被配置成控制所述回流。
[0011]優(yōu)選地，其中所述下游換流站包括多個(gè)直流/直流變換模塊，其中所述多個(gè)直流/直流變換模塊中的每個(gè)直流/直流變換模塊包括各自的旁通裝置。
[0012]另一方面，本發(fā)明提供了一種聯(lián)合直流輸電和加熱系統(tǒng)的操作方法。所述方法包括:使用整流站產(chǎn)生直流鏈路電流；以及在下游換流站接收所述電流鏈路電流。所述方法還包括通過所述下游換流站，使用控制所述直流鏈路電流供應(yīng)到電氣載荷的電力。所述方法進(jìn)一步包括通過所述下游換流站，將回流經(jīng)由回路導(dǎo)線輸送到所述整流站。所述方法還包括:通過回路導(dǎo)電，從所述回流引起的電阻性損耗中產(chǎn)生熱量；以及將所述回流產(chǎn)生的所述熱量傳導(dǎo)到從所述下游換流站附近輸送到所述整流站附近的流體。
[0013]優(yōu)選地，該方法還包括:使用整流站產(chǎn)生直流鏈路電流；在下游換流站處接收所述直流鏈路電流；通過所述下游換流站，使用所述直流鏈路電流控制供應(yīng)到電氣載荷的電力；通過所述下游換流站，將回流經(jīng)由回路導(dǎo)線輸送到所述整流站；通過所述回路導(dǎo)線，通過所述回流引起的電阻性損耗產(chǎn)生熱量；以及將所述回流產(chǎn)生的所述熱量傳導(dǎo)到流體，所述流體從所述下游換流站附近輸送到所述整流站附近。
[0014]優(yōu)選地，其中控制供應(yīng)到所述電氣載荷的電力包括:選擇性地控制輸送到所述電氣載荷的載荷電流的量；以及選擇性地控制繞過所述電氣載荷輸送到所述回路導(dǎo)線的旁通電流的量。其中選擇性地控制旁通電流的量包括旁通繞過所述電氣載荷的基本上全部的所述直流鏈路電流。
【附圖說明】
[0015]在參考附圖閱讀以下詳細(xì)說明后，將更好地理解本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中，類似的符號(hào)代表所有附圖中類似的部分，其中:
[0016]圖1是示例性流體輸送系統(tǒng)的示意圖，其中所述流體輸送系統(tǒng)包括聯(lián)合直流輸電和加熱系統(tǒng)；
[0017]圖2是可用于圖1中所示的流體輸送系統(tǒng)的示例性直流輸電和加熱系統(tǒng)的示意圖；
[0018]圖3是可用于圖1中所示的流體輸送系統(tǒng)的替代直流輸電和加熱系統(tǒng)的示意圖，其中所述直流輸電和加熱系統(tǒng)包括電源整流站；
[0019]圖4是可用于圖1中所示的流體輸送系統(tǒng)的替代直流輸電和加熱系統(tǒng)的示意圖，其中所述直流輸電和加熱系統(tǒng)包括下游換流站，所述下游換流站具有多個(gè)直流/直流變換豐吳塊；
[0020]圖5是用于圖1中所示的流體輸送系統(tǒng)的示例性管線的透視圖。
[0021]除非另作說明，否則本說明書中提供的附圖用于示出本發(fā)明實(shí)施例的特征。這些特征被認(rèn)為適用于包括本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的各種系統(tǒng)。因此，附圖并不意圖包括所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員已知的實(shí)踐本說明書中公開的實(shí)施例所需的所有傳統(tǒng)特征。
【具體實(shí)施方式】
[0022]在以下說明和隨附權(quán)利要求中，將參考多個(gè)術(shù)語，這些術(shù)語的定義如下。
[0023]除非上下文明確另作規(guī)定，否則單數(shù)形式“一個(gè)”、“一種”和“所述”也含有復(fù)數(shù)意義。
[0024]“可選”或“可選地”意指后續(xù)描述的事件或情況可能會(huì)或可能不會(huì)發(fā)生，并且所述說明同時(shí)包括事件發(fā)生或者不發(fā)生的情況。
[0025]本說明書全文和權(quán)利要求書中所用的近似語言可以用于修飾能夠合理改變而不改變相關(guān)對(duì)象的基本功能的任何數(shù)量表示。因此，被一個(gè)或多個(gè)術(shù)語，例如“約”和“大體上”修飾的值并不限于所指出的精確值。在至少一些情況下，近似語言可能與用于測(cè)量值的儀器的精度對(duì)應(yīng)。在此處以及說明書及權(quán)利要求書的各處中，范圍限制可以組合和/或互換，除非上下文或語言另作說明，此類范圍表示說明并且包括其中包含的所有子范圍。
[0026]本說明書和權(quán)利要求書中所用的定位語言僅用于方便相對(duì)于彼此說明元件，并不限定它們相對(duì)于其他任何參照系的方向。因此，除非上下文或語言明確另作規(guī)定，否則“上”和“下”等術(shù)語修飾的元件可朝向相對(duì)于外部參照系的其他任何方向。
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