CN104779606B - 联合输电和加热系统及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种联合直流DC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设置的下游换流站。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，所述回路导线电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。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。
Description
技术领域
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
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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：
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；
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；
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；
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/直流变换模块；
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。
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
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。
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。
“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。
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。
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。
此外，对本发明的“一个实施方案”或“一个实施例”的参考并不旨在解释为排除存在同样包含所述特征的其他实施方案。
本说明书中所述的实施例公开了一种联合直流输电和加热系统。所述联合直流输电和加热系统产生用于联接到压缩机和/或泵的电动机等电气载荷的电力。所述联合直流输电和加热系统还向将原油等流体从流体源输送到接收站的管线提供了直接电加热。具体来说，所述联合直流输电和加热系统包括整流站，所述整流站产生直流链路电流并且将所述直流链路电流输送到下游换流站。所述下游换流站使用所述直流链路电流的至少一部分向所述电气载荷供电。所述下游换流站还向电联接到所述整流站和所述下游换流站的回路导线供电。所述直流输电和加热系统包括至少一个选择性可控旁通装置，其允许所述直流链路电流的至少一部分绕过所述电气载荷并且直接流向所述回路导线。在一个实施例中，所述回路导线是所述管线的至少一部分。在其他实施例中，所述回路导线是联接到所述管线的电缆。运行中，所述回路导线被配置成从所述回流引起的电阻性损耗中产生热量并且将所产生的热量传导到所述管线内的流体。
本说明书中所述直流输电和加热系统允许单个直流输电系统向所述电气载荷提供直流电并且向所述管线提供直接电加热。与当前系统相比所述联合直流输电和加热系统便于使用单个电源和整流器降低基建费用。所述联合直流输电和加热系统还便于使用单个单极直流电缆来促进降低输电缆的基建费用。所述联合直流输电和加热系统还便于当载荷的至少部分停机时使电流绕过所述载荷，以利用较多回流来加热所述管线。所述联合直流输电和加热系统还便于通过使用回路导线中的损耗提供直接电加热，减少操作电气载荷所需的电量并且加热管线。
图1是示例性流体输送系统100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102。流体输送系统100包括流体接收中心104，例如，但不限于，采油平台、陆上石油或天然气终端、地表管线和/或被配置成接收流体的其他任何设备。流体源106，例如，但不限于，油田，与流体接收中心104隔开。管线108从流体源106延伸到流体接收中心104。例如，管线108是具有内部通道的管状结构(未图示)，其将流体从流体源106输送到流体接收中心104。或者，管线108具有使管线108能够如本说明书中所述运行的任何结构。在示例性实施例中，管线108还包括导电部分110，例如，所述导电部分由钢、镍、铜、铝、钛和/或其他任何导电材料制成。此外，管线108还包括绝热层，所述绝热层基本上围绕管线108。或者，管线108可以由使管线108能够如本说明书中所述运行的任何材料构成。
流体输送系统100还包括电气载荷112，例如，电联接到直流输电和加热系统102的电动机114。电动机114可以是被配置成驱动任何机械装置的恒速或变速电动机。在一个实施例中，电动机114联接到至少一个流体输送装置116，例如泵和/或压缩机，其与管线108和流体源106流体连通。在运行中，流体输送装置116将流体从流体源106经由管线108输送到流体接收中心104。
在示例性实施例中，直流输电和加热系统102包括整流站118、单极直流电缆120、下游换流站122和回路导线124。在示例性实施例中，整流站118是以下项中的一项：电容变换逆变器、线路换向逆变器、电压源逆变器或者使整流站118能够如本说明书中所述运行的其他任何类型的逆变器。整流站118被配置成从交流电源(图1中未图示)接收交流电并且产生具有直流链路电流126的中压直流电(MVDC)和/或高压直流电(HVDC)。在一个实施例中，整流站118使用三相桥式整流器，例如十二脉冲桥以产生直流链路电流126。
下游换流站122电联接到电气载荷112、单极直流电缆120和回路导线124。下游换流站122包括至少一个旁通装置128，其被配置成选择性地控制下游换流站122、电气载荷112与回路导线124之间的电流。具体来说，下游换流站122被配置成通过单极直流电缆120接收直流链路电流126并且使用直流链路电流126的一部分产生载荷电流130。在一个实施例中，载荷电流130以交流电的形式提供给电气载荷112。或者，载荷电流130可以是用于驱动直流电动机114和/或可变频率驱动器(图1中未图示)的直流电。向载荷112供电之后，载荷电流130提供给回路导线124。下游换流站122还被配置成从直流链路电流126的一部分产生旁通电流132。旁通电流132围绕电气载荷112提供给回路导线124，例如，直接从下游换流站122提供给回路导线124。经由回路导线124返回的总电流被定义为回流134，即，电流128和130之和。在示例性实施例中，回流134与直流链路电流126大致相等。
在示例性实施例中，旁通装置128选择性地控制经由回路导线124输送的旁通电流132的量，而不向电气载荷112供电。旁通装置128还选择性地控制输送到电气载荷112并且通过回路导线124返回的载荷电流130的量。旁通装置128允许直流输电和加热系统102控制经由单极直流电缆120输送的直流链路电流126以及经由回路导线124输送的回流134。具体来说，通过增加提供给回路导线124的旁通电流132的量而不向电气载荷112供电，旁通装置128可至少部分独立于所存在的电气载荷112的量增加回流134。具体来说，直流链路电流126可以是大于将载荷电流130提供到正在运行的电气载荷112的各个部分所需的任何值。例如，在一个实施例中，当电气载荷112部分和/或完全停止运行时，旁通装置128将至少一部分直流链路电流126旁通为旁通电流132。
单极直流电缆120是延伸在整流站118与下游换流站122之间的高压导线。单极直流电缆120是单个导线，其被配置成将直流链路电流126从整流站118输送到下游换流站122。在一个实施例中，单极直流电缆120由导电材料制成，例如，但不限于，铜，并且可以涂敷有绝缘材料。或者，单极直流电缆120由使单极直流电缆120能够如本说明书中所述运行的任何材料制成。在至少一个实施例中，单极直流电缆120安置在管线108内，以使单极直流电缆120将电阻性损耗所产生的热量辐射到管线108内的流体。
回路导线124是从下游换流站122延伸到整流站118的电导线。在一个实施例中，回路导线124由导电材料制成，例如，但不限于，铜，并且可以涂敷有绝缘材料。或者，回路导线124由使回路导线124能够如本说明书中所述运行的任何材料制成。回路导线124被配置成将回流134从下游换流站122输送到整流站118。回路导线124还被配置成由于回流134引起的电阻性损耗而产生热量并且将所产生的热量传导到管线108内的流体。在示例性实施例中，回路导线124是管线108的导电部分110。在另一个实施例中，回路导线124是位于管线108内的单一电缆。在另一个实施例中，回路单线124可以是联接在管线108的管壁内部或周围的一系列电导线。因此，回路导线124使用载荷电流130和/或旁通电流132加热管线108内的流体。
运行中，整流站118将高压直流链路电流126经由单极直流电缆120输送到下游换流站122。下游换流站122的旁通装置128选择性地控制转换成载荷电流130以及供应到电气载荷112的直流链路电流126的量。旁通装置128还控制转换成旁通电流132以及直接旁通到回路导线124的直流链路电流126的量。电动机114由载荷电流130驱动以操作流体输送装置116，其通过管线108将流体从流体源106输送到接收中心104。载荷电流130和旁通电流132作为回流134输送穿过回路导线124。回流134经由电阻性损耗在回路导线124中生热，所产生的热量从回路导线124传导到流体。因此，流体粘性减小，从而提高电动机114的效率。
图2是可用于流体输送系统100(如图1中所示)的示例性直流输电和加热系统200的示意图。直流输电和加热系统200包括整流站202、换流站204以及延伸在两者之间的单极直流电缆206。直流输电和加热系统200还包括管线208，其从整流站202附近延伸到换流站204附近。运行中，管线208将流体从换流站204附近输送到整流站202附近。例如，但不限于，管线208被配置成将原油从油田输送到采油平台或陆上终端。直流输电和加热系统200还包括回路导线210，其电联接到整流站202和换流站204。
整流站202包括多个并行交流/直流逆变器212，其与对应多个直流/直流逆变器214串联。交流/直流逆变器212被配置成从电源216接收交流电并且将直流电输出到直流/直流逆变器214。多个直流/直流逆变器214具有串联在单极直流电缆206与回路导线210之间的输出端。运行中，整流站202被配置成产生流过单极直流电缆206的直流链路电流218并且接收流过回路导线210的回路电流219。
换流站204包括多个模块化堆叠直流(MSDC)变换模块220。每个MSDC变换模块220包括直流/直流逆变器222，其与各自的直流/交流逆变器224串联。每个MSDC模块220还包括各自的旁通装置226，例如，开关，其与直流/交流逆变器224串联。运行中，换流站204选择性地使用直流链路电流218的至少一部分向电气载荷112供电。具体来说，每个旁通装置226控制输送到电气载荷112的直流链路电流218的量以及绕过电气载荷112输送到回路导线210的直流链路电流218的量。例如，换流站204通过闭合一些旁通装置226将直流链路电流218的一部分输送到电气载荷112的一部分。换流站204通过断开其他旁通装置226停用电气载荷112的其他部分并且将直流链路电流218的一部分直接输送到管线208。因此，换流站204被配置成部分独立于输送到电气载荷112的直流链路电流218的量，控制流过回路导线210的回流219。具体来说，在示例性实施例中，换流站204将直流链路电流218和回流219控制为足以操作电气载荷112的非旁通部分的任何值。例如，换流站204在电气载荷112的部分或全部停机期间提供流过回路导线210的部分或全部回流219。
单极直流电缆206是从整流站202延伸到换流站204的导电输电缆。运行中，单极直流电缆将直流链路电流218从整流站202输送到换流站204。
如上所述，回路导线210延伸在整流站202与换流站204之间，并且电联接到整流站202和换流站204。回路导线210被配置成将回流219从换流站204输送到整流站202。回路导线210从回流219引起的电阻性损耗中产生热量，并且将所产生的热量传导到管线208内的流体。因此，随着回流219增大，回路导线210可增加传导到管线208内的流体的热量。受热流体的粘性减小，使得电动机114能够有效地驱动流体输送装置116(如图1中所示)，其将受热流体从换流站204附近泵送到整流站202附近。
在示例性实施例中，直流输电和加热系统200在电气载荷112的一部分和/或全部停机时维持直流链路电流218和流体温度。此外，直流输电和加热系统200由MSDC变换模块220控制电流，以便于在指定时间段内加热长管线208。
图2是可用于流体输送系统100(如图1中所示)的示例性直流输电和加热系统300的示意图。直流输电和加热系统300包括整流站302、换流站304以及在延伸在两者之间的单极直流电缆306。直流输电和加热系统300还包括管线308，其从整流站302附近延伸到换流站304附近。运行中，管线308将流体从换流站304附近输送到整流站302附近。例如，但不限于，管线308被配置成将原油从油田输送到采油平台或陆上终端。直流输电和加热系统300还包括回路导线310，其电联接到整流站302和换流站304。
整流站302具有包括变压器312和交流/直流整流器314的电源构造。交流/直流整流器314与交流侧的变压器312并联并且与直流侧上的单极直流电缆306和回路导线310串联。运行中，交流/直流整流器314从电源316获取电力，产生基本恒定的直流链路电流318，并且通过回路导线310接收回流319。
换流站304包括与换流站204类似的部分并且以类似方式运行。具体来说，换流站304包括多个模块化堆叠直流(MSDC)变换模块320。每个MSDC变换模块320包括直流/直流逆变器322，其与各自的直流/交流逆变器324串联。每个MSDC模块320还包括各自的旁通装置326，例如，开关，其与直流/交流逆变器324串联。运行中，换流站304选择性地使用直流链路电流318的至少一部分向电气载荷112供电。具体来说，每个旁通装置326控制输送到电气载荷112的直流链路电流318的量以及绕过电气载荷112输送到回路导线310的直流链路电流318的量。例如，换流站304通过闭合一些旁通装置326将直流链路电流318的一部分输送到电气载荷112的一部分。换流站304通过断开其他旁通装置326停用电气载荷112的其他部分并且将直流链路电流318的一部分直接输送到管线308。因此，换流站304被配置成部分独立于输送到电气载荷112的直流链路电流318的量，控制流过回路导线310的回流319。具体来说，在示例性实施例中，换流站304将直流链路电流318和回流319控制为足以操作电气载荷112的非旁通部分的任何值。例如，换流站304在电气载荷112的部分或全部停机期间提供流过回路导线310的部分或全部回流319。
单极直流电缆306是从整流站302延伸到换流站304的导电输电缆。运行中，单极直流电缆将直流链路电流318从整流站302输送到换流站304。
如上所述，回路导线310延伸在整流站302与换流站304之间，并且电联接到整流站302和换流站304。回路导线310被配置成将回流319从换流站304输送到整流站302。回路导线310从回流319的电阻性损耗中产生热量，并且将所产生的热量传导到管线308内的流体。因此，随着回流319增大，回路导线310可增加传导到管线308内的流体的热量。受热流体的粘性减小，使得电动机114能够有效地驱动流体输送装置116(如图1中所示)，其将受热流体从换流站304附近泵送到整流站302附近。
在示例性实施例中，直流输电和加热系统300在电气载荷112的一部分和/或全部停机时维持直流链路电流318和流体温度。此外，直流输电和加热系统300由MSDC变换模块320控制电流，以便于在指定时间段内加热长管线308。
图4是可用于流体输送系统100(如图1中所示)的替代直流输电和加热系统400的示意图。直流输电和加热系统400包括整流站402、直流/直流换流站404以及在延伸在两者之间的单极直流电缆406。直流输电和加热系统400还包括管线408，其从整流站402附近延伸到直流/直流换流站404附近。运行中，管线408被配置成将流体从直流/直流换流站404附近输送到整流站402附近。例如，管线408被配置成将原油从油田输送到采油平台或陆上炼油厂。直流输电和加热系统400还包括回路导线410，其电联接到整流站402和直流/直流换流站404。
整流站402具有包括变压器412和交流/直流整流器414的电源构造，其从电源416获取电力。交流/直流整流器414与交流侧的变压器412并联并且串联在直流侧上的单极直流电缆406与回路导线410之间。交流/直流整流器414受选择性的控制，以使整流站402产生大体恒定的直流链路电流418并且接收大体恒定的回流419。
直流/直流换流站404包括多个选择控制的直流/直流变换模块420。直流/直流变换模块420包括旁通装置422、直流/交流逆变器424、变压器426和交流/直流整流器428。直流/直流变换模块420与对应多个可变频率驱动器(VFD)430电联接。VFD 430以可旋转方式与电气载荷112中的至少一个电动机432联接，每个电动机432联接到至少一个流体输送装置116(如图1中所示)。运行中，直流/直流模块420控制设在直流/直流模块420与VFD 430之间的公共直流链路434的电压。多个VFD 430控制对应电动机432的运行。具体来说，VFD 430基于流体输送装置116的参数减小和/或增大电动机432的速度，以提高电动机432的效率。
单极直流电缆406是从整流站402延伸到直流/直流换流站404的导电输电缆。单极直流电缆406将直流链路电流418从整流站402输送到直流/直流换流站404。回路导线410将回流419从直流/直流换流站404和/或电气载荷112输送到整流站402。回路导线410还从回流419引起的电阻性损耗中生热，并且将所产生的热量传导到管线408内的热量。在替代实施例中，基本上全部直流链路电流418均以回流419返回。因此，增大直流链路电流418可增大回流419，从而加热管线408内的流体。
在此替代实施例中，直流输电和加热系统400被配置成部分独立于电动机434的运行经由回路导线410输送回流419。具体来说，可以选择性地控制旁通装置422以启用和/或停用流过对应直流/直流变换模块420的电流，同时允许全部回流419流过回路导线410。例如，当需要极少电力来驱动电动机434、但需要较大回流419来加热管线408时，单个直流/直流变换模块420可以工作，而绕过其他直流/直流变换模块420。因此，直流输电和加热系统400被配置成在电气载荷112部分和/或全部停机时提供部分和/或全部直流链路电流418。
通过使用直流链路电流418操作电动机434并且使用回流419向管线408提供直接电加热，直流输电和加热系统400可提高效率。直流输电和加热系统400还在电动机434关机期间使用旁通装置422维持流体温度。此外，控制直流输电和加热系统400的电流，以在指定时间段内输送加热长管线408的强电流。此外，直流输电和加热系统400能够输送连续的完全直流链路电流418，即使是在没有载荷和部分载荷条件下。
图5是用于图1中所示的流体输送系统的示例性管线500的透视图。在示例性实施例中，管线500包括外壳502以及限定在外壳502内的中央通道504。外壳502包括内表面506和外表面508以及延伸在两者之间的主体510。在一个实施例中，主体510包括一层或多层，其包括将回流134(如图1中所示)从下游换流站122(如图1中所示)输送到整流站118(如图1中所示)的导电层512以及/或者绝缘层514。或者，单个回流电缆516将回流134从下游换流站122输送到整流站118。在一个实施例中，回流电缆516位于中央通道504内，例如，位于中央通道504的中心。在另一个实施例中，回流电缆516联接到内表面506和外表面508中的一个。此外，单极直流电缆120(如图1中所示)还可以位于中央通道504内、联接到内表面506和/或联接到外表面508。
运行中，中央通道504被配置成接收流体流，例如，原油。单极直流电缆120、导电层512和/或回流电缆516将在整流站118与下游换流站122之间输送电流、由于电阻性损耗生热以及将所产生的热量传导到所述流体。所述流体受热，以促进减小其整体粘性并且增加中央通道504内的流量。
本说明书中所述的实施例公开了一种联合直流输电和加热系统。所述联合直流输电和加热系统产生电力，所述电力用于联接到压缩机和/或泵的电动机等电气载荷，同时用于向管线提供直接电加热。具体来说，所述管线被配置成将原油等流体从流体源输送到接收站，并且用作直流输电和加热系统的回路导线。具体来说，管线的至少一部分电联接到整流站和换流站，所述整流站被配置成将直流链路电流输送到换流站。所述管线的所述至少一部分被配置成将回流从换流站输送到整流站。所述管线的所述至少一部分从回流引起的电阻性损耗中产生热量，并且将所产生的热量传导的管线内的流体。所述直流输电和加热系统包括至少一个选择控制的旁通装置，当电气载荷停机时，其允许所述直流链路电流的至少一部分绕过所述电气载荷，以利用较多直流链路电流来加热管线。
本说明书中所述直流输电和加热系统允许单个直流输电系统向所述电气载荷提供直流电并且向所述管线提供直接电加热。所述联合直流输电和加热系统便于与当前系统相比，使用单个电源和整流器降低基建费用。所述联合直流输电和加热系统还便于将单个单极直流电缆与管线一起用作回路导线，以促进降低输电缆的基建费用。所述联合直流输电和加热系统还便于通过使用回路导线中的损耗提供直接电加热，减少操作电气载荷所需的电量并且加热管线。
本说明书中所述的方法、系统和设备的示例性技术效果包括以下项中的至少一项：(a)通过将管线用作回流导线减小向电气载荷输电所需的输电缆的量；(b)使用输送到电气载荷的电力来加热管线；(c)减少驱动电气载荷并且加热管线所需的电力；以及(d)在部分载荷操作期间将全部回流输送穿过管线。
以上详细描述了流体输送系统以及直流输电和加热系统的示例性实施例。所述直流输电和加热系统并不限于本说明书中所述的具体实施例，相反，本说明书中所述的系统部件和/或方法步骤可以独立于其他部件和/或步骤单独使用。此外，尽管可以具体参考采油平台、输油和海峡操作进行说明，但是本发明可用于在受热管线中输送的任何流体，无论是海峡、地下还是地表。
尽管多种实施例的具体特征可能在某些附图中显示并且并未在其他附图中显示，但这仅仅是出于方便的考量。可以结合其他任何附图中的任何特征参考和/或主张附图中的任何特征。
本说明书使用了各种实例来描述本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实践本发明的系统和方法，包括制造并使用任何装置或系统，以及实施所涵盖的任何方法。本发明的保护范围由权利要求书限定，并可包含所属领域的技术人员想出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例包含的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也应在权利要求书的范围内。
Claims (9)
1.一种联合直流(DC)输电和加热系统，所述联合直流输电和加热系统包括：
整流站，所述整流站被配置成产生直流链路电流；
下游换流站，所述下游换流站远离所述整流站设置，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供应到电气载荷的电力；以及
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；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；
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。
2.根据权利要求1所述的联合直流输电和加热系统，其进一步包括管线，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。
3.根据权利要求2所述的联合直流输电和加热系统，其中所述回路导线包括所述外壳的至少一部分。
4.根据权利要求2所述的联合直流输电和加热系统，其中所述回路导线是位于所述中央通道内的单一电缆。
5.根据权利要求2所述的联合直流输电和加热系统，其中所述回路导线是联接到所述外壳的至少一部分的单一电缆。
6.根据权利要求1所述的联合直流输电和加热系统，其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。
7.根据权利要求1所述的联合直流输电和加热系统，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，所述逆变器被配置成控制所述回流。
8.根据权利要求1所述的联合直流输电和加热系统，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。
9.根据权利要求8所述的联合直流输电和加热系统，其中所述下游换流站进一步包括多个可变频率驱动器(VFD)，并且所述多个可变频率驱动器(VFD)各自电联接到所述多个直流/直流变换模块中的对应一个直流/直流变换模块。
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