CN105143038A - 用于浮船的电力系统 - Google Patents

Abstract

提供了用于浮船的电力系统，特别是用于钻探船的。该电力系统包括电气可连接至浮船(100)外部的外部电源(12)的外部功率馈送连接(11)，外部功率馈送连接(11)适用于接收来自外部电源(12)的交流电功率；适用于接收来自另一个电源(16)的AC电功率的另一个功率馈送连接(15)；以及用于驱动浮船的电动机(36)的驱动系统(20)，其中驱动系统包括DC母线(40)和被配置为接收AC电功率和提供DC电功率至DC母线(40)的至少第一整流器(31)和第二整流器(32)。

Description

用于浮船的电力系统

技术领域

本发明涉及用于浮船的电力系统，特别是用于钻探船，诸如钻井船、自升式钻井平台、浮式钻探平台等。本发明进一步涉及操作浮船电力系统的方法。

背景技术

在海上石油作业中，使用诸如海上平台、钻探机、自升式钻井平台或钻井船的浮式钻探船用于探索海上钻探以及用于钻探海井。在海上钻探中涉及多个技术难点。

一般地，这种钻探船具有用于产生操作钻探设备所需的电功率的船载发电系统。例如，钻探设备可以包括顶部驱动，用于提升和下降钻柱的绞车，泥浆泵等。需要大量的电功率用于操作这种设备。在困难的条件下，例如，钻探设备可能需要高达10MW的电功率。钻探船进一步包括需要大量电功率的其它耗电装置，诸如自升式钻井平台的升降系统、起锚绞车、起重机和这种系统的辅助设备(例如，冷却和润滑泵)。

船载发电可以通过耦合到发电机的原动机产生，诸如柴油机或燃气轮机。因此，这种船载电力系统一般具有较高的燃料消耗。这增加了这种船的实质运营成本。并且，发动机上的波动负载以及原动机通常会导致部件的过度磨损。如果需要测试、检查或维护发电系统，通常需要中断钻探操作，这将对船的运营者带来巨大的经济损失。

因此，希望从电源而不是船载发电系统提供电功率给船。一般而言，这是困难的，因为船载电力系统通常被配置为以产生的AC电功率的特定AC频率工作。因此，如果这种浮船的电力系统将连接到外部电源，需要调整外部电源的AC频率至浮船的电力系统的AC频率。一种可能性可以是集装化的变频器的使用，其可以连接在外部电源和浮船的电力系统之间，以完成频率适配。但是，这种解决办法存在额外的空间需求以及这种变换器的额外的重量，和所需的安装精力。额外的重量可以大于100t，其和成为宝贵资产的这种浮船的空间和重量实际上具有巨大的成本含义。

发明内容

因此，存在用于浮船的电力系统的需求，其减少了至少一些上述缺点。特别地，存在用于电力系统的需要，其使由浮船外部电源提供的功率能够灵活使用。

该需求由独立权利要求的特征满足。从属权利要求描述了本发明的实施方式。

本发明的一个实施方式提供了用于浮船的电力系统，特别用于钻探船，诸如自升式钻井平台。电力系统包括电气可连接(例如，通过开关)至浮船外部的外部电源的外部功率馈送连接，外部功率馈送连接适用于从外部电源接收AC(交流)电功率以及另一个功率馈送连接适用于从另一个电源接收AC电功率，特别是从船载发电系统。电力系统进一步包括驱动系统，诸如钻探驱动系统，用于驱动浮船的电动机，其中驱动系统包括DC母线和被配置为接收AC电功率并且提供DC(直流)电功率至DC母线的至少第一整流器和第二整流器。外部功率馈送连接电气可连接(例如，通过开关)至驱动系统的第一整流器以及另一个功率馈送连接电气可连接(例如，通过开关)至驱动系统的第二整流器，使得在操作中，电功率可以从外部功率馈送连接通过第一整流器以及从另一个功率馈送连接通过第二整流器提供给直流母线。

在这种构造中，浮船的电力系统可以采用以第一频率在外部功率馈送连接上接收的AC电功率和以不同的第二AC频率在另一个功率馈送连接(例如，来自船载发电系统或第二外部电源)上接收的AC电功率运行。这样，可以使外部电源的灵活使用，而在同时，实现了用于驱动系统的冗余电源。因此，如果例如切断了至外部电源的连接，驱动系统可能在由另一个功率馈送连接供给的交流电功率上持续操作。可以同时从外部功率馈送连接和从另一个功率馈送连接提供电功率至DC母线。由于不需要提供额外的集装箱化的变换器，采用该电力系统可以大大减小体积、重量和成本。

在一个实施例中，电力系统被配置为具有至少第一操作模式，其中，外部功率馈送连接至第一整流器以提供电功率至第一整流器，外部功率馈送连接从第二整流器，其中，另一个功率馈送连接被连接至第二整流器以提供电功率至第二整流器，另一个功率馈送连接从第一整流器断开，并且其中，第一和第二整流器提供电功率至DC母线。第一操作模式是使外部电源和第一电源不需要同步。因此，例如如果另一个电源工作在50Hz，工作在50Hz或60Hz的外部电源可以通过外部功率馈送连接来连接。浮船可以因此连接到离岸电源，例如离岸石油生产单元，而不考虑这种单元的电力系统操作的频率。进一步地，断开或中断外部功率馈送连接而不预先通知是可能的，因为用于浮船的电力系统保持可操作而在电源中没有任何间隙，由于DC母线从另一个电源，例如，船载发电机，并行供给。

驱动系统可以是适用于以可变速度驱动电动机的变速驱动系统。其因此可以包括耦合至直流母线或电动机的一个或多个逆变器，用于以可变频率提供交流电源至相应的电动机。

在一个实施例中，电力系统适用于能够操作驱动系统，同时以第一AC频率在外部功率馈送连接和以第二AC频率在另一个功率馈送连接接收AC电功率，第二AC频率不同于第一AC频率。因此，电力系统可以连接到外部电源，而不考虑船载电力系统配置的AC频率。

在一个实施例中，电力系统进一步被配置为使得外部功率馈送连接是电气可连接至第二整流器的以及另一个功率馈送连接是电气可连接至驱动系统的第一整流器的。因此，可以提高电力系统的可用性和操作灵活性。并且，如果整流器或电源失效，电力系统通过合理的切换相应的电连接仍然是可操作的，使得电力系统的故障保护得到改进。

在一个实施例中，电力系统被配置为使得第一整流器是可选择地可连接至外部功率馈送连接或者另一个功率馈送连接(并且从相应的另一个功率馈送连接断开)以及使得第二整流器是可选择地可连接至外部功率馈送连接或者另一个功率馈送连接(并且从相应的另一个功率馈送连接断开)。

在一个实施例中，电力系统进一步包括第一AC变压器，其输出可连接至第一整流器，以及第二AC变压器，其输出可连接至第二整流器。外部功率馈送连接可连接(例如，通过开关)至第一AC变压器的输入以及另一个功率馈送连接可连接(例如，通过开关)至第二AC变压器的输入。因此，AC变压器连接在相应的功率馈送连接和相应的整流器之间。第一和第二AC变压器可以被配置为以相应的变压器的输入端接收的AC电功率的至少两个不同AC频率来操作。通过提供变压器，可以供应合适的电压至驱动系统。进一步地，通过以不同的AC频率使能变压器的操作，保证了电力系统的灵活性。可以因此通过外部功率馈送连接和通过内部功率馈送连接提供不同AC频率的电功率。

例如，电力系统可以被配置为以大约40Hz至大约120Hz的范围内的AC频率工作，优选为大约45Hz至大约70Hz。例如，其可以被配置为以至少在外部功率馈送连接上接收的AC电功率的大约50Hz和大约60Hz的AC频率工作。

在一个实施例中，驱动系统是钻探驱动系统并且为泥浆泵、水泥泵、绞车或顶部驱动中的至少一个的电动机供电。其可以适用于以可变的频率为这些电机供电，使得它们可以工作在可变速度。

电力系统可以适用于传递至少0.5MW的电功率，优选为至少1.0MW至驱动系统。例如，所传递的电功率可以处于大约0.5至大约25MW的范围内。

电力系统可以被配置为使得可以从外部功率馈送连接提供在大约0.5至大约1.0MW范围内的电功率至驱动系统。

在一个实施例中，驱动系统包括含有第一和第二整流器的第一驱动系统以及用于驱动浮船的电动机的第二驱动系统，其中第二驱动系统包括DC母线以及被配置为接收AC电功率和提供DC电功率至DC母线的至少第三整流器和第四整流器。外部功率馈送连接电气可连接(例如，通过开关)至第二驱动系统的第三整流器以及另一个功率馈送连接电气可连接(例如，通过开关)至第二驱动系统的第四整流器，使得在操作中，电功率可以从外部功率馈送连接通过第三整流器以及从另一个功率馈送连接通过第四整流器提供给DC母线。在第一操作模式中，外部功率馈送连接可以连接到第三整流器但从另一个整流器断开，以及另一个功率馈送连接可以可连接至第四整流器但从第三整流器断开。因此，即使外部电源和另一个电源不是同步的，也可以对第二驱动系统供电，以及外部电源可以断开而驱动的电源中没有任何中断(例如，在紧急断开的情况下)。

如上所述，可以进一步提供电连接用于将第三整流器连接至另一个功率馈送连接以及用于将第四整流器连接至外部功率馈送连接。因此，可以获得对抗电力系统中故障的改善的电阻率，并且即使在电力系统的某部分断电的情况下持续工作。

类似上面所述的，可以在第三和第四整流器的每一个之前，连接对应的AC变压器。

AC变压器可以是三个或四个绕组变压器。在一些配置中，AC变压器可以具有三个次级绕组，提供用于整流的三个移相AC电功率输出。在其他实施例中，AC变压器可以具有提供用于整流的两个相移AC功率输出的三个次级绕组(例如，其可以在不同的电压和/或相位)。一个或另一个配置的变压器可以在电力系统中一起使用。

第一、第二、第三和第四整流器的每一个可以包括一个或多个整流器，例如，两个、三个或更多。作为示例，AC变压器可以提供三个相移AC功率输出端，并且整流器的每一个可以包括三个整流器，一个连接至每个交流功率输出。这样，可以减小谐波畸变以及在直流母线上获得相对平滑的直流电压。

在一个实施例中，电力系统具有在浮船上物理隔离的至少第一部分和第二部分。另一个电源包括在第一部分(A侧)(例如，在第一电机房)中的第一发电机组和在第二部分(B侧)(例如，在第二机房)的第二发电机组。第一部分包括第一驱动系统以及第二部分包括含有至少第三和第四整流器的第二驱动系统。在每个驱动系统中，一个整流器可选择地可连接至外部功率馈送连接或者第一发电机组，而没有连接至第二发电机组，以及一个整流器可选择地可连接至外部功率馈送连接或者第二发电机组，而没有连接至第一发电机组。因此，可以在电力系统中提供冗余度以及改善可靠性。由于如果每个驱动是用船的第一部分和第二部分(即，从电力系统的A侧和B侧)的电能提供的，船的一个部分上的火灾或者水灾不会导致驱动系统的断电。而是，两个驱动系统均保持操作。

在一个实施例中，第二驱动系统是在浮船的悬臂上设置的悬臂钻探驱动系统，第二驱动系统被配置为驱动至少驱动浮船的钻探系统的顶部驱动。因此，用从外部功率馈送连接提供的电功率操作主钻探设备变得可能。

悬臂可以是浮船的可移动部分，其包括钻塔并在船准备钻探时从船的甲板上移出。在一个示例性实施例中，第一驱动系统可以是船体驱动系统，其对泥浆泵和水泥泵的电动机供电，并且第二驱动系统可以是悬臂驱动系统，其可以对钻杆的绞车和顶部驱动的电动机供电。

在一个实施例中，浮船是自升式钻井平台，其中电力系统进一步被配置为提供电功率至具有两个或多个变频驱动的升降驱动系统，用于驱动自升式钻井平台的升降系统的电动机，其中外部功率馈送连接电气可连接至至少两个变频驱动的第一个，以及其中另一个功率馈送连接电气可连接至升降驱动系统的至少两个变频驱动的第二个。因此，升降操作还可以为通过外部功率馈送连接接收的电功率供电。

在一个实施例中，驱动系统的DC母线可以包括耦合至第一整流器的第一母线段以及耦合至第二整流器的第二母线段。在操作中，第一母线段可以连接到第二母线段。例如，第一母线段可以通过包括一个或多个母联断路器的母联连接到第二母线段。例如，驱动系统的一段可以因此从另一段隔离(通过断开母联断路器)以防止故障扩散等等。在驱动系统的一个部分故障之后，其它部分可以因此持续工作。

在一个实施例中，另一个功率馈送连接是船载功率馈送连接以及另一个电源时位于浮船板上的船载发电系统。例如，船载发电系统可以包括原动机，诸如柴油机或者燃气轮机，以及连接到原动机的发电机。这样，可以获得电源的冗余度而仅仅需要单个外部连接。

在其它实施方式中，另一个功率馈送连接可以是第二外部功率馈送连接以及另一个电源可以是浮船外部的第二外部电源。这样，可以获得电源的冗余度。

在一个实施例中，电力系统进一步包括(第一)外部功率馈送开关装置，其具有连接至外部功率馈送连接的功率输入和可连接至第一整流器的功率输出，外部功率馈送开关装置具有用于切换至少功率输出的开关装置，其中电力系统包括电气连接来自船载发电系统的电连接以对外部功率馈送开关装置的输出端供电。电连接可以是开关装置-内部连接，即从船载发电系统到开关装置的连接，其内部地连接到开关装置的输出。

外部功率馈送开关装置一般位于浮船的船上，因为可以切换外部功率馈送连接而使用术语“外部功率馈送”。

如果设置了AC变压器，从船载发电系统到外部功率馈送开关装置的功率输出端的电连接优选为在变压器之前，使得来自外部功率馈送开关装置或者来自船载发电系统的电功率被供给变压器(例如，取决于开关状态)。

在一个实施例中，电力系统进一步包括具有可连接至第一外部电源开关装置和/或被配置为从第二外部电源接收AC电功率的第二外部功率馈送连接的功率输入端的第二外部功率馈送开关装置。

例如，第二外部功率馈送开关装置可以位于不同的开关装置舱中，以获得物理隔离，增加对抗火灾等的工作安全性。通过设置可选择地连接到第一外部功率馈送开关装置从而连接到外部功率馈送连接，或者第二外部功率馈送连接的第二外部功率馈送开关装置，电力系统可以用一个或两个外部功率馈送连接操作，例如，用于提供外部电源的冗余度。

在一个实施例中，电力系统进一步包括具有连接到船载发电系统的功率输入和具有可连接到第二整流器的功率输入的船载发电开关装置，其中船载发电开关装置具有用于切换功率输入或者功率输出或者两者的开关。

电力系统可以进一步包括具有连接到船载发电系统的功率输入端的第二船载发电开关装置，其中第一船载发电开关装置的功率输入连接到第一组发电机，并且第二船载发电开关装置的功率输入连接到船载发电系统的第二组发电机。因此，可以提高对抗断电的系统安全。如果一个开关装置或者一组发电机失效，操作可以采用其它开关装置或者另一组发电机继续。

在一个实施例中，第一和第二船载发电开关装置每一个包括AC母线，第一和第二船载发电开关装置的AC母线通过包括一个或多个母联断路器互联。

优选地，第一和第二组发电机设置在浮船的不同机房中。因此可以保证电功率的持续供给，例如，如果切断了外部功率馈送连接并且接通发电机组失效，例如，因为机房中的火灾。

在一个实施例中，电力系统可以是冗余的电力系统。电力系统的第一部分(A侧)可以包括第一外部功率馈送开关装置和第二船载发电开关装置，反之电力系统的第二部分(B侧)可以包括第二外部功率馈送开关装置和第一船载发电开关装置。电力系统的A侧和B侧可以设置在浮船上物理隔离房中，例如，在隔离配电室中。

电力系统能够被配置为使得从电力系统的A侧提供AC电功率供应至第一整流器以及从B侧提供电功率供应至第二整流器。因此，如果整流器或者电力系统的一侧失效，可以仍然通过电力系统的另一侧和另一个整流器提供电功率至驱动系统。通过DC母线，特别是互联的直流母线段，仍然可以提供电功率给驱动系统的大部分负载，如果不是全部负载。

上述第二驱动系统可以相应地配置和连接，使得其至少两个整流器可以用来自电力系统的A侧或B侧的电功率供电。

在一个实施例中，当外部功率馈送连接没有连接到外部电源时，电力系统被配置为用来自浮船的船载发电系统的电功率使得对驱动系统的自主供电，以及当外部功率馈送连接被连接到外部电源时，用来自船载发电系统和来自外部电源的电功率使得对驱动系统的同步供电。因此可以实现持续的钻探作业，即使是外部电源突然断开或者中断电功率的供给。

外部功率馈送连接可以由电缆提供，特别是三相电缆或者三个单相电缆，并且其可以被称为“电缆互联”。例如，外部电源可以由固定的离岸平台的发电系统或者另一个浮船提供，诸如浮式海上钻机或采油船，例如半潜式海上平台。作为示例，另一个固定平台或船可能产生过剩的电功率，例如，当在生产期间可得到过剩的燃气时，并且可以通过电缆互联输出过剩的电功率至浮船的电力系统。

根据本发明的其它实施例提供了操作浮船的电力系统的方法，特别是钻探船，电力系统包括用于驱动浮船的电动机的驱动系统，其中驱动系统包括DC母线和被配置为接收AC电功率和提供DC电功率至DC母线的至少第一整流器和第二整流器。方法包括以下步骤：连接外部功率馈送连接至浮船外部的外部电源，用于接收来自外部电源的交流电功率；连接另一个功率馈送连接至另一个电源，用于接收来自另一个电源(例如，通过闭合对应的开关)的AC电功率；连接外部功率馈送连接至驱动系统的第一整流器；连接另一个功率馈送连接至驱动系统的第二整流器；以及操作电源系统使得来自外部功率馈送连接的电功率通过第一整流器和来自另一个功率馈送连接的电功率通过第二整流器供给DC母线。

采用该方法，可以获得相对于电力系统的类似上面列出的那些方法的优点。电力系统可以根据上面列出的实施例中的任一个进行配置。

在一个实施例中，方法可以进一步包括以下步骤：以第一AC频率接收在外部功率馈送连接上的AC电功率以及以不同于第一AC频率的第二AC频率接收另一个功率馈送连接上的电功率。因此，可以用两个AC频率的AC电功率为驱动系统供电，使电力系统能够灵活使用，相对于通过外部电源馈电线连接的电功率的输入。

本发明的实施方式的上述特征和下面仍将说明的那些特征可以相互组合除非说明是相反的。特别地，电力系统可以如相对于本方法的实施方式所描述的配置，而该方法可以由任何上面概括的构造的电力系统执行。

附图说明

通过结合附图阅读的下面的具体描述，本发明的前述和其它特征及优点将变得更显而易见。在附图中，相同的标号指代相同的元件。

图1示出了根据本发明实施方式的浮船的电力系统的原理图。

图2示出了根据本发明实施方式的浮船的电力系统的原理图，其中在该电力系统中提供了冗余度。

具体实施方式

在下文中，将参考附图具体描述本发明的实施方式。可以理解的是，所给实施方式的下述描述仅仅用于解释的目的而不是限制的意义。

附图被认为仅仅是原理性的图示表征，以及附图中的元件之间是不必成比例的。而选择各种元件的表征使得其功能和一般目的对本领域技术人员是显而易见的。还可以理解的是，附图和下文中描述的物理或功能单元的耦合不一定是直接连接或耦合，还可以是间接连接或耦合，即，用一个或多个额外的中间元件连接或耦合。技术人员还将理解，相对于不同实施方式所解释和描述的物理或功能单元不一定实现为物理上独立的单元。一个或多个物理或功能模块或单元可以在共同的电路、芯片、电路元件或单元中实现，而其它物理或功能模块或单元可以在独立的电路、芯片、电路元件或单元中实现。

本文所使用的术语“可连接的”可以包括提供电连接，其可以包括但不一定包括一个或多个中间元件(诸如开关、保险丝、变压器等)。其可以是永久的电耦合或者可切换的电耦合。可以提供用于选择的电连接的开关，例如附图中所示出的。

图1是浮船100的电力系统10的原理图。电力系统10的部件安装在浮船100上。例如，浮船100可以是浮式海上平台、自升式钻井平台或船，特别地，其可以是钻探船，即钻探平台、钻探机或钻井船。

电力系统10包括朝向外部电源12的外部功率馈送连接11，其在船100的外部。例如，外部电源12可以由固定离岸平台上或者另一个浮船的发电设备提供，其可以例如产生船100上使用的过量功率。对于该目的，外部功率馈送连接11适用于接收来自外部电源12的AC电功率。例如，外部功率馈送连接可以由电力电缆提供，特别是由三相电力电缆，或者用于传输三相AS电功率至电力系统10的交错排列。

电力系统10包括另一个功率馈送连接15，其在图1的实施方式中是到船载发电系统16的连接。例如，该系统可以包括安装在浮船100上的发电机和原动机，诸如燃气轮机的柴油机。在其它实施方式中，另一个功率馈送连接可以是到船100外部的另一个外部电源(未示出)的连接。

电力系统100进一步包括用于驱动船100的电动机36的驱动系统20。特别是，可以以可变AC频率提供AC电功率至电动机36的变速驱动系统。对于该目的，驱动系统20至少包括在其相应的输入端接收AC电功率的第一整流器31和第二整流器32。在操作中，其整流接收的AC电功率并且在其相应的输出端提供直流电功率至驱动系统20的DC母线40。

DC母线40具有两个母线段41和42，其通过闭合相应的母联断路器44的母联43相互连接。这样，在连接到一个DC母线段的部件故障的情况下，该DC母线段可以断开并且用另一个DC母线段继续工作。在正常工作中，母联断路器44是闭合的，因此设置了公共直流母线40，整流器31、32馈送DC电功率值该公共直流母线40。

两个或多个逆变器35可以连接到DC母线40，用于以可变的AC频率提供AC电功率至电动机36。应该清楚的是，任意数量的逆变器35可以连接到DC母线40，并且逆变器的数量不需要匹配整流器的数量。

例如，驱动系统20是钻探驱动系统。电动机36可以包括顶部驱动、泥浆泵的电动机、水泥泵的电动机、绞车的电动机等。因此，驱动系统20需要提供有相当大的电功率，例如，在大约0.5-25WM范围内。应该清楚的是，具体的功率需求将取决于驱动系统20和船100的构造。

从图中可以看出，外部功率馈送连接11通过相应的开关以及通过第一AC变压器51可连接至第一整流器31。进一步地，另一个功率馈送连接15，在下文中被称为船载功率馈送连接，通过相应的开关、电连接12和AC变压器52可连接至第二整流器32。因此，通过闭合相应的开关可以从外部功率馈送连接11和船载功率馈送连接15供给电功率至DC母线40，开关可以实现为电路断路器(CB)。

使用这种电连接，使得通过第一整流器31以第一AC频率提供电功率和通过第二整流器32以第二AC频率提供交流电源是可能的。由于电功率先被整流再被供给公用的DC母线，从两个电源获得电力供应而不需要同步变得可能。因此，外部功率供给连接11可以连接到外部电源12，而不用考虑外部电源12提供电功率的交流频率。作为一个示例，船载发电系统16可以工作在60Hz的AC频率，而外部电源12可以提供50HzAC频率的功率，反之亦然。电源系统可以以来自两个电源的电功率同步操作驱动系统20。因此，电能平衡能够发生在公共的DC母线40上。

进一步地，外部功率馈送连接11通过相应的开关和第二AC变压器52可连接至第二整流器32。此外，另一个功率馈送连接通过相应的开关、电连接13和第一AC变压器51可连接至第一整流器31。因此，可以提供对抗电力系统10断电的改进的保护，例如，由于如果没有连接外部电源12并且整流器32或变压器52失效，DC母线40仍然可以通过第一整流器31从船载发电系统接收电功率。

在所描述的构造中，可以充分使用通过外部功率馈送连接11提供的功率，同时可以减小从船载发电系统16获得的功率。这导致了船100上的明显的燃料节省。并且，因为更高的可用功率，可以提高钻探效率。即使去除了由外部电源12提供的电源，例如，因为相应的其它平台或船上的断电或其它问题，也可以保证持续的钻探作业。在这种情况下，仍然通过船载发电系统16提供电功率至DC母线40，因而可以增大其功率输出。因此，获得了电功率的冗余量。

变压器51和52适用于将从外部电源12和从船载发电系统16接收的AC电功率变换为适用于运行驱动系统20的AC电压。例如，它们可以适用于从中等电压范围(例如，5000V和20000V之间)变换为低电压范围(例如，200V和1000V之间)。其它电压范围也是可以想到的。

变压器51和52适用于在AC频率范围内工作。优选地，它们适应可操作在至少50HY的AC频率和60Hz的AC频率。这样，可以保证有关通过外部功率馈送连接11或者另一个功率馈送连接15供给的电源的AC频率的灵活性。

现回转到图2，示意性显示了图1的电力系统10的具体实现方式。因此，上面所给出的与图1有关的所有说明同样地适用于图2所示的电力系统10。

在图2中，船载发电系统16显示为多个发电机(G)，例如，其可以设置在两个发电机组(如所示)中，其可以位于不同的机房中。在图2的示例中，图1所示的开关设置在配电板中。电力系统被分隔为第一部分(被称为A侧)和第二部分(被称为B侧)。A侧的配电板可以设置在第一配电板室81中以及B侧的配电板可以设置在第二配电板室82中，其在物理上是隔离的。这样，即使在室81和82中发生火灾，也可以保证电力系统10的持续工作。

在A侧，设置了第一外部功率馈送配电板61，其可以具有AC母线64并且其输入连接到或者提供外部功率馈送连接11。其在输出进一步提供了至第一整流器31的电连接。

在B侧，设置了具有AC母线63的第二外部功率馈送配电板62。在第一和第二外部功率馈送配电板61和62之间提供了可开关的互联65。进一步地，第二外部功率馈送配电板62可以包括连接到或者提供第二外部功率馈送连接的输入，使得可以从第二外部电源(未示出)接收电源。通过第二外部功率馈送配电板62，外部功率馈送连接11也可连接至第二整流器32。

在A侧，进一步设置了具有交流母线73的第一船载发电配电板71。类似地，第一船载发电配电板72设置在具有交流母线73的电力系统10的B侧，以及互联75被设置以互联AC母线73和AC母线74。

可以看到A侧和B侧被配置为相对于电力系统10是基本对称的。

驱动系统20包括两部分：具有第一和第二整流器31和32的第一驱动系统21，以及具有第三和第四整流器33和34的第二驱动系统22。设置了相应的交流变压器51、52、53和54。可以看到每个整流器31、32、33和34实际上包括耦合至相应的交流变压器的三个次级绕组的三个整流器。这样，可以在三个变压器输出提供移相的AC电功率，从而获得减小的谐波畸变和DC母线40上的更平滑的DC电压。

可以看到该构造为使得每个整流器31、32、33、34可以连接到每个配电板，使得对抗电力系统中的故障的保护得到改进。在正常操作中，可以从电力系统的A侧供给第一和第二驱动系统21、22的一个整流器，并且从电力系统的B侧供给另一个整流器。因此，即使A侧或B侧失效，每个驱动系统21、22因为每个驱动系统21、22的公共的DC母线而保持可操作。

升降系统90设置在船上，例如当船是自升式钻井平台时。升降系统90包括具有可变频率驱动91、92的升降驱动系统，其运行驱动系统的电动机。如图所示，设置了电连接，使得变频驱动91、92也可连接至外部功率馈送连接11和船载功率供给连接15。因此，它们也可以采用从外部电源12(在图2中未示出)接收的电功率操作。

在一个示例性配置中，驱动系统21、22都是钻探驱动系统。驱动系统20为泥浆泵和水泥泵的电动机供电。配电变压器103、104被设置为对辅助设备供电，包括例如起锚机驱动、起重机、冷却泵等。第二驱动系统22设置在可移动的悬臂101上。悬臂包括钻塔并且可以移出用于钻探作业。提供电缆拖链102以使能移动。例如，通过第二驱动系统22供电的电动机36可以包括顶部驱动和船钻探系统的绞车的电机。例如，绞车用于提高或降低钻柱。

提供船载发电的发电机15可以是循环的，即，目前在操作的发电机可以被完全切换。因此，可以除去用于服务和测试作业的电力系统10的一侧的发电机，而钻探操作可以采用由外部功率馈送和电力系统的另一侧提供的电源冗余度继续。

可以看到，该构造是使得驱动系统21、22可以同时从外部功率馈送连接11和从船载功率馈送连接15供电，而保持相对于所供给的交流频率的灵活性。并且，系统几乎不需要任何额外的重量和空间，因此是低成本实现的。并且，系统提供了电源的冗余度。

可以注意到附图中所给的电压和频率仅仅是示例并且可以被改变或者可以是完全不同的。

尽管本文公开了具体实施方式，可以做出各种改变和修改而不脱离本发明的范围。这些实施例在所有方面被认为是说明性的和非限制性的，并且意在在其中包含在所附权利要求的意义和等效范围内做出的所有改变。

Claims (19)

1.一种用于浮船的电力系统，特别是用于钻探船的电力系统，包括：

-外部功率馈送连接(11)，所述外部功率馈送连接(11)能够电气地连接至所述浮船(100)外部的外部电源(12)，所述外部功率馈送连接(11)被适配为从所述外部电源接收AC电功率，

-另功率馈送连接(15)，所述另功率馈送连接(15)被适配为从另一个电源(16)接收AC电功率，以及

-驱动系统(20)，所述驱动系统(20)用于驱动所述浮船的电动机(36)，其中所述驱动系统(20)包括DC母线(40)和被配置为接收AC电功率并提供DC电功率至所述DC母线(40)的至少第一整流器(31)和第二整流器(32)，

其中所述外部功率馈送连接(11)电气可连接至所述驱动系统的所述第一整流器(31)，并且其中所述另一个功率馈送连接(15)能够电气地连接至所述驱动系统的所述第二整流器(32)，使得在操作中，能够从所述外部功率馈送连接(11)经由所述第一整流器(31)以及从所述另一个功率馈送连接(15)经由所述第二整流器(32)将电功率供应至所述DC母线(40)，

其中所述电力系统被配置为具有至少第一操作模式，其中

-所述外部功率馈送连接(11)连接到所述第一整流器(31)，以供应电功率至所述第一整流器(31)，所述外部功率馈送连接(11)从所述第二整流器(32)断开连接，以及

-所述另一个功率馈送连接(15)连接到所述第二整流器(32)，以供应电功率至所述第二整流器(32)，所述另一个功率馈送连接(15)从所述第一整流器(31)断开连接，以及

-所述第一整流器和所述第二整流器(31、32)提供电功率至所述DC母线(40)。

2.根据权利要求1所述的电力系统，其中所述电力系统进一步被配置为使得所述外部功率馈送连接(11)能够电气地连接至所述第二整流器(32)，并且所述另一个功率馈送连接(15)能够电气地连接至所述驱动系统的所述第一整流器(31)。

3.根据权利要求2所述的电力系统，其中所述电力系统被配置为具有第二操作模式，其中

-所述外部功率馈送连接(11)连接到所述第二整流器(32)，以供应电功率至所述第二整流器(32)，所述外部功率馈送连接(11)从所述第一整流器(31)断开连接，以及

-所述另一个功率馈送连接(15)连接到所述第一整流器(31)，以供应电功率至所述第一整流器(31)，所述另一个功率馈送连接(15)从所述第二整流器(32)断开连接，以及

-所述第一整流器和所述第二整流器(31、32)提供电功率至所述DC母线(40)。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的电力系统，进一步包括第一AC变压器(51)和第二交流变压器(52)，所述第一AC变压器(51)的输出可连接至所述第一整流器(31)，所述第二交流变压器(52)的输出可连接至所述第二整流器(32)，其中所述外部功率馈送连接(11)可连接至所述第一AC变压器(51)的输入，并且所述另一个功率馈送连接(15)可连接至所述第二AC变压器(52)的输入，其中所述第一AC变压器和所述第二AC变压器(51、52)的每一个被配置为能够以在相应的变压器的输入处接收的AC电功率的至少两个不同AC频率进行操作。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的电力系统，其中所述驱动系统(20)是钻探驱动系统并对泥浆泵、水泥泵、绞车或顶部驱动器中的至少一项的电动机供电。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的电力系统，其中所述驱动系统(20)包括第一驱动系统(21)和第二驱动系统(22)，所述第一驱动系统(21)包含所述第一整流器和第二整流器(31、32)，所述第二驱动系统(22)用于驱动所述浮船的电动机(36)，其中所述第二驱动系统(22)包括DC母线(40)和至少第三整流器(33)和第四整流器(34)，所述至少第三整流器(33)和第四整流器(34)被配置为接收AC电功率并且提供DC电功率至所述DC母线，

其中所述外部功率馈送连接(11)能够电气地连接至所述第二驱动系统的所述第三整流器(33)，并且所述另一个功率馈送连接(15)能够电气地连接至所述第二驱动系统的所述第四整流器(34)，使得在操作中，能够从所述外部功率馈送连接(11)经由所述第三整流器(33)以及从所述另一个功率馈送连接(15)经由所述第四整流器(34)将电功率供给至所述第二驱动系统(22)的所述DC母线。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的电力系统，其中所述电力系统具有在所述浮船上物理上分开的至少第一部分和第二部分，其中所述另一个电源(16)包括在所述第一部分中的第一发电机组和在所述第二部分中的第二发电机组，并且其中所述第一部分包括所述第一驱动系统(21)以及所述第二部分包括包含至少第三整流器和第四整流器(33、34)的第二驱动系统(22)，

其中在每个驱动系统(21、22)中，一个整流器(31、33)能够选择性地连接至所述外部功率馈送连接(11)或者所述第一发电机组而不连接到所述第二发电机组，并且一个整流器(32、34)能够选择性地连接至所述外部功率馈送连接(11)或者所述第二发电机组而不连接到所述第一发电机组。

8.根据权利要求6或7所述的电力系统，其中所述第二驱动系统(22)是设置在所述浮船的悬臂上的悬臂钻探驱动系统，所述第二驱动系统被配置为驱动至少所述浮船的钻探系统的顶部驱动。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的电力系统，其中所述浮船(100)是自升式钻井平台，其中所述电力系统(10)进一步被配置为提供电功率至顶升驱动系统(90)，所述顶升驱动系统(90)具有两个或更多用于驱动所述自升式钻井平台的顶升系统的电动机的变频驱动(91、92)，其中所述外部功率馈送连接(11)能够电气地连接至所述至少两个变频驱动器中的第一个变频驱动，并且其中所述另一个功率馈送连接(15)能够电气地连接至所述顶升驱动系统的所述至少两个变频驱动的第二个变频驱动。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的电力系统，其中所述另一个功率馈送连接(15)是船载功率馈送连接，并且所述另一个电源(16)是位于所述浮船的船上的发电系统。

11.根据权利要求10所述的电力系统，其中所述电力系统进一步包括外部功率馈送开关装置(61)，所述外部功率馈送开关装置(61)具有连接到所述外部功率馈送连接(11)的功率输入和可连接到所述第一整流器(31)的功率输出，所述外部功率馈送开关装置(61)具有用于切换至少所述功率输出的开关，其中所述电力系统(10)包括从所述船载发电系统(16)到所述外部功率馈送开关装置(61)的所述功率输出的电连接。

12.根据权利要求11所述的电力系统，其中所述电力系统进一步包括第二外部功率馈送开关装置(62)，所述第二外部功率馈送开关装置(62)具有可连接到所述第一外部功率馈送开关装置(61)和/或第二外部功率馈送连接的输入，所述第二外部功率馈送连接被配置为从第二外部电源接收AC电功率。

13.根据权利要求10-12中的任一项所述的电力系统，进一步包括船载发电开关装置(71)，所述船载发电开关装置(71)具有连接到所述船载发电系统(16)的功率输入并且具有可连接到所述第二整流器(32)的功率输出，其中所述船载发电开关装置(71)具有用于切换所述功率输入或所述功率输出或者两者的开关。

14.根据权利要求13所述的电力系统，其中所述电力系统进一步包括第二船载发电开关装置(72)，所述第二船载发电开关装置(72)具有连接到所述船载发电系统(16)的功率输入，其中所述第一船载发电开关装置(71)的所述功率输入连接到第一组发电机，并且所述第二船载发电开关装置(72)的所述功率输入连接到所述船载发电系统(16)的第二组发电机(16)。

15.根据权利要求10-14中任一项所述的电力系统，其中所述电力系统被配置为当所述外部功率馈送连接(11)没有连接到外部电源时，利用来自所述浮船(100)的所述船载发电系统(16)的电功率启动所述驱动系统(20)的自主供电，以及当所述外部功率馈送连接(11)连接到所述外部电源时，利用来自所述船载发电系统(16)和来自所述外部电源(12)的电功率启动所述驱动系统的同步供电。

16.根据前述权利要求中的任一项所述的电力系统，其中在所述第一操作模式中，所述第一整流器和所述第二整流器(31、32)的输入通过所述DC母线(40)电气连接。

17.根据权利要求16所述的电力系统，其中所述电力系统被配置为使得在所述第一操作模式中，当所述第一功率馈送连接或者所述另一个功率馈送连接(11、15)中的一个断开连接时，所述DC母线(40)从所述第一功率馈送连接或者所述另一个功率馈送连接(11、15)中的另一个接收电功率，从而使能连接到所述DC母线(40)的所述电动机(36)的持续工作。

18.一种操作浮船的电力系统的方法，特别是操作钻探船的电力系统的方法，所述电力系统包括用于驱动所述浮船(100)的电动机(36)的驱动系统(20)，其中所述驱动系统(20)包括DC母线(40)以及被配置为接收AC电功率和提供DC电功率至所述DC母线的至少第一整流器(31)和第二整流器(32)，所述方法包括以下步骤：

-将外部功率馈送连接(11)连接至所述浮船(100)外部的外部电源(12)，用于从所述外部电源(12)接收AC电功率，

-将另一个外部电源连接(15)连接至另一个电源(16)，用于从所述另一个电源接收AC电功率，

-将所述外部功率馈送连接(11)连接至所述驱动系统(20)的所述第一整流器(31)，所述第一整流器从所述另一个功率馈送连接(15)断开连接，

-将所述另一个功率馈送连接(15)连接至所述驱动系统(20)的所述第二整流器(32)，所述第二整流器从所述外部功率馈送连接(11)断开连接，

-操作所述电力系统(10)使得从所述外部功率馈送连接(11)经由所述第一整流器(31)以及从所述另一个功率馈送连接(15)经由所述第二整流器(32)将电功率供给至所述DC母线(40)。

19.根据权利要求18所述的电力系统，进一步包括以下步骤：接收第一AC频率的所述外部功率馈送连接(11)上的AC电功率,以及接收不同于所述第一AC频率的第二AC频率的所述另一个功率馈送连接(15)上的电功率。