KR20140002796A - 해저 측정 및 모니터링 - Google Patents

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KR20140002796A
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Abstract

전력 전송용 시스템에 의해 공급된 적어도 하나의 해저 전기 머신을 모니터링 하는 방법이 개시된다. 그 시스템은 전원, 제어기 및 적어도 하나의 해저 전기 머신을 전원과 접속하는 AC 전력 라인을 갖는다. 그 방법은: 제어기에서, AC 전력 라인의 해저 측과 적어도 하나의 해저 전기 머신 사이에 배치된 적어도 하나의 해저 센서로부터 고속 데이터를 수신하는 단계로서, 여기서 고속 데이터는 적어도 하나의 머신에 대한 전기 파라미터의 측정치들을 포함하는, 고속 데이터를 수신하는 단계; 및 하나 이상의 측정치들을 미리 결정된 값과 비교하는 단계를 포함한다. 적어도 하나의 해저 부하 또는 전기 머신을 동작시키기 위해 배열된 전력 전송용 시스템이 또한 설명된다.

Description

해저 측정 및 모니터링{SUBSEA MEASUREMENT AND MONITORING}
본 발명은 해저 장비의 측정 및 모니터링 분야에 관한 것이다.
전기적 부하 (머신들/또는 다른 부하들) 를 공급하는 전송 시스템들에서 긴 케이블들을 통해 AC 전력을 공급할 경우, 소비자 측에서의 전압은 소비자에 의해 도출된 전기적 부하에 의해 심하게 영향받게 될 것이다. 이러한 긴 케이블의 일 예는 지상의 전원을 먼 바다로 설치된 트랜스포머로 또는 펌프의 모터로 접속하는, 길이가 수 킬로미터 또는 수 마일 정도인 케이블이다. 오일과 가스의 탐사 및 생산 분야에서, 이러한 부하들 또는 머신들은 예컨대, 지상 또는 톱사이드 플랫폼으로부터 수십 킬로미터 떨어진 해저에 장착될 수도 있다. 오일과 가스의 생산 또는 전송 설비들에서 이용되는 해저 다상 펌프 또는 압력 부스터 펌프 또는 해저 컴프레셔와 같은 전기 장비는 깊이 1000 미터 또는 그 이상의 해저에서와 같은 해저에서 동작될 수도 있다.
이러한 해저 장비를 동작시키는 것은 도전과제들을 제시한다. 장비 상태 및 성능의 빈번한 부정확한 추정으로 인해 해저 장비의 유지보수를 계획하는 것은 어렵다. 해저 컴포넌트 고장의 경우, 어떤 컴포넌트가 고장났는지 정확히 식별하는 것은 어렵다. 전원 시스템 및 부하들의 동적 성능은 변화하는 주변 상태들, 에이징 (ageing), 다양한 동작 포인트들 (주파수, 전력 레벨, 등등) 에 따라 변화할 수도 있다. 그 후에, 전원 온쇼어/플랫폼이 지상 또는 톱사이드에서의 오직 로컬 측정치들에 기초하여 조정되도록 하는 것은 어렵다. 추가로, 해저 모터에 의해 소비되는 전력의 정보 또는 추정치가 매우 정확하지 않고, 정확성의 부족이 일반적으로 덜 최적인 생산 계획을 야기하기 때문에, 장비의 용량 제한치들을 평가하는 것은 어렵다.
해저 전기 머신들 및 그에 공급되는 전력의 측정과 모니터링은 해저 전기 머신들의 고장이 재앙적일 수 있는 해저 시스템들의 적절한 기능성을 위해 중요하다. 큰 거리들, 장비의 원격성 및 해저 전기 머신들을 액세스하는데 있어서의 곤란들은 고유한 도전과제들을 제시한다.
본 발명의 목적은 전술된 문제들 중 하나 이상을 개선하는 것이다.
본 발명의 유리한 실시형태에서, 전력 전송용 시스템에 의해 공급된 적어도 하나의 해저 전기 머신을 모니터링 하는 방법이 제공되며, 전력 전송용 시스템은 전원, 제어기 및 적어도 하나의 해저 전기 머신을 전원과 접속하는 AC 전력 라인을 가지며, 그 방법은: 제어기에서, AC 전력 라인의 해저 측과 적어도 하나의 해저 전기 머신 사이에 배치된 적어도 하나의 해저 센서로부터 고속 데이터를 수신하는 단계로서, 여기서 고속 데이터는 적어도 하나의 머신에 대한 전기 파라미터의 측정치들을 포함하는, 고속 데이터를 수신하는 단계; 및 하나 이상의 측정치들을 미리 결정된 값과 비교하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 유리한 실시형태에서, 적어도 하나의 해저 전기 머신을 동작시키도록 배열된 전력 전송용 시스템이 제공되며, 그 시스템은: 전원; 제어기; 및 상기 적어도 하나의 해저 전기 머신을 상기 전원과 접속하는 AC 전력 라인을 포함한다. 그 시스템은, 제어기가 적어도 하나의 해저 전기 머신에 대한 전기 파라미터를 측정하기 위해 AC 전력 라인의 해저 측과 적어도 하나의 해저 전기 머신 사이에 위치된 해저 센서로부터 고속 데이터를 수신하고; 그리고 제어기가 적어도 하나의 측정치들을 미리 결정된 값과 비교하도록 제공된다.
본 출원을 위해, 하기의 용어들 및 정의들이 적용될 것이다:
본 명세서에서 이용되는 것과 같은 용어, "데이터" 는 영구적인지 또는 일시적인지에 따라, 시각적인지, 청각적인지, 음향적인지, 전기적인지, 자기적인지, 전자기적인지, 그렇지 않으면 명백한지에 따라, 임의의 인덱스들, 신호들, 마크들, 심볼들, 도메인들, 심볼 세트들, 표현들, 및 정보를 나타내는 임의의 다른 물리적인 형태 또는 형태들을 의미한다. 하나의 물리적인 형태로 미리 결정된 정보를 나타내는데 이용된 것과 같은 용어 "데이터" 는 상이한 물리적 형태 또는 형태들로 동일한 미리 결정된 정보의 임의의 표현 및 모든 표현들을 포함하는 것으로 간주될 것이다.
본 명세서에서 이용되는 것과 같은 용어들, "네트워크" 는 인터넷을 포함하는 모든 종류의 네트워크들과 인터네트워크들 양자를 포함하며, 임의의 특정 네트워크 또는 인터-네트워크에 제한되지 않는다.
본 명세서에서 이용되는 것과 같은 용어, "커플링되는", "~ 에 커플링되는", "~ 와 커플링되는", "접속되는", "~ 에 접속되는", 및 "~ 와 접속되는" 은 각각 2 이상의 디바이스들, 장치들, 파일들, 프로그램들, 매체들, 컴포넌트들, 네트워크들, 시스템들, 서브시스템들, 및/또는 다른 수단들 사이의 또는 그 중의 관계를 의미하며, (a) 하나 이상의 다른 디바이스들, 장치들, 파일들, 프로그램들, 매체들, 컴포넌트들, 네트워크들, 시스템들, 서브시스템들, 또는 수단들을 통하거나 직접적인 접속, (b) 하나 이상의 다른 디바이스들, 장치들, 파일들, 프로그램들, 매체들, 컴포넌트들, 네트워크들, 시스템들, 서브시스템들, 또는 수단들을 통하거나 직접적인 통신 관계, 및/또는 (c) 어느 하나 이상의 디바이스들, 장치들, 파일들, 프로그램들, 매체들, 컴포넌트들, 네트워크들, 시스템들, 서브시스템들, 또는 수단들의 동작이 그들의 어느 하나 이상의 다른 것들의 동작에 전체적으로 또는 부분적으로 의존하는 기능적 관계 중 어느 하나 이상으로 이루어진다.
본 명세서에서 이용되는 것과 같은 용어들 "프로세스" 및 "프로세싱" 은 예컨대, 연속적 또는 불연속적인, 동기적 또는 비동기적인, 데이터의 지시, 데이터의 수정, 데이터의 포맷화 및/또는 변환, 데이터의 태깅 또는 주석 달기, 측정, 데이터의 비교 및/또는 검토를 포함하지만 이에 제한되지 않는 액션 또는 액션들의 시리즈를 의미하며, 프로그램을 포함할 수도 있거나 포함하지 않을 수도 있다.
본 발명의 다른 목적들 및 그 특별한 특성들 및 장점들은 하기의 도면들 및 첨부된 상세한 설명을 고려하여 더 명백해질 것이다.
도 1 은 본 발명의 유리한 실시형태에 다른 흐름도이다.
도 2 는 본 발명의 유리한 실시형태에 따른 블록도가다.
도 3 은 통신 인프라구조의 일 구현을 추가로 세부설명하는, 도 2 에 따른 유리한 실시형태의 블록도가다.
도 4 는 도 2 의 유리한 실시형태에 따른 블록도가다.
도 5 는 도 2 의 유리한 실시형태에 따른, 상태 변경들의 온라인 팔로 업을 위한 오퍼레이터 워크플레이스의 도면이다.
이제 도면들을 참조하여, 시스템은 이하를 포함하는 다음의 이슈들/상황들/장비를 처리하는 시스템 및 방법에 집중한다.
1. 케이블들을 통해 해저 부하들에 AC 전류를 공급하는 톱사이드 (온쇼어 또는 플랫폼) 전원 시스템 (일 예로서 스텝 아웃 구성);
2. 해저 전기 파라미터들 (일차 전류 및 전압) 의 고속 측정;
3. 고속 통신 링크를 통한 측정된 데이터의 톱사이드로의 전송;
4. 장비 또는 시스템 상태/성능에 관하여 설명하기 위한 측정된 고 분해능 데이터의 조작.
시스템 요건들은 추가로, 이하를 포함/어드레싱할 수도 있다:
5. 알람/이벤트들의 생성 (도 5 에 도시된 예) 을 포함하여 오퍼레이터 또는 상태/성능 워크플레이스에서 이러한 데이터를 제시.
6. 장비 또는 시스템 상태를 설명하는 조작된 데이터에 기초하여 제어 액션을 생성.
7. 시스템 상태 및 전원 제어 성능에 관한 더 정확한 정보를 제공하기 위해 해저 측정 및 톱사이드 측정의 데이터를 동기화 및 비교.
기본적인 발명의 일반적인 도면이 예컨대, 도 4 에 설명된다. 모니터링은 또한 도 1 에 도시된 것과 같이 다음 액션들을 제공할 수 있다:
● 결함들이 검출될 경우 신속한 액션들에 의해 장비를 보호하고;
● 다음 유지보수 중단까지 안전한 동작의 요망 및 저하하는 성능으로 인한 스트레스를 감소시키도록 동작하고;
● 제어 역학들을 최적화하기 위해 피드백, 예컨대 샤프트 전력 (shaft power) 의 세부적인 추정치의 피드백에 대한 측정들이 제어를 위해 이용될 수도 있는
A) 전원 제어 액션.
B) 결함 위치 정보 및 문제점의 식별에 따른 결함 정정 액션 (제어기에서 생성된 상태 모니터링 정보는 문제의 위치 및 타입을 표시하는데 이용될 수도 있다).
C) 유지보수 계획 액션, 상태 및 성능 모니터링은 저하 전개를 예측하는데 이용될 수 있고, 그 후에 유지보수의 계획을 위해 이용될 수 있다.
D) 동작 계획 액션, 시스템으로부터의 상태 정보는 시스템의 용량 제한치들을 더 상세히 파악함으로서 동작들의 계획을 개선시키는데 이용될 수도 있다.
도 4 에 도시된 것과 같이, 시스템의 톱사이드 부분은 이력 추세를 위해, 장비 상태에 기초한 알람들/이벤트들의 생성 및/또는 오퍼레이터 워크스페이스 (도 5) 에서 상태/성능 정보의 디스플레이를 제공할 수도 있는 제어기 통신 인터페이스를 갖는 프로세스 제어 시스템을 포함할 수도 있다. 프로세스 제어 시스템은 장비/시스템 상태 및 성능 정보를 추출하기 위한 고속 데이터 조작을 허용하는 온쇼어 제어기에 커플링된 것으로 도시된다. 온쇼어 제어기는 상태 추정치들에 기초하여 제어 액션을 취하기 위해, 해저 통신 인터페이스, 제어 네트워크 인터페이스, 전원 제어용 제어 인터페이스가 제공될 수도 있다. 온쇼어 제어기는 톱사이드 전원 (온쇼어/플랫폼) 에 커플링된 것으로 도시되며, 여기서 가상으로 임의의 타입의 AC 전원이 이용될 수도 있고, 여기서 제어 액션은 예컨대 컨버터 전원을 포함하여 수행되고 및/또는 제어 회로 브레이커를 이용하여 로컬 그리드로부터 직접 공급될 수도 있다. 전원 제어는 온쇼어 제어기에서의 시스템 상태 평가에 기초하여 조정될 수 있다.
도 4 에 추가로 도시된 것과 같이, 고속 통신 링크 및 전기 분배 시스템은 톱사이드 온쇼어 제어기 및 톱사이드 전원으로부터 각각 시스템의 해저 부분으로 연장한다. 고속 통신 링크는 예컨대, 광학 케이블을 포함하는 가상의 임의의 광대역 링크를 포함할 수 있다. 전기 분배 시스템은 예컨대, 온쇼어 스텝-업 트랜스포머, 해저 스텝-다운 트랜스포머 및 스위치기어를 포함할 수도 있다. 고속 통신 링크 및 전기 분배 시스템은 톱사이드로부터 해저으로의 긴 거리들 (때때로 몇 킬로미터) 을 연장하는 것으로 이해된다. 고속 통신 링크와 전기 분배 시스템 양자는 통합된 광학 통신 및 전기 전송을 갖는 단일의 긴 해저 케이블을 포함할 수도 있다.
시스템의 해저 부분은 추가로 고속 통신 링크에 커플링된 통신 링크 인터페이스 및 A/D 컨버터를 포함할 수도 있다. 추가로, 전기 분배 시스템은, 유리한 실시형태에서 통신 링크 인터페이스에 커플링되는 적어도 하나의 전기 센서를 포함할 수도 있다. 적어도 하나의 전기 센서는 예컨대, 전기 분배 시스템 상의 다양한 위치들에 위치될 수도 있는 전압 또는 전류 센서를 포함할 수도 있고, 추가로 전기 분배 시스템상의 상이한 위치들에 위치된 다중 센서들을 포함할 수도 있다. 전류 및/또는 전압 센서들은 톱사이드 트랜스포머에 통합되고 및/또는 해저 트랜스포머에 통합될 수도 있다.
전기 분배 시스템은 예컨대, 단일 유도 모터, 다중 유도 모터들, 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 전동 해저 장비를 포함할 수도 있는 해저 부하를 공급하는데 이용된다. 전기 센서(들) 은 해저 부하 및/또는 전기 분배 시스템의 임의의 부분을 모니터링할 수도 있고, 데이터/정보는 고속 통신 링크에 커플링된 A/D 컨버터 및 통신 링크 인터페이스를 통해 시스템의 톱사이드 부분으로 전송될 수도 있다.
본 발명의 일 구현에 대한 하드웨어 인프라구조가 도 2 에 도시되고, 다음을 포함한다:
1. 톱사이드 (온쇼어/플랫폼) 컨버터, 스텝-업 트랜스포머, 긴 케이블, 스텝-다운 트랜스포머, 및 펌프 또는 컴프레셔에 접속된 모터를 갖는 전기적 구성.
2. 전압 트랜스포머들 (VTs) 과 전류 트랜스포머들 (CTs) 을 이용하여 해저의 전압 및 전류의 감지.
3. 아날로그 신호들을 디지털 신호들로 컨버팅하는 해저 IO 모듈.
4. 해저 전원 케이블의 일부인 광학 케이블들을 통해 IO 모듈로부터 디지털 신호들의 전송. 광학 신호들은 긴 거리들에 걸쳐 전달할 수도 있도록 촉진된다. 일 실시형태에서, 통신 속도는 바람직하게 5Mb/s 의 영역 내에 있을 것이다.
5. 상태 및 성능 모니터링 적용들뿐만 아니라 보호 액션들을 용이하게 하기 위해 데이터의 고속 조작이 수행되는, 톱사이드 제어기에서 데이터를 수신.
도 3 은 통신 인프라구조의 한가지 가능한 구현에 대한 상세한 설명이다.
도 3 에 따라, 주요 신호 흐름은 해저 센서로부터 온쇼어 제어기로 이루어지지만, 인프라구조는 또한 다른 방식의 데이터 흐름을 용이하게 한다. 신호 컨디셔닝 유닛: 전압 및 전류 트랜스포머들은 통상적으로 100V 범위 전압과 1A 범위 전류의 형태로 신호들을 출력한다. 이들 신호들은 AD 컨버전의 요건을 충족시키기 위해 컨디셔닝되어야 한다.
(IO 모듈의 일부인) AD 컨버전 유닛: AD 컨버터는 할당된 메모리에 저장되도록 구성된 레이트로 아날로그 신호를 디지털 신호로 컨버팅한다.
광학 트랜시버는: AD 컨버전 결과들을 광학 통신 채널로 전송할 수 있다 (예컨대, 광학 트랜시버는 또한 광 파이버로부터 데이터를 수신할 수 있다).
파장 컨버터는: 필요한 경우, 더 먼 거리들에 걸쳐 전송을 가능하게 하기 위해 광학 트랜시버의 출력의 파장을 변경시키도록 요구된다.
오프쇼어 (offshore) 광학 멀티플렉서/디멀티플렉서는 단일 광 파이버를 통한 몇몇 파장들의 조합을 가능하게 한다. 몇몇 IO 모듈들뿐만 아니라 전송 및 수신은 그 후에 동일한 광 파이버에 적용될 수 있다.
단일 모드 광 파이버는: 더 먼 거리들에 걸쳐 전송을 가능하게 하기 위해 (멀티-모드 파이버 대신) 이용된다.
온쇼어 광학 멀티플렉서/디멀티플렉서는 광 파이버를 통해 신호들을 수신하고, 이들을 파장에 기초하여 구분한다.
제어기는 파장 컨버터로부터 광학 신호를 수신한다 (그리고 또한 광학 신호를 전송할 수 있다).
제어기에서 수행될 수도 있는 데이터 조작들의 몇몇 예들은 이하 예시의 목적들로 제공된다.
예 1: 베어링 고장들과 같은 모터 고장들의 검출을 위해, 모터 시그니처 분석이 잘 알려져 있다. 온라인 모터 시그니처 분석은 제어기에서 모터 상태 및 전개의 연속적인 트래킹을 위해 수행되는 것으로 제안된다. 모터 시그니처 분석은 모터에 주입된 전류의 고 분해능 전류 측정들에 기초한다. 이는 (a) 변경들을 찾거나 소정의 제한치들과 비교함으로써 즉각적인 제어 액션 (또는 보호 액션) 을 취하기 위해, 또는 (b) 시간에 따른 전개가 연구되고, 저하들이 식별되고, 유지보수에 대한 결정이 취해지거나, 또는 다음 계획된 유지보수까지 동작을 가능하게 하기 위해 소정의 모터의 부하의 감소가 수행되는 프로세스 히스토리언을 통해 이용될 수 있다.
예 2: 전기 모터 전력, 모터 토크, 모터 속도 및/또는 전압/전류 공간 벡터 속도는 제어기에서 모터 상태 역학들의 분석을 위해 추정될 수도 있다. 전기 토크/전력/속도 추정치의 높은 동적 성능은 소정의 모터에 대하여 3 개의 전압 측정치들 및 3 개의 전류 측정치들을 가짐으로써 (대안적으로 어떤 제로 시퀀스 성분도 가정되지 않을 경우 각각에 대하여 2 개) 달성될 수 있다.
다양한 추정 방법들은 예컨대, 다음 공식에 의해 주어지는 즉각적인 활성 전력의 평가에 의해 수행될 수 있다,
Figure pct00001
공식 1
여기서 p 는 활성 전력이고, va 내지 vc 는 위상 전압들이고, ia 내지 ic 는 위상 전류들이다. 또한, 이 분야에서 숙달된 엔지니어에게 잘 알려진 다른 대안적인 방정식들이 존재한다.
유도 모터에 대한 모터 토크의 평가는 다음 공식에 의해 주어지는 것과 같이 직접 토크 제어 (DTC) 를 위한 공통 방정식을 이용함으로서 평가될 수 있다:
Figure pct00002
공식 2
여기서 Tem 은 추정된 전기 토크이고, p 는 극 수 (pole number) 이고, Im 은 허수부 연산자이고,
Figure pct00003
은 고정자 전압들 및 전류들에 기초하여 추정된 고정자 자속 공간 벡터이며,
Figure pct00004
은 고정자 전류 공간 벡터이다. 또한 토크 추정을 위해, 이 분야에서 숙달된 엔지니어에게 잘 알려진 다른 방정식들이 존재한다.
유도 모터의 기계 모터 속도는 다음 공식에 의해 추정될 수 있다:
Figure pct00005
공식 3
여기서
Figure pct00006
는 고정자 전압들 및 전류들로부터 추정된 회전자 자속의 속도뿐만 아니라 (이 분야에서 숙달된 엔지니어에게 잘 알려진) 모터 파라미터들이고,
Figure pct00007
는 고정자 측정치들과 모터 파라미터들에 기초하여 또한 추정된 슬립 속도이다.
추가로, 전압 및/또는 전류 공간 벡터 속도는 다음 공식에 의해 추정될 수 있다:
Figure pct00008
공식 4
여기서
Figure pct00009
은 2 개의 샘플들 간의 공간 벡터 각도 차이이고, Ts 는 샘플링 간격이다. 이 분야에서 숙달된 엔지니어에게 잘 알려진 다른 방법들, 예컨대 위상 고정 루프들 (PLL) 이 또한 적용될 수 있다.
전기 모터 전력/토크 또는 속도 추정치는 예컨대, 프로세스 불안정성들 또는 비틀림 진동 문제들의 표시를 위한 모터 속도/토크/전력 변동 스펙트럼의 평가를 위해 이용될 수 있다. 이러한 정보는 소정 레벨 이상일 경우 직접 제어/보호 액션을 위해 이용될 수도 있거나, 프로세스 히스토리언을 통해, 유지보수, 제어 튜닝 또는 동작 세트포인트의 변경들에 대한 요구를 나타내기 위해 변경들/저하들을 추정하는데 이용될 수도 있다.
예 3: 매우 정확한 안정 상태 샤프트 전력이 소정의 모터에 대한 전류 및 전압 센서들에 기초하여 추정된다. 정확성은 전류 및 전압 트랜스포머들에서 알려진 비선형성들을 정정함으로써 및 적절한 캘리브레이션에 의해 달성된다. 정확한 샤프트 전력 추정치는 장비의 실제 동작 상태의 양호한 표시를 제공하며, 회전하는 장비의 성능을 평가하고 용량 제한치들을 추정하기 위해 프로세스 데이터와 함께 이용될 수 있다.
예 4: 다양한 측정 포인트들에서 또는 2 개의 측정 포인트들 사이에 보여지는 임피던스 값들은 제어기에서 추정될 수도 있다. 임피던스 값은 높은 분해능으로 하나의 전류 및 하나의 전압 값을 가지는 것에 기초하여 평가될 수 있다. (A) 하나의 측정 포인트를 갖는 경우에 대하여, 소정의 고조파 주파수 (또는 주파수들의 세트) 의 양자의 전류 및 전압 진폭 (및 옵션으로 위상 쉬프트) 이 연속하여 평가된다. 그 후에, 임피던스는 다음 공식에 의해 제공될 것이다
Figure pct00010
공식 5
여기서 V 는 전압 진폭이고, I 는 전류 진폭이고,
Figure pct00011
는 전압 위상 각도이며,
Figure pct00012
는 전류 위상 각도이다.
통상적으로, 이는 부하 또는 서브시스템에 대한 임피던스를 나타낼 것이다. (B) (예컨대, 해저 트랜스포머를 통한) 2 개의 상이한 측정 포인트들에서 전압들 및 전류들, 여기서 2 개의 측정 포인트들 간의 임피던스가 평가된다. 그 후에, 예컨대, 트랜스포머 임피던스의 트래킹이 달성될 수 있다.
임피던스 추정치들은 특정 제한치들을 초과할 경우 제어/보호 액션을 트리거하기 위해, 또는 프로세스 히스토리언을 통해, 변경들/저하들을 나타내는데 이용되고 있는 데이터를 공급하고 입력을 유지보수 계획에 제공함으로써 또는 제어 튜닝을 위해 이용된다. 예컨대, 트랜스포머 상태에서 변경들의 분석이 그 후에 달성될 수 있다.
예 5: 예컨대, 프로세스 히스토리언 또는 오퍼레이터 워크플레이스로의 전송을 위한 고 분해능 센서 데이터의 저장은 보호 이벤트들, 시동, 정지 등등과 같은 관련된 일시적인 이벤트들 동안 수행될 것이다. 고 분해능 데이터는 링 버퍼에 저장되거나 제어기에서 동등할 것이며, 관련된 이벤트들 동안 예컨대, 프로세스 히스토리언에 저장되거나 전송될 것이다. 저장된 데이터는 보호 이벤트 이후, 에러의 원인을 발견하거나 다양한 시동/정지 시퀀스들을 비교하기 위해 분석될 수 있다.
예 6: 전압 품질 (기본적인 고조파 진폭, 제곱 평균 제곱근 (rms), 총 고조파 왜곡 (THD) 및 고조파 콘텐츠, 불평형성 (전압에서 네거티브 및 제로 시퀀스 성분들의 존재)) 의 실시간 평가가 제어기에서 수행된다. 소정 기간 동안 미리 설정된 값들 이상/미만이면, 보호 액션이 개시된다. 또한, 전압 품질의 개선을 위해 제어 튜닝과 같은 유용한 액션들을 다시 발생할 수 있는 변경들/저하들의 추세 및 분석을 위해 프로세스 히스토리언으로 데이터가 전송된다.
예 7: 제어기에서 수행된 전류 불평형성의 실시간 평가. 전술된 것과 동일한 유용한 액션들.
본 발명의 핵심 및 가능한 확장들에 관한 논의
전원 구성의 설명: 온쇼어/플랫폼 스텝-업 트랜스포머, 긴 해저 케이블, 해저 스텝-다운 트랜스포머를 통해 온쇼어 또는 플랫폼 컨버터로부터 유도 모터의 공급이 고려된다. 그러나, 추가의 더 복잡한 해저 분배 시스템들이 본 발명의 개념에 적용가능한 것이 고려된다. 전기 분배 시스템의 일반적인 정의는 (컨버터 또는 스텝-아웃 트랜스포머를 포함하도록 시스템을 제한하지만 이들 옵션들을 포함하는) 온쇼어 또는 플랫폼으로부터의 전원이고, 적어도 (가능하면 그 단부에서 해저 스텝-다운 트랜스포머를 포함하는) 하나의 긴 케이블을 거치고, 적어도 하나의 해저 부하를 공급할 것이다.
측정 시스템의 설명: 스텝-다운 트랜스포머의 저전압 측 상에 2 개의 전압 센서들 및 2 개의 전류 센서들이 고려된다. 그러나, 오직 하나의 센서만이 활용될 수도 있음이 이해된다. 예컨대, 스텝-다운 트랜스포머의 고 전압측 상에서 센서들의 배치들을 다르게 하는 것이 또한 이용될 수도 있다.
더 많은 측정 포인트들의 확장: 시스템의 다양한 위치들에서 전기적 측정치들의 부가가 여전히 추가로 고려된다. 예를 들어, 해저 트랜스포머의 고전압 측 상에서 전류 및 전압 측정치들, 톱사이드 트랜스포머의 고 전압 측 상에서 전류 및 전압 측정치들, 드라이브 내부의 전류 및 전압 센서들, 다수의 해저 부하들의 전류 및 전압 센서들이 유리할 수도 있다.
본 발명은 또한 통신 시스템에서 전송 지연들을 고려함으로써 전술된 모든 측정치들을 동기화하는 방법에 관한 것이며, 따라서 상이한 위치들로부터의 샘플들은 유리하게, 실시간으로 비교될 수도 있다.
다른 타입의 측정들로의 확장은, 예컨대 진동 센서들, 온도 센서들, 등등에서 효율적으로 이용될 수도 있는 것이 여전히 추가로 고려된다.
데이터의 조작이 해저에서 수행될 수 있고, 그 후에 오직 상태 데이터만이 톱사이드로 전송되지만, 이러한 접근 방식이 다수의 도전과제들 및 트레이드오프들을 포함하는 것이 여전히 추가로 이해된다.
본 발명은 부품들, 피쳐들 등등의 특정 배치를 참조하여 설명되었지만, 이들은 모든 가능한 배치들 또는 피쳐들을 모두 소모하도록 의도된 것이 아니라, 그 대신 많은 다른 변경들 및 변형들이 당업자에게 확인가능할 것이다.
도 1 은 해저 측정들 (20) (및 온쇼어와의 옵션의 조합) 이 제어기 (9) 에서 온라인 상태 추정 (22) 의 단계 (다양한 타입의 상태 추정치들) 를 야기하는 흐름도을 도시한다.
온라인 상태 추정은 2 개의 액션 단계들을 야기한다,
액션: 보호 (24b) (변경들 또는 예측된 상태 추정 레벨들과의 비교에 의해 트리거됨); 및
액션: 컨버터 제어 액션 (24c) (실제 측정치들, 실제 측정된 전력의 피드백, 진동들의 댐핑에 기초하여 제어 모델의 업데이트).
프로세스 히스토리언 (24a) 의 단계 (상태 추정치들뿐만 아니라 이벤트들의 주기들에서 원시 데이터의 저장) 는 추가의 프로세스 단계를 야기한다:
장비 (26) 의 저하를 검출, 용량 제한치들을 추정, 결함 상태 이벤트들 주위/동안의 변경들을 검출.
이러한 단계는 4 개의 액션 단계들을 야기한다:
액션: 계획된 스트레스 감소 (28a)
다음 유지보수 중단까지 저하하는 성능 및 안전한 동작의 요망으로 인한 장비 상의 스트레스 감소
액션: 결함 식별 (28b)
시스템 고장에 대한 원인 및 손상된 컴포넌트의 위치를 식별. 다운 시간을 감소시킴.
액션: 유지보수 계획 (28c)
변경들 및 저하들의 세부적인 지식에 기초하는 개선된 유지보수의 계획
액션: 동작 계획 (28d)
장비 용량 제한치들의 세부적인 지식에 따른 개선된 동작 계획
도 2 는 본 발명의 일 구현에 대한 하드웨어 인프라구조의 블록도를 도시하며, 톱사이드에서:
프로세스 엔지니어 워크플레이스 (12a),
제어기 (9),
그리드 (8d),
필터 (8b),
그 후, 해저 측 상에서:
통신 경로 (5), 광학 통신을 포함하는 긴 케이블 (4),
AD-컨버전 및 통신 인터페이스 (6),
모터, 부하 (2)
를 도시한다.
도 3 은 통신 인터페이스의 일 구현을 추가로 설명하는, 도 2 에 따른 유리한 실시형태의 블록도를 도시한다. 도 3 은 톱사이드 상에서,
(광학 트랜시버 (9a) 를 포함하는) 제어기 (9),
파장 컨버터 (9b),
광학 멀티플렉서/디멀티플렉서 (9c),
단일 모드 광 파이버 (5),
그리고 해저 측 상에서,
광학 멀티플렉서/디멀티플렉서 (6f),
파장 컨버터 (6e),
광학 트랜시버 (6d), AD 컨버전 유닛 (6c) 및 신호 컨디셔닝 유닛 (6a) 을 갖는 IO 모듈 (6),
전압 트랜스포머 (1b),
전류 트랜스포머 (1a)
를 도시한다.
도 4 는 도 2 의 유리한 실시형태에 따른 블록도를 도시하며, 톱사이드 상에서,
1. 제어기 통신 인터페이스
2. 이력 추세 (24a)
3. 장비 상태 (22, 15b) 에 기초한 알람들/이벤트들 (24b, 24c) 의 생성
4. 오퍼레이터 워크플레이스에서 상태/성능 정보의 디스플레이 (도 5, 15)
를 갖는 프로세스 제어 시스템 (12),
1. 장비/시스템 상태 (26, 15d) 및 성능 정보를 추출하기 위한 고속 데이터 조작,
2. 해저 통신 인터페이스 (9a)
3. 제어 네트워크 인터페이스 - 오퍼레이터 스테이션 (15)/히스토리언 (24a)/...
4. 상태 추정치들에 기초하여 제어 액션을 취하기 위한 전원 (8) 제어로의 제어 인터페이스
를 갖는 온쇼어 제어기 (9),
톱사이드 전원
(온쇼어/플랫폼)
1. 컨버터 전원 (8a)
2. 제어 회로 브레이커를 갖는 로컬 그리드 (8d) 로부터 직접 공급되는 것과 같은
제어 액션이 수행될 수 있는 임의의 타입의 AC 전원 (8d) 이 도시된다.
전원 제어는 온쇼어 제어기 (9) 에서 시스템 상태 평가 (26) 에 기초하여 조정될 수 있다.
해저 측 상에서, 다이어그램은
고속 통신 링크 (5) (광학,...)
AD 컨버전 및 통신 링크 인터페이스 (6, 6b)
적어도 하나의 긴 해저 케이블 (4) 및 통합된 광학 통신 (5), 적어도 하나의 해저 전기 소비자 (2), 및 옵션으로 다른 전기 장비들, 예컨대:
1. 온쇼어 스텝-업 트랜스포머 (8c)
2. 해저 스텝-다운 트랜스포머 (3)
3. 스위치 기어
를 포함하는 전기 분배 시스템 (7)
전기 센서
- 베이스로서 전압 (1b) 및/또는 전류 (1a).
- 다양한 배치들
- 복수의 배치 (및 센서들)
해저 부하 (2)
1. 단일 유도 모터 (IM)
2. 다중 유도 모터들
3. 다른 부하들
을 도시한다.
도 5 는 상태 변경들의 온라인 팔로 업을 위한 오퍼레이터 워크플레이스 (15) 의 도면을 도시하며,
장비 선택 (15a),
선택된 장비 상태 (15b),
선택된 장비에 대한 추세들 (15c),
선택된 장비에 대한 알람들 및 이벤트들 (15d) 을 갖는다.

Claims (28)

  1. 전력 전송용 시스템에 의해 공급된 적어도 하나의 해저 전기 머신 (2) 을 모니터링 하는 방법으로서,
    상기 전력 전송용 시스템은 전원 (8), 제어기 (9) 및 상기 적어도 하나의 해저 전기 머신 (2) 을 상기 전원과 접속시키는 AC 전력 라인 (4) 을 가지며,
    상기 방법은,
    상기 제어기에서, 상기 AC 전력 라인의 해저 측과 상기 적어도 하나의 해저 전기 머신 (2) 사이에 배치된 적어도 하나의 해저 센서 (1, 1a, 1b) 로부터 고속 데이터를 수신하는 단계로서, 상기 고속 데이터는 상기 적어도 하나의 해저 전기 머신에 대한 전기 파라미터의 측정치들을 포함하는, 상기 고속 데이터를 수신하는 단계; 및
    하나 이상의 상기 측정치들을 미리 결정된 값과 비교하는 단계 (22, 24b, 26) 를 포함하는, 적어도 하나의 해저 전기 머신 (2) 을 모니터링 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    해저 센서 (1, 1a, 1b) 로부터 측정된 데이터 (22, 24b) 를 검사하는 단계; 및
    모터 전력, 모터 토크, 모터 속도, 전압/전류 공간 벡터 속도로 이루어진 그룹으로부터 선택된 모터 파라미터의 추정치를 계산하는 단계를 더 포함하는, 적어도 하나의 해저 전기 머신 (2) 을 모니터링 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    해저 센서로부터 측정된 데이터를 검사하는 단계; 및
    다양한 주파수들의 고조파 콘텐츠, 전체 고조파 왜곡 (THD), 불평형성의 정도 (네거티브 또는 제로 시퀀스) 및 제곱 평균 제곱근 (rms) 로 이루어진 그룹으로부터 선택된 전력 품질 파라미터의 추정치 (24b, 24c, 26) 를 계산하는 단계를 더 포함하는, 적어도 하나의 해저 전기 머신 (2) 을 모니터링 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    해저 센서로부터 측정된 데이터를 검사하는 단계; 및
    측정된 전기 파라미터의 값에서의 변경이 미리 결정된 세트포인트를 초과할 경우, 이벤트 또는 알람 (24b, 24c, 15d) 을 생성하는 단계를 더 포함하는, 적어도 하나의 해저 전기 머신 (2) 을 모니터링 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    해저 센서로부터 측정된 데이터를 검사하는 단계; 및
    일정 기간에 걸쳐 측정된 전기 파라미터의 값에서의 변경이 미리 결정된 세트포인트 또는 미리 결정된 값을 초과할 경우, 이벤트 또는 알람 (24c, 15d) 을 생성하는 단계를 더 포함하는, 적어도 하나의 해저 전기 머신 (2) 을 모니터링 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    해저 센서로부터 측정된 데이터를 검사하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 해저 전기 머신에 대한 토크 또는 전력 값 (24c, 26, 28) 의 추정치를 생성하는 단계를 더 포함하는, 적어도 하나의 해저 전기 머신 (2) 을 모니터링 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    해저 센서로부터 측정된 데이터에서 유도된 상기 적어도 하나의 해저 전기 머신에 대한 토크 또는 전력의 추정치를, 전력 및/또는 토크에 대한 톱사이드 측정치 또는 전류 세트포인트 값과 비교하는 단계 (22, 24b) 를 더 포함하는, 적어도 하나의 해저 전기 머신 (2) 을 모니터링 하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 해저 전기 모터 (2) 에 대한 적어도 2 개의 전압 측정치들 및 2 개의 전류 측정치들에 기초하여 상기 적어도 하나의 해저 전기 모터에 대한 모터 파라미터를 추정하는 단계를 더 포함하는, 적어도 하나의 해저 전기 머신 (2) 을 모니터링 하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    톱사이드 전류 및 전압을 측정하는 단계;
    해저 센서 (20) 로부터 전류 및 전압을 측정하는 단계; 및
    2 개의 측정 위치들 사이의 특성 임피던스의 해저 측정치를 추정하는 단계를 더 포함하는, 적어도 하나의 해저 전기 머신 (2) 을 모니터링 하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    해저 센서로부터 측정된 데이터를 톱사이드 전력 데이터와 비교하는 단계 (22, 24b); 및
    측정된 상기 전기 파라미터의 값에서의 변경이 미리 결정된 세트포인트를 초과할 경우에, 이벤트 또는 알람 (24c, 15d) 을 생성하는 단계를 더 포함하는, 적어도 하나의 해저 전기 머신 (2) 을 모니터링 하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    해저 센서로부터 측정된 데이터를 톱사이드 전력 데이터와 비교하는 단계 (24b); 및
    측정된 상기 전기 파라미터의 값에서의 변경이 미리 결정된 세트포인트를 초과할 경우에, 하나 이상의 전기 부하들에 공급된 전력을 제어하기 위한 제어 액션 (24c) 을 생성하는 단계를 더 포함하는, 적어도 하나의 해저 전기 머신 (2) 을 모니터링 하는 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    해저 센서로부터 측정된 데이터를 비교하는 단계 (24b); 및
    측정된 상기 전기 파라미터의 값에서의 변경이 미리 결정된 세트포인트를 초과할 경우에, 유지보수 액션 (26, 28c) 을 위한 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는, 적어도 하나의 해저 전기 머신 (2) 을 모니터링 하는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    해저 센서로부터 측정된 데이터를 검사하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 해저 전기 머신의 상태를 추정하는 단계 (22, 24c, 26) 를 더 포함하는, 적어도 하나의 해저 전기 머신 (2) 을 모니터링 하는 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    고속 데이터 통신 링크 (5) 의 해저 측에 위치된 A/D 컨버전 유닛 (6, 6c) 에서 데이터의 전송 이전에 적어도 하나의 센서로부터 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 컨버팅하는 단계를 더 포함하는, 적어도 하나의 해저 전기 머신 (2) 을 모니터링 하는 방법.
  15. 적어도 하나의 해저 전기 머신 (2) 을 동작시키도록 배열된 전력 전송용 시스템으로서,
    전원 (8, 8a-8d);
    제어기 (9); 및
    상기 적어도 하나의 해저 전기 머신을 상기 전원과 접속시키는 AC 전력 라인 (4) 을 포함하며,
    상기 제어기는 상기 적어도 하나의 해저 전기 머신 (2) 에 대한 전기 파라미터를 측정하기 위해 상기 AC 전력 라인의 해저 측과 상기 적어도 하나의 해저 전기 머신 사이에 위치된 해저 센서 (1, 1a, 1b) 로부터 고속 데이터를 수신하고; 그리고
    상기 제어기는 적어도 하나의 측정치들을 미리 결정된 값과 비교하는 (22, 24b, 26), 적어도 하나의 해저 전기 머신 (2) 을 동작시키도록 배열된 전력 전송용 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어기 (9) 는 적어도 하나의 해저 센서 (1, 1a, 1b) 로부터의 고속 데이터 통신을 핸들링하기 위한 인터페이스 (9a) 를 포함하는, 적어도 하나의 해저 전기 머신 (2) 을 동작시키도록 배열된 전력 전송용 시스템.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 해저 센서 (1, 1a, 1b) 를 상기 제어기 (9) 와 접속하는 고속 데이터 전송 링크 (5) 를 더 포함하는, 적어도 하나의 해저 전기 머신 (2) 을 동작시키도록 배열된 전력 전송용 시스템.
  18. 제 15 항에 있어서,
    데이터의 전송 이전에 적어도 하나의 센서로부터 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 컨버팅하기 위해, 고속 데이터 통신 링크 (5) 의 해저 측에 위치된 A/D 컨버전 유닛 (6, 6c) 을 더 포함하는, 적어도 하나의 해저 전기 머신 (2) 을 동작시키도록 배열된 전력 전송용 시스템.
  19. 제 15 항에 있어서,
    전류 및/또는 전압 측정을 위한 트랜스포머 또는 적어도 하나의 통합된 센서를 포함하는 적어도 하나의 트랜스포머 (3, 8c) 를 더 포함하는, 적어도 하나의 해저 전기 머신 (2) 을 동작시키도록 배열된 전력 전송용 시스템.
  20. 제 15 항에 있어서,
    해저 트랜스포머 (3) 의 고전압 측에 위치된 전류 및 전압 측정을 위한 센서들을 더 포함하는, 적어도 하나의 해저 전기 머신 (2) 을 동작시키도록 배열된 전력 전송용 시스템.
  21. 제 15 항에 있어서,
    톱사이드 트랜스포머 (8c) 의 고전압 측에서 측정된 전류 및 전압 측정들을 위한 센서들을 더 포함하는, 적어도 하나의 해저 전기 머신 (2) 을 동작시키도록 배열된 전력 전송용 시스템.
  22. 제 15 항에 있어서,
    드라이브 내부의 전류 및 전압 측정들을 위한 센서들을 더 포함하는, 적어도 하나의 해저 전기 머신 (2) 을 동작시키도록 배열된 전력 전송용 시스템.
  23. 제 15 항에 있어서,
    복수의 해저 부하들에 대한 전류 및 전압 측정들을 위한 센서들을 더 포함하는, 적어도 하나의 해저 전기 머신 (2) 을 동작시키도록 배열된 전력 전송용 시스템.
  24. 제 15 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 해저 전기 머신은 상기 AC 전력 라인 (4) 에 의해 공급된 해저 전력 분배 시스템 (7) 에 접속되는, 적어도 하나의 해저 전기 머신 (2) 을 동작시키도록 배열된 전력 전송용 시스템.
  25. 제 15 항에 있어서,
    상기 AC 전력 라인의 톱사이드 상의 스텝-업 트랜스포머 (8c) 및 상기 AC 전력 라인과 상기 적어도 하나의 해저 전기 머신 (2) 사이에 위치된 스텝-다운 트랜스포머 (3) 를 더 포함하는, 적어도 하나의 해저 전기 머신 (2) 을 동작시키도록 배열된 전력 전송용 시스템.
  26. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어기 (9) 는 상기 전력 전송용 시스템의 감독을 위해 측정 데이터를 오퍼레이터 워크스테이션 (15) 에 제공하는, 적어도 하나의 해저 전기 머신 (2) 을 동작시키도록 배열된 전력 전송용 시스템.
  27. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어기는 이력 추세 (15c), 장비 상태에 기초한 알람들/이벤트들 (24c, 15d) 의 생성 및/또는 오퍼레이터 워크스페이스에서 상태/성능 정보의 디스플레이 (15a-15d) 를 위해 측정 데이터를 오퍼레이터 워크스테이션 (15) 에 제공하는, 적어도 하나의 해저 전기 머신 (2) 을 동작시키도록 배열된 전력 전송용 시스템.
  28. 제 15 항에 있어서,
    오프쇼어 (offshore) 광학 멀티플렉서/디멀티플렉서 (6f) 를 더 포함하는, 적어도 하나의 해저 전기 머신 (2) 을 동작시키도록 배열된 전력 전송용 시스템.
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