NO20141347A1

NO20141347A1 - Installations for supplying electrical power to subsea low voltage loads

Info

Publication number: NO20141347A1
Application number: NO20141347A
Authority: NO
Inventors: Gorm Sande; Svend Rocke; Xu Yuan
Original assignee: Vetco Gray Scandinavia As
Priority date: 2014-11-10
Filing date: 2014-11-10
Publication date: 2016-05-11
Also published as: WO2016075009A1; NO338399B1

Abstract

Et anlegg for å tilføre elektrisk kraft med lav spenning til et antall undersjøiske laster (19) som er distribuert over et undersjøisk felt som omfatter et antall brønner og/eller installasjoner som kan være plassert noen få meter eller opptil flere kilometer fra hverandre, og som omfatter minst én undersjøisk ring (14) med mellomspenning som går til og dekker minst en del av nevnte felt, og tilbake. Et antall trinn (15) er bygd opp i serie over utstrekningen av nevnte ring for å hente den mellomspenningen derfra, idet hvert trinn definerer en lavere spenning. Én eller flere omformere (16, 17) er koblet til hvert av de nevnte trinnene (15) for å omforme nevnte lavere spenning derfra og oppnå at en kraft med lav vekselspenning blir ført til en nevnte last (19) i nærheten av den respektive nevnte omformeren (16, 17).A low voltage electrical power plant for a plurality of subsea loads (19) distributed over a subsea field comprising a plurality of wells and / or installations which may be located a few meters or up to several kilometers apart, and which comprises at least one undersea ring (14) of intermediate voltage which extends to and covers at least a portion of said field, and back. A plurality of steps (15) are constructed in series over the extension of said ring to retrieve the intermediate voltage therefrom, each step defining a lower voltage. One or more inverters (16, 17) are coupled to each of said steps (15) to convert said lower voltage therefrom and to obtain a low AC power supply to said load (19) in the vicinity of said respective the inverter (16, 17).

Description

Anlegg for å levere elektrisk kraft til undersjøiske lavspenningslaster Installation to supply electrical power to submarine low-voltage loads

Teknisk område for oppfinnelsen Technical field of the invention

Foreliggende oppfinnelse vedrører et anlegg for å levere elektrisk kraft til et antall undersjøiske lavspenningslaster (<1000 V; >50 A) fordelt over et undersjøisk felt som omfatter et antall brønner og/eller installasjoner som kan være plassert fra noen meter til flere kilometer fra hverandre, der nevnte anlegg omfatter et arrangement som er konfigurert til å bli koblet til en kraftforsyningsinstallasjon for høy- eller mellomspenning og konfigurert til å forsyne nevnte laster med elektrisk kraft. The present invention relates to a facility for supplying electrical power to a number of underwater low-voltage loads (<1000 V; >50 A) distributed over an underwater field that includes a number of wells and/or installations that can be located from a few meters to several kilometers apart , wherein said facility comprises an arrangement configured to be connected to a high or medium voltage power supply installation and configured to supply said loads with electrical power.

Nevnte kraftforsyningsinstallasjon for høy- eller mellomspenning kan være av hvilken som helst tenkbar type passende til å levere kraft av høy- eller mellomspenning til et arrangement som det nevnte, og denne kraftforsyningsinstallasjonen kan for eksempel ha en transformator koblet til en undersjøisk kabel for høy-eller mellomspenning fra en kraftstasjon på land, eller fra en eksisterende plattform plassert til sjøs i et olje-og/eller gassfelt offshore. Said power supply installation for high or medium voltage may be of any conceivable type suitable for supplying power of high or medium voltage to an arrangement such as the aforementioned, and this power supply installation may for example have a transformer connected to a submarine cable for high or medium voltage from a power station on land, or from an existing platform located at sea in an offshore oil and/or gas field.

Som et eksempel kan nevnes at forbrukere av elektrisk kraft kan være ulike typer av undersjøiske elektromotorer, for eksempel til å drive skovlhjul i undersjøiske pumper. As an example, it can be mentioned that consumers of electrical power can be various types of underwater electric motors, for example to drive impellers in underwater pumps.

Bakgrunn for oppfinnelsen Background for the invention

Nylig utvikling på området undersjøisk prosessering, pumping, komprimering og styring kan i noen tilfeller kreve mange slike lavspenningslaster, geografisk spredt over nevnte undersjøiske olje- og/eller gassfelt. Anlegg av typen som er definert i innledningen møter problemer med å mate alle disse lavspenningslastene på grunn av de store strømstyrkene som krever tykke 1 avspennings kabler over lange avstander, kanskje flere kilometer, for å nå lastene som ligger spredt over nevnte undersjøiske felt. Dette setter en begrensning på avstandene innen feltet som det er mulig å dekke med slike kabler. Recent developments in the area of subsea processing, pumping, compression and control may in some cases require many such low-voltage loads, geographically spread over said subsea oil and/or gas fields. Plants of the type defined in the introduction face difficulties in feeding all these low voltage loads due to the large amperages that require thick 1 release cables over long distances, perhaps several kilometres, to reach the loads that are scattered over said subsea fields. This places a limitation on the distances within the field that it is possible to cover with such cables.

I tillegg har den seneste utviklingen av undersjøiske kraftforsyningssystemer vært fokusert på moduler med høy effekt og høy spenning, noe som stiller en mengde utfordringer på marinisering av de elektriske kompo-nentene . In addition, the latest development of submarine power supply systems has been focused on modules with high power and high voltage, which poses a number of challenges to the marinization of the electrical components.

Det pågår selvsagt forsøk på å forbedre anlegg av denne typen, ikke minst for å spare kostnader for konstruksjon og drift av disse. There are of course ongoing attempts to improve facilities of this type, not least to save costs for their construction and operation.

Sammenfatning av oppfinnelsen Summary of the Invention

Målet med foreliggende oppfinnelse er å skaffe et anlegg for å levere elektrisk kraft til et antall undersjøiske lavspenningslaster av den typen som er definert i innledningen og som vil være en forbedring på i det minste noen aspekt i forhold til kjente slike anlegg. The aim of the present invention is to provide a facility for supplying electrical power to a number of underwater low-voltage loads of the type defined in the introduction and which will be an improvement in at least some aspect in relation to known such facilities.

Dette målet blir i henhold til oppfinnelsen oppnådd ved å utstyre et slikt anlegg med de særtrekkene som er anført i karakteriseringsdelen av vedlagte patentkrav 1. According to the invention, this goal is achieved by equipping such a plant with the special features listed in the characterization part of the attached patent claim 1.

Ved å innrette en slik ring med mellomspenning som løper over i det minste en del av nevnte undersjøiske felt, vil strømmen gjennom ringen være begrenset til én enkelt lasts strøm, slik at en betydelig mindre kostbar kabel for mellomspenning kan brukes til å nå nevnte lavspenningslaster enn tilfellet er for radielle lavspenningskabler, som da også sammenlagt vil måtte ha en mye større lengde. Lavspenningskabler trengs bare på steder nær de aktuelle lastene, fra vedkommende sekundære omformer. Oppfinnelse fremskaffer således et fullt marinisert undersjøisk ringsystem med lav effekt og mellomspenning plassert for undersjøisk distribusjon innen feltet til multiple lavspenningslaster som er fordelt over et undersjøisk felt. Mariniseringen av et slikt undersjøisk ringsystem forventes å være meget enklere enn ved systemer til bruk ved overføring av høy effekt. By arranging such a medium voltage ring that runs across at least part of said subsea field, the current through the ring will be limited to a single load's current, so that a significantly less expensive medium voltage cable can be used to reach said low voltage loads than this is the case for radial low-voltage cables, which will then also have to have a much greater length overall. Low-voltage cables are only needed in locations close to the relevant loads, from the relevant secondary converter. The invention thus provides a fully marinized subsea ring system with low power and intermediate voltage located for subsea distribution within the field of multiple low voltage loads distributed over a subsea field. The marinization of such a submarine ring system is expected to be much simpler than with systems for use when transmitting high power.

Et rimelig antall av nevnte trinn kan bygges opp og fordeles i samsvar med behovet for avstander innen feltet og laster i et bestemt undersjøisk felt. A reasonable number of said steps can be built up and distributed in accordance with the need for distances within the field and loads in a particular subsea field.

Betegnelsen «Lavere spenning» brukes om den spenningen som er definert av hvert trinn i nevnte ring, og kan også omfatte en spenning som er høyere enn lavspenningen som er driftsspenningen for en last som nevnt, men fortsatt betydelig lavere enn nevnte mellomspenning som blir delt av alle de nevnte trinnene. Det er altså innenfor foreliggende oppfinnelse å ha nevnte sekundære omformere koblet til et trinn som nevnt, for å konvertere en lavere spenning som nevnt, til en lav vekselspenning som nevnt, som er enda lavere. The term "Lower voltage" is used for the voltage defined by each step in said ring, and may also include a voltage that is higher than the low voltage which is the operating voltage for a load as mentioned, but still significantly lower than said intermediate voltage which is divided by all the mentioned steps. It is thus within the present invention to have said secondary converters connected to a stage as mentioned, in order to convert a lower voltage as mentioned, to a low alternating voltage as mentioned, which is even lower.

I henhold til en utførelse av oppfinnelsen omfatter nevnte arrangement videre en primær omformer konfigurert til å levere nevnte mellomspenning på utgangen av denne og å ha starten og slutten på nevnte ring koblet til denne utgangen. Denne primære omformeren vil så sikre at en veldefinert mellomspenning kan bli levert til nevnte ring, som er fremstilt av en kabel med rimelig størrelse. According to an embodiment of the invention, said arrangement further comprises a primary converter configured to deliver said intermediate voltage at the output thereof and to have the start and end of said ring connected to this output. This primary converter will then ensure that a well-defined intermediate voltage can be supplied to said ring, which is produced by a reasonably sized cable.

I henhold til en annen utførelse av oppfinnelsen er nevnte primære omformer konfigurert til å levere en mellom-likespenning på utgangen, idet nevnte trinn på nevnte ring er likespenningstrinn, og nevnte én eller flere sekundære omformere som er koblet til hvert av nevnte trinn omfatter én eller flere vekselretter som hver er konfigurert til på utgangen å levere effekt med lav vekselspenning og høy strøm. Nevnte likespenningstrinn som er distribuert over utstrekningen av nevnte likestrømsring, har typisk en plassering som er tilpasset en plassering av nevnte lavspenning, og antallet av nevnte vekselrettere kan være fleksibelt valgt basert på prosessbehovet, dvs. antallet av nevnte undersjøiske lavspenningslaster som er plassert i nærheten av likespenningstrinnet. According to another embodiment of the invention, said primary converter is configured to deliver an intermediate DC voltage at the output, said stages on said ring being DC voltage stages, and said one or more secondary converters which are connected to each of said stages comprise one or multiple inverters, each configured to deliver power with low AC voltage and high current at the output. Said DC voltage stages which are distributed over the extent of said DC ring typically have a location adapted to a location of said low voltage, and the number of said inverters can be flexibly selected based on the process need, i.e. the number of said subsea low voltage loads which are located in the vicinity of the DC voltage stage.

I henhold til en annen utførelse av oppfinnelsen omfatter nevnte primære omformer en likeretter som er konfigurert til å motta en mellomvekselspenning på inngangen, hvilket betyr at en kraftforsyningsinstallasjon med nevnte høyspenning eller mellomspenning kan bruke en undersjøisk hovedkabel koblet til en landbasert stasjon for vekselstrømforsyning, dersom dette er ønsket. According to another embodiment of the invention, said primary converter comprises a rectifier which is configured to receive an intermediate alternating voltage at the input, which means that a power supply installation with said high voltage or intermediate voltage can use a submarine main cable connected to a land-based station for alternating current supply, if this is desired.

I henhold til en annen utførelse av oppfinnelsen er nevnte primære omformer konfigurert til å levere en mellomvekselspenning på utgangen, og nevnte ring er en ring med mellomvekselspenning med et antall vekselspenningstrinn bygd opp i serie over utstrekningen av nevnte ring. Nevnte primære omformer kan så i en annen utførelse av oppfinnelsen være en vekselstrøm/vekselstrøm-omformer. According to another embodiment of the invention, said primary converter is configured to deliver an intermediate alternating voltage at the output, and said ring is a ring with intermediate alternating voltage with a number of alternating voltage stages built up in series over the extent of said ring. Said primary converter can then, in another embodiment of the invention, be an alternating current/alternating current converter.

I henhold til en annen utførelse av oppfinnelsen gjelder tilfellet med en vekselstrømsring med mellomspenning der hvert vekselstrømstrinn omfatter en nevnt sekundær omformer som omfatter en likerettermodul og en eller flere vekselrettere som er koblet til utgangen på nevnte modul og som hver er konfigurert til å levere nevnte kraft med lav vekselspenning som skal mates til en nevnte last. According to another embodiment of the invention, the case of an alternating current ring with intermediate voltage applies where each alternating current stage comprises a mentioned secondary converter comprising a rectifier module and one or more inverters which are connected to the output of said module and each of which is configured to supply said power with low alternating voltage to be fed to a mentioned load.

I henhold til en annen utførelse av oppfinnelsen har minst noen av nevnte trinn i nevnte ring en slik sekundær omformer som omfatter flere vekselrettere koblet i parallell og som hver mottar den samme lave likespen-ningen, og disse vekselretterne er knyttet til en styreenhet for individuell styring med hensyn til frekvens og/eller størrelse av leverte lave vekselspenning. Dette betyr at hvert trinn i ringen kan motta en spenning som er så lav som nevnte lavspenning, som skal leveres til nevnte laster, og et antall slike laster kan fortsatt bli matet uavhengig av hverandre fra nevnte trinn. Denne utførelsen er foretrukket dersom det er ønsket å ha mange slike trinn som er fordelt utover lengden av nevnte ring og dekker et slikt undersjøisk felt. According to another embodiment of the invention, at least some of said stages in said ring have such a secondary converter which comprises several inverters connected in parallel and each of which receives the same low direct voltage, and these inverters are connected to a control unit for individual control with regard to frequency and/or magnitude of supplied low alternating voltage. This means that each stage in the ring can receive a voltage as low as said low voltage, to be delivered to said loads, and a number of such loads can still be fed independently of each other from said stage. This design is preferred if it is desired to have many such steps which are distributed over the length of said ring and cover such an underwater field.

I henhold til en annen utførelse av oppfinnelsen er i det minste noen av nevnte trinn i nevnte ring koblet til en slik sekundær omformer som omfatter flere vekselrettere koblet i serie over nevnte tilførte lave likespenning, og disse vekselretterne er tilknyttet en styreenhet for individuell styring av spenningen med hensyn til frekvens og/eller størrelse, av en lav vekselspenning levert fra hver vekselretter. Denne utførelsen passer i det tilfellet der antallet trinn som kreves til nevnte ring er lavere, slik at nevnte lavere spenning forbrukt av et slikt trinn er høyere enn nevnte lave driftsspenning til en slik last, fordi seriekoblingen av nevnte vekselrettere da på tross av dette kan sørge for forsyning av en ønsket lavspenning til den individuelle nevnte lasten. According to another embodiment of the invention, at least some of said stages in said ring are connected to such a secondary converter which comprises several inverters connected in series across said supplied low direct voltage, and these inverters are connected to a control unit for individual control of the voltage with respect to frequency and/or magnitude, of a low AC voltage supplied from each inverter. This design is suitable in the case where the number of stages required for said ring is lower, so that said lower voltage consumed by such a stage is higher than said low operating voltage of such a load, because the series connection of said inverters can then, despite this, ensure for supplying a desired low voltage to the individual said load.

I henhold til en annen utførelse av oppfinnelsen omfatter nevnte arrangement et flertall nevnte primære omformere med en ring for mellomspenning som nevnt, koblet til hver slik primær omformer slik at et stort antall undersjøiske lavspenningslaster som kan være geografisk fordelt over et undersjøisk felt, ved innretning av flere slike ringer, kan nås effektivt fra nevnte ringer ved hjelp av korte kabler med lav vekselspenning på kort avstand fra en plassering i umiddelbar nærhet av vedkommende last. According to another embodiment of the invention, said arrangement comprises a plurality of said primary converters with a ring for intermediate voltage as mentioned, connected to each such primary converter so that a large number of subsea low-voltage loads which may be geographically distributed over a subsea field, by arrangement of several such rings, can be reached effectively from said rings by means of short cables with low alternating voltage at a short distance from a location in the immediate vicinity of the cargo in question.

I henhold til en annen utførelse av oppfinnelsen omfatter anlegget en undersjøisk hovedtransformator konfigurert for tilkobling til en undersjøisk vekselstrøms hovedkraftkabel for å omforme høyspenningen i nevnte kabel til en mellomvekselspenning, samt et undersjøisk bryterutstyr for mellomspenning koblet til nevnte transformator og til nevnte arrangement. En undersjøisk transformator kan så forbinde nevnte bryterutstyr til en nevnte undersjøisk primær omformer og bli konfigurert til å levere en mellomvekselspenning til en nevnte primær omformer. According to another embodiment of the invention, the facility comprises an underwater main transformer configured for connection to an underwater alternating current main power cable to transform the high voltage in said cable into an intermediate alternating voltage, as well as an underwater switching device for intermediate voltage connected to said transformer and to said arrangement. A subsea transformer may then connect said switchgear to said subsea primary converter and be configured to supply an intermediate AC voltage to said primary converter.

I henhold til en annen utførelse av oppfinnelsen har nevnte undersjøiske transformator minst tre viklinger i form av en primærvikling koblet til nevnte bryterutstyr og en sekundærvikling samt en ytterligere vikling for å levere mellomvekselspenning med en fase forskyvning i forhold til en mellomvekselspenning levert av nevnte sekundærvikling som er koblet til inngangen på nevnte primære omformer. En slik transformator kan være en likerettertransformator med tre viklinger, nevnte faseforskyvning er 30 °C, og nevnte primære omformer er konfigurert til å utføre en 12-puls-likeretting av en mellomvekselspenning tilført fra nevnte likerettertransformator. Dette fører til generering av mindre harmonisk forvrengning som følge av likeretting av nevnte mellomvekselspenning enn tilfellet ville være med en 6-puls-likeretting, slik at forstyrrelser i nevnte anlegg samt størrelse og kostnad for harmoniske filter kan reduseres. According to another embodiment of the invention, said submarine transformer has at least three windings in the form of a primary winding connected to said switching equipment and a secondary winding as well as a further winding to deliver intermediate alternating voltage with a phase shift in relation to an intermediate alternating voltage supplied by said secondary winding which is connected to the input of said primary converter. Such a transformer can be a rectifier transformer with three windings, said phase shift is 30 °C, and said primary converter is configured to perform a 12-pulse rectification of an intermediate alternating voltage supplied from said rectifier transformer. This leads to the generation of less harmonic distortion as a result of rectification of said intermediate voltage than would be the case with a 6-pulse rectification, so that disturbances in said plant as well as the size and cost of harmonic filters can be reduced.

I henhold til en annen utførelse av oppfinnelsen er hver nevnte primære omformer koblet til nevnte undersjøiske bryterutstyr for mellomspenning via en slik separat undersjøisk transformator. According to another embodiment of the invention, each said primary converter is connected to said subsea switching equipment for intermediate voltage via such a separate subsea transformer.

Endelig er nevnte arrangement i henhold til en annen utførelse av oppfinnelsen konfigurert for tilkobling til en høy- eller mellom-likespenning fra en kraftstasjon på overflaten koblet direkte til inngangen på nevnte primære omformer, noe som utgjør en ytterligere mulighet for å utforme en nevnte kraftforsyningsinstallasjon for en høy-eller mellomspenning som er koblet til nevnte arrangement i anlegget. Finally, according to another embodiment of the invention, said arrangement is configured for connection to a high or medium direct voltage from a power station on the surface connected directly to the input of said primary converter, which constitutes a further possibility to design said power supply installation for a high or medium voltage which is connected to the aforementioned arrangement in the facility.

Andre fordelaktige særtrekk samt fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil fremgå av beskrivelsen som følger nedenfor. Other advantageous features and advantages of the present invention will be apparent from the description that follows.

Kort beskrivelse av tegningsfigurene Brief description of the drawing figures

Med henvisning til de vedlagte tegnings figurene følger nedenfor en spesifikk beskrivelse av utførelser av oppfinnelsen, gjengitt som eksempler. With reference to the attached drawings, below follows a specific description of embodiments of the invention, reproduced as examples.

Tegningene viser som følger: The drawings show as follows:

Figur 1 er en svært forenklet skisse som skjematisk viser et anlegg for tilførsel av elektrisk kraft til et flertall undersjøiske lavspenningslaster i henhold til en første utførelse av oppfinnelsen. Figur 2 er en skisse tilsvarende figur 1 av et anlegg i henhold til en andre utførelse av oppfinnelsen litt modifisert i forhold til anlegget vist på figur 1, og Figur 3 er en skisse tilsvarende figur 1 og 2 av et anlegg i henhold til en tredje utførelse av oppfinnelsen. Figure 1 is a very simplified sketch schematically showing a plant for supplying electrical power to a plurality of underwater low-voltage loads according to a first embodiment of the invention. Figure 2 is a sketch corresponding to Figure 1 of a plant according to a second embodiment of the invention slightly modified in relation to the plant shown in Figure 1, and Figure 3 is a sketch corresponding to Figures 1 and 2 of a plant according to a third embodiment of the invention.

Detaljert beskrivelse av utførelser av oppfinnelsen Detailed description of embodiments of the invention

Figur 1 illustrerer et anlegg i henhold til en første utførelse av oppfinnelsen for tilførsel av elektrisk kraft til et flertall undersjøiske lavspenningslaster geografisk fordelt over et undersjøisk felt som omfatter et antall brønner og/eller installasjoner som typisk kan være plassert fra noen meter til flere kilometer fra hverandre, og dette anlegget omfatter en undersjøisk Figure 1 illustrates a facility according to a first embodiment of the invention for the supply of electrical power to a plurality of underwater low-voltage loads geographically distributed over an underwater field comprising a number of wells and/or installations which can typically be located from a few meters to several kilometers from each other, and this facility includes a submarine

hovedtransformator 1 konfigurert til å bli koblet til en undersjøisk hovedkabel 2 som leverer høyspent vekselstrøm med fast frekvens, slik som 16 2/3, 50 eller 60 Hz, til transformatoren 1 fra en landbasert kraftstasjon eller fra en eksisterende plattform plassert til sjøs i et olje- main transformer 1 configured to be connected to an undersea main cable 2 which supplies high-voltage alternating current with a fixed frequency, such as 16 2/3, 50 or 60 Hz, to the transformer 1 from a land-based power station or from an existing platform located at sea in an oil -

og/eller gassfelt offshore. Transformator 1 er konfigurert til å transformere høyspenningen på nevnte kabel 2 til en mellomvekselspenning og levere denne til et undersjøisk bryterutstyr 3 for mellomspenning som har et flertall strømbrytere 4-6 som hver forbinder bryterutstyret med en undersjøisk likerettertransformator 7, 8, der for å forenkle illustrasjonen av anlegget bare to av disse er vist på denne figuren. and/or offshore gas fields. Transformer 1 is configured to transform the high voltage on said cable 2 into an intermediate alternating voltage and supply this to a subsea switchgear 3 for intermediate voltage which has a plurality of circuit breakers 4-6 each of which connects the switchgear to a subsea rectifier transformer 7, 8, where to simplify the illustration of the plant only two of these are shown in this figure.

Hver undersjøisk likerettertransformator er en transformator med tre viklinger, med en primærvikling 9 koblet til bryterutstyret 3, en sekundærvikling 10 og en ytterligere vikling 11 koblet til inngangen på en primær omformer 12 for å levere mellomvekselspenninger med en faseforskyvnmg pa 30 . Den primære omformeren 12 er en likeretter som er konfigurert til å utføre en 12-puls likeretting av den mellomvekselspenningen den får tilført fra likerettertransformatoren, for å levere en mellomlikespenning på utgangen 13. En likestrømsring 14 for mellomspenning som er plassert for å dekke betraktelige avstander innen feltet i nevnte undersjøiske felt, er koblet til utgangen 13 på den primære omformeren 12 og strekker seg derfra over minst en del av nevnte undersjøiske felt og tilbake til den primære omformeren. Et flertall likestrømstrinn 15 er innrettet i serie over utstrekningen av ringen 14 for sammen å passe til den mellomlikespenningen i denne ringen, og hvert likestrømstrinn som definerer en lavere spenning. Nevnte likespenningstrinn 15 er definert av en likestrøm/likestrøm-omformer 16 som leverer en lav likespenning til et flertall vekselrettere 17 som er koblet i parallell med hverandre slik at hver mottar samme lave likespenning på utgangen av omformeren 16. En styreenhet 18 er tilknyttet vekselretterne 17 for individuell styring av disse vekselretterne, slik som frekvens og/eller størrelse av den lave vekselspenningen som blir levert av hver slik vekselretter til laster 19, slik som motorer som driver skovlhjul i undersjøiske pumper, der frekvensen av denne spenningen for eksempel kan variere fra 0 til 600 Hz. Each submarine rectifier transformer is a three-winding transformer, with a primary winding 9 connected to the switchgear 3, a secondary winding 10 and a further winding 11 connected to the input of a primary converter 12 to supply intermediate alternating voltages with a phase shift of 30 . The primary converter 12 is a rectifier configured to perform a 12-pulse rectification of the AC voltage supplied to it from the rectifier transformer to provide an AC voltage at the output 13. An AC DC ring 14 positioned to cover considerable distances within the field in said submarine field, is connected to the output 13 of the primary converter 12 and extends from there over at least part of said submarine field and back to the primary converter. A plurality of direct current stages 15 are arranged in series over the extent of the ring 14 to together match the intermediate direct current voltage in this ring, each direct current stage defining a lower voltage. Said DC voltage stage 15 is defined by a DC/DC converter 16 which delivers a low DC voltage to a plurality of inverters 17 which are connected in parallel with each other so that each receives the same low DC voltage at the output of the converter 16. A control unit 18 is connected to the inverters 17 for individual control of these inverters, such as the frequency and/or magnitude of the low alternating voltage that is supplied by each such inverter to loads 19, such as motors that drive paddle wheels in subsea pumps, where the frequency of this voltage can vary, for example, from 0 to 600 Hz.

Anlegget i henhold til oppfinnelsen kan ha et antall slike likestrømsringer 14 med mellomspenning innrettet for lokal levering til undersjøiske laster av en lavspenning via likespenningstrinnene som er plassert nær ved nevnte laster. Figur 2 illustrerer et anlegg i henhold til en andre utførelse av oppfinnelsen, som skiller seg fra den som er vist på figur 1 kun ved at hvert av likespenningstrinnene 20 i denne utførelsen vil bruke en spenning på et høyere nivå enn nevnte lavspenning for levering til nevnte laster, og derfor er vekselretterne 17, som er koblet til utgangen på likestrøm/likestrøm-omformeren 16 i likespenningstrinnet 20, koblet i serie over utgangen på denne omformeren slik at hver omformer nytter en andel av 1ikespenningen som blir levert på utgangen av omformeren og så på sin utgang leverer en passende lav vekselspenning til den respektive nevnte last 19. Figur 3 illustrerer et anlegg i henhold til en tredje utførelse av oppfinnelsen og har en undersjøisk hovedtransformator 31 koblet til en undersjøisk hovedkraftforsyningskabel 32 for høyspent vekselstrøm og til et undersjøisk bryterutstyr 33 for mellomspenning med et flertall strømbrytere 34-36 forbundet med en undersjøisk treviklings-transformator 37 som har en utgang koblet til inngangen på en primær omformer i form av en vekselstrøm/vekselstrøm-omformer 38 som er konfigurert til å levere en mellomvekselspenning på utgangen 39. En undersjøisk ring 40 med mellomvekselspenning er koblet til utgangen på omformeren 38 og løper til og over i det minste en del av et nevnte undersjøisk felt og tilbake. Et flertall vekselstrømstrinn 41 er bygd opp i serie over utstrekningen av ringen 40 for sammen å forbruke den mellomspenningen derfra slik at hvert trinn definerer en lav vekselspenning. Hvert vekselstrømstrinn 41 omfatter en likerettermodul 42 i form av en likeretter som er konfigurert til å levere lavere likespenning på utgangen. Et antall vekselrettere 43 er koblet i serie over utgangen fra likeretteren 42 på tilvarende måte som utførelsen vist på figur 2, slik at de hver, ved hjelp av en styreenhet 44 leverer en lav vekselspenning med en frekvens og/eller størrelse som er uavhengig av frekvens og/eller størrelse av den lave vekselspenningen levert av de andre vekselretterne for å forsyne en undersjøisk lavspenningslast 45 med kraft. The plant according to the invention can have a number of such direct current rings 14 with intermediate voltage arranged for local delivery to underwater loads of a low voltage via the direct voltage steps which are placed close to said loads. Figure 2 illustrates a plant according to a second embodiment of the invention, which differs from that shown in Figure 1 only in that each of the direct voltage stages 20 in this embodiment will use a voltage at a higher level than said low voltage for delivery to said loads, and therefore the inverters 17, which are connected to the output of the DC/DC converter 16 in the DC voltage stage 20, are connected in series across the output of this converter so that each converter uses a proportion of the DC voltage which is delivered at the output of the converter and so at its output supplies a suitable low alternating voltage to the respective mentioned load 19. Figure 3 illustrates a plant according to a third embodiment of the invention and has a submarine main transformer 31 connected to a submarine main power supply cable 32 for high voltage alternating current and to a submarine switchgear 33 for medium voltage with a plurality of circuit breakers 34-36 connected to an underwater three-winding transformer 37 which has an output connected to the input of a primary converter in the form of an AC/AC converter 38 which is configured to supply an intermediate alternating voltage at the output 39. A submarine ring 40 with intermediate alternating voltage is connected to the output of the converter 38 and runs to and across at least part of said subsea field and back. A plurality of alternating current stages 41 are built up in series over the extent of the ring 40 to together consume the intermediate voltage therefrom so that each stage defines a low alternating voltage. Each alternating current stage 41 comprises a rectifier module 42 in the form of a rectifier which is configured to deliver a lower direct voltage at the output. A number of inverters 43 are connected in series across the output of the rectifier 42 in the same way as the embodiment shown in figure 2, so that each of them, with the help of a control unit 44, delivers a low alternating voltage with a frequency and/or magnitude that is independent of frequency and/or magnitude of the low AC voltage supplied by the other inverters to supply a subsea low voltage load 45 with power.

Lavspenning er her en spenning typisk mindre enn 1000 V, mellomspenning er typisk 1000 V - 36 kV og høy spenning typisk >36 kV. Strøm er her typisk større enn 10 A. Low voltage is here a voltage typically less than 1000 V, medium voltage is typically 1000 V - 36 kV and high voltage typically >36 kV. Current here is typically greater than 10 A.

Oppfinnelsen er selvsagt ikke på noen måte begrenset til de utførelsene som er beskrevet ovenfor, idet mange mulige modifikasjoner trolig vil være åpenbare for en fagperson, uten at de avviker fra omfanget av oppfinnelsen som definert i de vedlagte patentkravene. The invention is of course not limited in any way to the embodiments described above, as many possible modifications will probably be obvious to a person skilled in the art, without deviating from the scope of the invention as defined in the attached patent claims.

I det tilfellet der det brukes et likestrømssystem med høyspenning (High Voltage Direct Current - HVDC) til å forsyne nevnte laster, kan dette systemet via en kabel være direkte koblet til en primær omformer som har utgangen koblet til en nevnte undersjøisk ring med mellomspenning. In the case where a direct current system with high voltage (High Voltage Direct Current - HVDC) is used to supply said loads, this system can be directly connected via a cable to a primary converter whose output is connected to said submarine ring with medium voltage.

Som nevnt ovenfor trenger ikke ovenfor nevnte installasjoner eller grupper å være plassert med innbyrdes avstand på flere kilometer, men kunne være så nær hverandre som om lag noen meter fra hverandre. Laster innenfor et nevnte trinn av en nevnte ring kan typisk ha en avstand på noen cm til et titalls meter til slike nabolaster. As mentioned above, the aforementioned installations or groups do not need to be located several kilometers apart, but could be as close to each other as approximately a few meters apart. Loads within a mentioned step of a mentioned ring can typically have a distance of a few cm to tens of meters to such neighboring loads.

Det presiseres også at selv om lav vekselspenning er definert ovenfor som typisk <1000 V, kan vekselspenningen for noen tilfeller av undersjøiske laster være >1000 V, og isolasjonsklasse kan f.eks. være 7,2 kV eller 12 kV. It is also specified that although low alternating voltage is defined above as typically <1000 V, the alternating voltage for some cases of underwater loads may be >1000 V, and the insulation class may e.g. be 7.2 kV or 12 kV.

Claims

1. Installation for supplying electric power to a plurality of subsea low-voltage loads (<1000 V, >10 A) (19, 45) distributed over an undersea field comprising a plurality of wells and/or installations, the said installation comprising: - a device which is configured to be connected to a power supply installation for high or medium voltage and configured to supply said loads with electric power, characterized in that said device comprises: - at least one submarine ring (14, 40) for medium voltage which reaches out to and over at least part of said field and back, - a number of stages (15, 20, 41) built up in series over the extent of said ring to together receive the intermediate voltage therefrom, each stage defining a lower voltage, and - one or more secondary converters (16, 17, 42, 43) connected to each of said stages (15, 20, 42) and configured to convert said lower voltage therefrom to obtain a low alternating voltage to supply to a te load (19, 45) in the vicinity of the respective mentioned converter.

2. Installation according to claim 1, characterized in that said device further comprises a primary converter (12, 38) configured to deliver said medium voltage at the output and have the start and end of said ring (14, 40) connected to this output.

3. Plant according to claim 2, characterized in that said primary converter (12) is configured to deliver an intermediate DC voltage at the output, that said stages (15, 20) in said ring (14) are DC voltage stages, and that said one or more secondary converters (16, 17) connected to each stage comprise one or more inverters (17) each configured to supply power with said low alternating voltage at the output.

4. Plant according to claim 3, characterized in that said primary converter comprises a rectifier (12) configured to receive an intermediate alternating voltage at the input.

5. Plant according to claim 2, characterized in that said primary converter (38) is configured to deliver an intermediate alternating voltage at the output, and that said ring (40) is a ring for intermediate alternating voltage with a plurality of alternating current stages (41) built up in series over the extent of said ring.

6. Plant according to claim 5, characterized in that said primary converter (38) is a converter for alternating current to alternating current.

7. Installation according to claim 5 or 6, characterized in that each alternating current stage (41) comprises a mentioned secondary converter comprising a rectifier module (42) and one or more inverters (43) connected to the output of said module, where each inverter is configured to supply power with said low alternating voltage for supply to a said load (45).

8. Plant according to any of the preceding claims, characterized in that at least some of said stages (15) in said ring (14) have a said secondary converter comprising a number of inverters (17) connected in parallel so that each receives the same low direct voltage, and that these inverters are associated with a control unit (18) for individual control in terms of frequency and/or magnitude of the low alternating voltage they supply.

9. Plant according to any one of claims 1-7, characterized in that at least some of said stages (20, 41) in said ring (14, 40) have a said secondary converter connected which comprises a number of inverters (17 , 43) connected in series across a supplied mentioned lower direct voltage, and that these inverters are associated with a control unit (18, 44) for individual control in terms of frequency and/or magnitude of a low alternating voltage supplied by each inverter (17, 43) .

10. Installation according to claim 2, characterized in that said arrangement comprises a number of said primary converters (12, 38) with a said ring (14, 40) with intermediate voltage connected to each such primary converter.

11. Installation according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a submarine main transformer (1, 31) configured for connection to a submarine main power supply cable (2, 32) for high voltage alternating current to transform the high voltage in said cable to a intermediate alternating voltage, and that an underwater switching device (3, 33) for intermediate voltage is connected to said transformer and to said device.

12. Installation according to claims 2 and 11, characterized in that it comprises an underwater transformer (7, 37) which connects said switchgear (3, 33) with said underwater primary converter (12, 38) and which is configured to deliver a intermediate AC voltage to said primary converter.

13. Installation according to claim 12, characterized in that said submarine transformer (7, 37) has at least three windings (9-11) in the form of a primary winding (9) connected to said switchgear (3, 33) and a secondary winding ( 10) as well as a further winding (11) to supply intermediate alternating voltage with a phase shift in relation to an intermediate alternating voltage which is supplied by said secondary winding which is connected to the input of said primary converter (12, 38).

14. Installation according to claims 3 and 13, characterized in that said transformer (7, 37) is a rectifier transformer having three windings (9-11), that said phase shift is 30°, and that said primary converter (12 , 38) is configured to perform a 12-pulse rectification of an intermediate alternating voltage which is supplied from said rectifier transformer (7).

15. Plant according to claims 10 and 12, characterized in that each said primary converter (12, 38) is connected to said underwater switchgear (3, 33) for intermediate voltage via a separately mentioned underwater transformer (7, 37).

16. Installation according to claim 2 and any one of claims 3, 5 and 7-10, characterized in that said device is configured to be connected to a high or medium DC voltage from a power station on the surface which is connected directly to the input of said primary converter (12, 38) .