NO326936B1

NO326936B1 - Underwater uninterruptible power supply system

Info

Publication number: NO326936B1
Application number: NO20055353A
Authority: NO
Inventors: Bernt Bjerkreim; Asbjorn Eriksen; Karl Olav Haram; Geir Aalvik
Original assignee: Norsk Hydro Produksjon As
Priority date: 2005-11-11
Filing date: 2005-11-11
Publication date: 2009-03-16
Also published as: NO20055353L; NO20055353D0; WO2007055587A1

Abstract

Et avbruddsikkert kraftforsyningssystem (UPS) for undervannsbruk er beskrevet. UPS-systemet omfatter et energilager, en kraftinngang, en kraftutgang og et kraftinngangsomformingssystem for å lade energilageret. UPS-systemet omfatter videre et kraftutgangsomformingssystem for å mate kraftutgangen. Enda videre omfatter UPS-systemet minst ett kontrollsystem CTRL og et kjølesystem. Kontrollsystemet er utstyrt med en reservert kommunikasjonskanal for eksplisitt å styre driften av UPS-systemet.An uninterruptible power supply system (UPS) for underwater use is described. The UPS system comprises an energy storage, a power input, a power output and a power input conversion system for charging the energy storage. The UPS system further comprises a power output conversion system to feed the power output. Furthermore, the UPS system comprises at least one control system CTRL and a cooling system. The control system is equipped with a reserved communication channel to explicitly control the operation of the UPS system.

Description

1 1

Oppfinnelsens område Field of the invention

Foreliggende oppfinnelse vedrører offshore installasjoner. Spesifikt ved-rører den en lokal avbruddsikker kraftforsyning for undervannsinstallasjoner. The present invention relates to offshore installations. Specifically, it concerns a local uninterruptible power supply for underwater installations.

Bakgrunn for oppfinnelsen Background for the invention

Offshore olje- og/eller gassfelter kan bli utviklet med havbunnsinstallasjoner (eller undervannsinstallasjoner) som er koblet til en terminal på land eller en utplassert plattform, også referert til generelt som "overflaten". Havbunns-installasjonen omfatter én eller flere produksjonsrammer der hver ramme produserer brønnfluid gjennom samlestokker som er koblet til én eller flere rør-ledninger. Rørledningene transporterer brønnfluid til en terminal på land eller en utplassert plattform (et mottaksanlegg) for viderebehandling. Behandlet gass og kondensat blir eksportert til markedet. Én eller flere kontrollkabler for strøm, styring og hjelpeforsyninger er lagt ut fra mottaksanlegget til undervannsinstallasjonene. Offshore oil and/or gas fields can be developed with subsea installations (or subsea installations) that are connected to an onshore terminal or a deployed platform, also referred to generally as "the surface". The subsea installation comprises one or more production frames where each frame produces well fluid through manifolds which are connected to one or more pipelines. The pipelines transport well fluid to an onshore terminal or a deployed platform (a receiving facility) for further processing. Treated gas and condensate are exported to the market. One or more control cables for power, control and auxiliary supplies are laid from the receiving facility to the underwater installations.

I den innledende produksjonsfasen kan brønnfluid strømme til mottaksanlegget ved hjelp av reservoartrykket. Senere i produksjonsfasen, eller ved produksjonsstad, er det nødvendig å øke trykket i brønnfluidet for å opprettholde produksjonsnivået og utvinne de forventede gass- og kondensatvolumene. Den tradisjonelle anordningen for å øke trykket i brønnfluid er en offshore boosterplattform. Imidlertid kan et undervanns kompressorsystem anvendes som et alternativ til eller i kombinasjon med plattformløsningen. In the initial production phase, well fluid can flow to the receiving facility using the reservoir pressure. Later in the production phase, or at the production site, it is necessary to increase the pressure in the well fluid in order to maintain the production level and extract the expected gas and condensate volumes. The traditional device for increasing the pressure in well fluid is an offshore booster platform. However, an underwater compressor system can be used as an alternative to or in combination with the platform solution.

Et undervanns kompressorsystem har et antall fordeler sammenliknet med en boosterplattform. A subsea compressor system has a number of advantages compared to a booster platform.

Systemet er trygt med tanke på skade på mennesker ved at det er fjernstyrt, og er også pålitelig, kostnadseffektivt, miljøvennlig og består av få deler, noe som gjør systemet mindre komplisert og enkelt å betjene. The system is safe from the point of view of harm to people by being remotely controlled, and is also reliable, cost-effective, environmentally friendly and consists of few parts, which makes the system less complicated and easy to operate.

En "long step-out" kraftforsyning er definert fra tilkoblingspunktet ved mottaksanlegget til og med hovedtransformatoren under vann. A "long step-out" power supply is defined from the connection point at the receiving facility up to and including the underwater main transformer.

En slik long step-out kraftforsyning omfatter en undervanns hovedtransformator med ettrykkompenseringssystem, kontrollkabel-termineringshoder med én eller flere høyspente penetratorer, kombinerte eller separate strøm- og kontrollkabler omfattende en forsyning for hovedkraft, hjelpekraft, om nødvendig Such a long step-out power supply comprises an underwater main transformer with a pressure compensation system, control cable termination heads with one or more high voltage penetrators, combined or separate power and control cables comprising a supply for main power, auxiliary power, if necessary

(også kalt tilleggskraft eller styrekraft), fiberoptiske ledninger for kontrollsignaler, hydraulikkrør, sperrerør (barrier lines). (also called additional power or control power), fiber optic cables for control signals, hydraulic pipes, barrier pipes (barrier lines).

Kompressorstasjonen er koblet direkte til minst én undervanns produksjons-ramme og er innrettet for å øke trykket i produktet fra produksjonsrammene. Brønnproduktet går via en samlestokk på rammen, mellomliggende strømningsrør og til undertrykksiden av kompressorstasjonen. The compressor station is connected directly to at least one underwater production frame and is designed to increase the pressure in the product from the production frames. The well product goes via a header on the frame, intermediate flow pipes and to the negative pressure side of the compressor station.

Høyspent strøm, lavspent strøm (om nødvendig), hydraulikk, kontrollsignaler og hjelpekraft forsynes fra mottaksanlegg via den kombinerte strøm- og styrekontrollkabelen. Styrekontrollkabelen er koblet til undervanns-kompressorstasjonen ved kontrollkabel-termineringshodet. Høyspentkablene vil være koblet til hovednedtransformatoren, som befinner seg under vann, og transformatoren vil være anordnet på undervanns-kompressorstasjonen med kontrollkabelen festet til seg. High-voltage power, low-voltage power (if necessary), hydraulics, control signals and auxiliary power are supplied from the receiving plant via the combined power and steering control cable. The steering control cable is connected to the underwater compressor station at the control cable termination head. The high voltage cables will be connected to the main sub-transformer, which is underwater, and the transformer will be located on the underwater compressor station with the control cable attached to it.

Figur 1 viser kraftfordelingssystemet for de viktigste undervanns kraft-forbrukerne, omfattende overflate-, kontrollkabel- og kompressormoduler. Figure 1 shows the power distribution system for the most important underwater power consumers, comprising surface, control cable and compressor modules.

Undervanns-kompressorstasjonen omfatter én eller flere kompressorstrenger, én eller flere effektbrytermoduler, samlestokker for innløp og utløp, innløpskjølere (dersom forsyningsrørene ikke kjøler ned strømmen fra brønnen tilstrekkelig), sandfangere (for utilsiktet sandproduksjon), parkeringsstasjon for hovedtransformator og kraftkontrollkabel-termineringshode, nødvendig installasjonsverktøy, høyspent elektrisk system, prosessystem, hjelpekraftsystem, kontrollsystem, hydraulikksystem og sperresystem. The subsea compressor station includes one or more compressor strings, one or more circuit breaker modules, inlet and outlet manifolds, inlet coolers (if the supply pipes do not sufficiently cool the flow from the well), sand traps (for accidental sand production), parking station for main transformer and power control cable termination head, necessary installation tools , high voltage electrical system, process system, auxiliary power system, control system, hydraulic system and locking system.

Kompressorstrengen er det viktigste utstyret for å bygge opp trykket i brønnstrømmen. Kompressorstrengen omfatter kompressormodul, VSD (Variable Speed Drive) for kompressor, pumpegrenseventil og aktuator, pumpekjøler (antisurge cooler), separator/væskeutskillingsmodul, pumpemodul, VSD for pumpe, fjernstyrte og manuelt betjente ventiler, samt et kontrollsystem som innbefatter styremoduler. The compressor string is the most important piece of equipment for building up the pressure in the well flow. The compressor string includes compressor module, VSD (Variable Speed Drive) for compressor, pump limit valve and actuator, pump cooler (antisurge cooler), separator/liquid separation module, pump module, VSD for pump, remotely controlled and manually operated valves, as well as a control system that includes control modules.

Felles for kompressorstrengene er et koblingssystem for kraft- og kontrollkabler og et ventilsamlerør utstyrt med rørsammenkoblingssystemer. Common to the compressor strings is a connection system for power and control cables and a valve manifold equipped with pipe interconnection systems.

Kraftfordelingssystemet for stasjonen, bestående av en demonterbar effektbryter og VSD-moduler, er anordnet sammen ved én ende av stasjonen nær hovedinnløpstransformatoren og koblingspunktet for hovedkontrollkabelen. The power distribution system for the station, consisting of a demountable circuit breaker and VSD modules, is arranged together at one end of the station near the main infeed transformer and the connection point for the main control cable.

Modulene er utstyrt med lokal styring/dokking og låses i posisjon av tilhørende mekanismer. The modules are equipped with local control/docking and are locked in position by associated mechanisms.

Intervensjon for ROV er innrettet for minst mulig aksess gjennom toppen og sidene. Aksess til moduler for vertikal fjerning/installasjon er mulig fra toppen og sidene av beskyttelsesstrukturen. Intervention for the ROV is arranged for the least possible access through the top and sides. Access to modules for vertical removal/installation is possible from the top and sides of the protective structure.

Mindre, demonterbare moduler, så som ventilstyringer, styringsventiler og visse instrumenteringsenheter er tilveiebrakt som individuelle enheter og/eller innlemmet i én av hovedmodulene som demonterbare elementer, og disse modulene/elementene blir installert på tilhørende setteverktøy. Smaller, demountable modules, such as valve guides, control valves and certain instrumentation units are provided as individual units and/or incorporated into one of the main modules as demountable elements, and these modules/elements are installed on associated set tools.

Kompressoren drives direkte av en høyhastighetsmotor. Den elektriske motoren kjøles med hydrokarbongass under et trykk som reguleres slik at det er likt eller så nær sugetrykket som mulig. Gasskilden kan enten være kondisjonert gass som forsynes til undervanns-kompressorstasjonen fra en ekstern kilde, avløpsgass fra kompressormodulen eller innløpsgass til kompressormodulen. Hydrokarbongassen for kjøling av elektrisk motor kan bli kondisjonert før den kommer inn i den elektriske motoren, og hydrokarbongassen kan også erstattes med andre passende gasser. Alternativt kan motoren bli fylt (canned) med hoved-kjøling fra gasstrømmen. The compressor is directly driven by a high-speed motor. The electric motor is cooled with hydrocarbon gas under a pressure which is regulated so that it is equal to or as close as possible to the suction pressure. The gas source can either be conditioned gas supplied to the underwater compressor station from an external source, waste gas from the compressor module or inlet gas to the compressor module. The hydrocarbon gas for electric motor cooling can be conditioned before entering the electric motor, and the hydrocarbon gas can also be replaced with other suitable gases. Alternatively, the engine can be filled (canned) with main cooling from the gas stream.

Kompressoren er i stand til å imøtekomme de dimensjonerende drifts-forholdene over produksjonsperioden med avtagende brønnhodetrykk. Rebundling av kompressoren kan bli gjort som del av et vedlikeholdsprogram. The compressor is able to accommodate the design operating conditions over the production period with decreasing wellhead pressure. Rebundling of the compressor can be done as part of a maintenance programme.

Et magnetisk opplagersystem anvendes for hver av kompressormodulene. Systemet omfatter magnetiske radial- og aksiallagre så vel som nedkjøringslagre (run-down bearings). A magnetic storage system is used for each of the compressor modules. The system includes magnetic radial and axial bearings as well as run-down bearings.

Samlerøret for kompressorstasjonen er utstyrt med en fjernstyrt isolasjonsventil som letter omløp av kompressorstrengene. The collector pipe for the compressor station is equipped with a remote-controlled isolation valve that facilitates circulation of the compressor strings.

Kompressoren(e) har en resirkulasjonsledning for pumpegrenseregulering konstruert for full resirkulasjonsstrøm ved maksimal kontinuerlig hastighet (105%). Pumpegrense-reguleringsventilen er elektrisk styrt, har aksielt slag og befinner seg nær kompressorutløpet ved høytrykkssiden. En resirkuleringskjøler er tilveiebrakt nedstrøms pumpegrenseventilen i resirkulasjonsrøret. The compressor(s) have a pump limiter recirculation line designed for full recirculation flow at maximum continuous speed (105%). The pump limit control valve is electrically controlled, has an axial stroke and is located near the compressor outlet on the high pressure side. A recirculation cooler is provided downstream of the pump limit valve in the recirculation pipe.

Kompressorene har et utløpsrør utstyrt med en fjernstyrt isolasjonsventil. En tilbakeslagsventil er anordnet i kompressorutløpsrøret oppstrøms isolasjons-ventilen. The compressors have an outlet pipe equipped with a remote-controlled isolation valve. A non-return valve is arranged in the compressor discharge pipe upstream of the isolation valve.

Kompressorstasjonen omfatter følgende undervanns prosesskjølere: Pumpekjøler/resirkuleringskjøler for å kjøle ned gasstrømmen i pumpe-grenseledningen (kompressorresirkuleringssløyfen) Innløpskjølere for å kjøle ned strømningen fra rammen(e) (eventuelt) The compressor station includes the following underwater process coolers: Pump cooler/recirculation cooler to cool the gas flow in the pump boundary line (compressor recirculation loop) Inlet coolers to cool the flow from the frame(s) (if applicable)

Kondensatpumpene er i stand til å håndtere væskeproduksjonen og gi den det nødvendige utløpstrykket. Pumpene drives med variabel eller fast hastighet. The condensate pumps are able to handle the liquid production and give it the required outlet pressure. The pumps are operated with variable or fixed speed.

Kompressorstasjonen har et koblingspunkt for utløp av brønnfluid. Hver av disse er utstyrt med ROV-betjente ventiler for å fordele brønnfluidet til de forskjellige rørledningene. The compressor station has a connection point for the discharge of well fluid. Each of these is equipped with ROV-operated valves to distribute the well fluid to the various pipelines.

Prosessen i undervanns-kompressorstasjonen er beskrevet i de følgende avsnittene. The process in the underwater compressor station is described in the following sections.

Kompressorsystemet muliggjør resirkulering for "antisurge"-beskyttelse og oppstartsVnedkjøringsoperasjoner. Resirkuleringskjøleren og resirkulasjons-sløyfen er konstruert for full resirkuleringsstrøm ved kompressorens maksimale kontinuerlige hastighet (105%). The compressor system enables recirculation for "antisurge" protection and start-up and shutdown operations. The recirculation cooler and recirculation loop are designed for full recirculation flow at the compressor's maximum continuous speed (105%).

Væsketrykkøkningssystemet består av kondensatpumper med VSD'er. Pumpeutløpsrørene er utstyrt med en tilbakeslagsventil oppstrøms utløpsisola-sjonsventilen. The liquid pressure boosting system consists of condensate pumps with VSDs. The pump outlet pipes are equipped with a non-return valve upstream of the outlet isolation valve.

Pumpegrenseregulering muliggjøres ved å overvåke strømningsmengden, temperaturen, trykket ved kompressorinnløpet sammen med trykket og temperaturen ved kompressorutløpet. Pump limit regulation is made possible by monitoring the flow rate, temperature, pressure at the compressor inlet together with the pressure and temperature at the compressor outlet.

Et kontroll- og overvåkningssystem er innrettet for å styre og overvåke én eller flere undervanns kompressorstrenger med tilhørende pumpegren-sereguleringer. Som et grunnleggende tilfelle av drift av undervanns-kompressorstrengene, omfattende kompressorstasjonens ventiler, er det innlemmet et multi-plekset elektrohydraulisk system. A control and monitoring system is designed to control and monitor one or more underwater compressor strings with associated pump limit controls. As a basic case of operation of the underwater compressor strings, including the compressor station valves, a multi-plex electro-hydraulic system is incorporated.

Undervannsinstallasjonene omfatter fjernstyrte ventiler for å styre strømning av produsert gass og injeksjon av kjemikalier. Samlerørventilene kan være hydraulisk styrt og pumpegrensereguleringsventilen kan ha en elektrisk aktuator. The underwater installations include remote-controlled valves to control the flow of produced gas and the injection of chemicals. The header valves can be hydraulically controlled and the pump limit control valve can have an electric actuator.

Lokale instrumenter (sendere) er tilveiebrakt for å måle trykk, temperatur, gasstrømningsmengde og registrere pumpegrenseventilens posisjon. Local instruments (transmitters) are provided to measure pressure, temperature, gas flow rate and record the position of the pump limit valve.

De forskjellige typene ventiler, tilstandsovervåkingssystemet og senderne betjenes via styremodulene under vann. The different types of valves, the condition monitoring system and the transmitters are operated via the underwater control modules.

Grensesnitt mot undervanns VSD'er, effektbrytere, distribuert kontrollsystem og krisenedkjøringssystemer vil kunne anvendes. Interfaces to underwater VSDs, circuit breakers, distributed control systems and emergency descent systems will be able to be used.

Grensesnitt og lukking av kontrollsløyfer mellom VSD'ene, effektbryterne og kompressorkontrollsystemet kan gå via hovedbussen til mottaksanleggenes kontrollsystem. Alle informasjoner, alarmer og kommunikasjoner mellom de to systemene bør håndteres av det distribuerte kontrollsystemet. Interfaces and closing of control loops between the VSDs, the circuit breakers and the compressor control system can go via the main bus to the receiving facilities' control system. All information, alarms and communications between the two systems should be handled by the distributed control system.

Mottaksanleggenes distribuerte kontrollsystemer styrer alle kontrollsløyfer definert som "langsomme". Dette er typisk åpning og lukking av samlerørventiler og tilstandsovervåkningssystemer. Undervanns-kontrollsystemet har forbindelser for å håndtere eventuelle krav om nedstengning under vann. The receiving facilities' distributed control systems manage all control loops defined as "slow". This is typically the opening and closing of manifold valves and condition monitoring systems. The underwater control system has connections to handle any underwater shutdown requirements.

Dynamiske kontrollsløyfer som krever rask respons, er pumpegrense-reguleringen og magnetlager-styringsenheten. Disse sløyfene skal stenges under vann dersom det er nødvendig. Dynamic control loops that require fast response are the pump limit regulation and the magnetic bearing control unit. These loops must be closed under water if necessary.

Antisurge-algoritmene er identiske for alle kompressorstrenger. Styrings-algoritmene omfatter mulighet for å overstyre innløps- og utløpstrykk, dvs. begrense utløpstrykket eller øke innløpstrykket. The antisurge algorithms are identical for all compressor strings. The control algorithms include the possibility of overriding the inlet and outlet pressure, i.e. limiting the outlet pressure or increasing the inlet pressure.

Operatørgrensesnittet går gjennom et distribuert kontrollsystem for alle kompressorstrenger, og omfatter, men er ikke begrenset til: The operator interface runs through a distributed control system for all compressor strings, and includes, but is not limited to:

Vis prosessinnganger: Os, Is, Ps, Td, Pd Show process inputs: Os, Is, Ps, Td, Pd

Vis ventilposisjon. Show valve position.

Vis utganger fra kontrollenheter - uavhengig av operatørpåtvingning. Mulighet for operatøren til å åpne ventilen mer enn nødvendig. Show outputs from control units - regardless of operator imposition. Possibility for the operator to open the valve more than necessary.

Vis status for rask solenoidmagnet. Show fast solenoid magnet status.

Vis avstand fra betjeningspunkt til pumpegrensereguleringVkontrolledning. Vis marginer for pumpegrenseregulering med hensyn til trykk, strømning og hastighet. Show the distance from the operating point to the pump limit control V control line. Show margins for pump limit regulation with regard to pressure, flow and speed.

Kontrollsystemet og det tilhørende pumpegrensesystemet må imidlertid ta hensyn til de forskjellige driftsscenarier. However, the control system and the associated pump limit system must take into account the different operating scenarios.

Som vist over må et antall signal- og kraftledninger koble undervannsinstallasjoner! til mottaksanlegget (overflaten). Når avstanden fra overflaten til undervannsinstallasjonen øker og den ene eller de flere kontrollkablene blir lengre, øker problemene knyttet til kraftforsyningen. Reaksjonskraften som skapes av kabelen må kompenseres. Harmoniske forstyrrelser og elektriske transienter under forsyning og frakobling av utstyr er andre velkjente problemer. Ved å anvende et undervanns avbruddsikkert kraftforsyningssystem (heretter kalt UPS) vil mange av disse problemene løses eller reduseres. Også kostnadene kan bli redusert siden det kreves færre kabler sammenliknet med om UPS-systemet var plassert på overflaten, ettersom UPS-systemet kan bli matet fra en undervanns hovedkraftforsyning. Kortslutningsnivået til et UPS-system er lavt, og problemet med å ha nok kortslutningsstrøm tilgjengelig i undervannsinstallasjonen til å oppnå en korrekt relébeskyttelse og skjelningsfilosofi kan løses ved å ha UPS-systemet nær de strømforbrukende anordningene. As shown above, a number of signal and power lines must connect underwater installations! to the receiving facility (surface). As the distance from the surface to the underwater installation increases and the one or more control cables become longer, the problems associated with the power supply increase. The reaction force created by the cable must be compensated. Harmonic disturbances and electrical transients during supply and disconnection of equipment are other well-known problems. By using an underwater uninterruptible power supply system (hereinafter UPS) many of these problems will be solved or reduced. Also, costs can be reduced since fewer cables are required compared to if the UPS system were located on the surface, as the UPS system can be fed from an underwater main power supply. The short-circuit level of a UPS system is low, and the problem of having enough short-circuit current available in the underwater installation to achieve a correct relay protection and discrimination philosophy can be solved by having the UPS system close to the power-consuming devices.

UPS-systemer er velkjente i industrien, på kontorer og i dag også i private hjem i tilfeller der en strømforbrukende anordning ikke må miste den offentlige (eller en lokal) kraftforsyningen. De er tilgjengelige i små versjoner som er i stand til å levere en effekt fra omtrent 100W og opptil flere hundre kW over en periode på fra noen få minutter og opptil mange timer. I løpet av denne tidsperioden må det kritiske utstyret som forsynes med strøm enten overføres til en akseptabel, ikke strømforbrukende tilstand eller ekstern kraft må forsynes, dvs. nettstrømmen må komme tilbake eller alternativ kraft må forsynes. Et UPS-system befinner seg alltid så nær den strømforbrukende anordningen som mulig for å unngå så mange feilkilder som mulig, og styres vanligvis av den ansvarlige operatøren av den strømforbrukende anordningen. UPS systems are well known in industry, in offices and today also in private homes in cases where a power-consuming device must not lose the public (or a local) power supply. They are available in small versions capable of delivering power from approximately 100W and up to several hundred kW over a period of from a few minutes to many hours. During this time period, the critical equipment that is supplied with power must either be transferred to an acceptable, non-power-consuming state or external power must be supplied, i.e. mains power must be restored or alternative power must be supplied. A UPS system is always located as close to the power-consuming device as possible to avoid as many sources of error as possible, and is usually controlled by the responsible operator of the power-consuming device.

Generelt kan et undervanns UPS-system anvendes over alt der fordeling av lavspent (typisk 400V) strøm er nødvendig under vann. Typiske forbrukere av lavspent strøm under vann som forsynes av et UPS-system, omfatter: In general, an underwater UPS system can be used everywhere where the distribution of low-voltage (typically 400V) power is required underwater. Typical consumers of underwater low-voltage power supplied by a UPS system include:

• Flere kontrollsystemer plassert over et geografisk lite område • Several control systems placed over a geographically small area

• Elektriske aktuatorer for ventiler • Electric actuators for valves

• Magnetiske peilinger eller lagre • Magnetic bearings or bearings

• Overvåkninger og styringer for kraftfordelingsutstyr • Monitoring and controls for power distribution equipment

Måleanordninger for strøm og spenning i strømfordelingsutstyr, trans-formatorer, VSD'er, motorer og andre elektriske installasjoner Measuring devices for current and voltage in power distribution equipment, transformers, VSDs, motors and other electrical installations

Som kan sees i figur 3 omfatter et tradisjonelt UPS-system et energilager (ES = Energi Store) og to kraftomformere. Den første kraftomformeren (PWRC = Power Converter) tar inngangskraven gjennom kraftinngangen IN fra kraftnettet (det vil kunne være en transformator mellom inngangen og PWRC-omformeren for galvanisk isolasjon) og omdanner den til en form som er passende for mating til energilageret ES og til den andre kraftomformeren - kalt inverter (PWRI = Power Inverter). Inverteren PWRI bringer kraften til en form som den strømforbrukende anordningen kan bruke. Siden inverteren PWRI har full kraftforsyning fra både energilageret ES og utgangen fra omformeren, vil en eventuell svikt i inngangs-kraftlinjen som fører til at omformeren PWRC stenges av, kun føre til at inverteren PWRI tar energi fra energilageret ES i stedet for fra omformeren PWRC. Inntil energilageret ES er tømt vil inverterutgangen (OUT = Output) forsyne kraft til de tilkoblede lastene ved å ta energi fra energilageret. As can be seen in Figure 3, a traditional UPS system comprises an energy store (ES = Energy Store) and two power converters. The first power converter (PWRC = Power Converter) takes the input demand through the power input IN from the power grid (there could be a transformer between the input and the PWRC converter for galvanic isolation) and converts it into a form suitable for feeding the energy storage ES and to the second the power converter - called inverter (PWRI = Power Inverter). The inverter PWRI brings the power into a form that the power consuming device can use. Since the inverter PWRI has a full power supply from both the energy storage ES and the output from the inverter, a possible failure in the input power line that causes the inverter PWRC to be shut down will only cause the inverter PWRI to take energy from the energy storage ES instead of the inverter PWRC. Until the energy storage ES is emptied, the inverter output (OUT = Output) will supply power to the connected loads by taking energy from the energy storage.

Et kontroll- og overvåkningssystem (CTRL = Control system) er også en del av et UPS-system. Videre, siden kraftomforming medfører tap som fører til oppvarming, vil UPS-systemer kunne trenge kjølesystemer (COOL = Cooling system) for å overføre varmen til et varmesluk (HS = Heat Sink). A control and monitoring system (CTRL = Control system) is also part of a UPS system. Furthermore, since power conversion involves losses that lead to heating, UPS systems may need cooling systems (COOL = Cooling system) to transfer the heat to a heat sink (HS = Heat Sink).

Det russiske patentdokument RU 2 211 SIS C2 viser ifølge oppsumme-ringen et avbruddsfritt strømforsyningssystem (UPS) for anvendelse under vann omfattende midler for energilagring (batteri), en første inngang for energitilførsel, en utgang for energileveranse, en energikonverter tilkoplet inngangen, en energikonverter tilkoplet utgangen og minst et styresystem (uninterrupted power selector) og der nevnte styresystem er utrustet med en kommunikasjonskanal for spesielt å styre driften av UPSen. The Russian patent document RU 2 211 SIS C2 shows, according to the summary, an uninterruptible power supply system (UPS) for underwater use comprising means for energy storage (battery), a first input for energy supply, an output for energy delivery, an energy converter connected to the input, an energy converter connected the output and at least one control system (uninterrupted power selector) and where said control system is equipped with a communication channel to specifically control the operation of the UPS.

US-patentet US B2 6 595 487 omhandler et aktuatorsystem for under-sjøiske ventiler basert på elektriske motorer som kraftforsynes av minst et lokalt energilager. Systemet omfatter også en styringsenhet som styrer energien til motoren. The US patent US B2 6 595 487 deals with an actuator system for submarine valves based on electric motors which are powered by at least one local energy storage. The system also includes a control unit that controls the energy of the motor.

US-patentet US B1 6 629 247 omhandler fremgangsmåter, systemer og dataprogrammer for meldingskommunikasjon i systemer for avbruddssikre kraftfor-syningssystemer ved bruk av CAN-kommunikasjon ("CAN"="Controller Area Network"). The US patent US B1 6 629 247 deals with methods, systems and computer programs for message communication in systems for uninterruptible power supply systems using CAN communication ("CAN"="Controller Area Network").

Den US-amerikanske patentsøknaden US 2005/0200205 A1 beskriver fremgangsmåter og systemer for å tilveiebringe opptil 3-doblet redundant kraft til konstante kritiske laster. The US patent application US 2005/0200205 A1 describes methods and systems for providing up to 3 times redundant power to constant critical loads.

Oppsummering Summary

Et kraftforsyningssystem for undervannsanvendelser er beskrevet som omfatter en hjelpekraft-forsyningsanordning og minst en avbruddsfri strømforsyning (UPS-system). Hjelpekraft-forsyningsanordningen omfatter en strømforsyning for hovedkraften, et hjelpekraft-fordelingspunkt for ikke-kritiske laster matet fra strøm-forsyningen for hovedkraften og er delt opp i minst to parallelle, vekselsidig redundante hjelpekraft-fordelingspunkter for ikke-kritiske laster. Hvert fordelingspunkt mates av en individuell transformator, som igjen mates av strømforsyningen til hovedkraften, og hvert hjelpekraft-fordelingspunkt for ikke-kritiske laster mater hjelpekraft-fordelingspunkt for kritiske laster gjennom minst ett UPS-system, og et hjelpekraft-fordelingspunkt for kritiske laster. UPS-systemet omfatter et energilager (ES), en første kraftinngang (IN), en kraftutgang (OUT), et kraftinngangsomformingssystem (PWRC), et kraftutgangsomformingssystem (PWRI), og minst ett kontrollsystem (CTRL). Kraftforsyningssystemet kjennetegnes av at UPS-systemet er utstyrt med minst en reservert kommunikasjonskanal (CC) for eksplisitt å styre driften av UPS-systemet fra utsiden. A power supply system for underwater applications is described which comprises an auxiliary power supply device and at least one uninterruptible power supply (UPS system). The auxiliary power supply device comprises a power supply for the main power, an auxiliary power distribution point for non-critical loads fed from the power supply for the main power and is divided into at least two parallel, mutually redundant auxiliary power distribution points for non-critical loads. Each distribution point is fed by an individual transformer, which in turn is fed by the main power supply, and each auxiliary power distribution point for non-critical loads feeds auxiliary power distribution point for critical loads through at least one UPS system, and one auxiliary power distribution point for critical loads. The UPS system comprises an energy storage (ES), a first power input (IN), a power output (OUT), a power input conversion system (PWRC), a power output conversion system (PWRI), and at least one control system (CTRL). The power supply system is characterized by the fact that the UPS system is equipped with at least one reserved communication channel (CC) to explicitly control the operation of the UPS system from the outside.

UPS-systemet kan videre omfatte hvilke som helst av en oppstartsfunksjon og en nedkjøringsfunksjon. Kommunikasjonskanalen (CC) kan være en fiberoptisk kommunikasjonskanal. The UPS system can further comprise any of a start-up function and a shutdown function. The communication channel (CC) may be a fiber optic communication channel.

I en ytterligere utførelsesform kan kontrollsystemet (CTRL) separat bli hentet opp fra undervannsinstallasjonen. Energilageret (ES) kan være minst én av et mekanisk lager, et kjemisk lager og et elektrisk lager. In a further embodiment, the control system (CTRL) can be separately retrieved from the underwater installation. The energy storage (ES) can be at least one of a mechanical storage, a chemical storage and an electrical storage.

Videre kan nevnte UPS-system omfatte en ytterligere kraftinngang (INB) koblet til en velgerkrets (SEL), der kraftutgangen (OUT) mottar sin kraft fra nevnte velger (SEL), idet velgeren også mates av nevnte kraftutgangsomformingssystem (PWRI) slik at nevnte UPS-system kan velge en kraftbane som omløper og av-laster nevnte kraftinngangsomformingssystem (PWRC), nevnte kraftutgangsomformingssystem (PWRI) og nevnte kjølesystem (COOL). UPS-systemet kan omfatte en ytterligere kraftinngang (INC) til nevnte kraftinngangsomformingssystem (PWRC), der nevnte ytterligere kraftinngang (INC) kan være utstyrt med en ytterligere transformator. Videre kan kraftinngangen (INC) bli matet fra én av en offshore plattform, et landbasert anlegg, en annen undervannsinstallasjon, en undervannsbåt, et flytende overflatefartøy eller et fjernstyrt undervannsfartøy (ROV). Furthermore, said UPS system may comprise a further power input (INB) connected to a selector circuit (SEL), where the power output (OUT) receives its power from said selector (SEL), the selector also being fed by said power output conversion system (PWRI) so that said UPS system can select a power path that bypasses and off-loads said power input conversion system (PWRC), said power output conversion system (PWRI) and said cooling system (COOL). The UPS system may comprise an additional power input (INC) to said power input conversion system (PWRC), where said additional power input (INC) may be equipped with an additional transformer. Furthermore, the power input (INC) can be fed from one of an offshore platform, a land-based facility, another underwater installation, a submarine, a floating surface vessel or a remotely operated underwater vehicle (ROV).

Kjølesystemet kan være bygget inn i et vanntett, trykkbestandig hus, der nevnte hus anvendes som varmedissipasjonslegeme for å fjerne varme fra nevnte UPS-system. The cooling system can be built into a waterproof, pressure-resistant housing, where said housing is used as a heat dissipation body to remove heat from said UPS system.

I én foretrukket utførelsesform er kjølesystemet (COOL) et passivt kjøle-system som omfatter varmerørteknologi eller kokekjølingsteknologi. Nevnte kjøle-system kan imidlertid også være et aktivt kjølesystem. In one preferred embodiment, the cooling system (COOL) is a passive cooling system comprising heat pipe technology or cooking cooling technology. Said cooling system can, however, also be an active cooling system.

UPS-systemet, eller deler av UPS-systemet, kan bli hentet opp separat fra nevnte undervannsinstallasjon. The UPS system, or parts of the UPS system, can be retrieved separately from the aforementioned underwater installation.

I et andre aspekt tilveiebringer oppfinnelsen en hjelpekraft-forsyningsanordning som omfatter en hovedkraftforsyning, et hjelpekraft-fordelingspunkt for ikke-kritiske laster som mates av nevnte hovedkraftforsyning, et hjelpekraft-fordelingspunkt for kritiske laster, der nevnte hjelpekraft-fordelingspunkt for ikke-kritiske laster er delt inn i minst to parallelle, vekselsidig redundante hjelpekraft-fordelingspunkter for ikke-kritiske laster, som hver mates av en egen transformator som igjen mates av hovedkraftforsyningen, der hver av nevnte hjelpekraft-fordelingspunkter for ikke-kritiske laster mater nevnte hjelpekraft-fordelingspunkt for kritiske laster gjennom minst ett av nevnte UPS-systemer. In a second aspect, the invention provides an auxiliary power supply device comprising a main power supply, an auxiliary power distribution point for non-critical loads fed by said main power supply, an auxiliary power distribution point for critical loads, where said auxiliary power distribution point for non-critical loads is divided into at least two parallel, mutually redundant auxiliary power distribution points for non-critical loads, each of which is fed by a separate transformer which in turn is fed by the main power supply, where each of said auxiliary power distribution points for non-critical loads feeds said auxiliary power distribution point for critical loads through at least one of the aforementioned UPS systems.

For øvrig defineres oppfinnelsen gjennom de vedføyde patentkrav. Otherwise, the invention is defined through the attached patent claims.

Figurer Figures

I det følgende vil utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse bli beskrevet hovedsaklig med henvisning til de vedlagte figurene, der: Figur 1 viser en oversiktsskisse av et elektrisk kretsskjema for en undervanns kompressorstasjon, Figur 2 viser de elektriske koblingene rundt et UPS-system inne i en undervannsinstallasjon, In the following, embodiments of the present invention will be described mainly with reference to the attached figures, where: Figure 1 shows an overview sketch of an electrical circuit diagram for an underwater compressor station, Figure 2 shows the electrical connections around a UPS system inside an underwater installation,

Figur 3 viser et blokkdiagram av et tradisjonelt UPS-system, Figure 3 shows a block diagram of a traditional UPS system,

Figur 4 viser et blokkdiagram av et UPS-system ifølge foreliggende oppfinnelse, Figur 5 viser et UPS-system med ekstra ladeinngang i miljøet ved havbunnsstasjonen, Figur 6 viser havbunnsinstallasjoner med tilleggsladingskabler mellom seg, og Figur 7 viser anordningen som anvendes for å tilveiebringe en redundant hjelpekraftforsyning. Figure 4 shows a block diagram of a UPS system according to the present invention, Figure 5 shows a UPS system with additional charging input in the environment at the seabed station, Figure 6 shows seabed installations with additional charging cables between them, and Figure 7 shows the device used to provide a redundant auxiliary power supply.

Detaljert beskrivelse av foretrukne utførelsesformer Foretrukne utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet med henvisning til de vedlagte figurene. Detailed description of preferred embodiments Preferred embodiments of the present invention will now be described with reference to the attached figures.

Forkortelser og definisjoner Abbreviations and definitions

Hovedkraft: Kraft som forsynes fra et kraftgeneratorsystem på overflaten eller en nettforbindelse. Forsynes typisk gjennom undervannskabler fra 11 kV og opptil flere hundre kV. Kraft som forsynes til de viktigste undervannsforbrukerne, så som VSD'er, motorer og fordelingstransformatorer. Main power: Power supplied from a power generator system on the surface or a grid connection. Typically supplied through underwater cables from 11 kV and up to several hundred kV. Power supplied to the main subsea consumers such as VSDs, motors and distribution transformers.

Hjelpekraft: Kraft som anvendes for små strømforbrukere så som kontrollsystemer, magnetiske lagre/peilinger, elektriske aktuatorer, måleanordninger, inngangsstrøm til UPS-systemer, etc. Typisk mellom 230 V og 690 V. Ordet styrekraft og tilleggskraft er noen steder anvendt i stedet for hjelpekraft. Auxiliary power: Power used for small power consumers such as control systems, magnetic bearings/bearings, electric actuators, measuring devices, input power to UPS systems, etc. Typically between 230 V and 690 V. The words control power and additional power are used in some places instead of auxiliary power .

Undervanns hovedkraft-fordelingspunkt: Fordelingspunkt der hovedkraft-lastene er tilkoblet. For undervanns-kompressorsystemet vil hovedkraft-lastene være VSD'er for kompressorer, VSD'er for pumper og hjelpekraft-fordelingstransformatorer. Underwater main power distribution point: Distribution point where the main power loads are connected. For the subsea compressor system, the main power loads will be VSDs for compressors, VSDs for pumps and auxiliary power distribution transformers.

Ikke-kritiske laster: Hjelpekraft-laster som tåler spenningsvariasjoner og strømbrudd. Lastene vil bli koblet fra ved svikt i kraftsystemet på overflaten. Non-critical loads: Auxiliary power loads that withstand voltage variations and power outages. The loads will be disconnected in the event of a failure of the power system on the surface.

Kritiske laster: Kritiske hjelpekraft-laster er laster som krever strøm i en gitt tidsperiode etter tap av hovedkraft. Typisk magnetlagre og kontrollutstyr for å sørge for sikker nedkjøring etter tap av hovedkraft. Critical loads: Critical auxiliary power loads are loads that require power for a given period of time after loss of main power. Typical magnetic bearings and control equipment to ensure safe descent after loss of main power.

Figur 4 viser et blokkdiagram av UPS-systemet ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen. Først og fremst viser diagrammet den reserverte kommunikasjonskanalen CC til kontrollsystemet CTRL. Dette kommunikasjonstrekket kan anvendes for å kontrollere oppførselen til UPS-systemet i tilfeller der en normal oppførsel ikke ønskes. For eksempel vil kjente UPS-systemer ta over kraftforsyningen til de tilkoblede lastene når hovedkraften går ned og "håpe på" at hovedkraften kommer tilbake før energilageret ES er utladet. Denne oppførselen er imidlertid ikke den ønskede i visse tilfeller. I tilfellet med undervanns-kompressorstasjonen vil når hovedkraften kobles fra, en sekvens av operasjoner bli utført av forskjellige moduler inne i stasjonen ved hjelp av kraft fra UPS-systemet og under styring av forskjellige andre kontrollsystemer. Dette kan for eksempel være å kjøre ned magnetlagre til en tilstand der de tåler å være uten strøm uten å ta skade av det. Ventiler vil kunne bli lukket, fordelingsutstyr bli kjørt i en ønsket "power-off"-tilstand, "endelige" målinger bli rapportert til overflaten, og annet. Figure 4 shows a block diagram of the UPS system according to an embodiment of the invention. First of all, the diagram shows the reserved communication channel CC to the control system CTRL. This communication feature can be used to control the behavior of the UPS system in cases where a normal behavior is not desired. For example, known UPS systems will take over the power supply to the connected loads when the main power goes down and "hope" that the main power returns before the energy storage ES is discharged. However, this behavior is not desired in certain cases. In the case of the underwater compressor station, when the main power is disconnected, a sequence of operations will be performed by various modules inside the station using power from the UPS system and under the control of various other control systems. This could, for example, be running magnetic bearings down to a state where they can withstand being without power without being damaged by it. Valves will be able to be closed, distribution equipment will be run in a desired "power-off" state, "final" measurements will be reported to the surface, and more.

Når alle disse oppgavene er utført, er det ikke lenger behov for at UPS-systemet forsyner kraft til de siste, fortsatt oppegående systemene, og UPS-systemet kan kommanderes til å stenge ned gjennom instruksjoner sendt over kommunikasjonskanalen. Fra dette tidspunkt av kan den gjenværende energien i energilageret ES spares. When all these tasks are completed, there is no longer a need for the UPS system to supply power to the last, still-up systems, and the UPS system can be commanded to shut down through instructions sent over the communication channel. From this point on, the remaining energy in the energy storage ES can be saved.

Videre, når hovedkraften igjen er tilgjengelig, vil en rekke oppstartspro-sesser i et antall andre kontrollsystemer i undervannsstasjonen normalt bli utført. Magnetlagre skal skrus på, innledende målinger skal rapporteres til mottaksanlegget, ventiler skal åpnes, og annet. I denne forbindelse sendes en instruksjon til UPS-systemet, som forsyner disse kontrollsystemene med kraft tatt fra energilageret ES. Til slutt skrus hovedkraften på og forsyner havbunnsstasjonen. Furthermore, when the main power is again available, a number of start-up processes in a number of other control systems in the underwater station will normally be carried out. Magnetic bearings must be turned on, initial measurements must be reported to the receiving facility, valves must be opened, and so on. In this connection, an instruction is sent to the UPS system, which supplies these control systems with power taken from the energy storage ES. Finally, the main power is switched on and supplies the subsea station.

Den foretrukne utførelse av kommunikasjonskanalen CC er en fiberoptisk kommunikasjonslinje som unngår eventuelle forstyrrelser av magnetiske og elektriske felter inne i kontrollkabelen, som kan være veldig lang (>100km), eller utenfor. The preferred embodiment of the communication channel CC is a fiber optic communication line which avoids possible interference of magnetic and electric fields inside the control cable, which can be very long (>100km), or outside.

Kontrollsystemet kan realiseres som en separat opphentbar enhet for å muliggjøre reparasjons- og vedlikeholdsarbeid. Av samme grunn kan også en hvilken som helst kombinasjon av moduler tilhørende UPS-systemet være anordnet inne i separat opphentbare beholdere. For eksempel vil under installa-sjon av undervannsstasjonen noen av eller alle modulene i UPS-systemet, omfattende et fulladet energilager ES, kunne bli koblet til undervannsstasjonen som det siste trinnet før oppstart av stasjonen. The control system can be realized as a separate retrievable unit to enable repair and maintenance work. For the same reason, any combination of modules belonging to the UPS system can also be arranged inside separately retrievable containers. For example, during installation of the underwater station, some or all of the modules in the UPS system, including a fully charged energy storage ES, could be connected to the underwater station as the last step before starting up the station.

Energilageret ES kan realiseres med forskjellige teknologiske anordninger, så som elektriske (f.eks. superkondensatorer, superledere), kjemiske (f.eks. batterier, brenselceller) eller mekaniske (f.eks. svinghjul). The energy storage ES can be realized with different technological devices, such as electrical (e.g. supercapacitors, superconductors), chemical (e.g. batteries, fuel cells) or mechanical (e.g. flywheels).

Figur 2 viser anordningen ifølge oppfinnelsen med hovedkraftforsyning fra overflaten og et integrert UPS-system. Fra overflaten forsyner en kontrollkabel installasjonen med høyspent strøm. Etter en første transformator blir kraften matet til et første fordelingspunkt, fordelingspunktet for hovedkraften. Flere store kraft-forbrukende enheter kan være koblet via brytere til dette fordelingspunktet. Minst én av disse forbrukerne er en andre transformator, som igjen mater et andre fordelingspunkt for hjelpekraft til ikke-kritiske laster. Flere kraftforbrukere kan være koblet til dette andre fordelingspunktet, der forbrukerne er kjennetegnet ved at de i alminnelighet ikke tar skade av at kraftforsyningen brytes uforventet. Blant forbrukerne som forsynes med kraft fra kraftforsyningen for ikke-kritiske laster er UPS-systemet. Utgangen fra UPS-systemet forsyner kraft til et tredje fordelingspunkt, for kritiske laster. En del utstyr som forbruker elektrisk kraft, typisk magnetlagre og kontrollsystemer, vil kunne ta eller forårsake skade ved et uforventet, brått strømbrudd. Slike forbrukere kalles "kritiske laster", og må forsynes med kraft fra et UPS-system. Alle slike "kritiske" forbrukere i anordningen er koblet til fordelingspunktet som mates av UPS-systemet. Figure 2 shows the device according to the invention with main power supply from the surface and an integrated UPS system. From the surface, a control cable supplies the installation with high-voltage power. After a first transformer, the power is fed to a first distribution point, the distribution point for the main power. Several large power-consuming devices can be connected via switches to this distribution point. At least one of these consumers is a second transformer, which in turn feeds a second distribution point for auxiliary power to non-critical loads. Several power consumers can be connected to this second distribution point, where the consumers are characterized by the fact that they are generally not harmed by an unexpected interruption of the power supply. Among the consumers supplied with power from the power supply for non-critical loads is the UPS system. The output from the UPS system supplies power to a third distribution point, for critical loads. Some equipment that consumes electrical power, typically magnetic bearings and control systems, will be able to take or cause damage in the event of an unexpected, sudden power cut. Such consumers are called "critical loads" and must be supplied with power from a UPS system. All such "critical" consumers in the device are connected to the distribution point which is fed by the UPS system.

Som kan sees i figur 4 kan UPS-systemet ifølge foreliggende oppfinnelse være utstyrt med en ytterligere kraftinngang INB. INB kan anvendes for å omgå og avlaste kraftinngangsomformingssystemet (PWRC), kraftutgangsomformingssystemet (PWRI) og kjølesystemet. INB og brytervelgeren (SEL) vil imidlertid også kunne utelates fra systemet. UPS-utgangen (OUT) vil da være koblet direkte til kraftutgangsomformingssystemet (PWRI). As can be seen in Figure 4, the UPS system according to the present invention can be equipped with a further power input INB. INB can be used to bypass and relieve the power input conversion system (PWRC), the power output conversion system (PWRI) and the cooling system. However, INB and the switch selector (SEL) will also be able to be omitted from the system. The UPS output (OUT) will then be connected directly to the power output conversion system (PWRI).

Som også kan sees i figur 4 kan UPS-systemet ifølge foreliggende oppfinnelse være utstyrt med nok en ytterligere kraftinngang INC. Kraft som forsynes til denne inngangen anvendes for å lade energilageret ES ytterligere. Formålet med en ekstra kraftinngang er at den vil kunne forsynes med kraft fra en uavhengig kilde. Selv om den tilgjengelige kraften er alt for liten til å drive hjelpekraftsystemet i undervannsstasjonen, kan den være tilstrekkelig til å holde i gang enkelte delsystemer. As can also be seen in Figure 4, the UPS system according to the present invention can be equipped with yet another power input INC. Power supplied to this input is used to further charge the energy store ES. The purpose of an additional power input is that it will be able to be supplied with power from an independent source. Even if the available power is far too small to drive the auxiliary power system in the underwater station, it may be sufficient to keep certain subsystems running.

Figur 5 viser i et blokkdiagram deler av undervannsstasjonen med et UPS-system utstyrt med en slik ekstra kraftinngang. Som et eksempel, og ikke en begrensning, viser figuren at kraftinngangen mottar sin kraft fra en vedsidenliggende undervannsstasjon. En transformator kan legges til for å unngå direkte elektrisk kontakt mellom stasjonene og/eller for å tilpasse spenningsnivåene. Transformatoren vil kunne være en del av UPS-systemet selv om figuren viser den utenfor UPS-systemet. Figur 6 viser et scenario med 2 havbunnsinstallasjoner SBI1, SBI2. Begge har sin egen overflateforsyning TS1, TS2, som kan være uavhengige med hensyn til hovedkraftforsyning og forsyne kraft gjennom kontrollkablene U1, U2. Naboforbindelseskabelen NC kan anvendes for å forsyne en mindre kraft fra SBI1 til UPS-systemet i SBI2 i tilfelle TS1 mister sin hovedkraftforsyning. I tillegg til å være koblet til den vedsidenliggende havbunns-installasjonen kan forbindelsen også gå til en offshore plattform, et andre landbasert mottaksanlegg, en undervannsbåt, et flytende overflatefartøy, en ROV eller en hvilken som helst annen passende kraftkilde. Figure 5 shows in a block diagram parts of the underwater station with a UPS system equipped with such an additional power input. As an example, and not a limitation, the figure shows that the power input receives its power from an adjacent underwater station. A transformer can be added to avoid direct electrical contact between the stations and/or to adjust the voltage levels. The transformer could be part of the UPS system even if the figure shows it outside the UPS system. Figure 6 shows a scenario with 2 seabed installations SBI1, SBI2. Both have their own surface supply TS1, TS2, which can be independent with respect to the main power supply and supply power through the control cables U1, U2. The neighbor connection cable NC can be used to supply a smaller power from SBI1 to the UPS system in SBI2 in case TS1 loses its main power supply. In addition to being connected to the adjacent seabed installation, the connection can also go to an offshore platform, a second land-based receiving facility, a submarine, a floating surface vessel, an ROV or any other suitable power source.

Et annet trekk er kjølesystemet COOL angitt i figurene 3 og 4. Enhver kraftomformingsprosess fører til varmetap. En undervannsstasjon omfatter en rekke forskjellige elektriske eller elektroniske kraftomformingsenheter. Varmen fra tapene i disse kraftomformingsenhetene må fjernes fra systemet til et varmesluk HS for å unngå en overdreven temperaturøkning som til slutt vil føre til svikt eller ødeleggelse av systemet. Forholdene for et undervanns kjølesystem er spesielle av i hvert fall tre grunner: (1) kjølesystemet er - som en del av en undervannsinstallasjon - ikke lett tilgjengelig for vedlikehold og reparasjon (2) et sikkert varmesluk HS i form av sjøvann ved en forholdsvis lav temperatur er tilgjengelig (3) nedkjøring for reparasjon og vedlikehold på en undervannsstasjon er kostbart. Another feature is the cooling system COOL indicated in Figures 3 and 4. Any power conversion process leads to heat loss. An underwater station comprises a number of different electrical or electronic power conversion units. The heat from the losses in these power conversion units must be removed from the system to a heat sink HS to avoid an excessive temperature increase which will eventually lead to failure or destruction of the system. The conditions for an underwater cooling system are special for at least three reasons: (1) the cooling system is - as part of an underwater installation - not easily accessible for maintenance and repair (2) a safe heat sink HS in the form of seawater at a relatively low temperature is available (3) lowering for repair and maintenance at an underwater station is expensive.

Disse forholdene må tas hensyn til ved utformingen av kjølesystemet. For det første må en unngå alt som krever reparasjon og/eller vedlikehold under installasjonens forventede levetid. I tradisjonelle land- eller plattform-baserte kraftomformingssystemer anvendes gjerne en aktiv luftkjøling som innebærer bruk av vifter. Vifter er imidlertid utsatt for slitasje, og krever således utskiftning og/eller vedlikehold. Kjølesystemet for å kjøle hovedsaklig kraftomformerne i UPS-systemet, vil være bygget inn i et vanntett, trykkbestandig hus, og huset selv vil bli anvendt som varmedissipasjonslegeme, neddykket i sjøvannet som det er. For å oppnå en teknisk løsning med minimal slitasje på komponenter i kjølesystemet, er et passivt kjølesystem basert på varmerørteknologi og/eller kokekjølingsteknologi foretrukket. Varmen blir typisk fjernet fra de elektroniske komponentene (f.eks. IGBTer) i UPS-systemets kraftomformere PWRC, PWRI og overført til sjøvannet rundt. Et aktivt kjølesystem vil også kunne anvendes dersom komponentene har lang nok gjennomsnittlig tid mellom svikt (MTBF - Mean Time Between Failures). These conditions must be taken into account when designing the cooling system. Firstly, one must avoid anything that requires repair and/or maintenance during the installation's expected lifetime. In traditional land- or platform-based power conversion systems, active air cooling is often used, which involves the use of fans. However, fans are subject to wear and tear, and thus require replacement and/or maintenance. The cooling system to cool mainly the power converters in the UPS system will be built into a waterproof, pressure-resistant housing, and the housing itself will be used as a heat dissipation body, immersed in the seawater as it is. In order to achieve a technical solution with minimal wear on components in the cooling system, a passive cooling system based on heat pipe technology and/or boiling cooling technology is preferred. The heat is typically removed from the electronic components (e.g. IGBTs) in the UPS system's power converters PWRC, PWRI and transferred to the surrounding seawater. An active cooling system can also be used if the components have a long enough mean time between failures (MTBF - Mean Time Between Failures).

Undervannsstasjonen er ikke lett tilgjengelig for vedlikehold og reparasjon, men man kan ikke unngå at deler kan bli skadd eller må skiftes ut av en annen grunn. For å gjøre dette mulig, for eksempel ved hjelp av en ROV, bør enkelte moduler være konstruert for å kunne byttes ut på stedet. Den mest åpenbare løsningen er å legge alle elementene vist i figur 4 i ett trykkbestandig hus med undervanns løsbare koblinger (wet matable connections) for å koble sammen de forskjellige innganger og utganger. Imidlertid er også andre løsninger mulige. Typisk er energilageret ES i UPS-systemet en kandidat for utskiftning i løpet av undervannsstasjonens levetid, og kan derfor være innrettet for å kunne tas ut uavhengig av de andre elementene i UPS-systemet. Når komponenter likevel er konstruert for utskiftning under vann, kan bestemte kombinasjoner av moduler være anordnet inne i en felles beholder. For eksempel kan kraftinngangs-omformeren PWRC og/eller kraftutgangsomformeren PWRI være plassert i separate beholdere, men også i samme beholder som energilageret ES. The underwater station is not easily accessible for maintenance and repair, but it cannot be avoided that parts may be damaged or have to be replaced for some other reason. To make this possible, for example with the help of an ROV, certain modules should be designed to be replaceable on site. The most obvious solution is to put all the elements shown in Figure 4 in one pressure-resistant housing with wet matable connections to connect the different inputs and outputs. However, other solutions are also possible. Typically, the energy storage ES in the UPS system is a candidate for replacement during the lifetime of the underwater station, and can therefore be arranged to be able to be removed independently of the other elements in the UPS system. When components are nevertheless designed for replacement under water, certain combinations of modules can be arranged inside a common container. For example, the power input converter PWRC and/or the power output converter PWRI can be located in separate containers, but also in the same container as the energy storage ES.

Foreliggende oppfinnelse omfatter også en utførelse av UPS-systemet som vist i figur 7. Ved å anvende to eller flere UPS-systemer som hvert forsyner et hjelpekraft-fordelingspunkt, gjøres disse fordelingspunktene vekselsidig redundante. Moduler som forsynes med kraft fra minst to fordelingspunkter vil kunne fungere videre selv om ett fordelingspunkt svikter. Videre kan ladingen av de to eller flere UPS-systemene også gjøres ved å dele fordelingspunktene for ikke-kritiske laster i minst to separate fordelingspunkter, som hvert forsynes med kraft av en egen transformator som mates fra hovedkraft-fordelingspunktet. The present invention also includes an embodiment of the UPS system as shown in Figure 7. By using two or more UPS systems that each supply an auxiliary power distribution point, these distribution points are made mutually redundant. Modules that are supplied with power from at least two distribution points will be able to continue to function even if one distribution point fails. Furthermore, the charging of the two or more UPS systems can also be done by dividing the distribution points for non-critical loads into at least two separate distribution points, each of which is supplied with power by a separate transformer fed from the main power distribution point.

Claims

1. A power supply system for underwater applications comprising an auxiliary power supply device and at least one uninterruptible power supply (UPS system) where the auxiliary power supply device comprises a power supply for the main power, an auxiliary power distribution point for non-critical loads fed from the power supply for the main power and is divided into at least two parallel, mutually redundant auxiliary power distribution points for non-critical loads, where each point is fed by an individual transformer, which in turn is fed by the main power supply, and where each auxiliary power distribution point for non-critical loads feeds auxiliary power distribution point for critical loads through at least one UPS system, and an auxiliary power distribution point for critical loads, and where the UPS system comprises an energy storage (ES), a first power input (IN), a power output (OUT), a power input conversion system (PWRC), a power output conversion system (PWRI), and at least one control system (CTRL), as the requirement The supply system is characterized by the fact that the UPS system is equipped with at least one reserved communication channel (CC) to explicitly control the operation of the UPS system from the outside.

2. Power supply system according to claim 1, characterized in that the operation of the UPS system includes at least one of a start-up function and a shutdown function.

3. Power supply system according to claim 1 or 2, characterized in that said communication channel (CC) is a fiber optic communication channel.

4. Power supply system according to claim 1, characterized in that said energy storage (ES) is at least one of a mechanical storage, a chemical storage, and an electrical storage.