[发明专利]电力上通信的系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于供应电力和数据的电路、电力和数据供应系统、用于供应电力和数据的方法，以及烃类抽取设施。

背景技术

传统上，在水面位置(被称为“水面上”)与例如为海底流体抽取井的水下装备之间的数据通信常通过将通信数据耦合至位于脐带式电缆中的AC电力线上得以实现，该AC电力线用于为井海底开采树的控制系统提供电力。在这样的系统中，模拟数据波形在脐带式电缆的一端叠加在AC电力波形上，并且在另一端，采用电力和数据滤波器将电力波形与数据波形分离。通过该方法，考虑到通信和电力线组合在一起而不再要求专门的通信和电力线，因此脐带式电缆中线的数量可被减少。当水面井控平台与水下设施之间的距离很长(即，几十英里或更长)时，采用这样的电力上通信(COP)的系统是很普遍的，因为其节约了脐带式电缆中的铜从而极大减小了成本。但是，存在一个问题，目前系统中采用的硬件滤波器需要对每个新的海底控制系统的需求进行重新设计。同时，这些滤波器并不精确，由于需要处理大的功率，因此其为空间密集型，并且它们会带来失真、噪音以及功率损耗。

例如，在US4398178，WO00/46923，EP2104240，GB2441811，WO2004/028064，US4173714以及EP0463341中提及的现有技术。

发明内容

本发明的目标在于克服这些问题。该目标通过采用由调制信号控制的开关系统直接产生传输波形来实施电力上通信的系统而得以实现，该传输波形是电力波形和数据波形之和。优选，采用由脉宽调制(PWM)信号控制的H桥电气功率开关系统，并且接收的数据被数字提取。系统元件还便于对AC电力供应进行功率因数校正。

H桥技术对于已有的变频转换器技术来说是众所周知的，但是将之应用到COP系统中，并且采用脉宽调制，以作为大体积模拟滤波器的使用替代，这是具有创新性的。

本发明的优点

更具体来说，本发明具有多种优点，包括：

a)因为不同于已有的系统，对于新的应用来说不再需要新的硬件设计工作，因此具有标准化和模块化的高潜力；

b)更高的数据精确性，这是由于：

-硬件电力/数据滤波器被数字处理替代，以及

-数据波形列可在最合适的无噪音的位置(例如，在电压过零点)以最优的载波频率和幅值的选择被插入到电力波形中。电源是DC，但是沿脐带式电缆向下传输的波形是AC，例如由H桥的高速脉宽调制开关产生的50Hz正弦波。但是，该H桥也用作将数据叠加至该AC波形上，并且因此例如可被控制为在AC波形的过零点进行数据叠加；

c)更高的电力传输效率，这是由于：

-使用海底CPU在海底实现有源滤波以及改进功率因数校正(PFC)，

-该系统提供可编程水面上电力波形以抵消由电缆引起的脐带式电缆谐波失真效应，以及

-该系统消除了电力损耗，而在已有COP系统的硬件滤波器中，电力损耗极大；

d)高功能灵活性，这是由于：

-电力幅值和电力频率都是可编程的，以及

-数据幅值和数据载波频率是可编程的；

e)更高的单位体积功率系数(power per volume coefficient)，这是由于：

-采用现代功率开关转换技术替代变压器，以及

-消除了大体积的硬件滤波器。

根据本发明的第一方面，提供了用于通过共用的传输线供应电力和数据至输出的电路，其包括：

DC电力源；

数据信号源；

用于根据该数据信号产生调制信号的调制器；以及

用于开关该DC电力的开关装置，该开关装置由该调制信号控制，以使得采用该开关装置产生输出至传输线的AC信号。

根据本发明的第二方面，提供一种电力和数据供应系统，其包括根据第一方面的电路、用于接收来自开关装置的AC信号的传输线，以及用于从接收自传输线的AC信号中提取数据的装置。

根据本发明的第三方面，提供了一种包括根据第二方面的电力和数据供应系统的烃类抽取设施，其中该电路位于水面位置，传输线位于连接在水面位置和水下位置之间的脐带式电缆中，以及用于从接收自传输线的AC信号中提取数据的装置位于水下位置。

根据本发明的第四方面，提供了一种用于供应电力和数据至共用的传输线的方法，其包括步骤：

提供DC电力至开关装置，该开关装置可操作来开关该DC电力；

调制数据信号以根据该数字信号产生调制信号；以及