[发明专利]向至少一个负载供电的系统及方法

说明书

本发明涉及向至少一个负载供电的系统及方法，其中提供的一种向至少一个负载供电的系统包括：电耦合于该至少一个负载的至少一个电源单元、负载箱及控制装置。负载箱与至少一个电源单元和至少一个负载电耦合。负载箱包括可控电压源、电耦合于该可控电压源的输出侧与至少一个电源单元之间的至少三个电阻以及至少一个储能元件。可控电压源包括多个电子开关，至少一个储能元件包括一个或多个电容以及一个或多个电池中的至少一者。控制装置用于在第一阶段控制该多个电子开关，使得在至少一个电源单元的输出功率超过至少一个负载的需求功率的情况下，任何多余的输出功率被提供给至少一个储能元件或者被该至少三个电阻消耗。本发明还提供一种向至少一个负载供电的方法。

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种向至少一个负载供电的系统及方法。

背景技术

在油井钻探操作中，钻机需要消耗较多的电能，钻机中消耗电能的主要部件是绞车、泥浆泵、顶驱装置及转盘。在正常钻井操作中，一个或者多个电源单元用于给钻机的绞车、泥浆泵、顶驱装置及转盘提供平均功率(英文名称为average power)。该一个或者多个电源单元可以是柴油发电机、燃气发电机或者混合动力发电机等。

在提升钻头(例如出现了钻头损坏或者遇到不同岩层需要更换与岩层相适应的钻头，绞车需要提升钻井中的钻杆及钻头以更换钻头)等操作中，绞车需要消耗较多的电能，电源单元需要瞬时给绞车提供峰值功率(英文名为peak power)，然而现有电源单元的响应速度较慢，无法瞬时提供峰值功率。

其一，为了解决现有电源单元的响应速度较慢的技术问题，第一种解决方案是：提前较大幅度地增加电源单元的输出功率。例如在预提升钻头阶段，使得电源单元的输出功率较大幅度地增加至第一峰值功率，此时绞车的需求功率仍然为平均功率。此时，必须设置负载箱(英文名称为load bank)以热的方式消耗掉电源单元的输出功率与绞车的需求功率之间的功率差异，以实现能量守恒。

在提升钻头阶段，使得电源单元的输出功率由第一峰值功率瞬时增加至第二峰值功率，此时绞车的需求功率由平均功率瞬时增加至峰值功率，解决了现有电源单元的响应速度较慢的问题。

然而，现有负载箱由多个机械开关和多个电阻组成，其缺点是：负载箱中的机械开关的寿命较短，另外负载箱中的电阻的数量较多。另外，机械开关是离散的，导致不能连续地调节负载箱消耗的功率。

为了解决机械开关寿命较短的问题，一种解决方案是将负载箱中的所有机械开关替换成电子开关，然而该等电子开关不能以软开关方式开通或关断，因而又带来了噪声及谐波的问题。

此外，现有负载箱的缺点还有：现有负载箱只能由电阻消耗电能而不能主动提供电能。

其二，为了解决现有电源单元的响应速度较慢的技术问题，第二种解决方案是：重新设计电源单元，使得电源单元具有较快的响应速度，然而重新设计具有较快响应速度的电源单元比较费时、比较复杂并且成本较高。

发明内容

现在归纳本发明的一个或多个方面以便于本发明的基本理解，其中该归纳并不是本发明的扩展性纵览，且并非旨在标识本发明的某些要素，也并非旨在划出其范围。相反，该归纳的主要目的是在下文呈现更详细的描述之前用简化形式呈现本发明的一些概念。

本发明的一个方面，在于提供一种向至少一个负载供电的系统，该至少一个负载电耦合于至少一个电源单元，该系统包括：

负载箱，电耦合于至少一个电源单元及至少一个负载；

及控制装置；

其中，该负载箱包括可控电压源、电耦合于该可控电压源的输出侧与至少一个电源单元之间的至少三个电阻以及至少一个储能元件；该可控电压源包括多个电子开关，该至少一个储能元件包括一个或多个电容以及一个或多个电池中的至少一者；