[发明专利]井下发电系统及其优化功率控制方法

权利要求书

1.一种井下发电系统，其包括：

涡轮发电机系统，其包括：

涡轮机，其由井下流体的流动驱动旋转；及

发电机，其与所述涡轮机连接并具有AC-DC整流器，其中，所述发电机被配置用于将来自所述涡轮机的旋转能转换为电能并输出直流电压；以及

优化功率控制单元，所述涡轮发电机系统通过所述优化功率控制单元连接到负载，其中，所述优化功率控制单元被配置用于控制去调节所述发电机的输出电压，并将调节后的输出电压提供给所述负载，从而所述涡轮发电机系统具有优化功率输出，

其中，所述优化功率控制单元被配置用于规律地断开所述发电机与所述负载的连接并在断开连接之后测量所述发电机的输出电压，并且，重新连接所述发电机与所述负载并调节所述发电机的输出电压等于所述发电机的所述测量到的输出电压乘以预定义用于优化功率控制的优化电压比；并且

所述优化电压比等于在所述井下流体的任一流量下所述发电机的优化功率控制电压与所述发电机的开路电压的比，所述发电机的所述优化功率控制电压被定义为所述涡轮发电机系统具有优化功率输出的电压，所述发电机的所述开路电压被定义为所述发电机的恒定的空载电压。

2.如权利要求1所述的井下发电系统，其中，所述优化功率控制单元被配置用于断开所述发电机与所述负载的连接并测量所述发电机的所述开路电压，并且，重新连接所述发电机与所述负载并调节所述发电机的输出电压等于所述发电机的所述测量到的开路电压乘以所述优化电压比，所述发电机的开路电压被定义为在断开连接之后所述发电机的恒定的空载电压。

3.如权利要求1所述的井下发电系统，其中，所述优化功率控制单元被配置用于断开所述发电机与所述负载的连接并在预定的断开时间之后测量所述发电机的断开电压，并且，重新连接所述发电机与所述负载并调节所述发电机的输出电压等于所述发电机的所述测量到的断开电压乘以所述优化电压比。

4.如权利要求3所述的井下发电系统，其中，所述优化功率控制单元被配置用于重复所述断开连接、测量、重新连接和调节的步骤直至所述发电机的所述测量到的断开电压趋于恒定。

5.如权利要求1所述的井下发电系统，其中，所述优化电压比对于所述井下流体的不同流量是恒定的。

6.如权利要求1所述的井下发电系统，其中，所述优化功率输出以所述涡轮发电机系统的最大功率输出或最大系统效率为目标。

7.如权利要求1至6中任一项所述的井下发电系统，其中，所述井下发电系统包括多个涡轮发电机系统，每一个涡轮发电机系统包括所述涡轮机，所述发电机和所述优化功率控制单元，所述多个涡轮发电机系统中的所述多个涡轮机在物理上被定位成使得一个或多个涡轮机被暴露于所述井下流体中。

8.如权利要求7所述的井下发电系统，其中，所述一个或多个涡轮机的转速和由所述多个涡轮发电机系统所产生的电量取决于各自的涡轮机的物理位置。