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1、10申请公布号CN104078917A43申请公布日20141001CN104078917A21申请号201410121535422申请日2014032813161586620130328EPH02H1/0420060171申请人韦特柯格雷控制系统有限公司地址英国布里斯托尔72发明人JR戴维斯S普基亚努GT莫利74专利代理机构中国专利代理香港有限公司72001代理人姜甜刘春元54发明名称功率控制系统中对瞬变的防护57摘要本发明名称为“功率控制系统中对瞬变的防护”。披露一种用于向至少一个电感型负载（7）提供交流电的系统（1），其包括用于导通和关断到该负载的功率的至少一个开关装置（4）、调适为用于。
2、控制所述至少一个开关装置（4）的控制装置（3）和预先磁化装置（9），其中预先磁化装置（9）配置成生成促使开关装置（4）将电感型负载（7）预先磁化的脉冲。30优先权数据51INTCL权利要求书1页说明书4页附图4页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图4页10申请公布号CN104078917ACN104078917A1/1页21一种向至少一个电感型负载提供交流电的系统，所述系统包括用于导通和关断到所述至少一个负载的功率的至少一个开关装置、调适为用于控制所述至少一个开关装置的控制装置、以及预先磁化装置，其中所述预先磁化装置配置成生成促使所述开关装置将所述电感型。
3、负载预先磁化的脉冲。2如权利要求1所述的系统，其中所述控制装置包括电压过零比较器和相位控制逻辑，以及其中所述比较器的所述输出被所述相位控制逻辑使用来控制所述开关装置，以与输入交流电同相地在所述交流电波形的正向过零点处导通和关断到所述至少一个负载的功率。3如权利要求2所述的系统，其中所述预先磁化装置包括预先磁化脉冲发生器。4如权利要求3所述的系统，其中所述预先磁化装置包括预先磁化控制逻辑，所述预先磁化控制逻辑配置成控制所述预先磁化脉冲发生器以生成一列脉冲，其中每个脉冲控制所述开关装置以在所述交流电波形的负向过零点之前导通到所述至少一个负载的功率。5如前面权利要求任一项所述的系统，其中所述至少一个。
4、电感型负载包括变压器的绕组。6如前面权利要求任一项所述的系统，其中所述交流电电流波形是正弦波。7如前面权利要求任一项所述的系统，其包括用于海下井的功率控制系统。8一种用于向至少一个电感型负载提供交流电的方法，其包括如下步骤提供用于导通和关断到所述至少一个负载的功率的至少一个开关装置；提供调适为用于控制所述至少一个开关装置的控制装置；以及使用预先磁化装置生成促使所述开关装置将所述电感型负载预先磁化的脉冲。9如权利要求8所述的方法，其中所述控制装置包括电压过零比较器和相位控制逻辑，以及其中所述比较器的输出被所述相位控制逻辑使用来控制所述开关装置以与输入交流电同相地在所述交流电波形的正向过零点处导通。
5、和关断到所述至少一个负载的功率。10如权利要求9所述的方法，其中所述预先磁化装置包括预先磁化脉冲发生器。权利要求书CN104078917A1/4页3功率控制系统中对瞬变的防护技术领域0001本发明涉及功率控制系统中，例如海下流体生产井功率控制系统中对瞬变和浪涌电流的防护。背景技术0002在海下流体生产井功率控制系统中，与电感型负载的导通/关断开关固有关联的电压瞬变潜在地非常有害，因为通信调制解调器直接耦合（电连接）到功率线路以便实现功率上通信（COP）系统。高电压瞬变可能损坏基于COP的通信系统中使用的舷顶调制解调器和海下调制解调器以及舷顶配电变压器和海下配电变压器。0003在现代功率控制系统。
6、中，对变压器进行AC功率开关典型地由半导体开关，如硅控整流器（SCR）、三端双向晶闸管（TRIACS）和栅极可关断晶闸管（GTO）来实现。现有技术的方法，如WO01/03323、US5563459、US2006/262881和US4745515中披露的那些方法，教导了为了将变压器初级的浪涌电流减到最小，明智的做法是在输入电流下降到0时的AC波形点处对半导体器件的关断进行相位控制，从而确保在AC供电恢复时，变压器芯中的剩磁为0，由此将不进入饱和。但是，如果在变压器初级中正在通过电流时无意间撤除AC电源，即不是零电流相控关断，从而在芯中留下剩磁，且潜在地在电源恢复时导致饱和以及大浪涌电流，则这个防。
7、护是没有价值的。0004此情况通过欧洲专利申请第111943601号披露的发明予以避免，该专利申请描述一种防止变压器馈电的供电系统中的导通瞬变的方法，该方法是在关断时从DC供电源注入DC电流，从而将变压器芯预先磁化到低剩磁，以使下次导通时的浪涌电流减到最小。0005本发明无需单独的DC供电源即可实现相同的预先磁化。发明内容0006根据本发明的一个方面，提供一种向至少一个电感型负载提供交流电的系统，该系统包括用于导通和关断到所述至少一个负载的功率的至少一个开关装置、调适为用于控制所述至少一个开关装置的控制装置和预先磁化装置，其中预先磁化装置配置成生成促使开关装置将电感型负载预先磁化的脉冲。000。
8、7根据本发明的另一个方面，提供一种用于向至少一个电感型负载提供交流电的方法，其包括如下步骤提供用于导通和关断到所述至少一个负载的功率的至少一个开关装置；提供调适为用于控制所述至少一个开关装置的控制装置；以及使用预先磁化装置生成促使开关装置将电感型负载预先磁化的脉冲。0008该控制装置可以包括电压过零比较器和相位控制逻辑，以及所述比较器的输出可以被相位控制逻辑使用来控制开关装置以与输入交流电同相地在交流电波形的正向过零点处导通和关断到所述至少一个负载的功率。0009该预先磁化装置可以包括预先磁化脉冲发生器。说明书CN104078917A2/4页40010该预先磁化装置可以包括预先磁化控制逻辑，该。
9、预先磁化控制逻辑配置成控制预先磁化脉冲发生器以生成一列脉冲，其中每个脉冲控制开关装置以在交流电波形的负向过零点之前导通到所述至少一个负载的功率。0011该交流电波形可以包括正弦波。0012至少一个电感型负载可以包括变压器的绕组。0013根据本发明的系统典型地包括用于海下井的功率控制系统，以及根据本发明的方法典型在这种系统中执行。0014根据本发明的第一方面，提供了一种向至少一个电感型负载提供交流电的系统，所述系统包括用于导通和关断到所述至少一个负载的功率的至少一个开关装置、调适为用于控制所述至少一个开关装置的控制装置、以及预先磁化装置，其中所述预先磁化装置配置成生成促使所述开关装置将所述电感型。
10、负载预先磁化的脉冲。0015优选地，所述控制装置包括电压过零比较器和相位控制逻辑，以及其中所述比较器的所述输出被所述相位控制逻辑使用来控制所述开关装置，以与输入交流电同相地在所述交流电波形的正向过零点处导通和关断到所述至少一个负载的功率。进一步地，所述预先磁化装置包括预先磁化脉冲发生器。更进一步地，所述预先磁化装置包括预先磁化控制逻辑，所述预先磁化控制逻辑配置成控制所述预先磁化脉冲发生器以生成一列脉冲，其中每个脉冲控制所述开关装置以在所述交流电波形的负向过零点之前导通到所述至少一个负载的功率。0016优选地，所述至少一个电感型负载包括变压器的绕组。0017优选地，所述交流电电流波形是正弦波。0。
11、018优选地，根据第一方面的系统包括用于海下井的功率控制系统。0019根据本发明的第二方面，提供了一种用于向至少一个电感型负载提供交流电的方法，其包括如下步骤提供用于导通和关断到所述至少一个负载的功率的至少一个开关装置；提供调适为用于控制所述至少一个开关装置的控制装置；以及使用预先磁化装置生成促使所述开关装置将所述电感型负载预先磁化的脉冲。0020优选地，所述控制装置包括电压过零比较器和相位控制逻辑，以及其中所述比较器的输出被所述相位控制逻辑使用来控制所述开关装置以与输入交流电同相地在所述交流电波形的正向过零点处导通和关断到所述至少一个负载的功率。进一步地，所述预先磁化装置包括预先磁化脉冲发生。
12、器。更进一步地，所述预先磁化装置包括预先磁化控制逻辑，所述预先磁化控制逻辑配置成控制所述预先磁化脉冲发生器以生成一列脉冲，其中每个脉冲控制所述开关装置以在所述交流电波形的负向过零点之前导通到功率所述至少一个负载的功率。0021优选地，所述至少一个电感型负载包括变压器的绕组。0022优选地，在用于海下井的功率控制系统中执行根据第二方面的方法。附图说明0023图1是根据本发明的电子功率控制系统的实施例的示意图；图2是没有对变压器线圈预先磁化的情况下，导通时图1的系统中测量的电压和电流的示波器描迹；说明书CN104078917A3/4页5图3是在导通之前应用预先磁化时，图1的系统中测量的电压和电流的。
13、示波器描迹；以及图4是在导通之前已应用预先磁化时，在导通时图1的系统中测量的电压和电流的示波器描迹。具体实施方式0024图1示出诸如半导体开关器件采用SCR功率开关的典型电子功率控制系统。在本示例中，负载是海下电子模块（SEM），它是海下流体（例如烃类）生产井控制系统的一部分。但是，可以将本发明应用于任何变压器馈电的系统。0025功率控制系统1常规地由电压过零比较器2、馈电相位控制逻辑3、SCR功率开关4组成，在受控状况下，馈电相位控制逻辑3确保SCR功率开关4的导通和关断在AC供电压处于电压过零点时进行。来自SCR功率开关4导通的功率馈给变压器5，变压器5的输出馈给AC至DC变流器6，AC至。
14、DC变流器6进而向DC负载7（在本例中为SEM）供电。本发明的实施例是对此布置的修改，确切地来说，包括添加变压器预先磁化逻辑8，控制脉冲发生器9，这样通过SCR功率开关4对变压器5产生预先磁化DC功率生成。0026现在将描述图2，其中通道1表示从SCR功率开关4（经由隔离放大器）输入到变压器5的输出电压，其中每格刻度对应于500V。图1中，这是在点A测得的。0027通道2表示电压过零比较器输出，其中每格刻度对应于5V。图1中，这是在点B测得的。0028通道3表示SCR功率开关4的开关栅极控制信号，其中每格刻度对应于5V（以及5V表示SCR功率开关4的导通）。图1中，这是在点C测得的。0029通。
15、道4表示由设为每10MV1A（每伏100A）的DC电流探针监视的负载（SEM）电流，其中每格刻度对应于5V。图1中，这是在点D测得的。0030图2图示在变压器关断且其芯中有很多剩磁且相位控制逻辑3和预先磁化控制逻辑8被禁用之后导通到变压器5的供给，以使SCR功率开关4在输入正弦波的正向过零点处导通。正如在通道1上可见到，输入电压上升，但是不久导致变压器芯饱和，这导致非常大的浪涌电流（参见通道4），进一步导致输入供电压波形的严重畸变，以及可能损坏供电负载的后续电压瞬变。此影响也可能见到为持续了供电压的若干周期。0031该效果会由于意外撤除供电（例如，通过断路器开路）时的瞬变而导致损坏，SCR功率。
16、开关4的常规相位控制可能无法防止此情况。0032图3图示根据本发明实施例的SCR功率开关4控制电路的预先磁化修改的操作。在进行导通之前，对功率控制系统1发出导通命令之后，AC供电源促使预先磁化逻辑8指令预先磁化脉冲发生器9输出一列短持续时间的SCR导通脉冲（参见通道3）以将SCR功率开关4刚好在使SCR功率开关4关断的前一个输入电压负半正弦波达到电压过零点之前导通。注意这仅在负半正弦波上发生。由预先磁化逻辑8根据过零检测器2来触发正确的导通点（参见通道2）。此列短SCR导通脉冲仅在负半正弦波周期上使得小负DC供电压被施加到变压器，这确保在导通时施加下一个正正弦波供电压时，其芯中的剩磁小且相对于。
17、下一个导通周期为稍微负，即设为防止变压器芯饱和。在几个周期之后，一列预先磁化脉冲被关说明书CN104078917A4/4页6断，由此允许相位控制逻辑3执行相位控制的导通过程来启动导通周期。0033图4示出在相位控制的导通过程之前施加了预先磁化时，先前提到的四个通道的最终识别器描迹。通道4上的输入电流电涌和通道1上的输入供电波形畸变较图2大大地减小。这些描迹是在故意将变压器5设为高芯剩磁且连接到系统之后记录的。0034使用本发明的优点对海下流体萃取井供电的变压器必须遵循在它们被置于海下，往往海水下数公里时不成为破坏性电压瞬变的源头。因此，恢复和修复它们是非常昂贵的。本发明能够大大地降低此类破坏性瞬变的风险，并由此潜在地节省钻井运营商主要运营成本。说明书CN104078917A1/4页7图1说明书附图CN104078917A2/4页8图2说明书附图CN104078917A3/4页9图3说明书附图CN104078917A4/4页10图4说明书附图CN104078917A10。