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1、模拟脐带电缆的制作方法专利名称：模拟脐带电缆的制作方法技术领域：本发明涉及模拟与海底流体抽取井一起使用的脐带电缆(umbilical)的方法、测试海底流体抽取井的控制设备的方法以及用于模拟与海底流体抽取井一起使用的脐带电缆的装置。背景技术：与例如烃类抽取井等海底流体抽取井一起的可以长达几十千米的脐带电缆用于在水面上的井控制站和海底控制设备(其位于海底，用于控制井操作)之间传递通信(用于控制和监测)、电功率、液压和化学品。脐带电缆的类型和复杂度取决于受控的井的数目和该海底控制设备的供应范围。因此对每个应用具体地设计脐带电缆。由于脐带电缆的长度和特性，它可以引起对通过它传送的信号和电力的有害影响(
2、例如电力损耗、信号的衰减和可以引起过电压的反射等)。在整个系统的设计中必须考虑这些方面。当海底控制设备在安装之前集合在一起并且采用它的系统配置组装以用于测试 (例如在工厂或在系统测试场所)时，因为利用实际的脐带电缆本身是不可行的，存在模拟脐带电缆的需要以便当测试时提供在它的终端处的预期的信号和电力特性。需要测试的海底控制设备的主要电气方面是包括对要安装在海床上的各种设备的电功率的控制和分布以及水面设备和海底设备之间的通信的电气方面。通常采用的通信方法称为电力上通信(COP)，其中通信信号叠加在电功率供应上。必须模拟由于长脐带电缆的特别电特性造成的由该长脐带电缆的使用引起的任何电效应，来确保施加
3、于采用测试配置的海底控制设备的电功率与当在海床上安装和操作时相同，并且通信(例如，COP)的方法和特性是相同。目前，采用的测试方法使用采用特别设计的电气电路(无源部件的设置)的形式的脐带电缆的硬件表示，该电气电路连接在主电力供应和测试中的海底控制设备之间。必须对每个测试配置设计并且建立新的脐带电缆模拟器，这是昂贵且耗时的。作为背景，可提及电缆/传输线模拟方法，WO 2010/018544, W02009/02697U US 2009/185609,以及Rapid prototyping tool for electrical load emulation using power electro
4、nic converters (使用功率电子转换器用于电负载仿真的快速原型制作工具)”Industrial Electronics & Applications, 2009，ISBM :978-1-4244-468_0。发明内容从一个方面根据本发明，提供模拟与海底流体抽取井一起使用的脐带电缆的方法，该方法包括使用已编程的处理单元来调节输入电信号，用于产生表征已经通过这样的脐带电缆的信号的输出信号。从另一个方面根据本发明，提供测试海底流体抽取井的控制设备的方法，该方法包括模拟脐带电缆，其中使用已编程处理单元来调节输入电信号以便产生表征已经通过这样的脐带电缆的信号的输出信号，以及包括将该信
5、号供应给该控制设备。在每个这样的方法中，输入电信号可以是DC，并且该DC输入电信号由DC-AC转换器调节。该转换器可使用脉冲宽度调制调节该输入电信号。该DC-AC转换器可包括H桥路， 并且例如包括多个开关，这些开关的操作时序由已编程的处理单元控制来实现该调节。从另外的方面根据本发明，提供用于模拟与海底流体抽取井一起使用的脐带电缆的装置，该装置包括处理单元，其可编程或已经编程成用于调节输入电信号以便产生表征已经通过这样的脐带电缆的信号的输出信号。这样的装置可以包括用于调节输入电信号的DC-AC转换器。该转换器可使用脉冲宽度调制调节该输入电信号。该DC-AC转换器可包括H桥路，并且例如包括多个开关
6、，这些开关的操作时序由已编程的处理单元控制来实现该调节。本发明实现新颖的一般或通用可编程脐带电缆模拟器的设计，其可以容易地适应于在测试所有海底控制设备中使用。这通过在模拟器中包括可编程处理单元使得仅软件需要适应于根据要求改变该模拟器的特性而实现。图1是典型的海底流体抽取井控制系统的示意图；图2是根据本发明的模拟器的实施例的示意图；以及图3是图2的模拟器的部件的更详细的示意图。具体实施例方式典型的海底流体抽取井控制系统的配置在图1中示出。处于浮动平台或钻井架上的主控制站(MCS)I使操作员能够控制海上井的操作。通常与该站1位于一处的发电机2 提供安置在海底的海底控制设备8所要求的所有电功率供应。
7、线路4上的电功率供应传递给组合器和分离器设备5，其中线路3上来自该主控制站的通信信号(即，到该海底控制设备的控制信号)与该电功率供应组合。线路6上该组合的电功率和通信信号然后经由脐带电缆7传送到该海底控制设备8。同样，线路6上来自该海底控制设备的返回传感器信号由该分离器5分离并且经由线路3由站1接收。脐带电缆7展现处于电功率供应的操作频率和通信的操作频率两者的电力传输线路的特性，例如信号衰减、沿它的长度的功率损失以及由于负载失配引起的反射等。脐带电缆的这样的特性可在理论上或从实践经验确定。特别地，要使用的铜的物理尺寸和数量是已知的，并且因此也可确定脐带电缆对于各种频率的每单位长度阻抗。另外，有
8、经验的井操作员还具有关于各种频率的信号如何受各种尺寸的脐带电缆影响的数据。要描述的可编程脐带电缆模拟器是单个设备，可以对其编程来模拟任何脐带电缆的电行为，并且其可以用于任何海底系统，并且计划用单个可编程的脐带电缆模拟器来代替目前的多种脐带电缆模拟器。可编程脐带电缆模拟器的配置在图2中示出。该装置包括耦合于DC至AC转换器 (即，逆变器)13的可编程中央处理单元(CPU) 9，该DC至AC转换器13在输入10处接收输入DC电信号。图3更详细示出这两个部件。该转换器13(采用在图3中更详细地示出并且在下文更深入地描述的所谓的H桥路的形式)使用数字可控脉冲宽度调制(PWM)技术将DC转换成AC来产生
9、由CPU 9作用于其上的功率波形。更特别地，已经为该CPU 9编程使得它将转换器13产生的该波形失真使得将适当的谐波含量添加到该功率波形，使得来自转换器13的输出是特定脐带电缆的输出的模拟。如果期望模拟是来自脐带电缆的COP信号中的一个，为该CPU 9编程使得也将适合的信息添加或印记在该功率波形上来实现此。提供信号输入16用于接收输入信号，例如“纯”正弦波形。上文的模拟器将被用在测试场所用于测试海底控制设备，从转换器13的输出经由输出15供应给要测试的设备(如果需要的话经由可选的低通滤波器14)。如果在测试场所仅AC电功率可用，模拟器可包括在输入16与输入10之间的AC/ DC转换器11和DC
10、链路12来提供由DC-AC转换器13要求的DC输入功率。在任一情况下，模拟器可提供为一件硬件，具有输入16、输出15和例如人用交互接口的部件，该人用交互接口例如键盘、监测器等(没有示出)用于指示CPU 9提供期望的模拟。备选地，模拟器可例如经由通用串行总线(USB)连接或其类似物连接到单独的计算部件。图3更详细地示出CPU 9和DC-AC转换器13。该转换器13包括标准H桥路，其中在该“H”的每个臂上的开关包括晶体管并且可在DC输入10上操作。为了方便，来自转换器13的输出示为简单负载17。每个开关由CPU 9的驱动器18驱动，这些驱动器18由处理部件19控制。处理部件19可操作来从数据库20
11、获得信息，该数据库20存储包含频率依赖脉冲宽度调制(PWM)时序的查找表。提供读取/写入单元21，使操作员能够与CPU 9交互，例如以便更新或修改存储在数据库20中的信息，或输入期望的脐带电缆物理特性。这可包括如上文描述的人用接口部件，或可实现到外部计算部件的连接。操作为了图示的目的，将描述模拟器操作的下列说明，其中要求测试用于海底装备的使用AC输入的标准COP系统。最初，CPU 9的数据库20加载有查找表，其提供可能的脐带电缆物理特性集的PWM 时序。因为脐带电缆将采用不同的方式影响不同的频率信号，这些查找表是依赖频率的。该步骤将典型地在模拟器的初始设置期间仅进行一次(除非例如在后面的阶段发
12、现错误)。 将这些查找表联系起来，使得可对感兴趣频率、即COP频率导出单个PWM时序序列。要测试的海底设备连接到模拟器的输出15，并且信号源连接到AC输入16，该源等同于将在海底设备的使用中被供应的那个源。一般，尽管因为利用COP系统存在相对复杂的频率叠加，即，使用许多不同的频率输入，该输入可能不表现为特别纯的，但该信号源将是相对“纯的”，即具有很少失真的各种频率的正弦信号的叠加。要使用的脐带电缆的特性经由单元21输入CPU 9，并且处理部件19在数据库20 中选择对应的查找表并且检索相关的PWM开关时序。处理部件19然后控制驱动器18以正确的PWM开关时序操作转换器13的每个开关。AC输入由
13、AC/DC转换器11转换成DC，并且经由链路12传递到转换器13的输入 10。转换器13然后将输入DC信号10转换器成AC，然而谐波将由于由转换器13使用的开关时序而被引入该AC信号。也就是说，该信号将采用与使用具有规定的物理特性的脐带电缆将发生的相似的方式变为失真的。来自转换器13的AC输出如果要求的话则通过低通滤波器14，并且然后经由输出 15输出到测试设备。使用本发明的优势下文阐述根据本发明的可编程脐带电缆模拟器的一些优势。可以进行系统的更全面测试，因为可编程模拟器使能够对单个测试配置模拟更宽范围的脐带电缆特性和不同的系统可能性。必须对要测试的每个海底控制设备设计、开发和建立脐带电缆模拟
14、器是耗时的， 使用人力，并且是昂贵的。一般模拟器的使用将显著减少这些成本。这是因为需要的变化限于软件内容，而硬件设计不需要修改。可编程脐带电缆模拟器本身是产品，因为它可以被供应为形成供应给客户用于测试和维护的测试设备的一部分的测试工具，或供应为单独的产品。权利要求1.一种模拟与海底流体抽取井一起使用的脐带电缆的方法，所述方法包括使用已编程的处理单元来调节输入电信号以便产生表征已经通过这样的脐带电缆的信号的输出信号。2.如权利要求1所述的方法，其中所述输入电信号是DC，并且所述DC输入电信号由 DC-AC转换器调节。3.如权利要求2所述的方法，其中所述转换器使用脉冲宽度调制调节所述输入电信号。4
15、.如权利要求2和3中任一项所述的方法，其中所述DC-AC转换器包括H桥路。5.如权利要求4所述的方法，其中所述H桥路包括多个开关，所述开关的操作时序由所述已编程的处理单元控制来实现所述调节。6.一种测试海底流体抽取井的控制设备的方法，所述方法包括模拟脐带电缆，其使用已编程的处理单元来调节输入电信号以便产生表征已经通过这样的脐带电缆的信号的输出信号，以及将所述输出信号供应给所述控制设备。7.如权利要求6所述的方法，其中所述输入电信号是DC，并且所述DC输入电信号由 DC-AC转换器调节。8.如权利要求7所述的方法，其中所述转换器使用脉冲宽度调制调节所述输入电信号。9.如权利要求7和8中任一项所述
16、的方法，其中所述DC-AC转换器包括H桥路。10.如权利要求9所述的方法，其中所述H桥路包括多个开关，所述开关的操作时序由所述已编程的处理单元控制来实现所述调节。11.一种用于模拟与海底流体抽取井一起使用的脐带电缆的装置，所述装置包括处理单元，其可编程或已经编程成用于调节输入电信号以便产生表征已经通过这样的脐带电缆的信号的输出信号。12.如权利要求11所述的装置，包括用于调节所述输入电信号的DC-AC转换器。13.如权利要求12所述的装置，其中所述转换器使用脉冲宽度调制调节所述输入电信号。14.如权利要求12和13中任一项所述的装置，其中所述DC-AC转换器包括H桥路。15.如权利要求14所述的装置，其中所述H桥路包括多个开关，所述开关的操作时序由所述已编程的处理单元控制来实现所述调节。全文摘要本发明涉及模拟脐带电缆。一种模拟与海底流体抽取井一起使用的脐带电缆的方法包括使用已编程的处理单元(9)来调节输入电信号以便产生表征已经通过这样的脐带电缆的信号的输出信号。
