一种海洋地震勘探拖缆供电长度预测方法与流程

本发明涉及一种供电长度预测方法，尤其涉及一种海洋地震勘探拖缆供电长度预测方法。

背景技术：

海洋地震勘探拖缆是海洋地震勘探拖缆供电系统的重要组成部分之一，拖缆主要用于采集与传输地震勘探作业中的地震波信号，拖缆的长度是影响海底地层勘探深度的关键因素，在海洋地震勘探拖缆供电系统相关参数给定的条件下，海洋地震勘探拖缆供电系统正常工作能支持的拖缆的最大长度是系统设计者迫切需要知道的。对于设计者而言，对海洋地震勘探拖缆供电系统进行建模和仿真，从而实现对海洋地震勘探拖缆供电长度的预测是一种简捷、高效的方法。

技术实现要素：

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种海洋地震勘探拖缆供电长度预测方法，提高了预测精度，且简单、方便，能够有效地对海洋地震勘探拖缆供电长度进行预测。

本发明技术解决方案：一种海洋地震勘探拖缆供电长度预测方法，包括以下步骤：

(1)根据海洋地震勘探拖缆供电系统，建立海洋地震勘探拖缆供电系统模型；

(2)依照步骤(1)的海洋地震勘探拖缆供电系统模型建立方程组；

(3)设置海洋地震勘探拖缆供电系统的相关参数；所述设置相关参数包括高压直流电源的输出电压u0,光电包的功耗p0,数字包的功耗p,100米电源线的直流电阻r；

(4)将步骤(3)中设置的相关参数代入步骤(2)建立的方程组中进行求解，计算出海洋地震勘探拖缆供电长度和海洋地震勘探拖缆供电系统的功耗。

所述步骤(1)中，海洋地震勘探拖缆供电系统模型是根据实际的海洋地震勘探拖缆供电系统抽象简化出的等效模型，海洋地震勘探拖缆供电系统采用高压直流供电，海洋地震勘探拖缆供电系统模型包括以下几个部分：

各级节点，第一级节点为光电包，其余各节点为数字包；

数字包，负责采集与传输海洋地震勘探作业中的人工激发地震产生的水声信号的；

光电包，用于将数字包采集的数据通过光纤上传到勘探船上负责接收数据的电路板上；

高压直流电源，电压输出范围为360v～400v,为各级节点提供电能；

拖缆电源线，是高压直流电源与各级节点之间的桥梁，负责将高压直流电输送到各级节点；

升压装置，为解决拖缆后级节点供电不足的情况，在拖缆的某些节点处加入升压装置，升压装置将节点处的电压升到380v,保证海洋地震勘探拖缆供电系统的各级节点的电子学设备正常工作。

所述步骤(2)中，建立的方程组如下：

其中u0为高压直流电的输出电压，r为每100米拖缆电源线的直流阻抗，p0为光电包的功耗，p是数字包功耗，u1～un为第一级节点到第n级节点的电压，i1～in为各级电流；5表示高压直流电源到第一级节点的距离为500米，r为每100米拖缆电源线的直流阻抗。

所述步骤(4)中，计算出海洋地震勘探拖缆供电长度和海洋地震勘探拖缆供电系统的功耗的过程如下：

(1)海洋地震勘探拖缆供电系统中，高压直流电源到第一级节点的距离d0为500米，光电包和数字包以及数字包之间的距离d1为100米，根据方程组(1.1)和(1.2)，求解得到节点个数n的值，海洋地震勘探拖缆供电长度l的计算公式为：

l＝d0+(n-1)*d1(1.3)；

(2)海洋地震勘探拖缆供电系统的功耗由两部分组成，节点功耗和电源线上的热损耗，其中节点功耗p1由第一级节点的功耗p0和n-1个数字包的功耗组成，计算公式为p1＝p0+(n-1)*p，电源线损由焦耳定律求得，

海洋地震勘探拖缆供电系统的功耗p的计算公式如下：

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明建立了精确的模型，可快速地计算出带升压装置的海洋地震勘探拖缆供电长度。

(2)本发明解决了在给出海洋地震勘探拖缆供电系统相关参数的条件下，计算出海洋地震勘探拖缆供电系统正常工作所能支持的拖缆的最大长度和海洋地震勘探拖缆供电系统的功耗。

附图说明

图1是海洋地震勘探拖缆供电系统等效模型图，由高压直流电源1、拖缆电源线2、升压装置3、数字包4、光电包5组成；

图2是海洋地震勘探拖缆供电系统的等效电路图，ps为高压直流电源1的输出功率，也是海洋地震勘探拖缆供电系统的功耗，p0是光电包的功耗，p是数字包的功耗，u0是高压电源的输出电压，u1～un是各级节点两端的电压，i1～in是每小段电源线上的电流，r是每100米电源线的直流阻抗；

图3是对海洋地震勘探拖缆供电长度进行预测的整体思路图；

图4是海洋地震勘探拖缆供电长度预测方法的计算流程图；

图5是6节点带2个升压装置的海洋地震勘探拖缆供电系统的等效电路图；

图6是带升压装置的海洋地震勘探拖缆供电系统的简化电路图；

图7是带升压装置的海洋地震勘探拖缆供电系统的最终简化电路图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式进一步地详细描述。

如图3所示，为海洋地震勘探拖缆供电长度预测方法的计算流程图。

一种海洋地震勘探拖缆供电长度预测方法，包括以下步骤：

步骤s1,建立了如图1所示的海洋地震勘探拖缆供电系统模型，海洋地震勘探拖缆供电系统主要由高压直流电源1、拖缆电源线2、升压装置3、数字包4、光电包5组成。其中高压直流电源1通过拖缆电源线2为数字包4供电，当后级数字包供电不足时，升压装置3会将低压直流电升到设定的值，保证各级数字包正常工作。数字包4主要采集与传输地震勘探作业中的人工激发地震产生的水声信号。光电包5用于将数字包采集的数据通过光纤上传到勘探船上负责接收数据的电路板上。

步骤s2，根据图1所示的海洋地震勘探拖缆供电系统模型图，建立了如图2所示的等效电路图，其中各参数含义如下，u0为高压直流电的输出电压，r为每100米拖缆电源线的直流阻抗，p0为光电包的功耗，p是数字包功耗，u1～un为第一级节点到第n级节点的电压，i1～in为各级电流。

根据图2，由基尔霍夫电压和电流定律可得到如下方程组：

步骤s3，对海洋地震勘探拖缆供电系统相关参数进行赋值，通过联立方程组求解满足条件节点个数n的值的和各级节点的电压值，主要由两步组成，先求解得到海洋地震勘探拖缆供电系统所能支持的最大节点数n,确定n的值后，用逼近的方法求解各级节点电压。计算流程如图4所示，

步骤s31,对海洋地震勘探拖缆供电系统的相关参数进行赋值，包括高压直流电的输出电压u0,光电包的功耗p0,数字包的功耗p，100米拖缆电源线的直流电阻r。

步骤s32，设置n的值和最后一级节点电压un的值，使得它们在合理的范围内，例如n＝50,un＝200v利用(1.2)中的最后一个等式计算得到i50的值,将i50的值带回(1.1)中最后一个方程un-1＝in*r+un，计算得到u49的值，将u49的值带回(1.2)中的倒数第二个方程计算得到i49的值，将i49带回un-2＝in-1*r+un-1，得到u48的值，依次类推，最后可以求得需要的高压直流电u0’。

步骤s33,将步骤s32中求得的u0’与u0做比较，如果u0’>u0，那么所设置的n的值是满足要求的，转向步骤s34计算,否则令n＝n+1,转向步骤s32计算。

步骤s34,引入变量e0，令e0等于步骤s32中的u0-u0’，如果e0小于给定的误差值e,转向步骤s36计算，否则转向s35计算。

步骤s35的目的，在步骤s34中，已经得到了给定的高压直流电源的条件下，海洋地震勘探拖缆供电系统所能支持的最大节点数，在步骤s32中只是假设了最后一级节点电压的值，所以步骤s32中的各级节点的电压和电流并非系统中真实的值，本发明采取逼近的方法，令un＝un+0.1,通过方程组(1.2)和(1.3)计算得到u0’,转向s34进行比较。

步骤s36中可以得到在指定的条件下，海洋地震勘探拖缆供电系统支持的最大节点数n和各级节点的电压u1～un。

步骤s4,将步骤s3中得到的n的值和各级节点的电压值带入公式(1.3)和(1.4)，可求得海洋地震勘探拖缆供电长度和海洋地震勘探拖缆供电系统的功耗。

以上解法是针对海洋地震勘探拖缆供电系统中不加升压装置的情形。下面以6节点系统为例，阐述带升压装置的海洋地震勘探拖缆供电长度的预测方法原理。如图5所示，海洋地震勘探拖缆供电系统在第2和第4个节点处有各一个升压装置。计算流程如下：

步骤a，将图5中红色框图内两个数字包和一个变压器看做一个小整体p1,升压装置的输出电压是稳定的，由图4所示的方法，可以求出p1整体的功耗。

步骤b,如图6所示，将步骤a中的p1看成一个数字包，p1和第二个、第三个数字包以及第一个变压器组成一个整体p2，依照图4的方法，可以求出p2整体的功耗。

步骤c,如图7所示，p2和光电包、第一个数字包以及高压直流电源看做一个整体，依照图4所示的方法，求出海洋地震勘探拖缆供电系统的功耗。

提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。