專利名稱：傳輸來自風(fēng)能系統(tǒng)的電能的電纜及其監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及用于包括電纜的風(fēng)機(jī)的方法和系統(tǒng)，確切地說，涉及用于感測(cè)風(fēng)機(jī)的電纜中條件的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
一般而言，風(fēng)機(jī)包括具有轉(zhuǎn)子的渦輪機(jī)，所述轉(zhuǎn)子包括具有多片葉片的可旋轉(zhuǎn)輪轂組件。所述葉片將風(fēng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩，使得通過轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)有時(shí)通過齒輪箱以可旋轉(zhuǎn)的方式連接到轉(zhuǎn)子，但并非總是如此。齒輪箱增大轉(zhuǎn)子固有的較低旋轉(zhuǎn)速度，以使發(fā)電機(jī)有效地將轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能，電能通過至少一個(gè)電氣連接件輸送到公用設(shè)施電網(wǎng)中。也存在無齒輪直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)。轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)、齒輪箱和其他部件通常安裝在外殼或機(jī)艙內(nèi)，外殼或機(jī)艙位于底座頂部上，底座可為桁架或管形塔筒。一些風(fēng)機(jī)配置包括雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)(DFIG)。此類配置也可包括電力轉(zhuǎn)換器，該電力轉(zhuǎn)換器用于將生成電能的頻率轉(zhuǎn)換成大體類似于公用設(shè)施電網(wǎng)頻率的頻率。此外，結(jié)合DFIG的此類轉(zhuǎn)換器也在公用設(shè)施電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)之間傳輸電能，并且將發(fā)電機(jī)激磁功率從連接到公用設(shè)施電網(wǎng)連接的一個(gè)連接件傳輸?shù)嚼@線發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。或者，一些風(fēng)機(jī)配置包括，但不限于，感應(yīng)發(fā)電機(jī)、永磁(PM)同步發(fā)電機(jī)和電激同步發(fā)電機(jī)，以及開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的替代類型。這些替代配置也可包括電力轉(zhuǎn)換器，所述電力轉(zhuǎn)換器用于如上所述轉(zhuǎn)換頻率，并且在公用設(shè)施電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)之間傳輸電能。已知風(fēng)機(jī)具有多個(gè)機(jī)械和電氣部件。當(dāng)與其他部件比較時(shí)，每個(gè)電氣和/或機(jī)械部件可具有獨(dú)立或不同運(yùn)行限制，例如電流、電壓、功率和/或溫度限制。此外，已知風(fēng)機(jī)通常被設(shè)計(jì)成和/或組裝成具有預(yù)定的額定功率限制。為在此類額定功率限制內(nèi)運(yùn)行，電氣和/或機(jī)械部件可以運(yùn)行限制的最大幅度運(yùn)行。此運(yùn)行可能導(dǎo)致風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率低，并且風(fēng)機(jī)的發(fā)電能力可能不被充分利用。由發(fā)電機(jī)生成的電能被輸送到電能用戶。為此，風(fēng)能系統(tǒng)具有將風(fēng)場(chǎng)連接到電網(wǎng)的輸出電纜。在風(fēng)能系統(tǒng)位于海上，即，風(fēng)能系統(tǒng)是近海風(fēng)能系統(tǒng)的情況下，連接到電網(wǎng)的電纜至少部分是海底電纜。雖然電纜通過埋在海床下而受到保護(hù)，但是極端波浪、電流和海床運(yùn)動(dòng)可使電纜露出，并且使電纜易受海水的水動(dòng)力的損害。此外，例如通過漁船的錨而造成的船舶事故或者地震可損壞近海風(fēng)機(jī)的電纜，導(dǎo)致其無法修復(fù)。對(duì)近海風(fēng)場(chǎng)的約10%的投資用于海底電纜。受損的電纜會(huì)大大影響風(fēng)場(chǎng)的有效性。此外，涉及海底電纜的修復(fù)活動(dòng)的時(shí)間間隔為幾個(gè)星期之內(nèi)，尤其在難以找到電纜的入口時(shí)。因此，需要一種便于維護(hù)和修復(fù)，同時(shí)節(jié)省因維護(hù)和修復(fù)而產(chǎn)生的時(shí)間和成本的用于近海風(fēng)機(jī)的電纜。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明提供一種風(fēng)能系統(tǒng)，所述風(fēng)能系統(tǒng)具有地理位置感測(cè)模塊，其用于確定所述地理位置感測(cè)模塊的絕對(duì)位置；以及電纜，其經(jīng)設(shè)置用于傳輸來自所述風(fēng)能系統(tǒng)的能量。所述電纜包括位于所述電纜的第一位置處的第一感測(cè)裝置。所述第一感測(cè)裝置經(jīng)設(shè)置用于感測(cè)所述第一感測(cè)裝置的相對(duì)位置。此外，所述電纜包括位于所述電纜的第二位置處的第二感測(cè)裝置。所述第二感測(cè)裝置經(jīng)設(shè)置用于感測(cè)所述第二感測(cè)裝置的相對(duì)位置。所述第一感測(cè)裝置和所述第二感測(cè)裝置經(jīng)設(shè)置用于彼此之間通信；并且所述第一感測(cè)裝置或所述第二感測(cè)裝置中的一者經(jīng)設(shè)置用于與所述風(fēng)能系統(tǒng)的所述地理位置感測(cè)模塊進(jìn)行通信。其中所述第一感測(cè)裝置和所述第二感測(cè)裝置經(jīng)設(shè)置用于確定自己相對(duì)于另一個(gè)感測(cè)裝置的相對(duì)位置。其中所述第一感測(cè)裝置和所述第二感測(cè)裝置經(jīng)設(shè)置用于確定自己在第一時(shí)間點(diǎn)時(shí)與在所述第一時(shí)間點(diǎn)之前的第二時(shí)間點(diǎn)時(shí)的位置相比的相對(duì)位置。其中所述風(fēng)能系統(tǒng)是近海風(fēng)能系統(tǒng)，其包括至少一個(gè)風(fēng)機(jī)以及一個(gè)近海變電站。其中由所述第一感測(cè)裝置和所述第二感測(cè)裝置組成的組中的至少一者經(jīng)設(shè)置用于與第三方進(jìn)行通信，所述第三方位于遠(yuǎn)離所述電纜的位置處。其中所述第一感測(cè)裝置的所述第一位置與所述第二感測(cè)裝置的所述第二位置之間的距離為約IOOm至約2000m。其中所述風(fēng)能系統(tǒng)的所述地理位置感測(cè)模塊為全球定位系統(tǒng)(GPS)模塊。其中由所述第一感測(cè)裝置和所述第二感測(cè)裝置中的至少一者經(jīng)設(shè)置用于確定所述電纜在地下的位置。另一方面，本發(fā)明提供一種用于傳輸來自風(fēng)能系統(tǒng)的能量的電纜。所述電纜包括位于所述電纜的第一位置處的第一感測(cè)裝置。所述第一感測(cè)裝置經(jīng)設(shè)置用于感測(cè)所述第一感測(cè)裝置的相對(duì)位置。此外，所述電纜包括位于所述電纜的第二位置處的第二感測(cè)裝置。所述第二感測(cè)裝置經(jīng)設(shè)置用于感測(cè)所述第二感測(cè)裝置的相對(duì)位置。所述第一感測(cè)裝置和所述第二感測(cè)裝置經(jīng)設(shè)置用于彼此之間通信；并且所述第一感測(cè)裝置和所述第二感測(cè)裝置中的一者經(jīng)設(shè)置用于與風(fēng)能系統(tǒng)的地理位置感測(cè)模塊進(jìn)行通信。其中所述第一感測(cè)裝置和所述第二感測(cè)裝置經(jīng)設(shè)置用于確定自己相對(duì)于另一個(gè)感測(cè)裝置的相對(duì)位置。其中所述電纜經(jīng)設(shè)置用于傳輸來自近海風(fēng)能系統(tǒng)的能量，所述近海風(fēng)能系統(tǒng)包括至少一個(gè)風(fēng)機(jī)以及一個(gè)近海變電站。其中所述第一感測(cè)裝置的所述第一位置和所述第二感測(cè)裝置的所述第二位置之間的距離為約IOOm至約2000m。其中由所述第一感測(cè)裝置和所述第二感測(cè)裝置中的至少一者包括磁性傳感器。其中由所述第一感測(cè)裝置和所述第二感測(cè)裝置中的至少一者是由加速度傳感器、速度傳感器和位移傳感器組成的組中的至少一者。其中所述第一感測(cè)裝置和所述第二感測(cè)裝置通過光纖連接到彼此。又一方面，本發(fā)明提供一種用于感測(cè)傳導(dǎo)電纜的參數(shù)的方法，所述電纜經(jīng)設(shè)置用于傳輸來自風(fēng)能系統(tǒng)的能量。所述方法包括，確定位于所述電纜的第一位置處的第一感測(cè)裝置相對(duì)于位于所述電纜的第二位置處的第二感測(cè)裝置的相對(duì)位置；將所述第一感測(cè)裝置和所述第二感測(cè)裝置中至少一者的位置傳送給所述第一感測(cè)裝置和所述第二感測(cè)裝置中相應(yīng)的另一者；以及，確定所述第一感測(cè)裝置或所述第二感測(cè)裝置相對(duì)于風(fēng)能系統(tǒng)的地理位置感測(cè)模塊的絕對(duì)位置的相對(duì)位置。其中所述風(fēng)能系統(tǒng)是近海風(fēng)能系統(tǒng)，其包括至少一個(gè)風(fēng)機(jī)以及一個(gè)近海變電站。其中感測(cè)電纜的參數(shù)包括由以下項(xiàng)組成的組中的至少一項(xiàng)感測(cè)所述電纜的溫度、感測(cè)所述電纜的振動(dòng)、感測(cè)所述電纜在地下的位置、感測(cè)所述電纜的位置、感測(cè)波浪、電纜應(yīng)力和電纜變形。所述的方法進(jìn)一步包括，使用所述風(fēng)能系統(tǒng)的所述地理感測(cè)模塊的位置以及所述地理感測(cè)模塊和所述感測(cè)裝置之間的相對(duì)位置，來計(jì)算所述第一感測(cè)裝置或所述第二感測(cè)裝置中至少一者的絕對(duì)位置。所述的方法進(jìn)一步包括，以彼此相距約IOOm至約2000m的距離定位所述第一感測(cè)
裝置和所述第二感測(cè)裝置。本發(fā)明的其他方面、優(yōu)點(diǎn)和特征在從屬權(quán)利要求、具體說明和附圖中顯而易見。


本說明書的其余部分參照附圖，針對(duì)所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，完整且可實(shí)現(xiàn)地詳細(xì)揭示了本發(fā)明，包括其最佳模式，其中圖1是示例性風(fēng)機(jī)的一部分的透視圖。圖2是適合用于圖1所示風(fēng)機(jī)的示例性電氣和控制系統(tǒng)的示意圖。圖3是具有電纜的近海風(fēng)機(jī)的示意圖；圖4是風(fēng)能系統(tǒng)的示意圖；圖5是根據(jù)本專利申請(qǐng)文件所述實(shí)施例的具有電纜的近海風(fēng)機(jī)的示意圖；圖6是根據(jù)本專利申請(qǐng)文件所述實(shí)施例的用于風(fēng)能系統(tǒng)的電纜的一部分的示意圖；圖1是根據(jù)本專利申請(qǐng)文件所述實(shí)施例的用于風(fēng)能系統(tǒng)的具有位置發(fā)射機(jī)應(yīng)答器的電纜的一部分的示意圖；圖8是根據(jù)本專利申請(qǐng)文件所述實(shí)施例的用于風(fēng)能系統(tǒng)的具有磁性傳感器的電纜的一部分的示意圖；圖9是根據(jù)本專利申請(qǐng)文件所述進(jìn)一步實(shí)施例的用于風(fēng)能系統(tǒng)的電纜的一部分的不意圖；以及圖10是一個(gè)流程圖，其圖示了一種根據(jù)本專利申請(qǐng)文件所述實(shí)施例的用于感測(cè)電纜的參數(shù)的方法。
權(quán)利要求
1.一種傳輸來自風(fēng)能系統(tǒng)的電能的電纜，其包括 位于所述電纜的第一位置處的第一感測(cè)裝置，其中所述第一感測(cè)裝置經(jīng)設(shè)置用于確定所述第一感測(cè)裝置的相對(duì)位置；以及 位于所述電纜的第二位置處的第二感測(cè)裝置，其中所述第二感測(cè)裝置經(jīng)設(shè)置用于確定所述第二感測(cè)裝置的相對(duì)位置； 其中所述第一感測(cè)裝置和所述第二感測(cè)裝置經(jīng)設(shè)置用于彼此之間通信；并且其中所述第一感測(cè)裝置和所述第二感測(cè)裝置中的一者經(jīng)設(shè)置用于與風(fēng)能系統(tǒng)的地理位置感測(cè)模塊進(jìn)行通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電纜，其中所述第一感測(cè)裝置和所述第二感測(cè)裝置經(jīng)設(shè)置用于確定自己相對(duì)于另一個(gè)感測(cè)裝置的相對(duì)位置。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的電纜，其中所述電纜經(jīng)設(shè)置用于傳輸來自近海風(fēng)能系統(tǒng)的能量，所述近海風(fēng)能系統(tǒng)包括至少一個(gè)風(fēng)機(jī)以及一個(gè)近海變電站。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的電纜，其中所述第一感測(cè)裝置的所述第一位置和所述第二感測(cè)裝置的所述第二位置之間的距離為約IOOm至約2000m。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的電纜，其中所述第一感測(cè)裝置和所述第二感測(cè)裝置經(jīng)改造用于確定彼此之間的相對(duì)位置，并且/或者由所述第一感測(cè)裝置和所述第二感測(cè)裝置組成的組中的至少一者經(jīng)改造用于與第三方進(jìn)行通信，所述第三方位于遠(yuǎn)離所述電纜的位置處。
6.—種風(fēng)能系統(tǒng),其包括 地理位置感測(cè)模塊，其用于確定所述地理位置感測(cè)模塊的絕對(duì)位置；以及 電纜，其經(jīng)設(shè)置用于傳輸來自所述風(fēng)能系統(tǒng)的能量，所述電纜包括 位于所述電纜的第一位置處的第一感測(cè)裝置，其中所述第一感測(cè)裝置經(jīng)設(shè)置用于確定所述第一感測(cè)裝置的相對(duì)位置； 位于所述電纜的第二位置處的第二感測(cè)裝置，其中所述第二感測(cè)裝置經(jīng)設(shè)置用于確定所述第二感測(cè)裝置的相對(duì)位置； 其中所述第一感測(cè)裝置和所述第二感測(cè)裝置經(jīng)設(shè)置用于彼此之間通信； 其中所述第一感測(cè)裝置和所述第二感測(cè)裝置中的一者經(jīng)設(shè)置用于與所述風(fēng)能系統(tǒng)的所述地理位置感測(cè)模塊進(jìn)行通信；并且 其中所述風(fēng)能系統(tǒng)經(jīng)設(shè)置用于根據(jù)從所述第一感測(cè)裝置和所述第二感測(cè)裝置接收的數(shù)據(jù)來確定電纜故障。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)能系統(tǒng)，其中所述電纜為根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的電纜。
8.—種監(jiān)視用于傳輸來自風(fēng)能系統(tǒng)的能量的電纜的方法，其包括 通過檢查由位于所述電纜的第一位置處的第一感測(cè)裝置以及位于所述電纜的第二位置處的第二感測(cè)裝置所感測(cè)的參數(shù)，來識(shí)別電纜故障； 確定所述第一感測(cè)裝置相對(duì)于所述第二感測(cè)裝置的相對(duì)位置； 將所述第一感測(cè)裝置和所述第二感測(cè)裝置中至少一者的位置傳送給所述第一感測(cè)裝置和所述第二感測(cè)裝置中相應(yīng)的另一者；以及 確定所述第一感測(cè)裝置和所述第二感測(cè)裝置中的至少一者相對(duì)于風(fēng)能系統(tǒng)的地理位置感測(cè)模塊的絕對(duì)位置的位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述風(fēng)能系統(tǒng)是包括近海變電站的近海風(fēng)能系統(tǒng)，并且/或者，其中感測(cè)電纜的參數(shù)包括由以下項(xiàng)組成的組中的至少一項(xiàng)感測(cè)所述電纜的溫度、感測(cè)所述電纜的振動(dòng)、感測(cè)所述電纜在地下的位置、感測(cè)所述電纜的位置、感測(cè)波浪、電纜應(yīng)力和電纜變形。
10.根據(jù)權(quán)利要求8至9中任一權(quán)利要求所述的方法，其進(jìn)一步包括，使用所述風(fēng)能系統(tǒng)的所述地理感測(cè)模塊的位置以及所述地理感測(cè)模塊與所述第一感測(cè)裝置和所述第二感測(cè)裝置中至少一者之間的相對(duì)位置，來計(jì)算所述第一感測(cè)裝置和所述第二感測(cè)裝置中至少一者的絕對(duì)位置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種風(fēng)能系統(tǒng)，其包括地理位置感測(cè)模塊，以及用于傳輸來自所述風(fēng)能系統(tǒng)的能量的電纜。所述電纜包括位于所述電纜的第一位置處的第一感測(cè)裝置。所述第一感測(cè)裝置經(jīng)設(shè)置用于感測(cè)所述第一感測(cè)裝置的相對(duì)位置。此外，所述電纜包括位于所述電纜的第二位置處的第二感測(cè)裝置。所述第二感測(cè)裝置經(jīng)設(shè)置用于感測(cè)所述第二感測(cè)裝置的相對(duì)位置。所述第一感測(cè)裝置和所述第二感測(cè)裝置經(jīng)設(shè)置用于彼此之間通信；并且所述第一感測(cè)裝置和所述第二感測(cè)裝置中的一者經(jīng)設(shè)置用于與所述風(fēng)能系統(tǒng)的地理位置感測(cè)模塊進(jìn)行通信。
文檔編號(hào)G01D21/02GK102997962SQ20121034224
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月16日
發(fā)明者P.W.程 申請(qǐng)人:通用電氣公司