专利名称：传输来自风能系统的电能的电缆及其监控方法
技术领域：
本发明大体涉及用于包括电缆的风机的方法和系统，确切地说，涉及用于感测风机的电缆中条件的方法和系统。
背景技术：
一般而言，风机包括具有转子的涡轮机，所述转子包括具有多片叶片的可旋转轮毂组件。所述叶片将风能转变成机械转动扭矩，使得通过转子驱动一个或多个发电机。发电机有时通过齿轮箱以可旋转的方式连接到转子，但并非总是如此。齿轮箱增大转子固有的较低旋转速度，以使发电机有效地将转动机械能转化成电能，电能通过至少一个电气连接件输送到公用设施电网中。也存在无齿轮直接驱动风机。转子、发电机、齿轮箱和其他部件通常安装在外壳或机舱内，外壳或机舱位于底座顶部上，底座可为桁架或管形塔筒。一些风机配置包括双馈感应发电机(DFIG)。此类配置也可包括电力转换器，该电力转换器用于将生成电能的频率转换成大体类似于公用设施电网频率的频率。此外，结合DFIG的此类转换器也在公用设施电网和发电机之间传输电能，并且将发电机激磁功率从连接到公用设施电网连接的一个连接件传输到绕线发电机转子。或者，一些风机配置包括，但不限于，感应发电机、永磁(PM)同步发电机和电激同步发电机，以及开关磁阻发电机的替代类型。这些替代配置也可包括电力转换器，所述电力转换器用于如上所述转换频率，并且在公用设施电网和发电机之间传输电能。已知风机具有多个机械和电气部件。当与其他部件比较时，每个电气和/或机械部件可具有独立或不同运行限制，例如电流、电压、功率和/或温度限制。此外，已知风机通常被设计成和/或组装成具有预定的额定功率限制。为在此类额定功率限制内运行，电气和/或机械部件可以运行限制的最大幅度运行。此运行可能导致风机运行效率低，并且风机的发电能力可能不被充分利用。由发电机生成的电能被输送到电能用户。为此，风能系统具有将风场连接到电网的输出电缆。在风能系统位于海上，即，风能系统是近海风能系统的情况下，连接到电网的电缆至少部分是海底电缆。虽然电缆通过埋在海床下而受到保护，但是极端波浪、电流和海床运动可使电缆露出，并且使电缆易受海水的水动力的损害。此外，例如通过渔船的锚而造成的船舶事故或者地震可损坏近海风机的电缆，导致其无法修复。对近海风场的约10%的投资用于海底电缆。受损的电缆会大大影响风场的有效性。此外，涉及海底电缆的修复活动的时间间隔为几个星期之内，尤其在难以找到电缆的入口时。因此，需要一种便于维护和修复，同时节省因维护和修复而产生的时间和成本的用于近海风机的电缆。
发明内容
一方面，本发明提供一种风能系统，所述风能系统具有地理位置感测�？椋溆糜谌范ㄋ龅乩砦恢酶胁饽？榈木晕恢茫灰约暗缋拢渚柚糜糜诖淅醋运龇缒芟低车哪芰�。所述电缆包括位于所述电缆的第一位置处的第一感测装置。所述第一感测装置经设置用于感测所述第一感测装置的相对位置。此外，所述电缆包括位于所述电缆的第二位置处的第二感测装置。所述第二感测装置经设置用于感测所述第二感测装置的相对位置。所述第一感测装置和所述第二感测装置经设置用于彼此之间通信；并且所述第一感测装置或所述第二感测装置中的一者经设置用于与所述风能系统的所述地理位置感测模块进行通信。其中所述第一感测装置和所述第二感测装置经设置用于确定自己相对于另一个感测装置的相对位置。其中所述第一感测装置和所述第二感测装置经设置用于确定自己在第一时间点时与在所述第一时间点之前的第二时间点时的位置相比的相对位置。其中所述风能系统是近海风能系统，其包括至少一个风机以及一个近海变电站。其中由所述第一感测装置和所述第二感测装置组成的组中的至少一者经设置用于与第三方进行通信，所述第三方位于远离所述电缆的位置处。其中所述第一感测装置的所述第一位置与所述第二感测装置的所述第二位置之间的距离为约IOOm至约2000m。其中所述风能系统的所述地理位置感测�？槲蚨ㄎ幌低�(GPS)�？�。其中由所述第一感测装置和所述第二感测装置中的至少一者经设置用于确定所述电缆在地下的位置。另一方面，本发明提供一种用于传输来自风能系统的能量的电缆。所述电缆包括位于所述电缆的第一位置处的第一感测装置。所述第一感测装置经设置用于感测所述第一感测装置的相对位置。此外，所述电缆包括位于所述电缆的第二位置处的第二感测装置。所述第二感测装置经设置用于感测所述第二感测装置的相对位置。所述第一感测装置和所述第二感测装置经设置用于彼此之间通信；并且所述第一感测装置和所述第二感测装置中的一者经设置用于与风能系统的地理位置感测�？榻型ㄐ�。其中所述第一感测装置和所述第二感测装置经设置用于确定自己相对于另一个感测装置的相对位置。其中所述电缆经设置用于传输来自近海风能系统的能量，所述近海风能系统包括至少一个风机以及一个近海变电站。其中所述第一感测装置的所述第一位置和所述第二感测装置的所述第二位置之间的距离为约IOOm至约2000m。其中由所述第一感测装置和所述第二感测装置中的至少一者包括磁性传感器。其中由所述第一感测装置和所述第二感测装置中的至少一者是由加速度传感器、速度传感器和位移传感器组成的组中的至少一者。其中所述第一感测装置和所述第二感测装置通过光纤连接到彼此。又一方面，本发明提供一种用于感测传导电缆的参数的方法，所述电缆经设置用于传输来自风能系统的能量。所述方法包括，确定位于所述电缆的第一位置处的第一感测装置相对于位于所述电缆的第二位置处的第二感测装置的相对位置；将所述第一感测装置和所述第二感测装置中至少一者的位置传送给所述第一感测装置和所述第二感测装置中相应的另一者；以及，确定所述第一感测装置或所述第二感测装置相对于风能系统的地理位置感测�？榈木晕恢玫南喽晕恢�。其中所述风能系统是近海风能系统，其包括至少一个风机以及一个近海变电站。其中感测电缆的参数包括由以下项组成的组中的至少一项感测所述电缆的温度、感测所述电缆的振动、感测所述电缆在地下的位置、感测所述电缆的位置、感测波浪、电缆应力和电缆变形。所述的方法进一步包括，使用所述风能系统的所述地理感测�？榈奈恢靡约八龅乩砀胁饽？楹退龈胁庾爸弥涞南喽晕恢茫醇扑闼龅谝桓胁庾爸没蛩龅诙胁庾爸弥兄辽僖徽叩木晕恢�。所述的方法进一步包括，以彼此相距约IOOm至约2000m的距离定位所述第一感测
装置和所述第二感测装置。本发明的其他方面、优点和特征在从属权利要求、具体说明和附图中显而易见。
本说明书的其余部分参照附图，针对所属领域的一般技术人员，完整且可实现地详细揭示了本发明，包括其最佳模式，其中图1是示例性风机的一部分的透视图。图2是适合用于图1所示风机的示例性电气和控制系统的示意图。图3是具有电缆的近海风机的示意图；图4是风能系统的示意图；图5是根据本专利申请文件所述实施例的具有电缆的近海风机的示意图；图6是根据本专利申请文件所述实施例的用于风能系统的电缆的一部分的示意图；图1是根据本专利申请文件所述实施例的用于风能系统的具有位置发射机应答器的电缆的一部分的示意图；图8是根据本专利申请文件所述实施例的用于风能系统的具有磁性传感器的电缆的一部分的示意图；图9是根据本专利申请文件所述进一步实施例的用于风能系统的电缆的一部分的不意图；以及图10是一个流程图，其图示了一种根据本专利申请文件所述实施例的用于感测电缆的参数的方法。
权利要求
1.一种传输来自风能系统的电能的电缆，其包括 位于所述电缆的第一位置处的第一感测装置，其中所述第一感测装置经设置用于确定所述第一感测装置的相对位置；以及 位于所述电缆的第二位置处的第二感测装置，其中所述第二感测装置经设置用于确定所述第二感测装置的相对位置； 其中所述第一感测装置和所述第二感测装置经设置用于彼此之间通信；并且其中所述第一感测装置和所述第二感测装置中的一者经设置用于与风能系统的地理位置感测�？榻型ㄐ�。
2.根据权利要求1所述的电缆，其中所述第一感测装置和所述第二感测装置经设置用于确定自己相对于另一个感测装置的相对位置。
3.根据前述权利要求中任一权利要求所述的电缆，其中所述电缆经设置用于传输来自近海风能系统的能量，所述近海风能系统包括至少一个风机以及一个近海变电站。
4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的电缆，其中所述第一感测装置的所述第一位置和所述第二感测装置的所述第二位置之间的距离为约IOOm至约2000m。
5.根据前述权利要求中任一权利要求所述的电缆，其中所述第一感测装置和所述第二感测装置经改造用于确定彼此之间的相对位置，并且/或者由所述第一感测装置和所述第二感测装置组成的组中的至少一者经改造用于与第三方进行通信，所述第三方位于远离所述电缆的位置处。
6.—种风能系统,其包括 地理位置感测�？椋溆糜谌范ㄋ龅乩砦恢酶胁饽？榈木晕恢茫灰约� 电缆，其经设置用于传输来自所述风能系统的能量，所述电缆包括 位于所述电缆的第一位置处的第一感测装置，其中所述第一感测装置经设置用于确定所述第一感测装置的相对位置； 位于所述电缆的第二位置处的第二感测装置，其中所述第二感测装置经设置用于确定所述第二感测装置的相对位置； 其中所述第一感测装置和所述第二感测装置经设置用于彼此之间通信； 其中所述第一感测装置和所述第二感测装置中的一者经设置用于与所述风能系统的所述地理位置感测�？榻型ㄐ牛徊⑶� 其中所述风能系统经设置用于根据从所述第一感测装置和所述第二感测装置接收的数据来确定电缆故障。
7.根据权利要求6所述的风能系统，其中所述电缆为根据权利要求1至5中任一权利要求所述的电缆。
8.—种监视用于传输来自风能系统的能量的电缆的方法，其包括 通过检查由位于所述电缆的第一位置处的第一感测装置以及位于所述电缆的第二位置处的第二感测装置所感测的参数，来识别电缆故障； 确定所述第一感测装置相对于所述第二感测装置的相对位置； 将所述第一感测装置和所述第二感测装置中至少一者的位置传送给所述第一感测装置和所述第二感测装置中相应的另一者；以及 确定所述第一感测装置和所述第二感测装置中的至少一者相对于风能系统的地理位置感测�？榈木晕恢玫奈恢谩�
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述风能系统是包括近海变电站的近海风能系统，并且/或者，其中感测电缆的参数包括由以下项组成的组中的至少一项感测所述电缆的温度、感测所述电缆的振动、感测所述电缆在地下的位置、感测所述电缆的位置、感测波浪、电缆应力和电缆变形。
10.根据权利要求8至9中任一权利要求所述的方法，其进一步包括，使用所述风能系统的所述地理感测�？榈奈恢靡约八龅乩砀胁饽？橛胨龅谝桓胁庾爸煤退龅诙胁庾爸弥兄辽僖徽咧涞南喽晕恢茫醇扑闼龅谝桓胁庾爸煤退龅诙胁庾爸弥兄辽僖徽叩木晕恢�。
全文摘要
本发明提供一种风能系统，其包括地理位置感测�？椋约坝糜诖淅醋运龇缒芟低车哪芰康牡缋�。所述电缆包括位于所述电缆的第一位置处的第一感测装置。所述第一感测装置经设置用于感测所述第一感测装置的相对位置。此外，所述电缆包括位于所述电缆的第二位置处的第二感测装置。所述第二感测装置经设置用于感测所述第二感测装置的相对位置。所述第一感测装置和所述第二感测装置经设置用于彼此之间通信；并且所述第一感测装置和所述第二感测装置中的一者经设置用于与所述风能系统的地理位置感测�？榻型ㄐ�。
文档编号G01D21/02GK102997962SQ20121034224
公开日2013年3月27日 申请日期2012年9月14日 优先权日2011年9月16日
发明者P.W.程 申请人:通用电气公司
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