关于海上用电缆系统的设置 |
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| 申请号 | CN200980110671.0 | 申请日 | 2009-03-17 | 公开(公告)号 | CN101978569B | 公开(公告)日 | 2014-08-27 |
| 申请人 | 韦特柯格雷斯堪的纳维亚有限公司; | 发明人 | S·罗克; P-T·比约冈; E·豪格斯; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及与采用海上用系统(S)形式的电 力 分配系统有关的设置(10)，所述系统适应于在至少部分采用海上用 电缆 段(1a’)形式的输电线(1)上从采用变速驱动装置(2a)形式的供电装置(2)传输电力到消耗装置(3)， 电路 (11)用于补偿和/或降低产生的谐振 频率 ，其取决于所述速度驱动装置(2a)、利用的传输电缆(1a)和所述电缆的长度、适应于所述传输线路(1)的任意 变压器 单元(4、5)、所述消耗装置和/或选择的频率，所述电路(11)适应于包含一个或多个一次参数( 电阻 、电容和/或电感相关元件11a、11b、11c)。本发明公开与所述电路(11)有关的控制装置(8)的使用，所述控制装置适应于通过根据在所述消耗装置(3)和/或所述装置附近检测到的瞬时 电压 和/或 电流 值改变所述一个或多个动态元件来控制对应于所述一次参数中的一个或多个的一个或多个动态元件(11a、11b、11c)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种涉及包括传输电缆(1a)和变压器单元(4、5)的海上用系统的装置(10)，所述系统(S)适应于在输电线(1)上从采用变速驱动装置(2a)形式的供电装置(2)传输电力到采用电动机(3a)形式的消耗装置(3)，所述输电线(1)至少部分采用海上用电缆(1a”)的形式， |
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| 说明书全文 | 关于海上用电缆系统的设置技术领域[0002] 本发明应用于海上用电缆(offshore cable)系统、优选地应用于海底电缆(submarine cable)系统内的设置。 [0004] 所述电缆系统通常是三相电力传输系统，其一般使用一个或多个变压器单元以将第一电压值变换到第二较高电压值或反之亦然。 [0005] 所述系统从而适应于电力传输并且在该应用中用采用变速驱动装置的形式的供电装置和采用电动机等形式的消耗装置说明。 [0007] 这样的频率取决于所述速度驱动装置和它的元件的构造、利用的海底电缆的传输标准、所述电缆的选择的长度、适应于所述传输电缆的任意变压器单元、所述消耗装置和他的元件和/或选择的频率。 [0008] 所述现有技术电路适应于包括与术语“一次参数”有关的一个或多个元件，在下文中示例为具有一个或多个元件的电阻值、具有一个或多个元件的电容值、具有一个或多个元件的电感值或这些元件的组合以形成阻抗值。 背景技术[0009] 具有上文概述的性质的方法和设置在本领域中在适应海底(subsea or submarine)设置、关于或包括海底电缆系统、适应于大范围电力传输的多个不同实施例中以前是已知的。 [0010] 关于海上用系统(包括电缆和变压器单元，其中所述系统适应于通过三相的电力传输)的以前已知的设置这里用供电装置和电力接收装置(这里采用电动机的形式说明)说明，其在输电线(至少部分采用海上用电缆的形式)上，包括用于补偿和/或降低产生的谐振频率的电路和元件。 [0011] 该谐振频率取决于使用的电缆、所述电缆的长度、使用的适应并且与所述传输线路有关的任意变压器单元、所述消耗装置和/或选择的频率，所述电路适应于包含一个或多个一次参数(例如电阻、电容和/或电感值相关元件等并且具有固定或可调节的值)。 [0013] 已经认识到如果电缆的选择的距离或长度太大或太长，所述电压降将引起稳定性问题和挑战。如果系统呈现与系统的所谓“噪声点”(最大效应)相关或者与之接近的特性则情况特别如此。 [0014] 这还将引起电容充电电流高于使用的电缆的电流传递能力。 [0016] 由于基本运行频率在从大约0.1Hz到几百Hz的范围内变化，已经发现谐波可至少从0.2Hz并且高达kHz的范围变化。 [0017] 已经发现如果谐波中的一个或多个将与电力系统相关谐振频率中的一个一致，这将导致过电流或过电压产生，这样的电流或电压的高值可损伤相关的传输系统。 [0018] 已经提出通过引入对所述谐波具有滤波效果的元件处理这些过电流和/或过电压情况。 [0019] 考虑涉及本发明的引起在所述电路(在图2中示出)中利用的动态可控电感器的它的元件的值变化的特性特征，与此联系的原理本身已经部分知晓。 [0020] 该技术的示例在下列US专利公开物中示出和描述：US-6933822-A；US-7193495-A；US-6956291-A；US-7026905-A；US-7256678-A；US-6788180-A；US7061356-A和US-7259544-A。 [0021] 在这些专利公开物中公开的原理可用于形成并且激活阻抗值“Z”，在图2和3中图示。 [0022] 作为现有技术的一部分，将提到针对供电控制方法、装置和系统的专利公开物WO2005/076293 A1。 [0023] 一个实施例这里提出为通过具有一次绕组(PW)和用于连接到可变负载(VL)和磁通路径的二次绕组(SW)的变压器实现。 [0024] 这里变压器(T)示为包括公共构件(CM)和旁通构件(BM)，它们用于第一(1)和第二(2)磁通路径。 [0025] 在所述变压器中，第一磁通路径(1)与一次绕组(PM)和二次绕组(SW)有关并且第二磁通路径(2)是漏磁通的旁通磁通路径。 [0026] 磁通路径中的至少一个具有可控相对磁导率。 [0027] 这里建议控制供应给不同类型的负载的电力。 [0028] 在另一个实施例中，建议限制电流，例如短路电流。 [0029] 在另外的实施例中，建议控制对承受电容负载的电路的供电以避免可能在这样的电路中出现的谐振问题。 [0030] 这里进一步建议引入具有可控磁导率的电感元件，并且该电感元件特别控制在可变负载处的功率或电压降和/或限制通过可变负载的电流。 [0031] 进一步建议当负载阻抗变化时，通过以下手段维持负载阻抗上的电压降基本不变或者适应于传送给到新的负载阻抗的负载的电力： [0032] a.改变公共磁通路径的有效磁导率以改变公共磁通或 [0033] b.改变至少一个旁通磁通路径的有效磁导率以改变漏磁通或 [0034] c.改变公共磁通路径的有效磁导率和旁通磁通路径的有效磁导率两者以改变公共磁通和漏磁通。 [0035] 专利公开物US 2003/0 117 228 A1示出并且公开具有可控阻抗的电路元件(L1)，其包括可磁化材料的本体(1)、围绕第一轴线绕本体(1)缠绕的主绕组(A1)和围绕与第一轴线成直角的第二轴线绕本体(1)缠绕的控制绕组(A2)。 [0036] 主绕组(A1)设置用于连接到其中将采用电路元件(L1)的工作电路并且控制绕组(A2)设置用于连接到用于控制在工作电路中的阻抗的控制单元。 [0037] 该设置还可与各种电流和电压调整装置(包括电路元件或相似变压器装置)有关。 [0038] 作为在上文提到的现有技术公开物中公开的技术的总结，示出并且描述有供电设置，使用在变压器中的不同磁通路径等用于使供电适应于瞬时负载状态。 发明内容[0039] 技术问题 [0040] 考虑必须由本领域内技术人员做出的以能够向提出的一个或多个技术问题提供技术方案的技术审议斟酌的情况在一方面最初是对要采用的措施和/或措施的顺序的必要洞察，并且在另一方面是对要求的手段的必要选择，下列技术问题鉴于此可能与根据本发明的结构和设置的演变相关。 [0041] 考虑如上文描述的技术发展水平，它因此可能应该视为技术问题以能够认识到与优势关联的重要性和/或技术措施和考虑，其将被要求以便采用与海上用系统(优选地是包括电缆和变压器单元的海底系统)关联或包括在海上用系统中的设置中引起从供电装置(采用变速驱动装置的形式)到消耗装置(采用电动机等的形式)经由输电线或电缆的电力传输的适应(adaption)，所述输电线或电缆至少部分采用海上用电缆的形式，所述设置包括用于补偿和/或降低产生的谐振频率(取决于所述速度驱动装置和它的元件、利用的传输电缆、所述电缆的长度、任意使用的适应于所述传输线路或电缆的变压器单元和它们的元件、所述消耗装置和/或选择的频率和/或选择的电压和/或电流值)的电路，并且其中所述电路适应于包含采用电阻、电容和/或电感相关的变量值和与其相关的元件的形式的一个或多个可控一次参数。 [0042] 在能够认识到与优势关联的重要性和/或技术措施和考虑(从具有与所述电路有关的控制装置得来)中存在技术问题，其中所述控制装置适应于通过根据在所述消耗装置和/或所述装置和/或所述电路附近检测到的瞬时电压和/或电流值而改变所述一个或多个动态元件的值从而控制和调节对应于所述一次参数中的一个或多个的一个或多个动态元件。 [0043] 在能够认识到与优势关联的重要性和/或技术措施和考虑中存在技术问题，这些技术措施和考虑来源于所述电路适应于改变电力传输电缆的谐振频率以避免任意种类的电力传输阻断。 [0044] 在能够认识到与优势关联的重要性和/或技术措施和考虑中存在技术问题，这些技术措施和考虑来源于所述电路适应于引起或产生动态相位补偿以便减少与传输电缆和关联电路有关的电力损失。 [0045] 在能够认识到与优势关联的重要性和/或技术措施和考虑中存在技术问题，这些技术问题和考虑来源于所述电路适应于甚至在突然出现的负载变化(负载增加或减小)期间引起或产生在所述消耗装置处的最小电压电平的维持。 [0046] 在能够认识到与优势关联的重要性和/或技术措施和考虑中存在技术问题，这些技术问题和考虑来源于所述控制装置包括适应于感测所述消耗装置处或附近的所述电压和/或电流并且响应于由主控制装置产生的控制信号控制并且设置在所述电路内的一个或多个阻抗呈现元件(impedance exposing component)的值的电压和/或电流感测装置。 [0047] 在能够认识到与优势关联的重要性和/或技术措施和考虑中存在技术问题，这些技术问题和考虑来源于所述电路内的所述阻抗呈现元件在三相传输电缆中的相位线或导体之间、在每相和零(或接地)电势之间和/或与所述三相线串联连接。 [0048] 在能够认识到与优势关联的重要性和/或技术措施和考虑中存在技术问题，这些技术问题和考虑来源于所述控制装置使电路元件呈现为适应于确定直接或间接与所述消耗装置有关的实际电压和/或电流值。 [0049] 在能够认识到与优势关联的重要性和/或技术措施和考虑中存在技术问题，这些技术问题和考虑来源于所述海上用电缆系统，其包括：频率转换器，作为所述变速驱动装置；连接到所述频率转换器的包括存储器和计算机设置的主控制装置；任意第一变压器单元，连接到所述主控制装置的海上用控制装置，用于从所述主控制装置接收信息传递信号并且发送信息传递信号到所述主控制装置；用于补偿谐振频率的电路；任意第二变压器单元；以及采用马达等的形式的所述消耗装置。 [0050] 在能够认识到与优势关联的重要性和/或技术措施和考虑中存在技术问题，这些技术问题和考虑来源于所述马达适应于呈现取决于施加的负载和电压和相关频率的旋转速率或速度(rpm)。 [0051] 技术方案 [0052] 本发明从其出发点或起始点而因此采用与海上用系统、优选地包括电缆和变压器单元的海底系统有关的设置，其适应于从供电装置(采用变速驱动装置的形式)经由输电线到消耗装置(采用电动机等的形式)的电力传输，所述输电线至少部分采用海上用电缆的形式，其包括用于补偿和/或降低产生的谐振频率(取决于所述速度驱动装置、利用的传输电缆、所述电缆的长度和任意使用的适应于所述传输线路或电缆的变压器单元、所述消耗装置和/或选择的频率)的电路，所述电路适应于包含一个或多个一次参数(电阻、电容和/或电感相关元件)。 [0053] 为了能够解决上文概述的技术问题中的一个或多个，本发明提出控制装置和/或调节装置与所述电路有关并且所述控制装置适应于通过根据在所述消耗装置和/或所述装置和/或电路附近检测到的瞬时电压和/或电流值改变所述一个或多个动态元件的电阻值、电容值和/或电感值来控制和/或调节对应于一次参数中的一个或多个的一个或多个分立动态元件。 [0054] 作为建议的实施例，其落入本发明的发明性概念的范围内，提出所述电路适应于改变电力传输电缆的谐振频率以避免电力传输阻断。 [0055] 进一步提出所述电路适应于引起或产生动态相位补偿以减少与传输电缆和关联电路有关的电力损失。 [0056] 还提出所述电路适应于甚至在突然出现的负载变化期间引起或产生在所述消耗装置处的最小电压电平的维持。 [0057] 所述控制装置进一步包括适应于感测所述消耗装置处或附近的所述电压和/或电流并且响应于由主控制装置产生的控制信号控制并且设置在所述电路内的一个或多个阻抗包括元件的值的电压和/或电流感测装置。 [0058] 所述电路内的所述阻抗包括元件在三相传输电缆中的相位线或导体之间、在每相和零(或接地)电势之间和/或与所述三相线串联连接。 [0059] 根据本发明，所述控制装置包括适应于确定与所述消耗装置的实际电压和/或电流值的电路元件。 [0060] 此外，提出并且建议，所述海上用电缆系统应包括：频率转换器，作为所述变速驱动装置；连接到所述频率转换器的包括存储器和计算机设置的主控制装置；任意利用的第一变压器单元；连接到所述主控制装置的海上用控制装置，用于从所述主控制装置接收信息传递信号并且发送信息传递信号到所述主控制装置；用于补偿谐振频率的电路；任意第二变压器单元；以及采用马达等的形式的所述消耗装置。 [0061] 所述马达适应于呈现或维持基于施加的电压和相关频率的转数(rpm)。 [0062] 优势 [0063] 优势可主要考虑为对于关于海上用系统、优选地包括电缆和变压器单元的海底系统的设置是重要的，该设置适应于在至少部分采用海上用电缆的形式的输电线或电缆上从采用变速驱动装置的形式的供电装置传输电力到采用电动机等的形式的消耗装置，所述设置包括用于补偿和/或降低产生的谐振频率(取决于所述速度驱动装置、利用的传输电缆、所述电缆的长度和任意(如果利用的话)适应于所述传输线路或电缆的变压器单元、消耗装置；和/或选择的频率)的电路，所述电路适应于包含采用电阻、电容和/或电感元件的形式的一个或多个一次参数。 [0064] 与本发明的联系的最重要的特征提供与所述电路有关的海上用控制装置的利用，所述控制装置将通过根据在所述消耗装置和/或所述装置和/或电路附近检测到的瞬时电压和/或电流值改变所述一个或多个动态元件的值控制和调节对应于所述一次参数中的一个或多个的一个或多个动态元件。 [0065] 本发明建议通过使用适应于响应于从主控制装置发送的信息传递信号的所述控制装置改变和调整一次参数中的一个或多个的值而适应性改变电缆系统谐振频率。 [0067] 根据本发明的公开完成的现有技术的设置或结构现在将在下面参照附图更详细地描述。在附图中： [0068] 图1是包括用于从具有变速驱动的电源装置传输电力到消耗装置的海底电缆的系统的示意图，所述系统示出根据与本发明联系的新颖特征的设置，并且具有在上面图示的所述消耗装置的电压/功率图表。 [0069] 图2示出在本发明中利用并且图示在不同频率值出现的阻抗最大值和阻抗最小值的与海底电缆的频率有关的阻抗变化的图表， [0070] 图3是用于补偿谐振频率并且包括所述动态一次元件和它的控制装置的设置和它的电路和它的元件的简化的电路图， [0071] 图4是代表与所述设置、它的电路和它的元件有关的控制装置的简化的框图，以及 [0072] 图5是代表与所述变速驱动装置有关的主控制装置的简化的框图。 具体实施方式[0073] 根据图1的选择的部分的现有技术实施例的说明 [0074] 参照图1，在示意图中图示海底电缆呈现系统(submarine cableexposing system)“S”，用于从具有变速驱动装置2a的电源装置2传输电力到消耗装置3。 [0075] 这里图示系统“S”，其适应于在至少部分采用海底电缆1a和它的海底电缆段1a”的形式的输电线1上从采用变速驱动装置2a的形式的所述供电装置2传输电力到采用电动机3a等的形式的消耗装置3。 [0076] 所述系统示出用于补偿和/或降低产生的谐振频率的电路和元件，其取决于所述速度驱动装置2a；利用的采用电缆1a的形式的传输线路1；利用的电缆的长度；利用并且适应于所述传输线路1的任意变压器单元4、5；所述消耗装置3；和/或选择的频率；电路11适应于包含采用电阻元件、电容元件和/或电感元件和这里利用的它们的值的形式的一个或多个一次参数。 [0077] 当前提出的实施例的说明 [0078] 应该强调以下，其中介绍在当前提出的实施例(其显示涉及本发明的重要特征性特征并且其通过在附图中示出的图阐明)的下列说明中，我们已经选择术语和专门术语与主要阐明该发明性概念的唯一意图。 [0079] 然而，在该上下文中应该观察到这里选择的表达不应该认为是对这里选择和利用的术语排外地限制性的，而应该理解每个如此选择的术语要解释为使得另外它包含所有采用相同或大致上相同的方式以便由此能够达到相同或大致上相同的意图和/或技术效果而起作用的技术等同物。 [0080] 参照图1，示出在输电线1或电缆段1a”中的设置10的介绍，并且尽管图1示出所述线路1或所述电缆段1a”作为单线线路，要注意到这些单线线路代表三相输电系统“S”。 [0081] 本发明的目的是提供不同程度地不依赖于到马达3a(其可采用液体泵设备的形式)的相关负载的系统“S”的动态谐振调谐和在消耗装置3处的电压稳定化。 [0082] 图1图示电流断路器单元6、主控制装置7，其与频率转换器单元2b相关，位于变速驱动装置2a中，其通过双向信息传递通道与所述主控制装置7协作。这些双信息传递通道在图中图示为单线线路。 [0083] 所述主控制装置7通过双路信息传递通道与控制装置8协作，其中单线路标记有双向箭头。 [0084] 从而所述设置10不仅包括如在图3中示出的电路11，还包括它的控制电路12并且可还包括所述控制装置8。 [0085] 甚至在图中的另外的单线路将解释为双向信号传输线路。 [0086] 参照图1，图示有所述控制装置8，其与所述设置10和所述电路11相关，该电路的元件在图3中更接近地图示。 [0087] 所述控制装置8适应于通过根据在所述消耗装置3和/或所述装置附近和/或利用的变压器单元5附近检测到的瞬时电压和/或电流值改变所述一个或多个动态元件的值控制对应于所述一次参数中的一个或多个的一个或多个动态元件“Z”。 [0088] 更具体地，具有电路或装置11、12；7和8的所述设置10适应于动态改变和调谐电力传输电缆1a的谐振频率以避免任何电力传输阻断。 [0089] 术语“阻断”要理解为在具有它的利用的变压器单元4、5和其他设备的传输线路1中的状态，其中电力传输由于一个原因或另一个而阻断或停止。 [0090] 所述电路11从而适应于引起或产生相位角补偿以减少与传输电缆1a和关联电路4、11、5和3有关的电力损失，电缆1a这里分为陆地和/或水面相关的电缆段1a’和海底相关的电缆段1a”。 [0091] 所述电路11进一步适应于甚至在所述马达3a中突然出现的负载变化期间引起或产生在所述消耗装置3处最小电压电平或预定电压电平的维持。 [0092] 在所述设置10中的控制电路或装置12包括适应于感测所述消耗装置3处或附近的所述电压和/或电流并且响应于由所述主控制装置7产生的控制信号控制并且设置在所述电路11内的一个或多个阻抗呈现元件11a、11b和11c的值的电压和/或电流感测装置。 [0093] 图示如在图1中的变压器单元5附近或所述接收装置3附近的所述电压和/或电流值的感测。设置10和它的控制装置12以及控制装置8适应于将给定指令的结果转回至主控制装置7，并且从而形成闭环设置。 [0094] 在所述电路11或设置10内的所述阻抗呈现元件11a、11b和11c如在图3中图示的连接到三相传输电缆中的相位线(R、S、T)或导体、在所述相位线之间、连接到每相和零(或接地)电势“O”和/或与所述三相线串联。 [0095] 这些元件这里由相同的标号“Z”标明，以便指示通过采用适当的方式独立改变所述主动和动态元件联系到作为一次参数的这些元件的动态效果。 [0096] 这些元件“Z”的形成在该申请的介绍部分中提到的现有技术中事先已知。 [0097] 所述控制电路或装置8、12包括适应于确定与所述消耗装置3有关的相关电压和/或电流值的另外的电路元件。 [0098] 所述海底电缆系统“S”从而包括：频率转换器装置2b作为所述变速驱动装置2a；连接到所述频率转换器装置2b的包括如在图5中图示的存储器和计算机设置的主控制装置7；基于陆地或基于水面(顶侧)的变压器单元4；连接到所述基于陆地或水面或顶侧的控制装置7的海底控制装置8，用于从所述主控制装置7接收信息传递信号并且发送信息传递信号到所述主控制装置；用于补偿谐振频率的海底设置10和相关电路11；海底朝向的变压器单元5；以及采用马达3a的形式的海底朝向消耗装置3。 [0099] 所述马达3a具有取决于施加的负载和电压和相关频率的转数。 [0100] 图4是代表与所述设置10和它的电路11有关的所述控制装置8的一部分的简化的框图。 [0102] 所述模块8c与具有所述设置10和所述电路11的信息传递路径协作并且具有用于感测和/或检测特别在所述马达3a的相关电压和/或电流值的电路8d。 [0103] 图5是代表与所述变速驱动装置2a有关的主控制装置7的简化的框图。 [0104] 该控制装置7包括接收和传输电路7a、7b和控制模块7c。 [0105] 电路7d适应于感测或计算相关阻抗值“Z”并且将可用的该值带到所述控制模块7c。 [0106] 电路7e适应于感测或计算与所述频率转换器装置2b有关的相关频率值“f”。 [0107] 所述控制模块7c进一步确保发送到控制装置8的信息传递信号将不与所述传输线路或电缆1a的阻抗值或相关值的最大或最小值重合。 [0108] 在图5中所述控制模块7c由具有程序存储电路7g和存储电路7h的计算机设置7f控制。 [0109] 图5还指出一个且该同一主控制装置7可用于与装置8相似的其他控制装置(8)信息交换，如示出和描述的。 [0110] 图2示出在本发明中利用并且图示在不同的特定频率值的最大阻抗和最小阻抗的阻抗变化“Z”关于海底电缆的频率“f”变化的图表。 [0111] 系统相关谐振频率的变化这里由改变一次参数中的一个或多个引起。这可连续执行，基于基频设置点和/或本地闭环控制测量，以激活和去激活电力，其可与电压、电流和相位测量结合。 [0112] 谐振调谐可与相位补偿结合以减少损失，并且通过所述设置10与电压调整系统结合以在消耗装置3维持足够的电压电平以在可变负载(Slugs)期间避免失速效应。 [0113] 所述电路11的调谐可通过元件的机械调节完成，例如通过马达、通过电控制元件或通过完全电子设备等，从而产生或引起一次参数和它们的元件的实质变化。 [0114] 在海底应用中，使用功率元件将是重要的并且覆盖可以压力补偿的。这样的设备是已经可获得的。 [0116] 特别地，应该注意到个体图示单元和/或电路可与其他示出的单元和/或电路的每个结合而不偏离本发明的范围以便能够得到期望的技术功能。 |
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