CN102439285B - 控制水力发电涡轮发电机的输出的改进方法 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于从远程位置控制潮汐水力发电涡轮发电机(10)的输出不需要控制将被装在发电机附近的电路的方法。通过利用岸上变电站(22)改变与离岸涡轮相连的水下功率电缆(24)的传输线电压来控制发电机(10)的转速以及发电机的输出功率水平。

Description

控制水力发电涡轮发电机的输出的改进方法
技术领域
本发明涉及一种控制水力发电涡轮发电机的输出的方法，尤其是经由用于该输出的传输系统进行控制的方法，该输出附加地在降低的发电机输出的时间段内提供对传输系统中的故障情况的监控。
背景技术
对环境警告的日益关注以及对依赖非再生资源的抵触已经导致了对可再生能源系统(例如太阳能、风能、热能以及潮汐能)的更多利用。后者包括在潮汐流的区域中安装涡轮发电机，并且将潮汐的能量转换成电能。
参见图1和图2，在PCT申请PCT/EP2007/006258描述了水力发电涡轮发电机的一个示例。发电机10具有直接驱动的无轴永磁发电机结构。发电机10包括环形定子12和转子14，定子12具有绕转子12外周布置的多个线圈17(图2)。转子14包括内边缘16，内边缘16限定了一个开口中心。转子14还包括限定在内边缘16和外边缘20之间的总体径向延伸的叶片18的阵列。转子14还包括绕外边缘20布置的磁体21的阵列(图2)。定子12同心地围绕转子14，其中多个线圈为磁体提供了磁通返回通路。
发电机10位于潮汐流的区域中，使得海水通过发电机10的运动对叶片18产生作用，由此造成转子14在定子12内的转动。磁体相对于定子12线圈的运动导致由磁体产生的磁场在每个线圈中感应出了EMF。这些感应出的EMF提供了从涡轮发电机10输出的电能。
随着对这种潮汐能发电机越来越多的利用，能够精确并有效地控制发电机的操作(尤其是确保涡轮发电机工作在其最佳的“叶尖速度比”下工作)变得更加重要。“叶尖速度比”是涡轮的叶片的尖端的转速与潮汐流的实际速度之间的比值，其一般取决于涡轮设计，其中每个涡轮具有针对由该涡轮产生的最佳发电的最佳叶尖速度比。因此，涡轮的工作速度应该变化来确保针对可获得的水平或潮汐能的最佳输出功率。此外，根据主电网的要求，有时必须使所产生的功率输出“回调(run back)”。
在标准的发电器系统中，从发电器提取的能量的大小可通过改变工作电压或频率来控制。该控制通常针对发电机局部执行。通常很容易为了投入使用、检修测试、维护和设置调节而获取发电机及相关控制器。除了控制器之外，可再生能源发电机通常在发电机附近布置能量转换和监控设备，以便迅速地将输出功率转换成固定电压和频率，并且监控每个单独的发电机的情况。
传递输出功率的传输系统利用固定至特定值的电压和频率，在相对小的容限带隙内在高电压下长距离工作。因此，发电器输出的电压一般递升值与利用变压器的发电器相近的传输电平。
在维护涡轮以确保在恶劣的水下环境中的连续有效工作方面，利用潮汐能存在严峻挑战。水下涡轮发电机的安装和退役相对昂贵，并且对系统中的各种组件进行常规维护也不经济。并且，也不能灵活地在水下发电机附近增加敏感电子设备、功率转换和/或冷却系统(即，要求常规检修和日常维护以保持长期可靠性的组件)。
因此，本发明的一个目的是提供一种用于的控制水轮的转速及水力发电涡轮发电机的输出的替换系统和方法，其消除了控制和监控位于水下发电机附近的组件的必要。
发明内容
由此，提供了一种用于利用至少一个水下功率电缆从远程变电站远程地控制由至少一个离岸潮汐水力发电涡轮发电机产生的输出功率的方法，该水下功率电缆将功率从所述至少一个涡轮发电机传输至所述变电站，该方法包括改变水下功率电缆的线电压以控制涡轮发电机的转速的步骤，该涡轮发点机的转速与涡轮发电机所产生的输出功率相关。
通过涡轮发电机处呈现的传输线电压以及潮汐速度来控制涡轮发电机的涡轮转速，其中转速与所产生的输出功率水平相关。由于发电机的线电压改变，可直接控制涡轮速度至在该水平下潮汐没有旋压涡轮的这样一个水平，由此发电机所产生的输出功率水平可按需调节。使用功率传输系统来控制涡轮发电机的输出实现了对位于远离发电机位置的发电机输出的适当控制，这实现了更有效的系统监控及维护。由于水下功率电缆的线电压可由远程功率变电站改变，所以这就实现了转速的远程控制，并且由此实现了离岸涡轮发电机所产生的功率水平的远程控制。消除了控制海中发电机位置处电路的必要。可以理解的是，远程功率变电站可以是岸上变电站。
优选地，线电压的改变正比于在涡轮发电机处可获得的潮汐能，使水下功率电缆的线电压提供了针对可获取的潮汐能的涡轮发电机的最佳叶尖速度比。
可由涡轮发电机产生的输出功率的量由该发电机处可获取的潮汐能确定。可获得越多的潮汐能，则发电机可产生更多数量的输出功率。由此，更高潮汐流的时间段的最佳涡轮操作处于更高速度，以保持最佳叶尖速度比。类似地，如果可获取的潮汐能有所下降，则最佳涡轮操作处于更低的叶尖速度以保持最佳叶尖速度比。由于涡轮转速与允许涡轮在其下操作的传输线电压相关，所以线电压可改变来确保涡轮发电机总是在其最佳电平下工作。
优选地，方法包括步骤：
(i)监控在至少一个离岸潮汐水力发电涡轮发电机处可获得的潮汐能的信号表示，所述信号表示是在所述远程变电站通过所述水下功率电缆接收到的；
(ii)从所述远程变电站调节所述水下功率电缆的线电压，其中在可获取的潮汐能下降时降低所述线电压，并且在可获取的潮汐能增大时增大所述线电压；以及
(iii)重复步骤(i)至(ii)，使得所述水下功率电缆的线电压电平正比于可获取的潮汐能而变化。
优选地，对于所述水下功率电缆的给定线电压值执行步骤(i)，并且其中可获得的潮汐能的所述信号表示是所述给定线电压值下的输出功率水平，并且其中步骤(ii)还包括将线电压值更新为调节后的线电压值。
由于潮汐涡轮发电机所产生输出功率直接正比于该时刻可获取的潮汐能，所以所产生的输出功率的水平表示了可获取的潮汐能的当前强度。利用所产生的输出功率的水平表示当前潮汐流强度意味着不要求附加的潮汐流监控组件和通信网络，这是因为可以通过监控所产生的输出功率的水平的变化来判断潮汐流强度的改变。
优选地，方法包括步骤：
(i)接收所述至少一个离岸潮汐水力发电涡轮发电机所产生的输出功率将被限制的限制情况的信号，包括希望由所述至少一个离岸水力发电涡轮发电机产生的输出功率的一组水平的表示；
(ii)监控所述至少一个离岸水力发电涡轮发电机产生的、通过所述水下功率电缆在所述远程变电站接收到的输出功率；
(iii)比较监控到的输出功率水平与所述设置的输出功率水平；
(iv)从所述远程变电站调节所述水下功率电缆上的线电压，该调节基于所述比较，使得所述至少一个涡轮发电机所产生的输出功率紧密地跟随所设置的输出功率水平；以及
(v)重复(ii)至(iv)，使得监控到的输出功率紧密地跟随所设置的输出功率水平，直到限制情况消除。
有时希望能够“回调”发电机的输出，例如如果由于传输限制而使传输系统操作人员可能发送暂时降低发电直到限制消除的请求。在这种情况下，可以改变水下功率电缆的线电压，直到达到了所设置的输出功率水平。在限制消除之后，可以再次改变线电压以将输出功率带入最佳水平。
优选地，在另一实施例中，该方法提供用于利用水下功率电缆从远程变电站远程地控制离岸潮汐水力发电涡轮发电机的阵列的输出功率，所述水下功率电缆将功率从所述阵列传输至所述远程变电站，所述方法包括改变所述水下功率电缆的线电压以控制阵列中的涡轮发电机的转速的步骤，所述阵列中的涡轮发点机的转速与涡轮发电机的阵列所产生的输出功率相关。
按照这个方式，利用单个水下功率传输电缆可监控整个涡轮发电机阵列的输出、以及改变来控制阵列的总体输出的线电压。
优选地，线电压的改变正比于在阵列处可获得的潮汐能，以使水下功率电缆的线电压提供了实现了针对可获取的潮汐能的由整个阵列产生的最大功率发电的阵列中的每个涡轮发电机的叶尖速度。
这确保了阵列的线电压可改变来确保可针对主要的潮汐情况从阵列提取的最大量的功率发电。虽然这可能意味着不是所有或者有可能没有涡轮发电机工作在其具体的最佳点下，但是这确保了当利用单个功率电缆来控制阵列时阵列的总体输出是最大化的。还可以理解的是，线电压的变化可以说是跟随了半波正弦信号，以其与潮汐能的退却和流动并行改变的方式改变。
可选地，该方法提供用于从远程变电站远程地控制离岸潮汐水力发电涡轮发电机的阵列的输出功率，其中阵列中的每个涡轮发电机具有各自的水下功率电缆，所述水下功率电缆将功率从所述涡轮发电机传输至所述远程变电站，所述方法包括改变每个水下功率电缆的线电压以控制阵列中的每个涡轮发电机的转速的步骤，涡轮发点机的转速与涡轮发电机所产生的输出功率相关。
应该理解的是，涡轮发电机的阵列可包括至少一个涡轮发电机。
优选地，线电压的改变正比于在涡轮发电机处可获得的潮汐能，以使每个水下功率电缆的线电压提供了针对阵列处可获取的潮汐能的阵列中的每个涡轮发电机的最佳叶尖速度比。
优选地，改变水下功率电缆的线电压以控制涡轮发电机的转速的步骤是基于涡轮发电机处可获取的预测潮汐能的。
如果线电压的变化基于可获取的潮汐能的预测水平，则基于已知的关于预测潮汐的信息等实现了对发电机操作的简单的自动控制。优选地，对照该时刻下针对给定线电压设置点所期望的能量的量来检查该点处产生的能量的量。给定潮汐能的可预测特性，通过追踪日期和时间，可从数据库得到对期望的能量的量的估计，并且如果控制系统和涡轮发电机阵列正在正确执行，则可对该估计进行比较以提供监控方法。
并且，提供了一种用于利用至少一个水下功率电缆从远程变电站远程地控制由至少一个离岸潮汐水力发电涡轮发电机所产生的输出功率的方法，所述水下功率电缆将功率从所述至少一个涡轮发电机传输至所述变电站，所述方法包括改变所述水下功率电缆的线电压以控制所述至少一个涡轮发电机的转速的步骤，所述涡轮发点机的转速与所述至少一个涡轮发电机所产生的输出功率相关，其特征在于所述方法包括当所述至少一个涡轮发电机所产生的输出功率下降至低于预定的输出功率水平时保持所述水下功率电缆上的最小线电压水平的步骤。
由于在水下功率电缆上保持了最小电压水平，所以实现了平潮时间段期间对电缆中的故障情况的监控。并且，由于功率电缆上的电压变化范围减小，作用于功率电缆上的电张力减小，从而增大了电缆寿命。
优选地，线电压的改变正比于在涡轮发电机处可获得的潮汐能，并且特征还在于所述方法还包括当涡轮发电机处可获得的潮汐能下降至涡轮发电机的切断速度之下时保持水下功率电缆上的最小线电压的步骤。
优选地，线电压在与低于其则所述至少一个涡轮发电机不会产生输出功率的第一值相对应的第一值与所述至少一个涡轮发电机在该电平下产生最大功率的第二值之间改变。
优选地，最小线电压电平介于涡轮发电机的峰值电压的25％-35％之间。
可选地，最小线电压电平在开路或“回调”工作期间远远更高。并且，可能存在最小电平高达峰值电压的50-60％的情况。而且，可以理解的是，在涡轮发电机所产生的功率达到0之前(即，在可获取的潮汐能达到涡轮发电机的切断速度之前)，线电压可保持在最小电平。
优选地，所述方法包括步骤：
(i)监控在所述至少一个离岸潮汐水力发电涡轮发电机处可获得的潮汐能的信号表示，所述信号表示是在所述远程变电站通过所述水下功率电缆接收到的；
(ii)从所述远程变电站调节所述水下功率电缆的线电压，其中在可获取的潮汐能下降时降低所述线电压，并且在可获取的潮汐能增大时增大所述线电压；以及
(iii)重复步骤(i)至(ii)，使得所述水下功率电缆的线电压电平正比于可获取的潮汐能而变化，其特征在于所述方法还包括步骤：
(iv)无论何时，只要所述至少一个离岸潮汐水力发电涡轮发电机处可获取的潮汐能下降至低于所述潮汐水力发电涡轮发电机的切断速度之下，则保持水下功率电缆上的最小线电压电平。
优选地，该方法还包括步骤：在保持水下功率电缆上的最小线电压电平的同时，监控水下功率电缆所形成的电路的状态以判断电缆中故障的存在。
优选地，该方法提供用于利用水下功率电缆从远程变电站远程地控制离岸潮汐水力发电涡轮发电机的阵列的输出功率，所述水下功率电缆将功率从所述阵列传输至所述远程变电站，所述方法包括改变所述水下功率电缆的线电压以控制阵列中的涡轮发电机的转速的步骤，所述阵列中的涡轮发点机的转速与涡轮发电机的阵列所产生的输出功率相关，其特征在于所述方法包括当至少一个涡轮发电机所产生的输出功率下降至低于预定的输出功率水平时保持所述水下功率电缆上的最小线电压水平的步骤。
附图说明
现在将仅仅通过示例的方式参考附图来描述本发明的实施例，其中：
图1示出了一个已知的潮汐水力发电涡轮发电机；
图2示出了图1的发电机的一部分的截面图；
图3示出了与岸上变电站相连的图1的发电机；
图4是针对潮汐流的不同水平中的样本涡轮发电机的多个转矩速度曲线的示图；
图5是针对一个样本涡轮发电机的电压和电流的示图；
图6是针对本发明的方法的样本控制算法的示意图；
图7是示出了水下功率电缆的传输线电压相对于潮汐速度的样本变化的示图；
图8是示出了涡轮发电机的相对于在该涡轮发电机处的潮汐流的速度最佳叶尖速度；以及
图9是示出了根据本发明实施例针对样本潮汐流情况、针对半日潮而在24小时的时间段内施加至与离岸潮汐涡轮发电机耦接的水下功率电缆的线电压。
具体实施方式
参见图2，离岸潮汐水力发电涡轮发电机10被安装在潮汐流的区域中。发电机10经由水下功率电缆24连接至岸上变电站22。变电站22提供水电发电机网络与电力分配网26之间的接口。功率电缆24在离岸涡轮10至岸上变电站22之间的距离上传递发电机10所产生的功率。总体上，涡轮10所产生的AC功率在经由功率电缆24传递之前先被整流为DC。
可以理解的是，虽然图2中的系统示出了单个水力发电涡轮发电机10，但是水下功率电缆24可连接至作为潮汐水力发电涡轮发电机10阵列的一部分的其它涡轮发电机。水力发电涡轮发电机10的阵列可包括并行连接的多个发电机，这多个发电机将功率分配给同一功率电缆。可选地，水力发电涡轮发电机10的阵列可包括位于同一潮汐区域中的多个发电机，这多个发电机将功率分配给一系列的功率电缆。
随后可经由单个功率电缆24将阵列中的发电机产生的累积功率传递回岸上变电站22。可选地，阵列中的每个涡轮发电机10可通过与该涡轮发电机10关联的各自的水下功率电缆24连接至岸上变电站22。
岸上变电站22包括适当的功率转换及功率变换设备。功率转换设备可包括能够操作来改变水下功率电缆24上的DC线电压的控制器。在系统的优选操作中，电缆24上的DC电压的变化以与发电机10处可获得的潮汐能的量成比例的方式执行。对于最佳操作，发电机10的输出功率沿着电缆24，在强潮汐情况期间以高压、在弱潮汐情况期间以低压传递。应该理解的是，所感应出的电压具有足够高的电平以适合于在长距离(例如，从远程离岸潮汐发电机至岸上变电站和电网)上传送功率。
在特定潮汐流水平之上，涡轮转速正比于允许涡轮发电机10工作的电压。为了从潮汐流不断汲取最大功率，必须使涡轮在固定叶尖速度比下工作。该叶尖速度比是叶片的叶尖的转速与潮汐流的实际速度之间的比值。如果叶尖的速度实际上与潮汐速度相同，那么该叶尖速度比为1。针对特定涡轮发电机的最佳叶尖速度比通过针对特定涡轮的叶片18设计来确定。
因此，期望与流速正比地改变转速，以确保涡轮发电机10的最佳工作。由于控制了转速，则可以针对发电机10处可获得的潮汐功率以最佳水平保持发电机10的输出功率。
利用控制器通过将水下功率电缆24上的DC线电压的电平控制成正比于潮汐速度来实现转速的控制，从而允许单个涡轮在固定的叶尖速度比下工作，或者涡轮阵列尽量接近针对阵列的最佳叶尖速度比工作。
在相对恒定的潮汐速度的区域中，涡轮的最佳转速取决于针对涡轮的转矩速度曲线。
参见图4，对照四个不同潮汐速度水平针对具体的涡轮示出了转矩速度曲线，其中示出了随着涡轮转速变化而产生的转矩变化、以及各种转矩速度曲线的最佳点。该曲线示出的最佳点表示电压和电流，图5示出了更多的细节。从示图可以看出，4m/s的潮汐流时的最佳功率输出出现在大约17RPM的叶尖速度处，由此得到大约520kNm的输出转矩。从V-I示图可以看出，为了以17RPM操作涡轮，必须在4,200V下操作电缆。涡轮叶尖速度自该点的任何增大或减小都将造成输出功率的相应下降。
虽然操作人员对传输线电压的手工控制是可行的，但是还可以预见的是，可以例如经由位于岸上功率变电站22的可编程逻辑控制器(PLC)实现的控制逻辑或其它适当的处理装置自动规定控制操作。PLC或处理装置可操作来改变水下功率电缆24的传输线电压。
参见图6，示出了一个样本控制算法。该算法可操作来在DC电压值的范围内改变传输线电压，从而确保最佳功率发电。
在算法的初始100，线电压被设置为起始电压X(步骤102)。随后，控制器在步骤104针对水下功率电缆24上所设置线电压值X的测量发电机10所产生的功率输出。可通过对一段时间内产生的DC输出功率水平求平均来执行该测量动作。
针对该具体线电压X测得的功率水平随后在步骤106被记录下来。功率电缆上的传输线电压随后增大步长电压A，由此产生一个新的电压电平Y＝X+A(步骤108)。在步骤110测量针对该具体线电压值Y产生的输出功率。
随后在步骤112执行比较操作，比较线电压Y处测得的输出功率的水平以及线电压X处记录的输出功率的水平。
如果当前测得的输出功率的水平大于所记录的针对线电压X的功率水平，那么这表示线电压Y值由于更接近针对该发电机的最佳叶尖速度比(部分地由涡轮发电机10处可获得的潮汐能所确定)的叶尖速度比而得到改进的输出功率发电。
根据涡轮特征曲线(参见图4)的当前位置，进一步增大传输线电压可能会造成增大的功率输出。在改点处，线电压被进一步增大步长电压A，由此得到新的传输线电压电平Z＝Y+A(步骤114)。
针对该具体线电压Z测得的功率水平随后在步骤116中被记录下来。随后在步骤118执行比较操作，比较线电压Z处测得的输出功率的水平以及线电压Y处记录的输出功率的水平。
如果测得的输出功率Z的水平大于所记录的针对线电压Y的功率水平，那么涡轮特征曲线上的最佳点有可能还没有达到。算法随后往回循环，对X进行赋值以使X＝Z(步骤120)，并且返回算法的步骤108，以进一步测试输出功率水平。
但是，如果Z处的输出功率小于Y处的输出功率，那么很可能Y的传输线电压值提供了最佳功率发电，并且线电压值Y在功率电缆24上保持一个时间段T(步骤122)，随后算法返回步骤104。
时间段T被选择来提供预测潮汐能水平会多快地剧烈变化与希望多频繁地改变水下功率电缆24上传输线电压之间的平衡，例如5分钟。
如果步骤112中针对测得的线电压Y的输出功率小于针对测得的线电压X的输出功率，那么这表示增大水下功率电缆24上的线电压将造成所产生的输出功率的下降。这样，算法旨在检查传输线电压的下降是否会造成提高的输出功率发电。这同样取决于涡轮特征曲线的当前位置。
首先，在步骤124中线电压被下降至电平Z＝X-A。随后，在步骤126，控制器测量针对线电压Z产生的输出功率。随后在步骤128进行针对线电压X测得的输出功率水平与针对线电压Z测得的输出功率水平之间的比较。
如果针对线电压Z测得的输出功率水平小于针对线电压X测得的输出功率水平，则最佳输出功率看起来产生于线电压电平X处。由此，线电压值X在功率电缆24上保持一个时间段T(步骤131)，随后算法返回步骤104。
如果针对线电压Z测得的输出功率水平大于针对线电压X测得的输出功率水平，则进一步降低传输线电压电平将造成所产生的输出功率的相应增大(参见图3)。
首先，传输线电压降低至一个新的电平，赋值X＝Z-A(步骤130)。随后针对该线电压电平X测量针对该电平产生的输出功率(步骤132)。在步骤134中，进行线电压X处测得的输出功率水平与线电压Z处测得的输出功率水平之间的比较。
如果线电压Z处测得的输出功率水平大于线电压X处测得的输出功率水平，则线电压Z得到针对可获得的潮汐能的当前水平的最佳功率发电。所以，传输线电压增大回到电平Z(步骤136)，并且线电压值Z在功率电缆24上保持一个时间段T(步骤138)，随后算法返回步骤104以进行进一步监控。
但是，如果输出功率针对进一步降低的线电压值继续增大，那么算法继续降低传输线电压电平，直到达到了最佳功率发电(步骤140、142)。
所述算法的使用将得到传输线电压的电平的不断变化，从而确保连续保持最佳功率发电。
参见图7，针对样本潮汐水力发电涡轮发电机系统示出了一个示图，其中图示了针对潮汐流的值的范围的最佳线电压电平。从示图可以看出，最佳电压随着潮汐流速度增大而增大，这是因为需要在更高的RPM下操作涡轮来保持同样的最佳叶尖速度比。
参见图8，所示的示图示出了样本涡轮相对于该涡轮处潮汐流速度的最佳涡轮RPM水平。该关系应该被遵循以保持最佳叶尖速度比。可从该示图中看出潮汐能与转速之间的更线性的关系。但是，在固定的潮流中，例如3波节(knot)，涡轮转速高于或低于月4.5RPM的任何变化将导致小于最佳功率输出(参见上述图4)。
虽然所示的样本算法适于找到针对最佳功率发电的传输线电压，但是应该理解的是，在不脱离本发明范围的情况下可以实现该算法的不同变化。例如，同一控制系统还可用来在需要时降低发电输出一一例如由于传输限制，传输系统操作人员(例如国家电网工作人员)可能请求输出功率暂时回调或降低，直到处理了该传输限制。一旦接受到该请求，岸上控制系统可相应地修改线电压并且将涡轮的机台(farm)移动至远离它们的最佳叶尖速度比，直到达到期望的输出功率水平。当来自操作人员的限制移除，机主可回到正常操作。
并且，可以理解的是，操作人员可以在任意时间中断算法以允许对传输线电压电平的手工控制。
还可以理解的是，算法可适用于接收附加的输入信号，例如来自涡轮发电机上游的潮汐速度传感器的输出，从而确保线电压被调节成使得涡轮发电机总是在其最佳叶尖速度比下工作。
此外，在替换实施例中，水下功率电缆的线电压的变化可基于估计出的在涡轮发电机出可获取的潮汐能。在可以相对容易地例如通过潮汐表预测潮汐能的水平的位置处，可以使线电压的变化基于预测的潮汐能水平，从而确保最佳工作。给定涡轮发电机处的潮汐流的足够知识，则可以简单地每6小时改变一次线电压，由此设置涡轮的适当的RPM，其中平潮处允许最小RPM/电压，在给定一天中由期望峰潮速度支配那一天的最大电压/rpm，年的最大电压出现在春潮期间。
应该理解的是，例如通过将线电压改变至涡轮有目的地停机的程度，涡轮发电机的转速的远程控制可用来停止涡轮本身的转动。应该注意到，对于特定潮汐速度，增大线电压可实际地降低可获得的能量的量，参见图4。降低线电压增大了涡轮停机的风险，这是因为随着涡轮减速，功率输出将有相当大的改变。将涡轮速度增大至高于最佳叶尖速度会造成功率输出的更渐变的下降，并且这可能是实现控制的更优选的方式。
在进一步的改进中，该方法可用来处理与平潮水平时电缆损坏检测相关的问题，并且出于增大所使用的组件的寿命的目的而减小应用至水下电缆的强度。
在潮汐流的区域中，可获取的潮汐能水平在潮汐周期的过程中改变，即，当水平面正在增高(上升潮汐，称为涨潮)时，以及当水平面下降时(下降潮汐，称为退潮)。
在涨潮期间，潮流将逐渐增大，直到海水在满潮时到达其最高水平。在这时，潮流到达其最低点，并且被称为平潮。一旦到达平潮，潮流方向反转并且进入退潮。
类似于涨潮，在退潮期间，潮流将逐渐增大，直到到达退潮峰。潮流的功率水平随后逐渐下降，直到海水在低潮时到达其最低水平。一旦到了低潮，潮流再次平潮，并且潮流方向反转，且变成涨潮。
上述循环本身不断重复，对于半日潮每天出现两次(每天两次高水位以及两次低水位)，或者对于全日潮每天一次(每天一个潮汐循环)。
严格地应用上述控制方法包括在与可获取的潮汐能水平相关的潮汐周期(即，半日潮的每6个小时，或者全日潮的每12个小时)内将水下功率电缆的线电压从0V改变成峰值电压。
该方案存在一些不足。总体上，水下功率电缆易于出现诸如由渔具、环境条件等造成的损坏之类的故障。如果电缆故障在电缆的线电压为0V时的平潮期间出现，那么这种故障将不容易被检测到。在这种情况下，随着潮汐功率水平开始上升作为潮汐周期的一部分，并且随着功率发电启动，水下功率电缆中未检测的故障将造成对电缆的进一步损坏。该损坏将初始地出现在故障区域，但是如果功率发电被允许继续，则该损害将造成电缆的巨大失效。如果该情况出现，则整个电缆将需要替换，从而导致没有考虑到的用于修复和替换的开销和时间。
而且，电缆绝缘层上的电张力中的恒定变化降低了其寿命，这是因为电缆绝缘层将逐渐受到极化的损耗。
在改进的控制方法中，在一旦可获取的潮汐能低于阈值水平则将固定电压施加至功率电缆的其它条件下，水下功率电缆的线电压根据离岸发电机处可获取的潮汐能水平而改变。在电缆上保持固定电压，直到可获取的潮汐能上升至高于阈值。
阈值可以选择为任意潮汐能的值，但是优选地是低于该潮汐能水平则涡轮发电机不能提取能量的该潮汐能水平。该水平被称为涡轮的切断速度。
由于在涡轮的切断速度之下涡轮不能产生能量，所以涡轮可以产生的能、量的总水平将不会有损失。但是，在水下功率电缆上保持固定电压将实现对任何电缆故障的快速检测，这是因为故障将迅速显现。一旦检测到，出故障的电缆将在对电缆造成任何其它损坏之前(即，在允许发电继续之前)很容易地与发电网络隔离。利用该方法意味着在故障或者毁坏的情况下，仅仅需要修复故障附近小部分的电缆，而不是可能要替换整个电缆。
该方法的进一步优势包括延长的电缆寿命，这是因为降低了施加至电缆的电张力。并且，用于发电系统中的功率转换设备和其它电组件可设计成具有降低的操作范围。而且，平潮期间对故障的早期识别(即在峰值发电输出之前)对传输系统操作人员给出了将会出现潮汐机台的停用的足够提醒，这样替换发电系统将被用来弥补不足。
为了检测电缆故障的存在，系统接地点(earth point)处于岸上并且通过高阻抗连接。可测量该阻抗两端的电压，并且在健康的条件(即无故障条件)下期望为0。但是，应该理解的是，各种不同方法可用来检测电缆和线路上的故障(例如，不同保护、过流/接地故障电压不足、中性的电压偏移等)。所有这些保护方法要求电路处于活动状态来检测由于故障引起的状态改变。
参见图9，示出了对于半日潮的在24小时期间内针对样本潮汐流条件应用至与离岸潮汐涡轮发电机耦接的水下功率电缆的线电压的示图。从示图可以看出，随着潮汐速度(即潮汐能水平)在峰值涨潮(标为‘A’)与峰值退潮(标为‘B’)之间改变时，应用至水下功率电缆上的电压相应地改变。但是，一旦潮汐速度降低至大约0.7m/s(即具体涡轮的切断速度)之下，则电缆线电压保持为大约1500V。一旦潮汐速度恢复至切断速度之上，则线电压相应地再次改变，并且功率发电可恢复。
应该理解的是，施加至水下功率电缆的具体的固定电压将取决于所采用的涡轮发电机的设计。优选地，切断速度大约是峰值电压的30％。例如，对于500V的机器，对应于切断速度的电压大约为150V，同时对于3300V的机器，对应于切断速度的电压大约为990V。
还可以理解的是，在利用单个水下功率电缆控制涡轮发电机阵列的情况下可应用改进方法。在这种情况下，切断速度对应于低于其则从阵列提取的功率达到0W的该潮汐能水平。
改进方法的使用通过总是保持水下功率电缆上的电压来增大电缆寿命，以及提供快速检测有故障或有损坏的电缆的手段，实现了更可靠的操作单个涡轮发电机或多个涡轮发电机的方法。
本发明并不限于文本所述的实施例，而是可以在不脱离本发明范围的情况下做出修改或修订。

Claims (8)

1.一种用于利用至少一个水下功率电缆从远程变电站远程地控制由至少一个离岸潮汐水力发电涡轮发电机所产生的输出功率的方法，所述水下功率电缆将输出功率从所述至少一个涡轮发电机传输至所述变电站，所述方法包括改变所述水下功率电缆的线电压以控制所述至少一个涡轮发电机的转速的步骤，所述涡轮发电机的转速与所述至少一个涡轮发电机所产生的输出功率相关，其特征在于所述方法包括当所述至少一个涡轮发电机所产生的输出功率下降至低于预定的输出功率水平时保持所述水下功率电缆上的最小线电压电平的步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其中改变线电压是正比于在涡轮发电机处可获取的潮汐能的，并且其特征进一步在于所述方法还包括当涡轮发电机处可获得的潮汐能下降至涡轮发电机的切断速度之下时保持水下功率电缆上的最小线电压的步骤。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中线电压在第一值与第二值之间改变，低于所述第一值则所述至少一个涡轮发电机不会产生输出功率，所述至少一个涡轮发电机在所述第二值的电平下产生最大输出功率。
4.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述最小线电压电平介于涡轮发电机的峰值电压的25%-35%之间。
5.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述方法包括下列步骤：
（i）监控在所述至少一个离岸潮汐水力发电涡轮发电机处可获得的潮汐能的信号表示，所述信号表示是在所述远程变电站通过所述水下功率电缆接收到的；
（ii）从所述远程变电站调节所述水下功率电缆的线电压，其中在可获取的潮汐能下降时降低所述线电压，并且在可获取的潮汐能增大时增大所述线电压；以及
（iii）重复步骤（i）至（iii），使得所述水下功率电缆的线电压电平正比于可获取的潮汐能而变化，其特征在于所述方法还包括下列步骤：
（iv）无论何时，只要所述至少一个离岸潮汐水力发电涡轮发电机处可获取的潮汐能下降至低于所述潮汐水力发电涡轮发电机的切断速度之下，则保持水下功率电缆上的最小线电压电平。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括下列步骤：在保持水下功率电缆上的最小线电压电平的同时，监控水下功率电缆所形成的电路的状态以判断电缆中故障的存在。
7.根据权利要求1所述的方法，用于利用水下功率电缆从远程变电站远程地控制离岸潮汐水力发电涡轮发电机的阵列的输出功率，所述水下功率电缆将输出功率从所述阵列传输至所述远程变电站，所述方法包括改变所述水下功率电缆的线电压以控制阵列中的涡轮发电机的转速的步骤，所述阵列中的涡轮发电机的转速与涡轮发电机的阵列所产生的输出功率相关，其特征在于所述方法包括当所述离岸潮汐水力发电涡轮发电机的阵列所产生的输出功率下降至低于预定的输出功率水平时保持所述水下功率电缆上的最小线电压电平的步骤。
8.根据权利要求1所述的方法，其中改变水下功率电缆的线电压以控制涡轮发电机的转速的步骤是基于所述涡轮发电机处可获取的预测潮汐能的。
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