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篇1

[關(guān)鍵詞]風(fēng)力發(fā)電 變頻發(fā)電技術(shù) 原理

中圖分類號(hào)：U664.5+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2014）01-0014-01

從上個(gè)世紀(jì)九十年代開始到現(xiàn)在，能源電力市場(chǎng)發(fā)展比較迅速的已經(jīng)不是煤、石油等，人們開始逐步探索新型能源物質(zhì)，找出可以去到這些傳統(tǒng)能源的新能源。開始有了太陽能、風(fēng)能等可再生資源發(fā)電。而風(fēng)能跟全球所有的水利發(fā)電站的功率進(jìn)行比較，大約是其九倍左右。而跟煤炭燃燒的能量進(jìn)行比較，也只是占據(jù)了一年之內(nèi)風(fēng)能的百分之三十左右。使用風(fēng)力發(fā)電能夠把源源不斷的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，把風(fēng)能轉(zhuǎn)化標(biāo)準(zhǔn)市電，節(jié)約的程度明顯。所以，我們要對(duì)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)進(jìn)行探討。由于風(fēng)力屬于一種變化性比較強(qiáng)，而且人工無法調(diào)節(jié)的新能源，作為一項(xiàng)全新技術(shù)，多級(jí)變速風(fēng)力發(fā)電技術(shù)能夠保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)在多種風(fēng)速的情況下實(shí)現(xiàn)風(fēng)能的最大化利用。

一、風(fēng)力發(fā)電的基本原理

就風(fēng)力發(fā)電的裝置來說，主要包含很多結(jié)構(gòu)，有風(fēng)輪，也有發(fā)電機(jī)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的組成部分包括機(jī)頭、轉(zhuǎn)體、尾翼葉片。首先是葉片，葉片是用來接受風(fēng)力的，可以通過機(jī)頭把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能；其次是尾翼，尾翼可以使葉片能夠始終對(duì)著風(fēng)吹來的方向，這樣能獲取比較大的風(fēng)能；再次是轉(zhuǎn)體，轉(zhuǎn)體是為了更靈活的轉(zhuǎn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)尾翼方向的調(diào)整；最后是機(jī)頭，機(jī)頭的轉(zhuǎn)子是一個(gè)永磁體，能夠切割力線從而產(chǎn)生電能。風(fēng)力發(fā)電的基本原理就是利用風(fēng)能設(shè)備，把因?yàn)闇夭町a(chǎn)生的空氣流動(dòng)不斷的向電能轉(zhuǎn)化。實(shí)際上就是利用空氣中的動(dòng)能，也就是風(fēng)能來帶動(dòng)風(fēng)車設(shè)備的葉片的旋轉(zhuǎn)，之后把葉子的轉(zhuǎn)軸連接到增速機(jī)器上提高旋轉(zhuǎn)的速度，從而把機(jī)械的動(dòng)能向機(jī)械能轉(zhuǎn)化，之后通過轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)發(fā)電機(jī)起到發(fā)電的作用。

二、多級(jí)變速風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的原理

就早期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)來說，采用的一般都是恒速恒頻方式，根據(jù)這個(gè)方式來獲取恒頻的電能，這種方式由于技術(shù)比較簡單，也是相對(duì)比較成熟的，但是風(fēng)能的利用效率不高。主要是因?yàn)樵谝粋€(gè)特定的風(fēng)力條件之下，風(fēng)力輸出功率系數(shù)跟風(fēng)能利用率有著比較直接的關(guān)系，只有在一個(gè)特定的尖速比值下可能達(dá)到一個(gè)最大值，并且離這個(gè)最大值越遠(yuǎn)，風(fēng)力機(jī)輸出的功力系數(shù)就會(huì)下降的越來越快，風(fēng)能的利用效率就變得越來越低。就“恒速恒頻”風(fēng)力機(jī)來說，其轉(zhuǎn)速能夠一直保持不變，加上風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速是可以變化的，能夠進(jìn)行合理的控制。當(dāng)風(fēng)力機(jī)的尖速比率跟最佳值接近的時(shí)候，這個(gè)時(shí)候能夠最大化的對(duì)風(fēng)能進(jìn)行利用。從上個(gè)世紀(jì)七十年代中期到現(xiàn)在，變速恒頻技術(shù)受到越來越多的重視，而且在一步步的被應(yīng)用，但是因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)的恒頻控制裝置相對(duì)比較復(fù)雜，價(jià)格也相對(duì)比較昂貴，所以，大量使用還是存在一定的難度。

在多級(jí)變速風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中，其主要的發(fā)電裝置主要組成部分包括，兩臺(tái)發(fā)電機(jī)（其中一臺(tái)是小功率發(fā)電機(jī)1，另一臺(tái)是大功率發(fā)電機(jī)2）、控制系統(tǒng)以及變速機(jī)來組成的，如下圖所示：

其技術(shù)原理如下：那個(gè)功率比較大的發(fā)電機(jī)2的定子繞組跟電網(wǎng)是相互聯(lián)系的，開始向電網(wǎng)輸送工頻電流，頻率為f，轉(zhuǎn)子繞組主要是由小功率發(fā)電機(jī)1跟控制系統(tǒng)相聯(lián)系。當(dāng)風(fēng)向葉輪方向吹過的時(shí)候，通過變速機(jī)來把葉輪的旋轉(zhuǎn)速度提高，通過發(fā)電機(jī)組把風(fēng)能向電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這樣才能進(jìn)行發(fā)電。

那個(gè)功率比較大的發(fā)電機(jī)2，其運(yùn)行的時(shí)候主要是在風(fēng)速比較大的情況下，具有比較大的合頻效果，能夠讓轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率跟繞組的電流頻率加在一起，這樣最終得出加在一起的電流。一般情況下，那個(gè)功率比較小的發(fā)電機(jī)1其功率大約為大功率發(fā)電機(jī)2的四分之一，當(dāng)這個(gè)地區(qū)的風(fēng)速不大的時(shí)候，變速機(jī)就只帶動(dòng)小功率發(fā)電機(jī)1運(yùn)轉(zhuǎn)，這個(gè)時(shí)候，大功率發(fā)電機(jī)2就自動(dòng)斷開銜接，發(fā)電機(jī)1發(fā)出的電流直接輸送到電網(wǎng)中；同樣，當(dāng)這個(gè)地區(qū)的風(fēng)速比較大的時(shí)候，這兩個(gè)發(fā)電機(jī)都能進(jìn)行工作，而且經(jīng)過小功率發(fā)電機(jī)1輸出的電力會(huì)經(jīng)過控制系統(tǒng)向發(fā)電機(jī)2的繞組上來進(jìn)行合頻工作，最后輸出經(jīng)過合頻以后的電流。這樣一來，大功率發(fā)電機(jī)2的使用壽命就被延長，同時(shí)也提高了發(fā)電機(jī)的使用效率。在發(fā)電的時(shí)候，控制系統(tǒng)要對(duì)兩個(gè)發(fā)電機(jī)的電流頻率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，經(jīng)過檢測(cè)之后再進(jìn)行合并，從而保證發(fā)電機(jī)組的安全能夠。就變速機(jī)來說，跟傳統(tǒng)的增速機(jī)存在一定的區(qū)別，變速機(jī)既能增速還能變速，還可以根據(jù)風(fēng)速來進(jìn)行轉(zhuǎn)速輸出的改變，而且是齒輪設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)速不是特別高，也不是特別容易磨損，這樣就能相應(yīng)的減少的費(fèi)用。

結(jié)論

綜上所述，多級(jí)變速技術(shù)對(duì)風(fēng)能的利用率相對(duì)比較高，是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)合理，實(shí)用性比較強(qiáng)，簡單可靠的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)。通過對(duì)多級(jí)變速技術(shù)工作的原理進(jìn)行分析，可以看出，跟恒速恒頻的發(fā)電機(jī)進(jìn)行比較，多級(jí)變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)對(duì)風(fēng)能的利用效率有著很明顯的提高，還相應(yīng)的減少了風(fēng)力機(jī)的機(jī)械增速比，使得機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性得到提高，同時(shí)也提高了其經(jīng)濟(jì)型。在風(fēng)度不同的情況下，可以對(duì)兩個(gè)不同功率的發(fā)電機(jī)進(jìn)行組合，相應(yīng)的提高了發(fā)電機(jī)的使用效率。

參考文獻(xiàn)

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篇2

一、水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的意義與內(nèi)容

在電力系統(tǒng)安全可靠供電的條件下，水電站獲得最大經(jīng)濟(jì)效益的運(yùn)行方式，稱為水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式或優(yōu)化運(yùn)行方式。而使水電站取得最大經(jīng)濟(jì)效益的基本原理和技術(shù)方法，就是水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的最優(yōu)化技術(shù)。

電力系統(tǒng)中水電站運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)以整個(gè)系統(tǒng)收益最大的原則來考慮。也就是說，在空間和時(shí)間上系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)電站的總體效益為最大。但在某些具體條件下，亦可從單純的水電站群、甚致單一水電站本身的最大經(jīng)濟(jì)效益來考慮。

水電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行已為電力系統(tǒng)和部分大型水電站采用，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)國外有關(guān)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行資料表明：廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行節(jié)約燃料費(fèi)0.5％-3．0％；短期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提高發(fā)電量1．5％；長期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提高發(fā)電量2．0％-5．5％。我國湖南省某電站實(shí)現(xiàn)長期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，提高發(fā)電量約6．2％。我國盡管小水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作水平還較落后，但從已開展這項(xiàng)工作的小水電站看，也取得了較好的效果。因此，當(dāng)前在我國開展小水電經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作具有重大現(xiàn)實(shí)意義，是小水電革新挖潛的一項(xiàng)重大措施。

小水電經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的內(nèi)容，一般包括小水電的長期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、短期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。按照研究問題的范圍不同，小水電經(jīng)濟(jì)運(yùn)行又可分為單一水電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和小水電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。長期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行僅用于具有季調(diào)節(jié)及更大調(diào)節(jié)能力水庫的水電站或含有這樣水電站的電力系統(tǒng)。研究的內(nèi)容是電力系統(tǒng)內(nèi)單一水電站或各水電站的長期(如季度、各月)最優(yōu)化運(yùn)行方式。短期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是指電力系統(tǒng)內(nèi)單一水電站或各水電站短期(如日)的最優(yōu)化運(yùn)行方式。而廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是指一個(gè)水電站內(nèi)部，在電力系統(tǒng)給定負(fù)荷下或流量一定時(shí)該水電站最優(yōu)化運(yùn)行方式。各種不同情況的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行問題，有著不同的研究內(nèi)容和特點(diǎn)，但問題的解決都依賴于最優(yōu)化理論和方法的應(yīng)用。一般而言，水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行問題可描述為：在一定時(shí)期內(nèi)，按照一定的最優(yōu)化準(zhǔn)則，滿足各種約束條件而使水電站(群)目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最大值或最小值。

二、水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的最優(yōu)化準(zhǔn)則

水電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是對(duì)一定的最優(yōu)化準(zhǔn)則而言的。最優(yōu)化準(zhǔn)則就是經(jīng)濟(jì)運(yùn)行所追求的目標(biāo)和判別標(biāo)準(zhǔn)。因此，準(zhǔn)則問題對(duì)運(yùn)行來說是個(gè)十分重要的問題，研究水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)，首先要明確最優(yōu)化目標(biāo)或最優(yōu)化準(zhǔn)則。最優(yōu)化準(zhǔn)則一般可從數(shù)量和質(zhì)量兩個(gè)方面來表達(dá)，例如，如何使產(chǎn)品(發(fā)電)的經(jīng)濟(jì)效益最大及如何使供電的質(zhì)量提高。

水電站運(yùn)行質(zhì)量，從供電角度而言，主要表現(xiàn)為可靠性和穩(wěn)定性及與此相伴的適應(yīng)負(fù)荷變化、事故頂替的靈活性。從系統(tǒng)整體運(yùn)行而言，則有周波與電壓的穩(wěn)定性兩種質(zhì)量指標(biāo)。

從經(jīng)濟(jì)效益的觀點(diǎn)來設(shè)立水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的準(zhǔn)則是常采用的，根據(jù)著眼角度的不同，可有下列幾種水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行準(zhǔn)則：

1)國民經(jīng)濟(jì)效益最大或國民經(jīng)濟(jì)費(fèi)用最小準(zhǔn)則；

2)電力系統(tǒng)支出費(fèi)用最小準(zhǔn)則；

3)電力系統(tǒng)總耗煤量最小準(zhǔn)則；

4)水電站(群)發(fā)電量最大準(zhǔn)則。

國民經(jīng)濟(jì)效益最大或國民經(jīng)濟(jì)費(fèi)用最小準(zhǔn)則是一般性的準(zhǔn)則。國民經(jīng)濟(jì)效益有正、負(fù)兩種，正效益指電站運(yùn)行的產(chǎn)出效益，負(fù)效益指電站正常運(yùn)行被破壞時(shí)帶來的損失。國民經(jīng)濟(jì)費(fèi)用包括：①與電站運(yùn)行方式有關(guān)的電力系統(tǒng)支出費(fèi)用；②由于系統(tǒng)電力、電量不足或各綜合利用部門的要求得不到滿足時(shí)的國民經(jīng)濟(jì)損失。按這個(gè)準(zhǔn)則選擇運(yùn)行方式時(shí)，效益或費(fèi)用的計(jì)算比較困難，影響了這一準(zhǔn)則的廣泛應(yīng)用。

電力系統(tǒng)支出費(fèi)用最小準(zhǔn)則是指在滿足各水利綜合利用部門一定要求的條件下，使電力系統(tǒng)的支出費(fèi)用最小。它與國民經(jīng)濟(jì)費(fèi)用最小準(zhǔn)則相比，無需計(jì)算在發(fā)電及其它水利綜合利用要求得不到滿足時(shí)的損失費(fèi)用，但需要確定各綜合利用部門正常用水用電要求的標(biāo)準(zhǔn)。前者可看作是局部最優(yōu)準(zhǔn)則，后者可看作是整體最優(yōu)準(zhǔn)則。

電力系統(tǒng)耗煤量最小準(zhǔn)則，是指在滿足各綜合利用部門一定要求的條件下，使電力系統(tǒng)的總耗煤量最小。這個(gè)準(zhǔn)則是電力系統(tǒng)支出費(fèi)用最小準(zhǔn)則的簡化，因?yàn)榕c運(yùn)行方式有關(guān)的電力系統(tǒng)支出費(fèi)用中主要組成部分就是火電廠的燃料費(fèi)用。因此上述準(zhǔn)則可以簡化為電力系統(tǒng)的燃料費(fèi)用最小準(zhǔn)則。當(dāng)電力系統(tǒng)中各火電廠用煤價(jià)格相同的時(shí)候，則可簡化為電力系統(tǒng)耗煤量最小準(zhǔn)則。顯然這一準(zhǔn)則適用于由水電站、火電廠(站)組成的電力系統(tǒng)。

水電站(群)發(fā)電量最大準(zhǔn)則，是指在滿足各水利綜合利用部門一定要求的條件下．使系統(tǒng)內(nèi)的水電站(群)總發(fā)電量最大。在純水電系統(tǒng)中采用這一準(zhǔn)則是正確的。發(fā)電量最大準(zhǔn)則的另一種表示形式為“電能損失最小準(zhǔn)則”。通常為了使問題簡化，在已知水電站水庫的特征條件時(shí)，采用使計(jì)算期內(nèi)水電站(群)的總發(fā)電量最大作為最優(yōu)準(zhǔn)則，對(duì)于水電比重大的電力系統(tǒng)也是可行的。對(duì)于綜合利用的水電站(群)，如果是以發(fā)電為主，也可以采用本準(zhǔn)則，而把其它部門的要求作為約束條件。

三、水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的物理基礎(chǔ)

為了方便，下面以水電站(群)發(fā)電量最大準(zhǔn)則為例，討論水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的物理基礎(chǔ)。我們知道，在已知來水情況下，水電站的運(yùn)行會(huì)有優(yōu)劣，發(fā)電量(E)會(huì)有多有少，可以從電站出力(N)的基本公式：

N=KQH

或相應(yīng)的電能公式：

E=Σei=Σnit

從上式可見，電站出力N(kW)取決于三個(gè)因素：出力系數(shù)K、發(fā)電流量Q(m3/S)、發(fā)電水頭H(m)。因此，在水庫水電站運(yùn)行時(shí)，就有一個(gè)效率、水量和水頭的最優(yōu)利用問題，構(gòu)成了水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的物理內(nèi)涵。

出力系數(shù)K值大小與機(jī)型、水量Q及水頭H有關(guān)，對(duì)于一定的機(jī)型，可以表示為K=f(Q，H)。此處水量Q及水頭H對(duì)K的綜合影響最終寓于機(jī)組間的負(fù)荷分配情況及機(jī)組效率的最優(yōu)利用，具有相對(duì)的獨(dú)立性。同時(shí)，水電站長期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行通常以月或旬平均出力為單位，不是直接研究年、日負(fù)荷在電站間的最優(yōu)分配。因此，雖然從嚴(yán)格意義上講，K、Q、H的最優(yōu)利用應(yīng)結(jié)合考慮，但是在實(shí)際工作中可以把K和Q、H的最優(yōu)利用分為兩步進(jìn)行，即在研究長期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)，視K為某一常數(shù)；在求出逐月逐旬的最優(yōu)負(fù)荷分配后，再考慮K=f(Q，H)的關(guān)系，來研究日負(fù)荷的最優(yōu)分配，也就是研究水電站的廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行問題。

水量Q的最優(yōu)利用，主要反映在盡量防止或減少棄水。對(duì)于調(diào)節(jié)程度不高的水庫，如不完全年調(diào)節(jié)(季調(diào)節(jié))，流量的最優(yōu)利用，除枯水年份外，一般遠(yuǎn)較水頭利用的效益為大和更為重要，因此在研究水庫水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)，除了滿足約束條件外，應(yīng)把流量利用作為主要考慮的因素。對(duì)于調(diào)節(jié)程度較高的水庫，棄水機(jī)會(huì)少，水電站水頭一般較大，故水頭利用的效益可能更為重要。

以上是對(duì)單一水庫水電站而言，對(duì)于水庫水電站群的情況，除K、Q、H的最優(yōu)利用外，還有一個(gè)水文補(bǔ)償調(diào)度問題。對(duì)于水庫電站群，在共同的設(shè)計(jì)枯水年，通過電站間出力的相互補(bǔ)償能使站群總保證出力有所提高，這反映了各水庫水文變化的不同步性及由此所產(chǎn)生的水文補(bǔ)償效益，因此應(yīng)考慮最優(yōu)水文補(bǔ)償問題。

參考文獻(xiàn)：

篇3

（海南電網(wǎng)有限責(zé)任公司，海南 海口 570100）

【摘　要】變電站電氣主接線初步設(shè)計(jì)方案主要內(nèi)容包括：主變壓器容量、臺(tái)數(shù)及型式的選擇，電氣主接線方案的擬定、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較以及電氣主接線方案的確定。本文通過對(duì)新建110/35/10kV變電站的電氣主接線的五個(gè)方案的比較及它們各自的適用范圍，并考慮了設(shè)計(jì)所給的原始資料，最終確認(rèn)的主接線方案為：110kV為單母線分段接線，35kV為單母線分段接線，10kV為單母線分段接線。

關(guān)鍵詞 變電站；電氣主接線；設(shè)計(jì)方案

0　前言

變電站的電氣主接線是變電站設(shè)計(jì)的首要任務(wù)，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。主接線方案的確定對(duì)電力系統(tǒng)及變電站運(yùn)行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性起著決定性作用，并對(duì)電器設(shè)備選擇、配電裝置布置、繼電保護(hù)和控制方式的擬定有較大影響。因此，主接線的設(shè)計(jì)必須正確處理好各方面的關(guān)系，全面分析論證，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定變電站主接線的最佳方案。

1　變電站主接線設(shè)計(jì)的基本要求

對(duì)電氣主接線的基本要求，主要從可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行考慮。

（1）保證必要的供電可靠性，充分考慮一次設(shè)備和二次設(shè)備的故障率及其對(duì)供電的影響。

供電可靠性是電能生產(chǎn)和分配的首要任務(wù)，保證供電可靠性是對(duì)電氣主接線的最基本要求。停電使電力系統(tǒng)造成損失，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)各部門帶來嚴(yán)重?fù)p失。主接線應(yīng)考慮到在事故或檢修的情況下，盡可能減少對(duì)用戶供電的中斷，要綜合考慮多種因素來對(duì)提高可靠性的措施作出合理選擇。

主接線可靠性的具體要求：

①斷路器檢修時(shí)，不宜影響對(duì)系統(tǒng)及重要用戶的供電；

②線路斷路器或母線故障以及母線隔離開關(guān)檢修時(shí)，盡量減少停運(yùn)的回路和停運(yùn)時(shí)間的長短，要保證對(duì)一級(jí)負(fù)荷及全部或大部分二級(jí)負(fù)荷的供電；

③盡量避免全所停電的可能性；

④對(duì)重要樞紐變電站的電氣主接線應(yīng)滿足可靠性的特殊要求。

（2）具有調(diào)度靈活，操作方便，能滿足系統(tǒng)在事故、檢修及特殊方式下的調(diào)整要求。

主接線不但在正常運(yùn)行情況下，能根據(jù)調(diào)度的要求，靈活地改變運(yùn)行方式，達(dá)到調(diào)度的目的；而且在各種事故或設(shè)備檢修時(shí)，能盡快地退出設(shè)備，切除故障，使停電時(shí)間最短，影響范圍最小，并且在檢修設(shè)備時(shí)能保證檢修人員的安全。

具體表現(xiàn)為：

①調(diào)度時(shí)，應(yīng)可以靈活、簡便、迅速地倒換運(yùn)行方式，滿足系統(tǒng)在事故、檢修以及特殊方式下的系統(tǒng)調(diào)度；

②檢修時(shí)，可以方便地停運(yùn)斷路器、母線及其繼電保護(hù)設(shè)備，而不致影響電力網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定和對(duì)用戶的供電；

③擴(kuò)建時(shí)，留有足夠的發(fā)展擴(kuò)建空間，后期工程的擴(kuò)建不影響一期工程的正常運(yùn)行。

（3）主接線應(yīng)力求簡單清晰，盡量節(jié)約一次設(shè)備的投資，節(jié)約占地面積，減少電能損失，即具有經(jīng)濟(jì)性。

在滿足可靠性、靈活性的基礎(chǔ)上，還必須在經(jīng)濟(jì)上合理，使電氣裝置的基礎(chǔ)投資和年運(yùn)行費(fèi)用最少。

2　變電站主接線設(shè)計(jì)原則

（1）電氣主接線的設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合性的問題，其基本原理是以設(shè)計(jì)任務(wù)書為依據(jù)，以國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的方針、政策、技術(shù)、規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)繩，結(jié)合工程實(shí)際情況，在保證供電可靠、調(diào)度靈活，滿足各項(xiàng)技術(shù)要求的前提下，兼顧運(yùn)行、維護(hù)方便、盡可能地節(jié)省投資，就地取材，力爭設(shè)備元件和設(shè)計(jì)的先進(jìn)性與可靠性。堅(jiān)持可靠、先進(jìn)、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀的原則。

（2）在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求，依據(jù)國家及本地區(qū)電力工業(yè)發(fā)展概況，確定變電站的容量、電壓等級(jí)及負(fù)荷回路數(shù)。對(duì)原始資料進(jìn)行詳細(xì)的分析和研究，初步擬定出一些主接線方案，結(jié)合上述對(duì)主接線的基本要求，在確保滿足供電可靠、靈活、經(jīng)濟(jì)、留有擴(kuò)建和發(fā)展空間的前提下，進(jìn)行科學(xué)的論證分析，最后方可確定出最佳的主接線方案。

3　原始資料分析

設(shè)計(jì)的變電所為新建地區(qū)變電所，工程分2期。該變電所在電力系統(tǒng)中屬于地區(qū)性供電，地位比較高，對(duì)電力系統(tǒng)會(huì)造成一定的影響。從負(fù)荷特點(diǎn)及電壓等級(jí)可知，它具有三個(gè)電壓等級(jí)，兩級(jí)電壓負(fù)荷。待設(shè)計(jì)110kV變電站本期通過雙回110kV線路接入。本期先上2回110kV線路，并預(yù)留2回線路間隔供遠(yuǎn)期附近發(fā)電廠接入，且本變電所一、二級(jí)負(fù)荷約為總負(fù)荷的70%，為保證對(duì)一、二級(jí)負(fù)荷不間斷供電；35kV本期先上2回出線，并預(yù)留2個(gè)出線間隔供遠(yuǎn)期附近可能的35kV變電站接入；10kV最終按20回出線設(shè)計(jì)，本期上10回。

因此本站不宜按終端站考慮，主接線方式設(shè)計(jì)為：

110kV為單母線分段接線；

35kV為單母線分段接線；

10kV為單母線分段接線。

4　本設(shè)計(jì)主接線方案選擇

按任務(wù)書要求，待設(shè)計(jì)110kV變電站本期通過雙回110kV線路接入，本期先上2回110kV線路，并預(yù)留2回線路間隔供遠(yuǎn)期附近發(fā)電廠接入；35kV本期先上2回35kV出線，并預(yù)留2個(gè)出線間隔供遠(yuǎn)期附近可能的35kV變電站接入；10kV出線回路數(shù)：最終按20回設(shè)計(jì)，本期上10回，預(yù)留10回。本期電容器容量按一臺(tái)主變考慮，并預(yù)留相同規(guī)格無功補(bǔ)償裝置的位置。本變電站可考慮以下幾種方案進(jìn)行比較：

（1）方案1：采用單母線接線，如圖1所示。

采用單母線接線具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①接線簡單清晰，采用設(shè)備少，每一進(jìn)出線回路各自連接一組斷路器，互不影響；

②占地面積小，投資省，便于擴(kuò)建和采用成套配電裝置；

③正常運(yùn)行操作由斷路器進(jìn)行，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、遠(yuǎn)動(dòng)化；

④保護(hù)簡單，便于維護(hù)、檢修；

⑤易于實(shí)現(xiàn)“無人值班，少人值守”。

其主要缺點(diǎn)是：

不夠靈活可靠，當(dāng)母線或母線隔離開關(guān)發(fā)生故障或檢修時(shí)，均需斷開電源，造成整個(gè)廠、站停電。不能滿足不允許停電的供電要求。

適用范圍：一般用于6～220kV系統(tǒng)中，出線回路較少，對(duì)供電可靠性要求不高的中、小型發(fā)電廠與變電站中。

①小型骨干水電站4臺(tái)以下或非骨干水電站發(fā)電機(jī)電壓母線的接線；

②6～10kV出線（含聯(lián)絡(luò)線）回路≥5回；

③35kV出線（含聯(lián)絡(luò)線）回路≥3回；

④110kV出線（含聯(lián)絡(luò)線）回路≥2回。

（2）方案2：采用單母線分段接線，如圖2所示。

單母線分段接線的優(yōu)缺點(diǎn)：

①對(duì)重要用戶，可以由分別接于兩段母線上的兩條線路供電，當(dāng)任一段母線故障時(shí)能保證很需要用戶不停電；

②對(duì)兩段母線可以分別進(jìn)行檢修而不致對(duì)用戶停電；

③當(dāng)母線發(fā)生故障或檢修時(shí)，僅故障段停止工作，非故障段仍可繼續(xù)工作；

④當(dāng)母線的一個(gè)分段故障或檢修時(shí),必須斷開該分段上的電源和全部引出線，使部分用戶供電受到限制和中斷；

⑤任一回路的斷路器檢修時(shí),該回路必須停止工作；

⑥分段斷路器閉合運(yùn)行時(shí)，一個(gè)電源故障，仍可以使兩段母線都有電，可靠性比較好，但線路故障時(shí)短路電流較大；

⑦分段斷路器斷開運(yùn)行時(shí)，在分段斷路器處裝設(shè)備自投裝置，重要用戶可以從兩段母線引接采用雙回路供電，提高了供電可靠性，還可以限制短路電流。

適用范圍：單母線不分段接線不滿足時(shí)采用。

6～10KV配電裝置出線回路數(shù)為6回及以上；

35～60KV配電裝置出線回路數(shù)為4～8回；

110～220KV配電裝置出線回路數(shù)為3～4回。

（3）方案3：采用單母線帶旁路母線接線，如圖3所示。

特點(diǎn)：同一電壓等級(jí)，各回路經(jīng)過斷路器、隔離開關(guān)接至公共母線。把每一回線與旁路母線相連。

優(yōu)點(diǎn)：每一進(jìn)出線回路的斷路器檢修，這一回路可不停電

缺點(diǎn)：設(shè)備多，操作復(fù)雜。

適用范圍：35kV及以上有重要聯(lián)絡(luò)線路或較多重要用戶時(shí)采用，回路多采用專用旁母，否則采用簡易接線。

（4）方案4：采用單母線分段帶旁路母線接線，如圖4所示。

特點(diǎn)：出線斷路器故障或檢修時(shí)可以用旁路斷路器代路送電，使線路不停電。

適用范圍：主要用于電壓為6～10kV出線較多而且對(duì)重要負(fù)荷供電的裝置中；35kV及以上有重要聯(lián)絡(luò)線路或較多重要用戶時(shí)也采用。

（5）方案5：采用不分段的雙母線接線，如圖5所示。

優(yōu)點(diǎn)：①可以輪流檢修母線而不影響正常供電；

②檢修任一回路的母線隔離開關(guān)時(shí)，只影響該回路供電；

③工作母線故障后，所有回路短時(shí)停電并能迅速恢復(fù)供電；

④檢修任一斷路器時(shí)，可以利用母聯(lián)斷路器替代引出線斷路器工；

⑤便于擴(kuò)建。

缺點(diǎn)：

① 設(shè)備較多，配電裝置復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)性較差；

② 運(yùn)行中需要用QS作為操作電器切換電路，容易發(fā)生誤操作；

③ 當(dāng)Ⅰ段母線故障時(shí)，在切換母線過程中，仍要短時(shí)地切除較多的電源及出線。

適用范圍：

35～60KV配電裝置當(dāng)出線回路數(shù)超過8回；

110～220KV配電裝置當(dāng)出線回路數(shù)為5回及以上。

5　小結(jié)

通過以上五個(gè)方案的比較及它們各自的適用范圍，并考慮本設(shè)計(jì)所給的原始資料，最終確認(rèn)本次設(shè)計(jì)的主接線方案為：110kV為單母線分段接線；35kV為單母線分段接線；10kV為單母線分段接線。

參考文獻(xiàn)

［1］國家電力公司發(fā)輸電運(yùn)營部．供電企業(yè)創(chuàng)一流與國際一流規(guī)定[M].北京：中國電力出版社．2003.

［2］水利電力部西北電力設(shè)計(jì)院.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)（電氣二次部分）[M].北京：中國電力出版社，1996.

［3］戈東方．電力工程電氣一次設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：水利電力出版社，1989.

［4］西北電力設(shè)計(jì)院. 電力工程電氣設(shè)備手冊(cè)[M].北京：電力出版社，1998.

篇4

關(guān)鍵詞：繼電保護(hù) 故障 維修 診斷 分析

中圖分類號(hào)：TM58 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

前言：隨著電網(wǎng)建設(shè)的蓬勃發(fā)展，繼電保護(hù)作為一種必不可少的設(shè)備廣泛的應(yīng)用于各級(jí)電壓的電力系統(tǒng)中，尤其是在110kV及以上電壓等級(jí)中更是得到了廣泛的應(yīng)用。由于繼電保護(hù)在電網(wǎng)中非常重要，一旦出現(xiàn)故障，輕則引起大面積的停電現(xiàn)象，重則嚴(yán)重危害人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，及時(shí)發(fā)現(xiàn)繼電保護(hù)的故障，提升的維修技術(shù)水平，有著十分重要的意義。

1．電力故障診斷技術(shù)

受限于科學(xué)技術(shù)水平，在我國除了縱聯(lián)保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)之外，繼電保護(hù)裝置僅剩下顯示保護(hù)安裝處電氣量的功能。由于同一設(shè)備在正常運(yùn)行時(shí)，其各相的狀態(tài)應(yīng)該是一致的，所以，對(duì)繼電保護(hù)的故障進(jìn)行分析可以使得相關(guān)的工作人員更及時(shí)、更徹底的了解繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作報(bào)告和錄波報(bào)告。國外的繼電保護(hù)工作由于起點(diǎn)比較早的原因已經(jīng)領(lǐng)先了我們?cè)S多，所以我們要迎頭趕上。

從1990年開始，微機(jī)保護(hù)呈現(xiàn)迅速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，造成了大量新型繼電保護(hù)的方案和原理，這些方案和原理也對(duì)裝置的硬件提出了更高的要求。由于缺乏相應(yīng)的可靠地?cái)?shù)據(jù)通信手段，對(duì)于主設(shè)備的保護(hù)來說，對(duì)于微機(jī)線路保護(hù)裝置、正序故障分量方向高頻保護(hù)、變壓器組保護(hù)以及發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)等也逐漸通過了尖頂，繼電保護(hù)只能起到縮小事故影響區(qū)域以及切除故障元件的作用。在西方發(fā)達(dá)國家很早就誕生了系統(tǒng)保護(hù)的理念，受限于時(shí)代的不同，當(dāng)時(shí)該理念主要是指安全自動(dòng)裝置。通過電力繼電保護(hù)完全可以做到避免大面積停電的問題以及重大電力設(shè)備損壞的事故。對(duì)于一些學(xué)術(shù)性的試驗(yàn)項(xiàng)目，如果其偏差超出了規(guī)程規(guī)定的范圍，那么必須仔細(xì)分析、檢查，找出原因，繼而采取有效措施改變現(xiàn)狀。

2．故障診斷技術(shù)的發(fā)展方向

通過利用電力系統(tǒng)中發(fā)生異常情況時(shí)產(chǎn)生的電氣量變化來構(gòu)成繼電保護(hù)動(dòng)作即為繼電保護(hù)。所以，就要求所有的保護(hù)單元都可以共享故障信息以及全系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，而且為了保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須要求每個(gè)保護(hù)單元和重合閘裝置在分析信息和數(shù)據(jù)的同時(shí)協(xié)調(diào)相應(yīng)的動(dòng)作。下面筆者就電力繼電保護(hù)的故障及維修技術(shù)進(jìn)行淺談。

經(jīng)過了十五年的迅速發(fā)展，西方先進(jìn)國家的微機(jī)保護(hù)已經(jīng)進(jìn)行了三次更新?lián)Q代的工作，并且最新的微處理技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用并被絕大多數(shù)實(shí)例證明其可靠性。顯然，實(shí)現(xiàn)這種系統(tǒng)保護(hù)的基本條件是將全系統(tǒng)各主要設(shè)備的保護(hù)裝置用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來，亦即實(shí)現(xiàn)微機(jī)保護(hù)裝置的網(wǎng)絡(luò)化。這在當(dāng)前的技術(shù)條件下是完全可能的。所以在進(jìn)行電力繼電保護(hù)的故障和維修工作時(shí)，工作人員可以用質(zhì)量完好的元件來替代自己所質(zhì)疑有故障的元件。故障診斷始于機(jī)械設(shè)備故障診斷，其全名是狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷。故障診斷的技術(shù)手段是采用智能診斷方法和人工智能。電力系統(tǒng)對(duì)微機(jī)保的要求不斷提高，除了保護(hù)的基本功能外，還應(yīng)具有大容量故障信息和數(shù)據(jù)的長期存放空間，快速的數(shù)據(jù)處理功能。

3．繼電保護(hù)故障信息分析處理系統(tǒng)

電力繼電保護(hù)的故障及維修要求電力繼電保護(hù)故障排除工作人員以及故障維修工作人員有很強(qiáng)的電力繼電保護(hù)技術(shù)。由于設(shè)備故障與征兆之間關(guān)系的復(fù)雜性和設(shè)備故障的復(fù)雜性，形成了設(shè)備故障診斷是一種探索性的反復(fù)試驗(yàn)的特點(diǎn)故障診斷過程是復(fù)雜的。對(duì)于一般的非系統(tǒng)保護(hù)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置的計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)也有很大的好處。繼電保護(hù)裝置能夠得到的系統(tǒng)故障信息愈多。當(dāng)電力繼電保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)了故障時(shí)，工作人員可以通過縮小故障查找范圍來進(jìn)行電力繼電保護(hù)的故障查找和排除。這些數(shù)學(xué)診斷方法又各有優(yōu)缺點(diǎn)，研究故障診斷的方法成為設(shè)備故障診斷技術(shù)這一學(xué)科的重點(diǎn)和難點(diǎn)因此不能采用單一的方法進(jìn)行診斷。

變壓器保護(hù)的配置與整定時(shí)，應(yīng)根據(jù)造廠提供的變壓器繞組流過故障電流大小與允許時(shí)間的關(guān)系曲線配置與之相適應(yīng)的保護(hù)。其目的是使微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)功能日益完善的軟硬件基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行及性能價(jià)格比的最優(yōu)化結(jié)構(gòu)。一般來講，速動(dòng)性主要是指繼電保護(hù)裝置應(yīng)該盡可能迅速地去切除短路故障，縮短切除故障的時(shí)間。則對(duì)故障性質(zhì)、故障位置的判斷和故障距離的檢測(cè)愈準(zhǔn)確。對(duì)自適應(yīng)保護(hù)原理的研究已經(jīng)過很長的時(shí)間，也取得了一定的成果，在電力繼電保護(hù)出現(xiàn)故障時(shí)，工作人員會(huì)對(duì)電力繼電保護(hù)中的某個(gè)元件產(chǎn)生懷疑，由于電力繼電保護(hù)故障通常都是由于某個(gè)元件的故障引起的。

今后的故障診斷方法的發(fā)展方向是：將多種診斷方法進(jìn)行綜合取長補(bǔ)短以便于應(yīng)用和減少診斷結(jié)果的誤差，同時(shí)也便于實(shí)現(xiàn)提高保護(hù)裝置的可靠性。通過使用網(wǎng)絡(luò)來達(dá)到分布式母線保護(hù)的原理，大大改善了傳統(tǒng)方式的低可靠性局面。筆者在文中描述的方法，在大愛的縮小電力繼電保護(hù)故障排除的范圍的同時(shí)得到了廣泛的使用，是維修中采取次數(shù)最多的方法。計(jì)算機(jī)處理信息的速度與人工操作相比具有速度快、準(zhǔn)確性高等優(yōu)點(diǎn)，所以我們今后的發(fā)展方向便是大規(guī)模的使用計(jì)算機(jī)，通過人工智能和智能診斷的方法來檢測(cè)故障。

結(jié)束語：

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以及電網(wǎng)的廣泛普及，我國對(duì)電力的需求急劇增高，電力事故的不斷出現(xiàn)，極大地影響了人民群眾的日常生活并對(duì)其人身財(cái)產(chǎn)安全帶來了一定的危害。并且我國的電力行業(yè)現(xiàn)狀不是很理想，缺乏統(tǒng)一的信息化溝通渠道以及統(tǒng)一指揮，并且電力行業(yè)長期處于壟斷式的發(fā)展中，造成了管理、安全理念落后，所以我們一定要采取適當(dāng)?shù)姆椒ù胧?，及時(shí)發(fā)現(xiàn)繼電保護(hù)的故障并提高繼電保護(hù)的維修技術(shù)水平，避免事故的發(fā)生。因此，全面的研究繼電保護(hù)發(fā)展趨勢(shì)是我們現(xiàn)在面臨的急需解決的問題，繼而才可以推動(dòng)我國電力事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] ，劉沛，陳德樹.繼電保護(hù)中的人工智能及其應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2005.

篇5

【關(guān)鍵詞】動(dòng)態(tài)規(guī)劃法經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 效益優(yōu)化

前言

動(dòng)態(tài)規(guī)劃產(chǎn)生于20世紀(jì)50年代 ，是1951年美國數(shù)學(xué)家貝爾曼等創(chuàng)立的解決和優(yōu)化問題的方法。最基本的DP通常是應(yīng)用于廠內(nèi)的優(yōu)化調(diào)度，來獲取機(jī)組間的負(fù)荷的最優(yōu)分配決策。因此，在怎樣組織機(jī)組進(jìn)行發(fā)電，且保證成本低、效益大、收益高，是每個(gè)水電公司需要解決的問題，而我認(rèn)為行之有效的方法就是動(dòng)態(tài)規(guī)劃。

一、動(dòng)態(tài)規(guī)劃在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行應(yīng)用中的理論分析

1、為何要應(yīng)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

動(dòng)態(tài)規(guī)劃法通過搜索由機(jī)組狀態(tài)構(gòu)成的空間尋找最優(yōu)解。搜索過程既可以前向進(jìn)行也可逆向進(jìn)行。研究時(shí)間范圍內(nèi)的各個(gè)時(shí)段可以看作是動(dòng)態(tài)規(guī)劃問題的各個(gè)階段，常見的情況是一個(gè)階段代表一個(gè)小時(shí)。如此一個(gè)時(shí)段內(nèi)的機(jī)組組合就是動(dòng)態(tài)規(guī)劃問題的階段。依前向搜索的動(dòng)態(tài)規(guī)劃法而言，首先應(yīng)是從初始階段累計(jì)總成本，然后從最后一個(gè)階段出發(fā)逐個(gè)階段回溯尋找累計(jì)成本最小的機(jī)組組合直至初始階段，從而確定最經(jīng)濟(jì)的發(fā)電計(jì)劃(UC問題的最優(yōu)解)。

動(dòng)態(tài)規(guī)劃法是通過建立和評(píng)價(jià)UC問題對(duì)應(yīng)的完全決策樹以求得最優(yōu)解的，因此在機(jī)組數(shù)增加動(dòng)態(tài)規(guī)劃問題的規(guī)模迅速膨脹，也就是人們常提到的動(dòng)態(tài)規(guī)劃的“維數(shù)災(zāi)”。

很多人已經(jīng)采用了多種手段來減小搜索空間及動(dòng)態(tài)規(guī)劃問題的維數(shù)，其中大多數(shù)是根據(jù)前面所提到的機(jī)組優(yōu)先順序表或動(dòng)態(tài)機(jī)組優(yōu)先順序表。

此外，UC問題還可以分解為一系列的子問題，每一子問題用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法求解。常見的分解方法有SA法和HA法，SA法在用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法解一個(gè)子問題時(shí)，將其它子問題的狀態(tài)變量固定，來回迭代求解，直至所得的最優(yōu)解不再變化為止；HA法是將子問題獨(dú)立解出，然后用一協(xié)調(diào)因子將各子問題的解變換為全局最優(yōu)解。

水電廠的運(yùn)營管理人員和工程師對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行和設(shè)備特性的知識(shí)，也可以提煉為啟發(fā)式規(guī)則應(yīng)用于UC問題的求解過程中。在運(yùn)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法求解UC問題的過程中，可以應(yīng)用啟發(fā)式知識(shí)減小搜索空間，進(jìn)一步提煉求得問題的次優(yōu)解，因?yàn)槲磥淼呢?fù)荷是無法完全準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的。

2、水電站廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的任務(wù)

水電站廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基本任務(wù)就是研究水電站在總負(fù)荷給定條件下起廠內(nèi)工作機(jī)組最優(yōu)臺(tái)數(shù)組合及啟停次序的確定，機(jī)組間負(fù)荷的最優(yōu)分配，即廠內(nèi)最優(yōu)運(yùn)行方式制定和實(shí)現(xiàn)的有關(guān)問題，實(shí)際上也是研究其日內(nèi)逐小時(shí)及瞬時(shí)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的問題。

3、水電廠內(nèi)可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的數(shù)學(xué)原理

實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的水電廠，一般皆為有調(diào)節(jié)能力的蓄水式水電廠， 這類水電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型是由出力來決定耗水量，即在出力一定時(shí)，以耗水量最小為目標(biāo)目標(biāo)函數(shù)

Q=Q(N )+Q (N )+ ……+Q (N )=Q

約束條件

式中，N表示電廠負(fù)荷；N 表示 i號(hào)機(jī)的負(fù)荷；Q表示電

廠總工作流量；Q N 表示n號(hào)機(jī)負(fù)荷為N 時(shí)的工作流量；N1 表示 i號(hào)機(jī)的最小技術(shù)出力，一般不低于額定容量的40%；N2 表示i號(hào)機(jī)的最大技術(shù)出力，一般可取機(jī)組額定出力的105%。

4、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法的基本原理

動(dòng)態(tài)規(guī)劃法進(jìn)行廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)問題的性質(zhì)，可以構(gòu)成一個(gè)雙重嵌套式的動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型，把機(jī)組臺(tái)數(shù)、臺(tái)號(hào)組合以及機(jī)組之間的最優(yōu)分配統(tǒng)一考慮，即把時(shí)間和空間優(yōu)化統(tǒng)一考慮，其時(shí)間優(yōu)化作為第一層動(dòng)態(tài)規(guī)劃，而空間優(yōu)化作為第二層動(dòng)態(tài)規(guī)劃嵌套在第一層之中，從而建立一個(gè)統(tǒng)一的遞推模型以便迭代計(jì)算，用式求解,這種方法對(duì)機(jī)組的流量特性曲線沒有任何特殊要求，并且對(duì)于機(jī)組各種出力限制的處理也很方便。

不過在使用上述雙重動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型時(shí)，存在這樣的問題，當(dāng)一個(gè)電廠有幾臺(tái)機(jī)組時(shí)，各機(jī)組可以運(yùn)行，也可以停機(jī)，以狀態(tài)字1或0表示，于是，電廠的機(jī)組組合狀態(tài)數(shù)R= -1，當(dāng)n=5 時(shí)，R=31；n=6 時(shí)，R=63；當(dāng)n=10時(shí)，R=1023，這意味著在第一重動(dòng)態(tài)規(guī)劃法進(jìn)行機(jī)組迭代優(yōu)選時(shí)，最多有 -1 次迭代，而每一次迭代中，又要進(jìn)行第二重中的負(fù)荷分配迭代選優(yōu)計(jì)算，這樣使迭代計(jì)算可能十分繁瑣而使計(jì)算時(shí)間長，占用內(nèi)存大以至使求解不能實(shí)現(xiàn)，或者即使能得出結(jié)果，但由于時(shí)間過長而不能滿足實(shí)時(shí)控制的需要，為解決這一矛盾， 特提出一種新的解決該問題的方法―― 快速動(dòng)態(tài)規(guī)劃法

5、水電廠內(nèi)優(yōu)化調(diào)度動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法研究

水電廠廠內(nèi)最優(yōu)運(yùn)行方式的解算，能以一個(gè)時(shí)段獨(dú)立進(jìn)行處理 對(duì)于任一時(shí)段 ，在給定水電廠負(fù)荷及水頭的情況下，以變動(dòng)的機(jī)組臺(tái)數(shù)作為“ 階段”，以機(jī)組間不同的負(fù)荷分配作為狀態(tài)，以一定負(fù)荷下的耗水量最小作為目標(biāo)函數(shù)來確定廠內(nèi)運(yùn)行策略，設(shè)第n階段水電廠負(fù)荷為P 要求解算負(fù)荷在機(jī)組間的最優(yōu)分配，此時(shí)則需要第n -1 階段的最優(yōu)工況流量特性已知，按選定的水電廠負(fù)荷的變化步長和機(jī)組出力限制條件，分配當(dāng)前機(jī)組的出力為 N 則水電廠總耗水量以下式計(jì)算

從 系列中選擇使水電廠耗流量最小者，于是得遞推關(guān)系式(* 表示最優(yōu))

對(duì)當(dāng)前階段電廠的容量總和按一定的步長進(jìn)行離散，以求得特定負(fù)荷在機(jī)組間的優(yōu)化分配，整個(gè)解算程序的初始邊界條件是：第一階段各個(gè)離散點(diǎn)的取值本身就是各個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的最優(yōu)工況，從第一階段依次遞推，按照一定的算法可得到各個(gè)階段各離散點(diǎn)對(duì)應(yīng)的廠負(fù)荷最優(yōu)流量。

在某個(gè)特定的階段某個(gè)特定的離散點(diǎn)(離散點(diǎn)的物理意義是當(dāng)前階段廠負(fù)荷取的離散值)，不僅要記憶對(duì)應(yīng)的廠總最小流量，還要記憶此離散負(fù)荷下當(dāng)前機(jī)組的最優(yōu)分配負(fù)荷，以及剩余的負(fù)荷實(shí)現(xiàn)的技術(shù)關(guān)鍵是記憶兩者的位置，前者是在自己容量范圍的離散位置，后者是在當(dāng)前的前一階段總的廠負(fù)荷范圍的離散位置，因此關(guān)鍵在于記憶各離散點(diǎn)當(dāng)前階段的最優(yōu)負(fù)荷分配及前一階段對(duì)應(yīng)離散點(diǎn)的位置值,如此即可完成最優(yōu)遞推，解算的重要技術(shù)路線可以表述為，從第一階段向后遞推過程中，可以依次得到各個(gè)階段各個(gè)離散點(diǎn)對(duì)應(yīng)的最優(yōu)(少)當(dāng)前負(fù)荷下的耗水量，根據(jù)此計(jì)算的核心過程可以得到當(dāng)前階段當(dāng)前機(jī)組的最優(yōu)負(fù)荷分配，以及剩余負(fù)荷在前一階段的位置，在逆序求解的過程中，即可以得到當(dāng)前負(fù)荷在各個(gè)機(jī)組之間的最優(yōu)負(fù)荷分配----因?yàn)閷?duì)于每一個(gè)離散點(diǎn)，它都記憶了兩個(gè)位置值---當(dāng)前階段本機(jī)組的最優(yōu)負(fù)荷(位置)以及剩余負(fù)荷在前一階段的位置，由于第一階段當(dāng)前負(fù)荷分配和最優(yōu)負(fù)荷分配的一致性，程序就可以遞推得到各個(gè)廠負(fù)荷在所有機(jī)組之間的最優(yōu)負(fù)荷分配，上述應(yīng)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法解算水電廠廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的過程是簡單明了的。

但是，當(dāng)機(jī)組臺(tái)數(shù)較多，機(jī)組容量較大，水電廠容量也較大的情況下，工作量將相當(dāng)大，在一定條件下甚至達(dá)到難以實(shí)用的程度。此外，以上描述的遞推計(jì)算是在水電廠和機(jī)組最大，最小出力范圍內(nèi)，對(duì)于離散的水頭和電廠出力，相應(yīng)求出耗流量最小的運(yùn)行方式。然而 水電廠日常運(yùn)行中水頭和所承擔(dān)的負(fù)荷可以是允許的最大最小水頭和出力范圍內(nèi)的任何值，而實(shí)際水頭，負(fù)荷與上述計(jì)算中采用的數(shù)值完全一致的機(jī)會(huì)是極小的。如果以上述結(jié)果編制的關(guān)系曲線或表格為依據(jù)指導(dǎo)水電廠的優(yōu)化運(yùn)行只有采用近似的插值計(jì)算或估算決定某一負(fù)荷下工作機(jī)組組合及負(fù)荷的優(yōu)化分配這種確定水電廠廠內(nèi)最優(yōu)運(yùn)行方式的方法是粗略的。在實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí)也很不方便，因此在實(shí)際應(yīng)用中，常常結(jié)合具體實(shí)際，對(duì)常規(guī)的DP算法做改進(jìn)，以滿足需要。

6、機(jī)組負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配

各機(jī)組間的負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配屬于電力系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行問題，一般可以表示為minF(X,U,P)

H(X,U,P)=0

s.t. G(X,U,P) ≤0

式中：X,U,P分別為狀態(tài)變量、控制變量和擾動(dòng)變量對(duì)于負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配問題,上述三式都是非線性方程,等式約束條件主要為功率平衡方程，不等式約束條件則主要反映電壓質(zhì)量和安全的要求,當(dāng)能源消耗有限制時(shí),表示為適當(dāng)形式的約束條件,在有功負(fù)荷的優(yōu)化分配中,目標(biāo)函數(shù)在我國一般指發(fā)電的總能源消耗。在無功功率的優(yōu)化分布中， 目標(biāo)函數(shù)是網(wǎng)損。

水電廠廠內(nèi)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是在滿足電能生產(chǎn)的安全、可靠、優(yōu)質(zhì)的前提下，合理地調(diào)度發(fā)電設(shè)備，以期獲得盡可能大的經(jīng)濟(jì)效益，即在電廠總出力一定的條件下，通過最優(yōu)負(fù)荷分配使總耗水量最小其數(shù)學(xué)模型可簡化為

minL=

s.t.P=

P ＜P ＜P

式中： P為電廠給定的總出力；L為與P相對(duì)應(yīng)的總耗水量；P 為第i臺(tái)機(jī)組出力；L 為第i臺(tái)機(jī)組耗水量；N 為機(jī)組總臺(tái)數(shù)；i為機(jī)組編號(hào)，i=1,2, …，N：P ，P 分別為第 i臺(tái)機(jī)組出力的最小值和最大值。

由于通常機(jī)組的耗水量曲線呈非線性，在不同的水頭下其關(guān)系也不同,因此在電廠總出力給定的情況下，要滿足收益最大，所要做的就是確定最優(yōu)開機(jī)臺(tái)數(shù)和各機(jī)組間負(fù)荷的分配。

二、動(dòng)態(tài)規(guī)劃在水電廠中的仿真應(yīng)用隔河巖水電廠（清江流域）

清江位于鄂西南山區(qū)，是長江中游南岸的一條較大支流，河流自西向東，流經(jīng)10個(gè)縣市，在枝城市匯入長江，干流全長423km，總落差1430m，流域面積17000km2。流域形狀呈狹長形，東西長，南北窄，地勢(shì)自西向東傾斜。流域山勢(shì)陡峭，河谷深切，坡陡流急。

清江流域氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，雨量豐富，年降雨量1400mm，年徑流量133億m3，由于地形和氣候的原因，流域境內(nèi)多暴雨，多洪水，往往造成洪水災(zāi)害，危及下游和荊江河段的防洪安全。

清江流域水能資源豐富，主要集中在干流中下游，約占全流域可能開發(fā)量的85．8％，占干流可開發(fā)量的97．4％。目前中下游隔河巖、高壩洲水電站已建成，隔河巖裝機(jī)容量1200IdW，年電量30．4億kW•h，下游高壩洲為反調(diào)節(jié)水庫，裝機(jī)容量252 IMW，年電量8．9億kw．h。上游水布埡水電站已完成設(shè)計(jì)，在施工準(zhǔn)備階段，水布埡裝機(jī)容量2000MW，年電量39．2億kW•h。清江梯級(jí)三大水電站建成后，總裝機(jī)容量3452 5dW，聯(lián)合運(yùn)行年發(fā)電量81．6億kW•h。為湖北省電能供應(yīng)基地之一。

水布埡、隔河巖梯級(jí)的水庫總庫容78．6億m3，有效庫容36億Ⅲ3，占清江流域總徑流量的27％，水庫為年、多年調(diào)節(jié)水庫，能有效調(diào)節(jié)徑流，徑流利用率達(dá)93％以上，同時(shí)提高了枯水期的發(fā)電出力。水布埡和隔河巖調(diào)節(jié)庫容巨大，電站裝機(jī)規(guī)模大，又無綜合利用要求約束，水電站具有良好的調(diào)峰性能，清江梯繳水電站為華中電網(wǎng)和湖北省電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻電站基地。電站建成后調(diào)峰容量占華中電網(wǎng)峰荷容量的1／7―1／8，能有效地改善華中電網(wǎng)調(diào)峰容量嚴(yán)重不足的狀態(tài)。

清江隔河巖水電廠有四臺(tái)同型號(hào)的發(fā)電機(jī)組，在112米水頭下各機(jī)組最大出力為300MW，汽蝕振動(dòng)區(qū)大致為105―195Mw。在應(yīng)用模型計(jì)算的過程中，4臺(tái)實(shí)際機(jī)組被抽象成8臺(tái)虛擬機(jī)組ABCDEFGH，ACEG四臺(tái)虛擬機(jī)組的出力范圍為5-105 Mw，另外四臺(tái)虛擬機(jī)組195―300 MW。研究時(shí)間范圍的前一時(shí)段(第0個(gè)時(shí)段)2#機(jī)組開機(jī)發(fā)電，其它機(jī)組正常停機(jī)。實(shí)際計(jì)算中機(jī)組一次開機(jī)和停機(jī)的總成本按五分鐘滿負(fù)荷運(yùn)行的耗水量計(jì)算，約相當(dāng)于90 k―rfl。而穿越機(jī)組汽蝕振動(dòng)區(qū)的成本取一個(gè)很小的水當(dāng)量0．001k•m3，之所以耿一個(gè)很小的水當(dāng)量是為了突顯優(yōu)化模型包含穿越機(jī)組汽蝕振動(dòng)區(qū)的成本對(duì)減少穿越機(jī)組汽蝕振動(dòng)區(qū)次數(shù)的影響。

結(jié)果分析

兩個(gè)結(jié)果表的優(yōu)化結(jié)果中都沒有不必要的穿越機(jī)組汽蝕振動(dòng)區(qū)的情況。因此從整體上來講，優(yōu)化結(jié)果在使用水量最小化的同時(shí)最大限度的減少了機(jī)組的啟停次數(shù)和穿越機(jī)組汽蝕振動(dòng)區(qū)的次數(shù)，對(duì)不必要的穿越機(jī)組汽蝕振動(dòng)區(qū)的情況能夠有效的避免，從而在發(fā)電耗水成本和機(jī)組工況轉(zhuǎn)換成本之間取得良好的平衡。因此可以認(rèn)為，模型和算法在隔河巖水電廠的仿真應(yīng)用結(jié)果是比較滿意的。

且由計(jì)算的結(jié)果來看，本文提出的動(dòng)態(tài)規(guī)劃法在水電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中有較大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

結(jié)語：在本文中運(yùn)用了動(dòng)態(tài)規(guī)劃的方法來計(jì)算水電廠內(nèi)機(jī)組之間負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配問題，且該算法簡單，算例在體現(xiàn)了該方法的簡便和實(shí)用的，為解決實(shí)際問題提供了有效的解決方案。

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篇6

1關(guān)于深海漂浮式能源中心的設(shè)想

現(xiàn)有的各種可再生能源中，風(fēng)能是除核能外，技術(shù)最成熟、最具開發(fā)條件和最有發(fā)展前景的發(fā)電方式，同時(shí)風(fēng)能資源蘊(yùn)藏量也特別巨大，遠(yuǎn)海風(fēng)能儲(chǔ)量則更多.

自20世紀(jì)90年代起，國外開始建設(shè)海上風(fēng)電場(chǎng).海上風(fēng)電場(chǎng)以它獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，正日益成為未來風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展方向.由于絕大部分海上風(fēng)能集中于水深超過60 m的區(qū)域，所以海上風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)由淺水的近海區(qū)域發(fā)展到深水的遠(yuǎn)海區(qū)域已成必然趨勢(shì)，但是如果按照目前近海風(fēng)電場(chǎng)采用各種固定在海底的貫穿樁結(jié)構(gòu)（如重力基礎(chǔ)、單樁基礎(chǔ)或多腳架基礎(chǔ)）的傳統(tǒng)方法，整個(gè)風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)的制作成本將隨著海水深度增加而急劇上升，這將會(huì)使深海風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)在工程和經(jīng)濟(jì)兩方面都變得不可行.

同時(shí)，由于漂浮式海洋工程平臺(tái)造價(jià)高昂，因此在漂浮式風(fēng)力機(jī)平臺(tái)上集成海流和波浪發(fā)電，從而形成深海漂浮式能源中心將成為合理的選擇，對(duì)此國外已有相關(guān)研究.

綜上所述，深海漂浮式能源中心是深海能源開發(fā)利用必需的裝備，是深海風(fēng)電場(chǎng)和大容量波流電站應(yīng)用的基本核心，也是產(chǎn)品技術(shù)含量高的綜合集成式成套發(fā)電設(shè)備.同時(shí)，深海漂浮式能源中心相關(guān)技術(shù)是新能源技術(shù)和海洋工程兩大學(xué)科領(lǐng)域相結(jié)合的研究課題，可在一定程度上緩解我國能源分布與需求格局存在的巨大矛盾，因此也是一種具有戰(zhàn)略意義的新能源形式.對(duì)其深入研究對(duì)于充分利用我國廣闊的海洋國土，緩解我國東部發(fā)達(dá)地區(qū)能源嚴(yán)重緊缺的現(xiàn)狀，均具有重大的理論、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義.

2現(xiàn)有海洋工程水池及其不足

早期的試驗(yàn)水池都是為了滿足船舶工業(yè)的需要，水池長而且狹窄，安裝有拖曳模型和自行拖車.后來為了探究船舶操縱性，開始出現(xiàn)圓形水池.海洋工程平臺(tái)一般為無航速裝置，采用固定錨泊安裝，波浪和海流無特別流向.因此原有船舶水池?zé)o法滿足系泊系統(tǒng)測(cè)試，改變波浪入射角必須重新安裝模型，這樣會(huì)有較強(qiáng)的池壁效應(yīng)，不再適合海洋工程構(gòu)筑物的水池試驗(yàn).自20世紀(jì)70年代起，開始出現(xiàn)了用于近海石油開發(fā)相關(guān)試驗(yàn)的水池，即海洋工程水池[5].在挪威、美國、荷蘭、日本、加拿大等海洋科技發(fā)達(dá)國家，海洋工程水池作為發(fā)展海洋高新技術(shù)必不可少的配套基礎(chǔ)研究設(shè)施，由國家投資建設(shè).代表性的海洋工程水池概況如表1所示.

表1國外海洋工程水池概況[6]

Tab.1

Overview of foreign ocean basins

上述水池雖然可進(jìn)行深海漂浮式風(fēng)力機(jī)乃至深海漂浮式能源中心的水動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)，但因它們主要面向海上鉆井平臺(tái)等復(fù)雜深海結(jié)構(gòu)的研究，故試驗(yàn)費(fèi)用高且針對(duì)性不強(qiáng).

目前沒有可直接用于海上漂浮式能源中心的專用海洋水池，表2給出了類似的關(guān)于海上漂浮式風(fēng)力機(jī)的試驗(yàn)技術(shù)參數(shù).

表2漂浮式風(fēng)力機(jī)模型試驗(yàn)技術(shù)參數(shù)[7]

Tab.2

Technical specifications of floating wind turbine hydrodynamic experiments

由表2可見，模型縮尺比在1∶20到1∶150不等，估計(jì)隨著風(fēng)力機(jī)和其它波流發(fā)電裝置的發(fā)電功率的增大，未來的模型縮尺比將會(huì)超過1∶150.因此，小模型水池試驗(yàn)的研究將會(huì)是未來風(fēng)力機(jī)水池試驗(yàn)的一個(gè)重要挑戰(zhàn).

針對(duì)深海漂浮式能源中心水動(dòng)力試驗(yàn)這一背景，本文參照已有的研究和相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)[8]，提出了一種新型的風(fēng)浪流聯(lián)合試驗(yàn)裝置，并對(duì)該裝置的各子系統(tǒng)部件和測(cè)量控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的探討.

3風(fēng)浪流聯(lián)合試驗(yàn)裝置及其控制系統(tǒng)

3.1風(fēng)浪流聯(lián)合試驗(yàn)裝置

風(fēng)浪流聯(lián)合試驗(yàn)裝置主要用來模擬深海漂浮式風(fēng)力機(jī)的工作狀態(tài)，如模擬海上的風(fēng)、浪、流等[9]，因此，可將其分為四個(gè)部分，即：水深調(diào)節(jié)系統(tǒng)、造波-消波系統(tǒng)、造流系統(tǒng)和造風(fēng)系統(tǒng)，如圖1所示.

圖1風(fēng)浪流聯(lián)合試驗(yàn)裝置示意圖

Fig.1

Schematic diagram of the test equipment

3.1.1水深調(diào)節(jié)系統(tǒng)

水深是指海洋靜水面至海底的垂直距離，通常稱為海洋平臺(tái)的工作水深.該裝置為了滿足不同水深的模擬要求，為2 m深的深水池配備4 m深的假底.假底由混凝土浮箱連接組合而成.在假底下部安裝多根鋼纜，通過安裝在池邊的多個(gè)空壓卷揚(yáng)機(jī)裝置調(diào)節(jié)鋼纜長度來實(shí)現(xiàn)假底的上下移動(dòng)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)水深的目的.對(duì)于一般水池試驗(yàn)，模型縮尺比通常為1∶50～1∶70，水池模擬海水深度可達(dá)300～420 m；若采用小尺度模型試驗(yàn)，模型縮尺比最小可至1∶150，水池模擬海水深度最大為900 m，均滿足深海漂浮式風(fēng)力機(jī)的要求[10].同時(shí)，可在假底加裝振動(dòng)裝置，用于模擬海底地震.

3.1.2造波-消波系統(tǒng)

水池內(nèi)尺寸為15 m×2.5 m×3 m（水深2～2.5 m），整個(gè)造波-消波的過程都在水池內(nèi)完成，具體可分為造波系統(tǒng)和消波設(shè)施兩部分.

（1） 造波系統(tǒng)

海洋工 程水池造波系統(tǒng)的核心裝置是造波機(jī).我國在造波方面的研究工作從20世紀(jì)50年代起步，最初使用的造波裝置主要是簡單的電氣裝置.到70年代中期，開始逐漸采用模擬信號(hào)控制.隨著科技的發(fā)展，如今已完全采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行造波控制.目前，主要的造波機(jī)類型可分為搖板式、推板式、沖箱式、空氣式以及多單元（也稱蛇形）造波機(jī).該試驗(yàn)裝置擬采用簡單可靠的搖板式造波機(jī).

搖板式造波機(jī)的主體部分是一框架式板塊結(jié)構(gòu)，其下緣與固定支座采用鉸接的連接方式.在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)下，造波板繞支座上的鉸接點(diǎn)作往復(fù)擺動(dòng)，使板面前方的水抬高或下降，在水面上形成波浪.調(diào)節(jié)或控制搖板的擺幅和周期（頻率），可產(chǎn)生不同波高和波長的波浪.搖板式造波機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量較小.采用液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，既可調(diào)頻又能調(diào)幅，用于制造不規(guī)則波，比較方便.

（2） 消波設(shè)施

消波設(shè)施的原理是通過消波構(gòu)造裝置擊碎或破壞波浪形狀從而達(dá)到消除波能和減少回波的效果.試驗(yàn)水池的消波設(shè)施主要有消波器和消波灘（岸）兩大類，有網(wǎng)格式和筒陣式等形式.消波器的特點(diǎn)是體積較小，可方便拆卸，但消波效果一般；消波灘體積大，消波效果較好，但需要占用較大的水池空間，建造成本相應(yīng)較高.國內(nèi)外大多數(shù)水池均采用消波灘形式.本文試驗(yàn)裝置亦采用這種消波方式[11].常見的消波灘是拋物線形斜面消波灘，其斜面坡度大小直接影響消波效果，坡度越平緩，反射回波越少，但占用的平面尺寸較大，因此，可在滿足消波效果的基礎(chǔ)上把坡度取得適當(dāng)陡一些，使消波灘下緣延伸到水中一定深度即可終止，如圖1所示.

消波灘的消波過程是一個(gè)復(fù)雜的非線性過程，無法通過數(shù)學(xué)手段解決.荷蘭水池的消波灘是通過在高速水池中針對(duì)不同坡度、不同吃水深度、不同表面阻尼系數(shù)和不同長度進(jìn)行試驗(yàn)而最終確定形成的.即使如此，也很難保證達(dá)到100%的消波效果，而且它也無法解決水池側(cè)壁和模型的反射回波問題[12].

3.1.3造流系統(tǒng)

每個(gè)海洋工程水池都要配備造流系統(tǒng).該系統(tǒng)的造流能力是決定海洋工程水池先進(jìn)性的重要方面.目前常用的造流系統(tǒng)有池內(nèi)循環(huán)、假底循環(huán)與池外循環(huán)三種形式[9].在該試驗(yàn)裝置中由于需要模擬深海海流，需要將漩渦、回流等擾動(dòng)消除在水池外，以保證試驗(yàn)區(qū)域流場(chǎng)的均勻度和湍流強(qiáng)度等特性滿足模型試驗(yàn)要求，故而選用池外循環(huán)[13].其工作循環(huán)為：水流由水池外大功率水泵驅(qū)動(dòng)后，經(jīng)過管路和進(jìn)水廊道進(jìn)入水池，再經(jīng)過水池對(duì)面的出水廊道返回到管路中，形成一個(gè)完整的循環(huán)過程.在深水池外的進(jìn)水和出水廊道內(nèi)，設(shè)置有多種整流設(shè)備，以使高速水流進(jìn)行整流后進(jìn)入水池，因而具有較為均勻的流速分布，且水流的湍流強(qiáng)度也能滿足試驗(yàn)要求.

3.1.4造風(fēng)系統(tǒng)

風(fēng)是影響海洋工程的重要環(huán)境因素之一.在對(duì)深海漂浮式風(fēng)力機(jī)的工作過程模擬中，造風(fēng)系統(tǒng)是必不可少的.該系統(tǒng)包括變頻風(fēng)機(jī)、整流器、風(fēng)速儀以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng).風(fēng)機(jī)懸掛在一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的吊架上，可使風(fēng)向與浪向成任意夾角.整流器放置在風(fēng)機(jī)前方，目的是使流至風(fēng)力機(jī)的風(fēng)是均勻的.通過風(fēng)速儀與測(cè)控系統(tǒng)可調(diào)節(jié)風(fēng)速大小，模擬不同風(fēng)速下風(fēng)力機(jī)工作狀態(tài).

3.2測(cè)控系統(tǒng)及其主要儀器

測(cè)控系統(tǒng)是該試驗(yàn)裝置最重要的部分.對(duì)于深海漂浮式風(fēng)力機(jī)水池試驗(yàn)，主要目的為測(cè)量某固定風(fēng)速、流速以及波浪條件下的風(fēng)力機(jī)浮臺(tái)的響應(yīng)特性.因此，需要配備風(fēng)速測(cè)控系統(tǒng)、流速測(cè)控系統(tǒng)、浪高儀、非接觸式光學(xué)六自由度測(cè)量儀器以及其它儀器.

3.2.1風(fēng)速測(cè)控系統(tǒng)

該系統(tǒng)用于調(diào)整、控制風(fēng)速.其作用原理為：首先選定試驗(yàn)所需模擬風(fēng)速的大小，然后通過風(fēng)扇造風(fēng)，并在整流器后放置風(fēng)速儀，測(cè)量入流風(fēng)速，最后根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果調(diào)整造流風(fēng)扇的變頻器，使風(fēng)速始終穩(wěn)定在要求的范圍內(nèi)[14].風(fēng)速測(cè)量擬采用AR846型風(fēng)速測(cè)量儀.該儀器與計(jì)算機(jī)直接連接記錄反射時(shí)間過程.風(fēng)速儀量程范圍為0.3～45 m·s-1，解析度為0.001，測(cè)試相對(duì)誤差小于3%.

3.2.2流速測(cè)控系統(tǒng)

該系統(tǒng)用于調(diào)整、控制海流速度.其作用原理與風(fēng)速測(cè)控系統(tǒng)基本相同，即：首先選定試驗(yàn)所需模擬海流的速度大小，然后通過流速儀測(cè)量海水的平均流速，最后根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果調(diào)整造流水泵的功率，使流速始終穩(wěn)定在要求值.流速儀擬采用挪威Nortek公司生產(chǎn)的ADV超聲波三維流速儀.該儀器流速測(cè)量范圍為0.005 ～1.0 m·s-1，它在水中含有足夠微小粒子的條件下測(cè)試相對(duì)誤差小于1%，足以保證測(cè)量所需大小與精度.

3.2.3波浪測(cè)量儀器

為了確定波浪條件，需要已知波浪的波譜、浪高和頻率.由造波機(jī)可得到波譜，而浪高和頻率則需要通過波浪測(cè)量儀器得到.波浪測(cè)量擬采用DS30型浪高水位測(cè)量系統(tǒng).采集儀內(nèi)置模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，巡回采集各通道數(shù)據(jù)，單點(diǎn)采樣時(shí)間間隔為0.001 5 s （約666 Hz ）.該系統(tǒng)可同步測(cè)量多點(diǎn)波面過程并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，每次試驗(yàn)前進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定線性度均大于0.999.為了測(cè)量頻率，并考慮到浮臺(tái)對(duì)波浪的影響，需要多個(gè)浪高儀，最多時(shí)需要12個(gè).

3.2.4光學(xué)六自由度測(cè)量儀器

該儀器是本文試驗(yàn)裝置中最為重要的測(cè)量儀器.該儀器主要利用圖像處理和立體視覺技術(shù)對(duì)試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行非接觸式測(cè)量，實(shí)時(shí)得到平臺(tái)的六自由度，即縱蕩、橫蕩、垂蕩、縱搖、橫搖及首搖的運(yùn)動(dòng)軌跡，且對(duì)浮體的移動(dòng)沒有任何影響.根據(jù)其測(cè)量結(jié)果可對(duì)浮臺(tái)進(jìn)行RAO頻域分析.本文試驗(yàn)擬采用HU型船運(yùn)動(dòng)量（六分量）測(cè)量系統(tǒng)，它由采集儀、2臺(tái)攝像機(jī)和船標(biāo)組成.船標(biāo)上安裝有4個(gè)紅燈、2個(gè)藍(lán)燈，固定于平臺(tái)上.1號(hào)攝像機(jī)安放于平臺(tái)的正上方，觀測(cè)4個(gè)紅燈的移動(dòng)變化.由軟件計(jì)算出平臺(tái)的縱蕩、橫蕩、縱搖、橫搖和首搖5個(gè)分量.2號(hào)攝像機(jī)安放在平臺(tái)尾部延長線上，觀測(cè)2個(gè)藍(lán)燈的移動(dòng)變化，計(jì)算出平臺(tái)的升沉.

傳感器的量程是可變的，可通過調(diào)節(jié)攝像機(jī)的變焦來改變量程.因?yàn)?個(gè)燈的空間尺寸是固定不變的，因此量程改變無需標(biāo)定.

3.3其它儀器

3.3.1系泊拉力測(cè)量系統(tǒng)

系泊拉力的測(cè)量擬采用2008型纜力測(cè)量系統(tǒng)（32通道）.該系統(tǒng)通過USB接口與計(jì)算機(jī)相連，采樣時(shí)間最小間隔為0.001 s （1 000 Hz ），采用LA2型拉力傳感器測(cè)量系泊拉力.該系統(tǒng)可同步測(cè)量多組纜繩拉力.LA2型拉力傳感器是應(yīng)變式的，使用350 Ω應(yīng)變計(jì)，組成全橋電路，具有良好的溫度特性.LA2型拉力傳感器的量程為19.6 N （2 kg ）.

3.3. 2波高測(cè)量系統(tǒng)

目的在于提供一種能快速、多點(diǎn)檢測(cè)波高，并對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析控制的波高測(cè)量系統(tǒng).波高測(cè)量系統(tǒng)包括若干波高傳感器、與各波高傳感器對(duì)應(yīng)的檢出電路、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、穩(wěn)壓電源和計(jì)算機(jī)；波高傳感器的信號(hào)輸入到檢出電路，經(jīng)放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路輸入計(jì)算機(jī).

3.3.3攝像機(jī)

主要用于模型試驗(yàn)過程中的攝像.

4試驗(yàn)裝置功能

該試驗(yàn)裝置可模擬深海條件下的風(fēng)、浪、流，從而進(jìn)行風(fēng)力機(jī)浮臺(tái)響應(yīng)特性的測(cè)量與系泊拉力特性的研究，也可進(jìn)行浮臺(tái)傾覆試驗(yàn).對(duì)于某些海上作業(yè)平臺(tái)等簡單對(duì)象，也可進(jìn)行一些模擬分析.

4.1不同載荷條件下海洋平臺(tái)響應(yīng)與系泊拉力特性

可采用不同類型浮臺(tái)結(jié)構(gòu)（如單柱平臺(tái)、駁船平臺(tái)、Spar平臺(tái)等）測(cè)量平臺(tái)的六自由度響應(yīng)特性以及系泊的拉力特性；也可調(diào)整工況，測(cè)量在風(fēng)流、風(fēng)浪、浪流乃至靜水影響下，浮臺(tái)的六自由度響應(yīng)特性與系泊拉力特性；還可測(cè)量在極限工況，如百年一遇的海況下，浮臺(tái)的六自由度響應(yīng)特性與系泊拉力特性[12].

4.2海洋平臺(tái)大載荷傾覆試驗(yàn)和破倉試驗(yàn)

在一定條件下，對(duì)平臺(tái)模型逐漸加大風(fēng)速，可測(cè)出隨著風(fēng)速的增加浮臺(tái)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的變化.通過不斷加大風(fēng)速，最終可得到浮臺(tái)所能承受的最大風(fēng)速，即傾覆風(fēng)速.也可將平臺(tái)部分艙體注水，研究平臺(tái)的破倉水動(dòng)力特性.

4.3深海漂浮式能源中心的性能試驗(yàn)

該試驗(yàn)系統(tǒng)可模擬深海條件下，進(jìn)行不同形式風(fēng)力機(jī)、振蕩水柱波力發(fā)電機(jī)和海流發(fā)電機(jī)的性能試驗(yàn)；也可模擬單一或疊加極端載荷條件下，進(jìn)行深海漂浮式能源中心的整機(jī)動(dòng)力學(xué)特性試驗(yàn).

4.4其它水動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)

由于試驗(yàn)裝置可調(diào)節(jié)試驗(yàn)水深、模擬海底地震，故可進(jìn)行變水深平臺(tái)水動(dòng)力或系泊特性試驗(yàn)，以及海底地震的平臺(tái)水動(dòng)力或系泊特性試驗(yàn).

5結(jié)論

本文提出了一種新型簡單實(shí)用的風(fēng)浪流聯(lián)合試驗(yàn)裝置，并詳細(xì)闡述了其結(jié)構(gòu)組成及測(cè)控系統(tǒng)與測(cè)量儀器，同時(shí)介紹了該裝置所能進(jìn)行的各種試驗(yàn)項(xiàng)目.該試驗(yàn)系統(tǒng)可用于模擬深海條件下的風(fēng)、浪、流，從而進(jìn)行風(fēng)力機(jī)浮臺(tái)響應(yīng)特性的測(cè)量與系泊拉力特性的研究；用于測(cè)量不同載荷條件下海洋平臺(tái)響應(yīng)與系泊拉力特性；可進(jìn)行海洋平臺(tái)大載荷傾覆試驗(yàn)和破倉試驗(yàn)；可模擬深海條件下，單一或疊加極端載荷條件時(shí)深海漂浮式能源中心的整機(jī)動(dòng)力學(xué)特性；也可進(jìn)行變水深平臺(tái)水動(dòng)力或系泊特性試驗(yàn)以及海底地震的平臺(tái)水動(dòng)力或系泊特性試驗(yàn).該試驗(yàn)裝置對(duì)于深海漂浮式能源中心的研究具有非常重要的作用.

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