海洋潮流能發(fā)電裝置功率和效率測試方法研究報告15

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1、（時間倉促，草稿內(nèi)容不盡豐富）海洋潮流能發(fā)電裝置功率和效率測試方法研究報告研究單位：哈爾濱工程大學(xué)課題組成員：張亮李鳳來盛其虎2008年4月16日海洋潮流能發(fā)電裝置功率和效率測試方法研究哈爾濱工程大學(xué)海洋能與風(fēng)能研究所摘要：海洋潮流能發(fā)電裝置功率和效率是潮流能發(fā)電裝置發(fā)電性能的直接判斷依據(jù)，因此，如何科學(xué)準(zhǔn)確地測得發(fā)電裝置運行時的功率和效率，成為評估潮流能發(fā)電裝置性能優(yōu)越與否的關(guān)鍵。本研究用常規(guī)電測分析方法對潮流能發(fā)電裝置的水輪機(jī)組所受扭矩及其整套裝置的功率和效率進(jìn)行了測試研究，形成了系統(tǒng)的測量研究。關(guān)鍵詞潮流能；

2、功率；效率；測試1、前言一望無際的大海，不僅為人類提供航運、水產(chǎn)和豐富的礦藏，而且還蘊藏著巨大的能量。全世界理論上可再生的海洋能總量為766億千瓦，技術(shù)允許利用功率64億千瓦，海洋能利用大有前景但利用率上仍有待于進(jìn)一步提高。潮流能利用上，學(xué)者們不斷追求高效，在潮流能發(fā)電裝置的研究設(shè)計上取得了一些成績，但目前國內(nèi)外卻少有研究海洋潮流能發(fā)電裝置功率和效率測試的方法。海洋潮流能發(fā)電裝置功率和效率測試是研制、監(jiān)控和診斷該類設(shè)備的重要手段，哈爾濱工程大學(xué)海洋能與風(fēng)能研究所在國家“十五”863計劃項目“漂浮式潮流能獨立發(fā)電系統(tǒng)

3、研究”和“40kw座海底式潮流能獨立發(fā)電系統(tǒng)研究”的基礎(chǔ)上，通過對動力機(jī)即水輪機(jī)運行時的動力功率和發(fā)電機(jī)電功率的實時測量，對潮流能發(fā)電裝置功率和效率測量方法進(jìn)行了研究，現(xiàn)已取得較好成果，并為實際使用展示美好的前景。2、功率測量原理2.1流功率p,=-J-/?v3(r)xAx10~lt'o2英中WO為水流瞬時速度，Q為水流密度，A為葉片面積。以離散量表示流功率的表達(dá)式為:P廣]N1/V△/鋁2

4、N1J工異弘以伙W)NA=1乙其中&為采樣間隔時間，"為采樣總次數(shù)，％為某一瞬時流速的采樣值。2.2水輪機(jī)主軸動力功率:P

5、j=jMx69xlO~3Jrt02兀f=jMxnxl（r30tW）t0其中M為瞬時扭矩，力為瞬時轉(zhuǎn)動角速度，斤為瞬時轉(zhuǎn)數(shù)。為了使扭矩、轉(zhuǎn)數(shù)信號能被單片機(jī)系統(tǒng)接收，必須對它們進(jìn)行采樣，以離散量表示動力功率的表達(dá)式為：1N0廣喬工畋九兇伙W）/VZVR=1其中A/為采樣間隔時間，N為采樣總次數(shù)，和兔為某一瞬時扭矩和轉(zhuǎn)速的采樣值。2.3電功率：1ipd二—J況⑴Lf（0d/伙W）I0式中U（f）和i（f）分別為瞬時值，/為累積時間.同樣，為了使電壓、電流信號能被單片機(jī)系統(tǒng)接收，必須對它們進(jìn)行采樣，以離散量表示的電功率的表

6、達(dá)式為：1NPu=何△/工妝氏皿伙"）1N=&工冷氏伙W）NA=1其中：△/為采樣間隔時間，/V為采樣總次數(shù)，緯和幾為某一瞬時電壓和電流的采樣值。能量利用率，表達(dá)式：Pi動力機(jī)械發(fā)電效率幾表達(dá)式：Pj海洋潮流能發(fā)電裝置效率表達(dá)式:耳=CpU3、測試方法3.1、流功率測量由流功率計算公式可知，流功率測量的關(guān)鍵是水流流速的實吋監(jiān)測。采用流速儀同步采樣，進(jìn)行電測。流速儀安裝位置應(yīng)考慮流場分布情況，在水流斷面的葉片高度上多點布置,電測時取水流斷面葉片高度上流速的瞬時平均值。測量系統(tǒng)流程圖3.2、水輪機(jī)動力功率測量水輪機(jī)主軸

7、動力功率的測量采用實時電測的方法，主要測量轉(zhuǎn)速巾和轉(zhuǎn)矩M,這兩個數(shù)據(jù)可通過直接連接在發(fā)動機(jī)主軸上的同軸的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)矩測量儀測得，采用JN-388轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)矩測量儀來實時測量這兩個數(shù)據(jù)。測量系統(tǒng)組成：轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)矩測量儀、應(yīng)變放大器、A/D數(shù)據(jù)采集卡及計算機(jī)。轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)矩測量儀電橋A/D采集開卡水輪機(jī)動力功率測量流程圖應(yīng)變放大器：主要由電橋、放大器、檢波、濾波器及橋盒、穩(wěn)壓電源等組成。其工作原理為電橋輸入電阻變換器等傳輸?shù)碾妷盒盘柦?jīng)放大器放大、濾波后變成O~1（）V（或電流輸出）輸出。輸出端可連接計算機(jī)采集卡（A/D卡）、記錄儀、示波

8、器及打印機(jī)等輸出設(shè)備。數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)：采用奧地利產(chǎn)32通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，16bit,可進(jìn)行電壓信號測量、電流信號測量、應(yīng)變測量等多項測量任務(wù)。3.2、發(fā)電裝置電功率測量對海洋潮流能發(fā)電裝置電功率量值的測量是評估水輪機(jī)發(fā)電能力的重要指標(biāo)，因而如何準(zhǔn)確測量發(fā)電裝置的電功率成為關(guān)鍵。海洋潮流能發(fā)電裝置為非正弦供電裝置，必須保證電流和電壓的同步采樣。為此采用單片微型計算機(jī)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和處理，測試結(jié)果實時顯示。其工作原理是傳感器取出的電壓和電流信號，經(jīng)放大調(diào)理，在單片機(jī)控制下，對兩信號進(jìn)行同步采樣，然后由模擬多路開關(guān)分時

9、切換到A/D轉(zhuǎn)換器，最后由單片機(jī)讀入電壓和電流，計算出每一瞬時的電功率。測量系統(tǒng)組成：電壓傳感器、電流傳感器、電壓電流轉(zhuǎn)換器、A/D數(shù)據(jù)釆集卡，單片機(jī)及計算機(jī)。電壓傳感器?調(diào)理放大―h—U采樣保持電流傳感器調(diào)理放人—采樣保持、電功率測量流程圖4、小結(jié)海洋潮流能發(fā)電裝置功率和效率測試技術(shù)的關(guān)鍵是做到功率和效率計算參數(shù)的同步電測采樣，開發(fā)單片機(jī)，得到發(fā)電裝置的發(fā)