導語：如何才能寫好一篇水利發電的基本原理，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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[關鍵詞]風力發電 變頻發電技術 原理

中圖分類號：U664.5+1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）01-0014-01

從上個世紀九十年代開始到現在，能源電力市場發展比較迅速的已經不是煤、石油等，人們開始逐步探索新型能源物質，找出可以去到這些傳統能源的新能源。開始有了太陽能、風能等可再生資源發電。而風能跟全球所有的水利發電站的功率進行比較，大約是其九倍左右。而跟煤炭燃燒的能量進行比較，也只是占據了一年之內風能的百分之三十左右。使用風力發電能夠把源源不斷的風能轉化為電能，把風能轉化標準市電，節約的程度明顯。所以，我們要對風力發電技術進行探討。由于風力屬于一種變化性比較強，而且人工無法調節的新能源，作為一項全新技術，多級變速風力發電技術能夠保證風力發電機在多種風速的情況下實現風能的最大化利用。

一、風力發電的基本原理

就風力發電的裝置來說，主要包含很多結構，有風輪，也有發電機。風力發電機的組成部分包括機頭、轉體、尾翼葉片。首先是葉片，葉片是用來接受風力的，可以通過機頭把風能轉化為電能；其次是尾翼，尾翼可以使葉片能夠始終對著風吹來的方向，這樣能獲取比較大的風能；再次是轉體，轉體是為了更靈活的轉動從而實現尾翼方向的調整；最后是機頭，機頭的轉子是一個永磁體，能夠切割力線從而產生電能。風力發電的基本原理就是利用風能設備，把因為溫差產生的空氣流動不斷的向電能轉化。實際上就是利用空氣中的動能，也就是風能來帶動風車設備的葉片的旋轉，之后把葉子的轉軸連接到增速機器上提高旋轉的速度，從而把機械的動能向機械能轉化，之后通過轉軸帶動發電機起到發電的作用。

二、多級變速風力發電技術的原理

就早期的風力發電機來說，采用的一般都是恒速恒頻方式，根據這個方式來獲取恒頻的電能，這種方式由于技術比較簡單，也是相對比較成熟的，但是風能的利用效率不高。主要是因為在一個特定的風力條件之下，風力輸出功率系數跟風能利用率有著比較直接的關系，只有在一個特定的尖速比值下可能達到一個最大值，并且離這個最大值越遠，風力機輸出的功力系數就會下降的越來越快，風能的利用效率就變得越來越低。就“恒速恒頻”風力機來說，其轉速能夠一直保持不變，加上風力機的轉速是可以變化的，能夠進行合理的控制。當風力機的尖速比率跟最佳值接近的時候，這個時候能夠最大化的對風能進行利用。從上個世紀七十年代中期到現在，變速恒頻技術受到越來越多的重視，而且在一步步的被應用，但是因為這項技術的恒頻控制裝置相對比較復雜，價格也相對比較昂貴，所以，大量使用還是存在一定的難度。

在多級變速風力發電技術中，其主要的發電裝置主要組成部分包括，兩臺發電機（其中一臺是小功率發電機1，另一臺是大功率發電機2）、控制系統以及變速機來組成的，如下圖所示：

其技術原理如下：那個功率比較大的發電機2的定子繞組跟電網是相互聯系的，開始向電網輸送工頻電流，頻率為f，轉子繞組主要是由小功率發電機1跟控制系統相聯系。當風向葉輪方向吹過的時候，通過變速機來把葉輪的旋轉速度提高，通過發電機組把風能向電能進行轉換，這樣才能進行發電。

那個功率比較大的發電機2，其運行的時候主要是在風速比較大的情況下，具有比較大的合頻效果，能夠讓轉子的旋轉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，那個功率比較小的發電機1其功率大約為大功率發電機2的四分之一，當這個地區的風速不大的時候，變速機就只帶動小功率發電機1運轉，這個時候，大功率發電機2就自動斷開銜接，發電機1發出的電流直接輸送到電網中；同樣，當這個地區的風速比較大的時候，這兩個發電機都能進行工作，而且經過小功率發電機1輸出的電力會經過控制系統向發電機2的繞組上來進行合頻工作，最后輸出經過合頻以后的電流。這樣一來，大功率發電機2的使用壽命就被延長，同時也提高了發電機的使用效率。在發電的時候，控制系統要對兩個發電機的電流頻率進行監測，經過檢測之后再進行合并，從而保證發電機組的安全能夠。就變速機來說，跟傳統的增速機存在一定的區別，變速機既能增速還能變速，還可以根據風速來進行轉速輸出的改變，而且是齒輪設計，轉速不是特別高，也不是特別容易磨損，這樣就能相應的減少的費用。

結論

綜上所述，多級變速技術對風能的利用率相對比較高，是一項經濟合理，實用性比較強，簡單可靠的風力發電技術。通過對多級變速技術工作的原理進行分析，可以看出，跟恒速恒頻的發電機進行比較，多級變速風力發電機對風能的利用效率有著很明顯的提高，還相應的減少了風力機的機械增速比，使得機械傳動系統的可靠性得到提高，同時也提高了其經濟型。在風度不同的情況下，可以對兩個不同功率的發電機進行組合，相應的提高了發電機的使用效率。

參考文獻

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[3] 張旭，呂新良，宋曉林，沙宇恒.小型分布式風力發電系統設計及控制技術[J].陜西電力.2012（01）.

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一、水電站經濟運行的意義與內容

在電力系統安全可靠供電的條件下，水電站獲得最大經濟效益的運行方式，稱為水電站經濟運行方式或優化運行方式。而使水電站取得最大經濟效益的基本原理和技術方法，就是水電站經濟運行的最優化技術。

電力系統中水電站運行的經濟效益，應以整個系統收益最大的原則來考慮。也就是說，在空間和時間上系統內各個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濟效益來考慮。

水電站的經濟運行已為電力系統和部分大型水電站采用，取得了顯著的經濟效益。據國外有關經濟運行資料表明：廠內經濟運行節約燃料費0.5％-3．0％；短期經濟運行提高發電量1．5％；長期經濟運行提高發電量2．0％-5．5％。我國湖南省某電站實現長期經濟運行，提高發電量約6．2％。我國盡管小水電站經濟運行工作水平還較落后，但從已開展這項工作的小水電站看，也取得了較好的效果。因此，當前在我國開展小水電經濟運行工作具有重大現實意義，是小水電革新挖潛的一項重大措施。

小水電經濟運行的內容，一般包括小水電的長期經濟運行、短期經濟運行和廠內經濟運行。按照研究問題的范圍不同，小水電經濟運行又可分為單一水電站的經濟運行和小水電系統的經濟運行。長期經濟運行僅用于具有季調節及更大調節能力水庫的水電站或含有這樣水電站的電力系統。研究的內容是電力系統內單一水電站或各水電站的長期(如季度、各月)最優化運行方式。短期經濟運行是指電力系統內單一水電站或各水電站短期(如日)的最優化運行方式。而廠內經濟運行是指一個水電站內部，在電力系統給定負荷下或流量一定時該水電站最優化運行方式。各種不同情況的經濟運行問題，有著不同的研究內容和特點，但問題的解決都依賴于最優化理論和方法的應用。一般而言，水電站經濟運行問題可描述為：在一定時期內，按照一定的最優化準則，滿足各種約束條件而使水電站(群)目標函數達到最大值或最小值。

二、水電站經濟運行的最優化準則

水電站的經濟運行是對一定的最優化準則而言的。最優化準則就是經濟運行所追求的目標和判別標準。因此，準則問題對運行來說是個十分重要的問題，研究水電站經濟運行時，首先要明確最優化目標或最優化準則。最優化準則一般可從數量和質量兩個方面來表達，例如，如何使產品(發電)的經濟效益最大及如何使供電的質量提高。

水電站運行質量，從供電角度而言，主要表現為可靠性和穩定性及與此相伴的適應負荷變化、事故頂替的靈活性。從系統整體運行而言，則有周波與電壓的穩定性兩種質量指標。

從經濟效益的觀點來設立水電站經濟運行的準則是常采用的，根據著眼角度的不同，可有下列幾種水電站經濟運行準則：

1)國民經濟效益最大或國民經濟費用最小準則；

2)電力系統支出費用最小準則；

3)電力系統總耗煤量最小準則；

4)水電站(群)發電量最大準則。

國民經濟效益最大或國民經濟費用最小準則是一般性的準則。國民經濟效益有正、負兩種，正效益指電站運行的產出效益，負效益指電站正常運行被破壞時帶來的損失。國民經濟費用包括：①與電站運行方式有關的電力系統支出費用；②由于系統電力、電量不足或各綜合利用部門的要求得不到滿足時的國民經濟損失。按這個準則選擇運行方式時，效益或費用的計算比較困難，影響了這一準則的廣泛應用。

電力系統支出費用最小準則是指在滿足各水利綜合利用部門一定要求的條件下，使電力系統的支出費用最小。它與國民經濟費用最小準則相比，無需計算在發電及其它水利綜合利用要求得不到滿足時的損失費用，但需要確定各綜合利用部門正常用水用電要求的標準。前者可看作是局部最優準則，后者可看作是整體最優準則。

電力系統耗煤量最小準則，是指在滿足各綜合利用部門一定要求的條件下，使電力系統的總耗煤量最小。這個準則是電力系統支出費用最小準則的簡化，因為與運行方式有關的電力系統支出費用中主要組成部分就是火電廠的燃料費用。因此上述準則可以簡化為電力系統的燃料費用最小準則。當電力系統中各火電廠用煤價格相同的時候，則可簡化為電力系統耗煤量最小準則。顯然這一準則適用于由水電站、火電廠(站)組成的電力系統。

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

三、水電站經濟運行的物理基礎

為了方便，下面以水電站(群)發電量最大準則為例，討論水電站經濟運行的物理基礎。我們知道，在已知來水情況下，水電站的運行會有優劣，發電量(E)會有多有少，可以從電站出力(N)的基本公式：

N=KQH

或相應的電能公式：

E=Σei=Σnit

從上式可見，電站出力N(kW)取決于三個因素：出力系數K、發電流量Q(m3/S)、發電水頭H(m)。因此，在水庫水電站運行時，就有一個效率、水量和水頭的最優利用問題，構成了水電站經濟運行的物理內涵。

出力系數K值大小與機型、水量Q及水頭H有關，對于一定的機型，可以表示為K=f(Q，H)。此處水量Q及水頭H對K的綜合影響最終寓于機組間的負荷分配情況及機組效率的最優利用，具有相對的獨立性。同時，水電站長期經濟運行通常以月或旬平均出力為單位，不是直接研究年、日負荷在電站間的最優分配。因此，雖然從嚴格意義上講，K、Q、H的最優利用應結合考慮，但是在實際工作中可以把K和Q、H的最優利用分為兩步進行，即在研究長期經濟運行時，視K為某一常數；在求出逐月逐旬的最優負荷分配后，再考慮K=f(Q，H)的關系，來研究日負荷的最優分配，也就是研究水電站的廠內經濟運行問題。

水量Q的最優利用，主要反映在盡量防止或減少棄水。對于調節程度不高的水庫，如不完全年調節(季調節)，流量的最優利用，除枯水年份外，一般遠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濟運行時，除了滿足約束條件外，應把流量利用作為主要考慮的因素。對于調節程度較高的水庫，棄水機會少，水電站水頭一般較大，故水頭利用的效益可能更為重要。

以上是對單一水庫水電站而言，對于水庫水電站群的情況，除K、Q、H的最優利用外，還有一個水文補償調度問題。對于水庫電站群，在共同的設計枯水年，通過電站間出力的相互補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生的水文補償效益，因此應考慮最優水文補償問題。

參考文獻：

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（海南電網有限責任公司，海南 海口 570100）

【摘　要】變電站電氣主接線初步設計方案主要內容包括：主變壓器容量、臺數及型式的選擇，電氣主接線方案的擬定、技術經濟性比較以及電氣主接線方案的確定。本文通過對新建110/35/10kV變電站的電氣主接線的五個方案的比較及它們各自的適用范圍，并考慮了設計所給的原始資料，最終確認的主接線方案為：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。

關鍵詞 變電站；電氣主接線；設計方案

0　前言

變電站的電氣主接線是變電站設計的首要任務，也是構成電力系統的重要環節。主接線方案的確定對電力系統及變電站運行的可靠性、靈活性和經濟性起著決定性作用，并對電器設備選擇、配電裝置布置、繼電保護和控制方式的擬定有較大影響。因此，主接線的設計必須正確處理好各方面的關系，全面分析論證，通過技術經濟比較，確定變電站主接線的最佳方案。

1　變電站主接線設計的基本要求

對電氣主接線的基本要求，主要從可靠性、靈活性和經濟性等方面進行考慮。

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

供電可靠性是電能生產和分配的首要任務，保證供電可靠性是對電氣主接線的最基本要求。停電使電力系統造成損失，對國民經濟各部門帶來嚴重損失。主接線應考慮到在事故或檢修的情況下，盡可能減少對用戶供電的中斷，要綜合考慮多種因素來對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，不宜影響對系統及重要用戶的供電；

②線路斷路器或母線故障以及母線隔離開關檢修時，盡量減少停運的回路和停運時間的長短，要保證對一級負荷及全部或大部分二級負荷的供電；

③盡量避免全所停電的可能性；

④對重要樞紐變電站的電氣主接線應滿足可靠性的特殊要求。

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

主接線不但在正常運行情況下，能根據調度的要求，靈活地改變運行方式，達到調度的目的；而且在各種事故或設備檢修時，能盡快地退出設備，切除故障，使停電時間最短，影響范圍最小，并且在檢修設備時能保證檢修人員的安全。

具體表現為：

①調度時，應可以靈活、簡便、迅速地倒換運行方式，滿足系統在事故、檢修以及特殊方式下的系統調度；

②檢修時，可以方便地停運斷路器、母線及其繼電保護設備，而不致影響電力網的運行穩定和對用戶的供電；

③擴建時，留有足夠的發展擴建空間，后期工程的擴建不影響一期工程的正常運行。

（3）主接線應力求簡單清晰，盡量節約一次設備的投資，節約占地面積，減少電能損失，即具有經濟性。

在滿足可靠性、靈活性的基礎上，還必須在經濟上合理，使電氣裝置的基礎投資和年運行費用最少。

2　變電站主接線設計原則

（1）電氣主接線的設計是一個綜合性的問題，其基本原理是以設計任務書為依據，以國家經濟建設的方針、政策、技術、規定、標準為準繩，結合工程實際情況，在保證供電可靠、調度靈活，滿足各項技術要求的前提下，兼顧運行、維護方便、盡可能地節省投資，就地取材，力爭設備元件和設計的先進性與可靠性。堅持可靠、先進、適用、經濟、美觀的原則。

（2）在實際的設計中，應根據設計任務書要求，依據國家及本地區電力工業發展概況，確定變電站的容量、電壓等級及負荷回路數。對原始資料進行詳細的分析和研究，初步擬定出一些主接線方案，結合上述對主接線的基本要求，在確保滿足供電可靠、靈活、經濟、留有擴建和發展空間的前提下，進行科學的論證分析，最后方可確定出最佳的主接線方案。

3　原始資料分析

設計的變電所為新建地區變電所，工程分2期。該變電所在電力系統中屬于地區性供電，地位比較高，對電力系統會造成一定的影響。從負荷特點及電壓等級可知，它具有三個電壓等級，兩級電壓負荷。待設計110kV變電站本期通過雙回110kV線路接入。本期先上2回110kV線路，并預留2回線路間隔供遠期附近發電廠接入，且本變電所一、二級負荷約為總負荷的70%，為保證對一、二級負荷不間斷供電；35kV本期先上2回出線，并預留2個出線間隔供遠期附近可能的35kV變電站接入；10kV最終按20回出線設計，本期上10回。

因此本站不宜按終端站考慮，主接線方式設計為：

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　本設計主接線方案選擇

按任務書要求，待設計110kV變電站本期通過雙回110kV線路接入，本期先上2回110kV線路，并預留2回線路間隔供遠期附近發電廠接入；35kV本期先上2回35kV出線，并預留2個出線間隔供遠期附近可能的35kV變電站接入；10kV出線回路數：最終按20回設計，本期上10回，預留10回。本期電容器容量按一臺主變考慮，并預留相同規格無功補償裝置的位置。本變電站可考慮以下幾種方案進行比較：

（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點：

①接線簡單清晰，采用設備少，每一進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，便于擴建和采用成套配電裝置；

③正常運行操作由斷路器進行，易于實現自動化、遠動化；

④保護簡單，便于維護、檢修；

⑤易于實現“無人值班，少人值守”。

其主要缺點是：

不夠靈活可靠，當母線或母線隔離開關發生故障或檢修時，均需斷開電源，造成整個廠、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系統中，出線回路較少，對供電可靠性要求不高的中、小型發電廠與變電站中。

①小型骨干水電站4臺以下或非骨干水電站發電機電壓母線的接線；

②6～10kV出線（含聯絡線）回路≥5回；

③35kV出線（含聯絡線）回路≥3回；

④110kV出線（含聯絡線）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缺點：

①對重要用戶，可以由分別接于兩段母線上的兩條線路供電，當任一段母線故障時能保證很需要用戶不停電；

②對兩段母線可以分別進行檢修而不致對用戶停電；

③當母線發生故障或檢修時，僅故障段停止工作，非故障段仍可繼續工作；

④當母線的一個分段故障或檢修時,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,該回路必須停止工作；

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

⑦分段斷路器斷開運行時，在分段斷路器處裝設備自投裝置，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采用。

6～10KV配電裝置出線回路數為6回及以上；

35～60KV配電裝置出線回路數為4～8回；

110～220KV配電裝置出線回路數為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：同一電壓等級，各回路經過斷路器、隔離開關接至公共母線。把每一回線與旁路母線相連。

優點：每一進出線回路的斷路器檢修，這一回路可不停電

缺點：設備多，操作復雜。

適用范圍：35kV及以上有重要聯絡線路或較多重要用戶時采用，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：出線斷路器故障或檢修時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出線較多而且對重要負荷供電的裝置中；35kV及以上有重要聯絡線路或較多重要用戶時也采用。

（5）方案5：采用不分段的雙母線接線，如圖5所示。

優點：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時，只影響該回路供電；

③工作母線故障后，所有回路短時停電并能迅速恢復供電；

④檢修任一斷路器時，可以利用母聯斷路器替代引出線斷路器工；

⑤便于擴建。

缺點：

① 設備較多，配電裝置復雜，經濟性較差；

② 運行中需要用QS作為操作電器切換電路，容易發生誤操作；

③ 當Ⅰ段母線故障時，在切換母線過程中，仍要短時地切除較多的電源及出線。

適用范圍：

35～60KV配電裝置當出線回路數超過8回；

110～220KV配電裝置當出線回路數為5回及以上。

5　小結

通過以上五個方案的比較及它們各自的適用范圍，并考慮本設計所給的原始資料，最終確認本次設計的主接線方案為：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

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關鍵詞：繼電保護 故障 維修 診斷 分析

中圖分類號：TM58 文獻標識碼：A 文章編號：

前言：隨著電網建設的蓬勃發展，繼電保護作為一種必不可少的設備廣泛的應用于各級電壓的電力系統中，尤其是在110kV及以上電壓等級中更是得到了廣泛的應用。由于繼電保護在電網中非常重要，一旦出現故障，輕則引起大面積的停電現象，重則嚴重危害人民群眾的生命財產安全。因此，及時發現繼電保護的故障，提升的維修技術水平，有著十分重要的意義。

1．電力故障診斷技術

受限于科學技術水平，在我國除了縱聯保護和差動保護之外，繼電保護裝置僅剩下顯示保護安裝處電氣量的功能。由于同一設備在正常運行時，其各相的狀態應該是一致的，所以，對繼電保護的故障進行分析可以使得相關的工作人員更及時、更徹底的了解繼電保護裝置的動作報告和錄波報告。國外的繼電保護工作由于起點比較早的原因已經領先了我們許多，所以我們要迎頭趕上。

從1990年開始，微機保護呈現迅速發展的態勢，造成了大量新型繼電保護的方案和原理，這些方案和原理也對裝置的硬件提出了更高的要求。由于缺乏相應的可靠地數據通信手段，對于主設備的保護來說，對于微機線路保護裝置、正序故障分量方向高頻保護、變壓器組保護以及發電機的失磁保護等也逐漸通過了尖頂，繼電保護只能起到縮小事故影響區域以及切除故障元件的作用。在西方發達國家很早就誕生了系統保護的理念，受限于時代的不同，當時該理念主要是指安全自動裝置。通過電力繼電保護完全可以做到避免大面積停電的問題以及重大電力設備損壞的事故。對于一些學術性的試驗項目，如果其偏差超出了規程規定的范圍，那么必須仔細分析、檢查，找出原因，繼而采取有效措施改變現狀。

2．故障診斷技術的發展方向

通過利用電力系統中發生異常情況時產生的電氣量變化來構成繼電保護動作即為繼電保護。所以，就要求所有的保護單元都可以共享故障信息以及全系統的數據，而且為了保證系統的安全穩定運行，必須要求每個保護單元和重合閘裝置在分析信息和數據的同時協調相應的動作。下面筆者就電力繼電保護的故障及維修技術進行淺談。

經過了十五年的迅速發展，西方先進國家的微機保護已經進行了三次更新換代的工作，并且最新的微處理技術已經得到了廣泛的應用并被絕大多數實例證明其可靠性。顯然，實現這種系統保護的基本條件是將全系統各主要設備的保護裝置用計算機網絡聯接起來，亦即實現微機保護裝置的網絡化。這在當前的技術條件下是完全可能的。所以在進行電力繼電保護的故障和維修工作時，工作人員可以用質量完好的元件來替代自己所質疑有故障的元件。故障診斷始于機械設備故障診斷，其全名是狀態監測與故障診斷。故障診斷的技術手段是采用智能診斷方法和人工智能。電力系統對微機保的要求不斷提高，除了保護的基本功能外，還應具有大容量故障信息和數據的長期存放空間，快速的數據處理功能。

3．繼電保護故障信息分析處理系統

電力繼電保護的故障及維修要求電力繼電保護故障排除工作人員以及故障維修工作人員有很強的電力繼電保護技術。由于設備故障與征兆之間關系的復雜性和設備故障的復雜性，形成了設備故障診斷是一種探索性的反復試驗的特點故障診斷過程是復雜的。對于一般的非系統保護，實現保護裝置的計算機聯網也有很大的好處。繼電保護裝置能夠得到的系統故障信息愈多。當電力繼電保護系統出現了故障時，工作人員可以通過縮小故障查找范圍來進行電力繼電保護的故障查找和排除。這些數學診斷方法又各有優缺點，研究故障診斷的方法成為設備故障診斷技術這一學科的重點和難點因此不能采用單一的方法進行診斷。

變壓器保護的配置與整定時，應根據造廠提供的變壓器繞組流過故障電流大小與允許時間的關系曲線配置與之相適應的保護。其目的是使微機保護系統在實現功能日益完善的軟硬件基礎上實現保護系統運行及性能價格比的最優化結構。一般來講，速動性主要是指繼電保護裝置應該盡可能迅速地去切除短路故障，縮短切除故障的時間。則對故障性質、故障位置的判斷和故障距離的檢測愈準確。對自適應保護原理的研究已經過很長的時間，也取得了一定的成果，在電力繼電保護出現故障時，工作人員會對電力繼電保護中的某個元件產生懷疑，由于電力繼電保護故障通常都是由于某個元件的故障引起的。

今后的故障診斷方法的發展方向是：將多種診斷方法進行綜合取長補短以便于應用和減少診斷結果的誤差，同時也便于實現提高保護裝置的可靠性。通過使用網絡來達到分布式母線保護的原理，大大改善了傳統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故障排除的范圍的同時得到了廣泛的使用，是維修中采取次數最多的方法。計算機處理信息的速度與人工操作相比具有速度快、準確性高等優點，所以我們今后的發展方向便是大規模的使用計算機，通過人工智能和智能診斷的方法來檢測故障。

結束語：

隨著我國經濟的飛速發展以及電網的廣泛普及，我國對電力的需求急劇增高，電力事故的不斷出現，極大地影響了人民群眾的日常生活并對其人身財產安全帶來了一定的危害。并且我國的電力行業現狀不是很理想，缺乏統一的信息化溝通渠道以及統一指揮，并且電力行業長期處于壟斷式的發展中，造成了管理、安全理念落后，所以我們一定要采取適當的方法措施，及時發現繼電保護的故障并提高繼電保護的維修技術水平，避免事故的發生。因此，全面的研究繼電保護發展趨勢是我們現在面臨的急需解決的問題，繼而才可以推動我國電力事業的可持續發展。

參考文獻：

[1] ，劉沛，陳德樹.繼電保護中的人工智能及其應用[J].電力系統自動化，2005.

篇5

【關鍵詞】動態規劃法經濟運行 效益優化

前言

動態規劃產生于20世紀50年代 ，是1951年美國數學家貝爾曼等創立的解決和優化問題的方法。最基本的DP通常是應用于廠內的優化調度，來獲取機組間的負荷的最優分配決策。因此，在怎樣組織機組進行發電，且保證成本低、效益大、收益高，是每個水電公司需要解決的問題，而我認為行之有效的方法就是動態規劃。

一、動態規劃在經濟運行應用中的理論分析

1、為何要應用動態規劃于經濟運行

動態規劃法通過搜索由機組狀態構成的空間尋找最優解。搜索過程既可以前向進行也可逆向進行。研究時間范圍內的各個時段可以看作是動態規劃問題的各個階段，常見的情況是一個階段代表一個小時。如此一個時段內的機組組合就是動態規劃問題的階段。依前向搜索的動態規劃法而言，首先應是從初始階段累計總成本，然后從最后一個階段出發逐個階段回溯尋找累計成本最小的機組組合直至初始階段，從而確定最經濟的發電計劃(UC問題的最優解)。

動態規劃法是通過建立和評價UC問題對應的完全決策樹以求得最優解的，因此在機組數增加動態規劃問題的規模迅速膨脹，也就是人們常提到的動態規劃的“維數災”。

很多人已經采用了多種手段來減小搜索空間及動態規劃問題的維數，其中大多數是根據前面所提到的機組優先順序表或動態機組優先順序表。

此外，UC問題還可以分解為一系列的子問題，每一子問題用動態規劃法求解。常見的分解方法有SA法和HA法，SA法在用動態規劃法解一個子問題時，將其它子問題的狀態變量固定，來回迭代求解，直至所得的最優解不再變化為止；HA法是將子問題獨立解出，然后用一協調因子將各子問題的解變換為全局最優解。

水電廠的運營管理人員和工程師對系統運行和設備特性的知識，也可以提煉為啟發式規則應用于UC問題的求解過程中。在運用動態規劃法求解UC問題的過程中，可以應用啟發式知識減小搜索空間，進一步提煉求得問題的次優解，因為未來的負荷是無法完全準確預測的。

2、水電站廠內經濟運行的任務

水電站廠內經濟運行的基本任務就是研究水電站在總負荷給定條件下起廠內工作機組最優臺數組合及啟停次序的確定，機組間負荷的最優分配，即廠內最優運行方式制定和實現的有關問題，實際上也是研究其日內逐小時及瞬時經濟運行的問題。

3、水電廠內可實現經濟運行的數學原理

實現經濟運行的水電廠，一般皆為有調節能力的蓄水式水電廠， 這類水電廠經濟運行的數學模型是由出力來決定耗水量，即在出力一定時，以耗水量最小為目標目標函數

Q=Q(N )+Q (N )+ ……+Q (N )=Q

約束條件

式中，N表示電廠負荷；N 表示 i號機的負荷；Q表示電

廠總工作流量；Q N 表示n號機負荷為N 時的工作流量；N1 表示 i號機的最小技術出力，一般不低于額定容量的40%；N2 表示i號機的最大技術出力，一般可取機組額定出力的105%。

4、動態規劃法的基本原理

動態規劃法進行廠內經濟運行的實時控制系統設計時，根據問題的性質，可以構成一個雙重嵌套式的動態規劃模型，把機組臺數、臺號組合以及機組之間的最優分配統一考慮，即把時間和空間優化統一考慮，其時間優化作為第一層動態規劃，而空間優化作為第二層動態規劃嵌套在第一層之中，從而建立一個統一的遞推模型以便迭代計算，用式求解,這種方法對機組的流量特性曲線沒有任何特殊要求，并且對于機組各種出力限制的處理也很方便。

不過在使用上述雙重動態規劃模型時，存在這樣的問題，當一個電廠有幾臺機組時，各機組可以運行，也可以停機，以狀態字1或0表示，于是，電廠的機組組合狀態數R= -1，當n=5 時，R=31；n=6 時，R=63；當n=10時，R=1023，這意味著在第一重動態規劃法進行機組迭代優選時，最多有 -1 次迭代，而每一次迭代中，又要進行第二重中的負荷分配迭代選優計算，這樣使迭代計算可能十分繁瑣而使計算時間長，占用內存大以至使求解不能實現，或者即使能得出結果，但由于時間過長而不能滿足實時控制的需要，為解決這一矛盾， 特提出一種新的解決該問題的方法―― 快速動態規劃法

5、水電廠內優化調度動態規劃算法研究

水電廠廠內最優運行方式的解算，能以一個時段獨立進行處理 對于任一時段 ，在給定水電廠負荷及水頭的情況下，以變動的機組臺數作為“ 階段”，以機組間不同的負荷分配作為狀態，以一定負荷下的耗水量最小作為目標函數來確定廠內運行策略，設第n階段水電廠負荷為P 要求解算負荷在機組間的最優分配，此時則需要第n -1 階段的最優工況流量特性已知，按選定的水電廠負荷的變化步長和機組出力限制條件，分配當前機組的出力為 N 則水電廠總耗水量以下式計算

從 系列中選擇使水電廠耗流量最小者，于是得遞推關系式(* 表示最優)

對當前階段電廠的容量總和按一定的步長進行離散，以求得特定負荷在機組間的優化分配，整個解算程序的初始邊界條件是：第一階段各個離散點的取值本身就是各個點對應的最優工況，從第一階段依次遞推，按照一定的算法可得到各個階段各離散點對應的廠負荷最優流量。

在某個特定的階段某個特定的離散點(離散點的物理意義是當前階段廠負荷取的離散值)，不僅要記憶對應的廠總最小流量，還要記憶此離散負荷下當前機組的最優分配負荷，以及剩余的負荷實現的技術關鍵是記憶兩者的位置，前者是在自己容量范圍的離散位置，后者是在當前的前一階段總的廠負荷范圍的離散位置，因此關鍵在于記憶各離散點當前階段的最優負荷分配及前一階段對應離散點的位置值,如此即可完成最優遞推，解算的重要技術路線可以表述為，從第一階段向后遞推過程中，可以依次得到各個階段各個離散點對應的最優(少)當前負荷下的耗水量，根據此計算的核心過程可以得到當前階段當前機組的最優負荷分配，以及剩余負荷在前一階段的位置，在逆序求解的過程中，即可以得到當前負荷在各個機組之間的最優負荷分配----因為對于每一個離散點，它都記憶了兩個位置值---當前階段本機組的最優負荷(位置)以及剩余負荷在前一階段的位置，由于第一階段當前負荷分配和最優負荷分配的一致性，程序就可以遞推得到各個廠負荷在所有機組之間的最優負荷分配，上述應用動態規劃法解算水電廠廠內經濟運行的過程是簡單明了的。

但是，當機組臺數較多，機組容量較大，水電廠容量也較大的情況下，工作量將相當大，在一定條件下甚至達到難以實用的程度。此外，以上描述的遞推計算是在水電廠和機組最大，最小出力范圍內，對于離散的水頭和電廠出力，相應求出耗流量最小的運行方式。然而 水電廠日常運行中水頭和所承擔的負荷可以是允許的最大最小水頭和出力范圍內的任何值，而實際水頭，負荷與上述計算中采用的數值完全一致的機會是極小的。如果以上述結果編制的關系曲線或表格為依據指導水電廠的優化運行只有采用近似的插值計算或估算決定某一負荷下工作機組組合及負荷的優化分配這種確定水電廠廠內最優運行方式的方法是粗略的。在實時運行時也很不方便，因此在實際應用中，常常結合具體實際，對常規的DP算法做改進，以滿足需要。

6、機組負荷的經濟分配

各機組間的負荷經濟分配屬于電力系統的優化運行問題，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分別為狀態變量、控制變量和擾動變量對于負荷經濟分配問題,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量和安全的要求,當能源消耗有限制時,表示為適當形式的約束條件,在有功負荷的優化分配中,目標函數在我國一般指發電的總能源消耗。在無功功率的優化分布中， 目標函數是網損。

水電廠廠內的經濟運行是在滿足電能生產的安全、可靠、優質的前提下，合理地調度發電設備，以期獲得盡可能大的經濟效益，即在電廠總出力一定的條件下，通過最優負荷分配使總耗水量最小其數學模型可簡化為

minL=

s.t.P=

P ＜P ＜P

式中： P為電廠給定的總出力；L為與P相對應的總耗水量；P 為第i臺機組出力；L 為第i臺機組耗水量；N 為機組總臺數；i為機組編號，i=1,2, …，N：P ，P 分別為第 i臺機組出力的最小值和最大值。

由于通常機組的耗水量曲線呈非線性，在不同的水頭下其關系也不同,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開機臺數和各機組間負荷的分配。

二、動態規劃在水電廠中的仿真應用隔河巖水電廠（清江流域）

清江位于鄂西南山區，是長江中游南岸的一條較大支流，河流自西向東，流經10個縣市，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，地勢自西向東傾斜。流域山勢陡峭，河谷深切，坡陡流急。

清江流域氣候屬亞熱帶季風氣候區，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，流域境內多暴雨，多洪水，往往造成洪水災害，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量的85．8％，占干流可開發量的97．4％。目前中下游隔河巖、高壩洲水電站已建成，隔河巖裝機容量1200IdW，年電量30．4億kW•h，下游高壩洲為反調節水庫，裝機容量252 IMW，年電量8．9億kw．h。上游水布埡水電站已完成設計，在施工準備階段，水布埡裝機容量2000MW，年電量39．2億kW•h。清江梯級三大水電站建成后，總裝機容量3452 5dW，聯合運行年發電量81．6億kW•h。為湖北省電能供應基地之一。

水布埡、隔河巖梯級的水庫總庫容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、多年調節水庫，能有效調節徑流，徑流利用率達93％以上，同時提高了枯水期的發電出力。水布埡和隔河巖調節庫容巨大，電站裝機規模大，又無綜合利用要求約束，水電站具有良好的調峰性能，清江梯繳水電站為華中電網和湖北省電網調峰、調頻電站基地。電站建成后調峰容量占華中電網峰荷容量的1／7―1／8，能有效地改善華中電網調峰容量嚴重不足的狀態。

清江隔河巖水電廠有四臺同型號的發電機組，在112米水頭下各機組最大出力為300MW，汽蝕振動區大致為105―195Mw。在應用模型計算的過程中，4臺實際機組被抽象成8臺虛擬機組ABCDEFGH，ACEG四臺虛擬機組的出力范圍為5-105 Mw，另外四臺虛擬機組195―300 MW。研究時間范圍的前一時段(第0個時段)2#機組開機發電，其它機組正常停機。實際計算中機組一次開機和停機的總成本按五分鐘滿負荷運行的耗水量計算，約相當于90 k―rfl。而穿越機組汽蝕振動區的成本取一個很小的水當量0．001k•m3，之所以耿一個很小的水當量是為了突顯優化模型包含穿越機組汽蝕振動區的成本對減少穿越機組汽蝕振動區次數的影響。

結果分析

兩個結果表的優化結果中都沒有不必要的穿越機組汽蝕振動區的情況。因此從整體上來講，優化結果在使用水量最小化的同時最大限度的減少了機組的啟停次數和穿越機組汽蝕振動區的次數，對不必要的穿越機組汽蝕振動區的情況能夠有效的避免，從而在發電耗水成本和機組工況轉換成本之間取得良好的平衡。因此可以認為，模型和算法在隔河巖水電廠的仿真應用結果是比較滿意的。

且由計算的結果來看，本文提出的動態規劃法在水電廠經濟運行中有較大的實際應用價值。

結語：在本文中運用了動態規劃的方法來計算水電廠內機組之間負荷的經濟分配問題，且該算法簡單，算例在體現了該方法的簡便和實用的，為解決實際問題提供了有效的解決方案。

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篇6

1關于深海漂浮式能源中心的設想

現有的各種可再生能源中，風能是除核能外，技術最成熟、最具開發條件和最有發展前景的發電方式，同時風能資源蘊藏量也特別巨大，遠海風能儲量則更多.

自20世紀90年代起，國外開始建設海上風電場.海上風電場以它獨特的優勢，正日益成為未來風力發電的發展方向.由于絕大部分海上風能集中于水深超過60 m的區域，所以海上風電場的建設由淺水的近海區域發展到深水的遠海區域已成必然趨勢，但是如果按照目前近海風電場采用各種固定在海底的貫穿樁結構（如重力基礎、單樁基礎或多腳架基礎）的傳統方法，整個風力機基礎的制作成本將隨著海水深度增加而急劇上升，這將會使深海風電場的建設在工程和經濟兩方面都變得不可行.

同時，由于漂浮式海洋工程平臺造價高昂，因此在漂浮式風力機平臺上集成海流和波浪發電，從而形成深海漂浮式能源中心將成為合理的選擇，對此國外已有相關研究.

綜上所述，深海漂浮式能源中心是深海能源開發利用必需的裝備，是深海風電場和大容量波流電站應用的基本核心，也是產品技術含量高的綜合集成式成套發電設備.同時，深海漂浮式能源中心相關技術是新能源技術和海洋工程兩大學科領域相結合的研究課題，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略意義的新能源形式.對其深入研究對于充分利用我國廣闊的海洋國土，緩解我國東部發達地區能源嚴重緊缺的現狀，均具有重大的理論、經濟和社會意義.

2現有海洋工程水池及其不足

早期的試驗水池都是為了滿足船舶工業的需要，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，開始出現圓形水池.海洋工程平臺一般為無航速裝置，采用固定錨泊安裝，波浪和海流無特別流向.因此原有船舶水池無法滿足系泊系統測試，改變波浪入射角必須重新安裝模型，這樣會有較強的池壁效應，不再適合海洋工程構筑物的水池試驗.自20世紀70年代起，開始出現了用于近海石油開發相關試驗的水池，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達國家，海洋工程水池作為發展海洋高新技術必不可少的配套基礎研究設施，由國家投資建設.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

上述水池雖然可進行深海漂浮式風力機乃至深海漂浮式能源中心的水動力學試驗，但因它們主要面向海上鉆井平臺等復雜深海結構的研究，故試驗費用高且針對性不強.

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給出了類似的關于海上漂浮式風力機的試驗技術參數.

表2漂浮式風力機模型試驗技術參數[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，估計隨著風力機和其它波流發電裝置的發電功率的增大，未來的模型縮尺比將會超過1∶150.因此，小模型水池試驗的研究將會是未來風力機水池試驗的一個重要挑戰.

針對深海漂浮式能源中心水動力試驗這一背景，本文參照已有的研究和相應的國家標準[8]，提出了一種新型的風浪流聯合試驗裝置，并對該裝置的各子系統部件和測量控制系統進行了詳細的探討.

3風浪流聯合試驗裝置及其控制系統

3.1風浪流聯合試驗裝置

風浪流聯合試驗裝置主要用來模擬深海漂浮式風力機的工作狀態，如模擬海上的風、浪、流等[9]，因此，可將其分為四個部分，即：水深調節系統、造波-消波系統、造流系統和造風系統，如圖1所示.

圖1風浪流聯合試驗裝置示意圖

Fig.1

Schematic diagram of the test equipment

3.1.1水深調節系統

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空壓卷揚機裝置調節鋼纜長度來實現假底的上下移動，從而達到調節水深的目的.對于一般水池試驗，模型縮尺比通常為1∶50～1∶70，水池模擬海水深度可達300～420 m；若采用小尺度模型試驗，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力機的要求[10].同時，可在假底加裝振動裝置，用于模擬海底地震.

3.1.2造波-消波系統

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

（1） 造波系統

海洋工 程水池造波系統的核心裝置是造波機.我國在造波方面的研究工作從20世紀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控制.隨著科技的發展，如今已完全采用計算機進行造波控制.目前，主要的造波機類型可分為搖板式、推板式、沖箱式、空氣式以及多單元（也稱蛇形）造波機.該試驗裝置擬采用簡單可靠的搖板式造波機.

搖板式造波機的主體部分是一框架式板塊結構，其下緣與固定支座采用鉸接的連接方式.在驅動機構帶動下，造波板繞支座上的鉸接點作往復擺動，使板面前方的水抬高或下降，在水面上形成波浪.調節或控制搖板的擺幅和周期（頻率），可產生不同波高和波長的波浪.搖板式造波機結構簡單，質量較小.采用液壓傳動機構，既可調頻又能調幅，用于制造不規則波，比較方便.

（2） 消波設施

消波設施的原理是通過消波構造裝置擊碎或破壞波浪形狀從而達到消除波能和減少回波的效果.試驗水池的消波設施主要有消波器和消波灘（岸）兩大類，有網格式和筒陣式等形式.消波器的特點是體積較小，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，建造成本相應較高.國內外大多數水池均采用消波灘形式.本文試驗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上把坡度取得適當陡一些，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復雜的非線性過程，無法通過數學手段解決.荷蘭水池的消波灘是通過在高速水池中針對不同坡度、不同吃水深度、不同表面阻尼系數和不同長度進行試驗而最終確定形成的.即使如此，也很難保證達到100%的消波效果，而且它也無法解決水池側壁和模型的反射回波問題[12].

3.1.3造流系統

每個海洋工程水池都要配備造流系統.該系統的造流能力是決定海洋工程水池先進性的重要方面.目前常用的造流系統有池內循環、假底循環與池外循環三種形式[9].在該試驗裝置中由于需要模擬深海海流，需要將漩渦、回流等擾動消除在水池外，以保證試驗區域流場的均勻度和湍流強度等特性滿足模型試驗要求，故而選用池外循環[13].其工作循環為：水流由水池外大功率水泵驅動后，經過管路和進水廊道進入水池，再經過水池對面的出水廊道返回到管路中，形成一個完整的循環過程.在深水池外的進水和出水廊道內，設置有多種整流設備，以使高速水流進行整流后進入水池，因而具有較為均勻的流速分布，且水流的湍流強度也能滿足試驗要求.

3.1.4造風系統

風是影響海洋工程的重要環境因素之一.在對深海漂浮式風力機的工作過程模擬中，造風系統是必不可少的.該系統包括變頻風機、整流器、風速儀以及計算機數據采集和控制系統.風機懸掛在一個可旋轉的吊架上，可使風向與浪向成任意夾角.整流器放置在風機前方，目的是使流至風力機的風是均勻的.通過風速儀與測控系統可調節風速大小，模擬不同風速下風力機工作狀態.

3.2測控系統及其主要儀器

測控系統是該試驗裝置最重要的部分.對于深海漂浮式風力機水池試驗，主要目的為測量某固定風速、流速以及波浪條件下的風力機浮臺的響應特性.因此，需要配備風速測控系統、流速測控系統、浪高儀、非接觸式光學六自由度測量儀器以及其它儀器.

3.2.1風速測控系統

該系統用于調整、控制風速.其作用原理為：首先選定試驗所需模擬風速的大小，然后通過風扇造風，并在整流器后放置風速儀，測量入流風速，最后根據實測結果調整造流風扇的變頻器，使風速始終穩定在要求的范圍內[14].風速測量擬采用AR846型風速測量儀.該儀器與計算機直接連接記錄反射時間過程.風速儀量程范圍為0.3～45 m·s-1，解析度為0.001，測試相對誤差小于3%.

3.2.2流速測控系統

該系統用于調整、控制海流速度.其作用原理與風速測控系統基本相同，即：首先選定試驗所需模擬海流的速度大小，然后通過流速儀測量海水的平均流速，最后根據實測結果調整造流水泵的功率，使流速始終穩定在要求值.流速儀擬采用挪威Nortek公司生產的ADV超聲波三維流速儀.該儀器流速測量范圍為0.005 ～1.0 m·s-1，它在水中含有足夠微小粒子的條件下測試相對誤差小于1%，足以保證測量所需大小與精度.

3.2.3波浪測量儀器

為了確定波浪條件，需要已知波浪的波譜、浪高和頻率.由造波機可得到波譜，而浪高和頻率則需要通過波浪測量儀器得到.波浪測量擬采用DS30型浪高水位測量系統.采集儀內置模/數轉換器，巡回采集各通道數據，單點采樣時間間隔為0.001 5 s （約666 Hz ）.該系統可同步測量多點波面過程并進行數據分析，每次試驗前進行標定，標定線性度均大于0.999.為了測量頻率，并考慮到浮臺對波浪的影響，需要多個浪高儀，最多時需要12個.

3.2.4光學六自由度測量儀器

該儀器是本文試驗裝置中最為重要的測量儀器.該儀器主要利用圖像處理和立體視覺技術對試驗平臺進行非接觸式測量，實時得到平臺的六自由度，即縱蕩、橫蕩、垂蕩、縱搖、橫搖及首搖的運動軌跡，且對浮體的移動沒有任何影響.根據其測量結果可對浮臺進行RAO頻域分析.本文試驗擬采用HU型船運動量（六分量）測量系統，它由采集儀、2臺攝像機和船標組成.船標上安裝有4個紅燈、2個藍燈，固定于平臺上.1號攝像機安放于平臺的正上方，觀測4個紅燈的移動變化.由軟件計算出平臺的縱蕩、橫蕩、縱搖、橫搖和首搖5個分量.2號攝像機安放在平臺尾部延長線上，觀測2個藍燈的移動變化，計算出平臺的升沉.

傳感器的量程是可變的，可通過調節攝像機的變焦來改變量程.因為6個燈的空間尺寸是固定不變的，因此量程改變無需標定.

3.3其它儀器

3.3.1系泊拉力測量系統

系泊拉力的測量擬采用2008型纜力測量系統（32通道）.該系統通過USB接口與計算機相連，采樣時間最小間隔為0.001 s （1 000 Hz ），采用LA2型拉力傳感器測量系泊拉力.該系統可同步測量多組纜繩拉力.LA2型拉力傳感器是應變式的，使用350 Ω應變計，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波高測量系統

目的在于提供一種能快速、多點檢測波高，并對采集的信號進行實時分析控制的波高測量系統.波高測量系統包括若干波高傳感器、與各波高傳感器對應的檢出電路、放大電路、A/D轉換電路、穩壓電源和計算機；波高傳感器的信號輸入到檢出電路，經放大電路、A/D轉換電路輸入計算機.

3.3.3攝像機

主要用于模型試驗過程中的攝像.

4試驗裝置功能

該試驗裝置可模擬深海條件下的風、浪、流，從而進行風力機浮臺響應特性的測量與系泊拉力特性的研究，也可進行浮臺傾覆試驗.對于某些海上作業平臺等簡單對象，也可進行一些模擬分析.

4.1不同載荷條件下海洋平臺響應與系泊拉力特性

可采用不同類型浮臺結構（如單柱平臺、駁船平臺、Spar平臺等）測量平臺的六自由度響應特性以及系泊的拉力特性；也可調整工況，測量在風流、風浪、浪流乃至靜水影響下，浮臺的六自由度響應特性與系泊拉力特性；還可測量在極限工況，如百年一遇的海況下，浮臺的六自由度響應特性與系泊拉力特性[12].

4.2海洋平臺大載荷傾覆試驗和破倉試驗

在一定條件下，對平臺模型逐漸加大風速，可測出隨著風速的增加浮臺動態響應的變化.通過不斷加大風速，最終可得到浮臺所能承受的最大風速，即傾覆風速.也可將平臺部分艙體注水，研究平臺的破倉水動力特性.

4.3深海漂浮式能源中心的性能試驗

該試驗系統可模擬深海條件下，進行不同形式風力機、振蕩水柱波力發電機和海流發電機的性能試驗；也可模擬單一或疊加極端載荷條件下，進行深海漂浮式能源中心的整機動力學特性試驗.

4.4其它水動力學試驗

由于試驗裝置可調節試驗水深、模擬海底地震，故可進行變水深平臺水動力或系泊特性試驗，以及海底地震的平臺水動力或系泊特性試驗.

5結論

本文提出了一種新型簡單實用的風浪流聯合試驗裝置，并詳細闡述了其結構組成及測控系統與測量儀器，同時介紹了該裝置所能進行的各種試驗項目.該試驗系統可用于模擬深海條件下的風、浪、流，從而進行風力機浮臺響應特性的測量與系泊拉力特性的研究；用于測量不同載荷條件下海洋平臺響應與系泊拉力特性；可進行海洋平臺大載荷傾覆試驗和破倉試驗；可模擬深海條件下，單一或疊加極端載荷條件時深海漂浮式能源中心的整機動力學特性；也可進行變水深平臺水動力或系泊特性試驗以及海底地震的平臺水動力或系泊特性試驗.該試驗裝置對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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