海洋潮流能发电装置功率和效率测试方法研究报告15

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1、（时间仓促，草稿内容不尽丰富）海洋潮流能发电装置功率和效率测试方法研究报告研究单位：哈尔滨工程大学课题组成员：张亮李凤来盛其虎2008年4月16日海洋潮流能发电装置功率和效率测试方法研究哈尔滨工程大学海洋能与风能研究所摘要：海洋潮流能发电装置功率和效率是潮流能发电装置发电性能的直接判断依据，因此，如何科学准确地测得发电装置运行时的功率和效率，成为评估潮流能发电装置性能优越与否的关键。本研究用常规电测分析方法对潮流能发电装置的水轮机组所受扭矩及其整套装置的功率和效率进行了测试研究，形成了系统的测量研究。关键词潮流能；

2、功率；效率；测试1、前言一望无际的大海，不仅为人类提供航运、水产和丰富的矿藏，而且还蕴藏着巨大的能量。全世界理论上可再生的海洋能总量为766亿千瓦，技术允许利用功率64亿千瓦，海洋能利用大有前景但利用率上仍有待于进一步提高。潮流能利用上，学者们不断追求高效，在潮流能发电装置的研究设计上取得了一些成绩，但目前国内外却少有研究海洋潮流能发电装置功率和效率测试的方法。海洋潮流能发电装置功率和效率测试是研制、监控和诊断该类设备的重要手段，哈尔滨工程大学海洋能与风能研究所在国家“十五”863计划项目“漂浮式潮流能独立发电系统

3、研究”和“40kw座海底式潮流能独立发电系统研究”的基础上，通过对动力机即水轮机运行时的动力功率和发电机电功率的实时测量，对潮流能发电装置功率和效率测量方法进行了研究，现已取得较好成果，并为实际使用展示美好的前景。2、功率测量原理2.1流功率p,=-J-/?v3(r)xAx10~lt'o2英中WO为水流瞬时速度，Q为水流密度，A为叶片面积。以离散量表示流功率的表达式为:P广]N1/V△/铝2

4、N1J工异弘以伙W)NA=1乙其中&为采样间隔时间，"为采样总次数，％为某一瞬时流速的采样值。2.2水轮机主轴动力功率:P

5、j=jMx69xlO~3Jrt02兀f=jMxnxl（r30tW）t0其中M为瞬时扭矩，力为瞬时转动角速度，斤为瞬时转数。为了使扭矩、转数信号能被单片机系统接收，必须对它们进行采样，以离散量表示动力功率的表达式为：1N0广乔工畋九凶伙W）/VZVR=1其中A/为采样间隔时间，N为采样总次数，和兔为某一瞬时扭矩和转速的采样值。2.3电功率：1ipd二—J况⑴Lf（0d/伙W）I0式中U（f）和i（f）分别为瞬时值，/为累积时间.同样，为了使电压、电流信号能被单片机系统接收，必须对它们进行采样，以离散量表示的电功率的表

6、达式为：1NPu=何△/工妆氏皿伙"）1N=&工冷氏伙W）NA=1其中：△/为采样间隔时间，/V为采样总次数，纬和几为某一瞬时电压和电流的采样值。能量利用率，表达式：Pi动力机械发电效率几表达式：Pj海洋潮流能发电装置效率表达式:耳=CpU3、测试方法3.1、流功率测量由流功率计算公式可知，流功率测量的关键是水流流速的实吋监测。采用流速仪同步采样，进行电测。流速仪安装位置应考虑流场分布情况，在水流断面的叶片高度上多点布置,电测时取水流断面叶片高度上流速的瞬时平均值。测量系统流程图3.2、水轮机动力功率测量水轮机主轴

7、动力功率的测量采用实时电测的方法，主要测量转速巾和转矩M,这两个数据可通过直接连接在发动机主轴上的同轴的转数转矩测量仪测得，采用JN-388转数转矩测量仪來实时测量这两个数据。测量系统组成：转数转矩测量仪、应变放大器、A/D数据采集卡及计算机。转数转矩测量仪电桥A/D采集开卡水轮机动力功率测量流程图应变放大器：主要由电桥、放大器、检波、滤波器及桥盒、稳压电源等组成。其工作原理为电桥输入电阻变换器等传输的电压信号经放大器放大、滤波后变成O~1（）V（或电流输出）输出。输出端可连接计算机采集卡（A/D卡）、记录仪、示波

8、器及打印机等输出设备。数据采集和处理系统：采用奥地利产32通道数据采集系统，16bit,可进行电压信号测量、电流信号测量、应变测量等多项测量任务。3.2、发电装置电功率测量对海洋潮流能发电装置电功率量值的测量是评估水轮机发电能力的重要指标，因而如何准确测量发电装置的电功率成为关键。海洋潮流能发电装置为非正弦供电装置，必须保证电流和电压的同步采样。为此采用单片微型计算机实现数据采集和处理，测试结果实时显示。其工作原理是传感器取出的电压和电流信号，经放大调理，在单片机控制下，对两信号进行同步采样，然后由模拟多路开关分时

9、切换到A/D转换器，最后由单片机读入电压和电流，计算出每一瞬时的电功率。测量系统组成：电压传感器、电流传感器、电压电流转换器、A/D数据釆集卡，单片机及计算机。电压传感器✓调理放大―h—U采样保持电流传感器调理放人—采样保持、电功率测量流程图4、小结海洋潮流能发电装置功率和效率测试技术的关键是做到功率和效率计算参数的同步电测采样，开发单片机，得到发电装置的发