发电技术研究论文

2024-06-09 版权声明 我要投稿

发电技术研究论文(通用8篇)

发电技术研究论文 篇1

0 前 言

多年来,我国电力企业和设备制造企业都在全力以赴进行机组改造,这是因为,在我国发电系统中,一些中低参数、小容量的蒸汽发电机组还在运行,这些机组的热效率很低,且大多属超期服役,如果将其在短期内全部拆除,从经济上和电力需求方面来看,是不现实的。同时,一些早期安装的高参数机组,如100~200MW机组,由于受当时设计制造水平的限制,运行时间较长,已接近或达到额定寿命(10万运行小时),这些机组存在着效率低、煤耗高的问题。

因此,将中低参数机组改造为既发电又供热的“热电联产”机组,供生产和生活用汽需要。同时用现代科学技术改造和翻新老机组,使老机组焕发青春。机组通过改造不仅可以大大降低煤耗,提高机组的经济性,而且可以提高运行的可靠性和延长机组的寿命,这一措施无疑有着深远的意义和较高的经济价值。

1 机组改造的几种技术形式

汽轮机改造有多种技术形式,每种形式都有其特点,必须具体问题具体分析,全面考虑,达到改造的目的。

1.1 通流部分现代化改造

随着现代科学技术的快速发展和设计方法的不断完善,汽轮机设计水平较过去有了很大提高,全新高效新叶型、全三元气动设计技术系统、通流部分通道优化设计、自带围带动叶片、高效新型整圈阻尼长叶片设计和调频技术、弯扭型和马刀型叶片设计等新技术在各制造厂新产品开发中成功应用。这些技术代表汽轮机领域内最新发展趋势,通过采用这些先进技术来改造老机组将使机组的经济性、安全可靠性及运行灵活性达到国外同类机组的先进水平。这也是国外电站行业发展的一个显著特点。因此近几年来,各制造厂都在努力开展机组改造工作。其中200MW机组改造已全面展开,并取得了很大成绩,为以后机组通流改造积累了很多经验。

1.2 抽汽改造

汽轮机抽汽改造是利用原回热抽汽口加大面积或利用汽缸开孔增加抽汽,供生产和生活用汽需要,实现热电联产;联通管开孔(如100MW机组)抽汽也是一种特殊形式。

采用较多和较容易实现的是非调整抽汽改造,要求抽汽量不大,且比较稳定,抽汽压力允许有一定的波动,抽汽量和抽汽参数可以通过调整进汽量而小范围调整,这种改造简单易行,费用也低,但供汽量小,热能利用率不够高。根据机组本身的具体情况,也可改造成可调整抽汽,完全变成抽汽机组,实现热电联产,以热定电,经济价值较高,综合效益及社会效益明显。

联通管打孔抽汽也易改为可调整抽汽,机组加装调节阀,在热负荷较大及变化幅度较大的情况下可实现稳定的供汽参数。

还有一种改造方式是将抽汽后隔板堵掉一定面积,流过的蒸汽满足加热器和转子冷却要求。这种改造简单易行,供汽量更大,但要求供汽量比较稳定。当然如果热负荷很稳定,量又很大,也可改造为背压机组运行,这是另外一种形式的技术改造。

总之,进行抽汽改造实现热电联产,既供热又发电,是节约能源的有效途径,是目前采用较多的一种机组技术改造形式。

1.3 改造为背压机组

改造机组以供汽为主,发电为辅,供汽负荷稳定且不要求冷凝工况运行,无热负荷时机组停运,此时可将机组改造为背压机组,这样可以保证机组改造获得最佳经济效益。背压可根据热负荷来确定,根据热力核算确定排汽口位置,将以后的各级拆除。调节系统仍可采用原系统适当进行调整。这种改造适用于生产均衡的工业企业供热或集中供热系统。

1.4 改造为低真空运行机组

凝汽机组改造为低真空循环水供热亦即将凝汽器循环水系统略加修改,增设管路及热水泵等设备,并与外部热水网相连接,在机组运行时,使循环水出口温度升高到40~60℃或更高的温度,以达到采暖供热的要求。改造后,机组发电能力虽有所降低,但机组排汽的汽化潜热得到了充分利用,减少了冷源损失,提高了能源利用率,使高品位的热能用于生产高质量的电能,低品位的热能用于采暖,实现了能源的梯级利用,而且可取代单独供暖锅炉,改善城镇居民的生活环境。

1.5 安装新的前置和后置机组

这种改造是将中低参数锅炉改为高参数新锅炉,在原机组前加装一台高参数背压机组,使排汽参数满足原机组进汽参数要求,从而提高了机组效率,如果能同时将中低参数机组改造为抽汽机组,则综合效益会更高。这种形式的改造,机组在运行时,要做好前后机组的运行匹配。

有的电厂根据当时情况安装了高参数背压或抽汽机组,但后来热负荷发生了变化,造成背压机组不能正常运行,抽汽机组不能在最大工况下运行,甚至在冷凝工况下运行,造成设备闲置和浪费,在这种情况下可以考虑加装后置机组,提高设备的利用率和电厂综合经济效益。

2 机组改造的一些技术措施

2.1 热负荷的确定

准确地确定热负荷是保证机组改造成功及提高经济性的关键,

对于不可调抽汽改造,其抽汽量和抽汽参数只能通过调整进汽量而小范围调整,因此确定抽汽量应根据当时的用汽情况,长时间保持稳定,以保证机组能在经济性较佳的抽汽工况下运行,当热负荷偏大和偏小时,再适当地采取其它措施或利用其它设备,保证改造机组的热能利用率和综合经济效益。

2.2 低真空运行的一些技术措施

采用低真空供暖后,需要注意的问题:

a.内效率降低。由于采用低真空运行,末几级在偏离设计工况下运行,降低了内效率,同时末几级容量流量大幅度降低,造成脱流、回流,引起不稳定振动,使末几级尤其末级动应力增大,增加了疲劳破坏的危险性。因此机组改造后,应进行末级流场和强度计算校核。

b.因提高背压和循环水温,凝汽器热膨胀增大,影响凝汽器铜管在管板上紧固的严密性,或者铜管内结垢或聚积从70~80℃的热网中分离出的一些氧化物,导致传热恶化,使排汽温度和端差不断上升而无法运行。因此在运行时,需经常注意观察和维护。

2.3 排汽温度的变化和机组振动问题

机组改造为背压式或低真空运行,由于末端温度升高,低压轴承温度也升高,但一般升高不多,可由轴承润滑油带走,回油温度略有升高。若要避免回油温度升高太多,则可适当扩大进油口,增加进油量。

同时,由于排汽温度升高,排汽缸支承座膨胀量增加,使汽轮机后轴承抬高量增加,造成机组振动值增大,因此需进行轴承抬高量详细核算和重新确定标高值。经计算及分析表明,若在转子找中时考虑轴承的标高变化,不会产生振动问题。

对于拆除叶轮的改造,由于转子质量变轻,轴承比压及静挠度发生变化,改造后需重新计算临界转速及轴承静抬高量,并要重新进行转子动平衡试验,保证不出现振动问题。

2.4 强度和刚度核算

机组改造后,对工作条件及结构发生变化的部件如汽缸、隔板、叶片、转子、螺栓等需进行详细的强度和刚度核算,对改造为背压机组还需进行密封性校核,必要时可更换螺栓材料,提高螺栓的初应力。

2.5 热力系统

为使机组改造后在满足热负荷的条件下提高效率和经济性,对原有加热器尽可能保留,但由于各抽汽口的参数可能会发生变化,因此应进行适当的调整,必要时也可取消个别加热器。

2.6 抽汽管的布置与焊接工艺

当机组改为抽汽时,抽汽口应尽量利用原抽汽口加大。如要在汽缸上开孔,为了不使汽缸刚度降低太多,一般采用一个或几个圆孔或扁圆孔,然后采用联箱汇聚在一起。抽汽管的材料若用合金钢管,则焊条也需用合金钢焊条,焊接时需整体加热,以保证汽缸不引起较大的变形。若用奥氏体钢焊条,虽可以冷焊,但汽缸易产生裂纹。因此,在温度允许时最好采用碳钢管,用结507焊条,塑性较好,焊后回火,可保证强度。在抽汽管道设计时,应注意不应有过大的附加推力作用在汽缸上,可以在管道上加装膨胀节,以免推力过大使汽缸跑偏。

2.7 轴封系统

机组改造为背压或低真空供热机组,使轴封端压力升高,为了保证汽封不向外泄漏,可增加抽汽器,并将后汽封体加长,增加汽封圈数,对于背压机组可将汽封体移到拆除级的位置。

2.8 抽汽机组的补给水

改造为抽汽机组后,补给水量增加,如果是补充热水可直接补在除氧器内,如补给水温度较低,需加热后补在除氧器内。也可在凝汽器喉部采用喷雾冷凝排汽,满足补给水需要,但这种补水方法对补给水量有一定的限制。

2.9 调节和保护系统

机组改造时,调节系统需进行调整或改造,对于冷凝式机组,其调节系统是按转速——电负荷关系来进行调节的,改为供热机组后,对于非调节抽汽,应按热负荷来调节进汽量。为了节省投资,可采用电气调压系统由压力变送器产生电气信号,经同步器动作调速系统,调节进汽量,维持供汽压力。机组改造为可调整抽汽机组,调节系统应进行较大改造,以便可根据热电负荷来调节进汽量,或者调节电负荷满足热负荷需要。调节系统需要增加调压器、油动机、滑阀及连接件和管路等,并需要增加调节系统进油量。

对抽汽改造的保护系统,在紧急工况甩负荷时应自动切除调压系统,强迫关闭抽汽逆止阀和抽汽调节阀(回转隔板),并动作同步器,关闭调节阀。当抽汽压力过高时,应有过压保护。

3 结束语

3.1 用现代科学技术翻新和改造老机组,是投资少、见效快、提高经济效益的有效途径;

3.2 城市电厂老机组改造为热电联产、集中供热,从技术上是可行的,经济效益是显著的;

3.3 在今后电网中,随着大功率高参数机组的增加,电网供需矛盾逐步缓解,100MW和200MW凝汽机组改造为以热定电的供热机组将是未来改造的一种趋势;

3.4 每种改造形式都有其特点和难点,具体问题具体分析,对不同型号机组进行不同形式的技术改造,以达到提高机组运行经济性和延长寿命的目的;

3.5 机组改造尤其是工作量大、难度大的技术改造,一定要通过设备制造厂家并由电厂配合进行。

发电技术研究论文 篇2

关键词:定桨距风机,桨叶加长节,安全评估,功率曲线,发电量

0引言

随着我国风电行业的快速发展,风电行业朝着大型化发展,而风电发展初期的定桨距风力发电机型实际运行情况关注度越来越低,据不完全统计,定桨距风电机组国内存量约万台[1,2],大部分定桨距风电项目地处高原地区,高原地区年空气密度普遍较低,远低于标准空气密度1. 225 kg /m3,加之桨叶表面老化引起发电性能下降,导致多数高原地区定桨距机组长期处于欠发状态[3,4],远低于设计要求。为充分利用风资源,提出定桨距风电机组发电性能提升技术研究,提高机组发电效率,实现经济效益的提升。

国际知名整机制造商Gamesa、Vestas、Suzlon、Siemens和Clipper对风力发电机组的发电性能提升技术( 桨叶加装加长节、加装涡流发生器等) 进行了技术研究[5,6],国内研究现状主要是哈尔滨工业大学对桨叶加长节技术的可行性研究[7],曹瑞[8]对加装涡流发生器技术进行了深入研究。

目前,国内外对定桨距发电机组发电性能提升技术仅停留在理论计算和实验室阶段,还未系统地开展技术论证和效果验证。鉴于此,本研究以云某南高原地区750 k W定桨距机组为研究对象,提出桨叶加装加长节、更换长桨叶及加装涡流发生器3 种提升技术,根据机组现场情况结合技术特性,采用桨叶加长节为技术方向,利用BLADED软件进行经济效益预估、载荷仿真和强度校核分析,获取最优的技术方案,技术实施后,通过现场连续一年运行监控统计,评估技术的经济效益和运行安全性。

1性能提升技术

1. 1 桨叶加装加长节

由于风能的吸收和风轮扫略面积成正比,通过增加风轮面积可有效地提高风能捕获,通过加装桨叶加长节增加风轮扫略面积,从而提升发电性能,该项技术具有可操作性较强、风能效率提升显著和经济性好等优点。

桨叶加长技术的关键是合理的桨叶长度选择,理论上,桨叶越长,风能吸收量将越大,但加长桨叶势必导致机组实际载荷的增加,需要评估载荷的增量与原设计裕量的关系,以满足安全运行,获取最优的加长节长度。

1. 2 更换长桨叶

更换长桨叶的技术原理与加长节技术类似,通过增大风轮扫略面积来提升发电性能。该项技术操作简单,但主要部件载荷增量较大,易引起载荷超标现象,需重点评估机组主要结构件安全余量,且一次性投入的成本较高,更换下来的原有叶片除作为备件外没有新的用途,形成资源浪费。

1. 3 桨叶表面加装涡流发生器

风电机组大风运行时,随着攻角变大,桨叶表面出现气流分离,形成涡流剥离现象,造成阻力增大、升力降低,引起桨叶提前失速等不良后果,且随着桨叶老化,加剧恶化,导致发电性能大幅下降。该技术通过在桨叶表面加装涡流发生器,延缓桨叶表面气流过早的涡流剥离,从而提升发电性能。

该技术具有实施成本低、周期短、安全风险小、便捷等特点,但也存在老化、脱落等缺点。该项技术主要难点在于涡流发生器的设计涉及因素较多,如翼型差异、涡流发生器安装位置、涡流发生器形状尺寸、夹角、安装长度等因素,且涡流发生器的增益效果与风电机组所处外界环境也有关,需进行定制化设计,难以形成标准化设计。

2桨叶加装加长节技术

2. 1 加长节的设计

本研究挑选云南某高原地区750 k W机组为研究对象,该风电场海拔在2 420 m ~2 820 m之间,平均风速为8. 1 m / s,空气密度0. 894 kg / m3,属高海拔风电场,机组额定功率750 k W,实际运行最大功率约670 k W,长期处于欠发状态。风电机组的基本参数如表1 所示。

根据机组长期欠发运行,结合3 种技术特性,笔者采用桨叶加长节技术作为研究方向,加长节长度的设计流程图如图1 所示,根据预估发电量增益需求( 8. 5% AEP) ,通过BLADED软件进行理论发电量增益计算,并进行桨叶加长节设计,不断迭代设计寻求最佳加长节长度和结构[9,10,11]。然后本研究进行载荷仿真计算和强度校核分析,以满足设计和安全运行要求,最后获得最佳加长节长度为650 mm,采用圆筒型加长节和长螺栓固定的方式。加装桨叶加长节技术后功率曲线与实际功率曲线对比如图2 所示。桨叶加长节设计模型如图3 所示。

2. 2 载荷计算和强度分析

本研究根据桨叶加长节的结构设计,采用BLAD-ED软件进行载荷仿真计算,使用650 mm加长节的桨叶加长机组与原750 k W机组主要部位的极限载荷对比如表2 所示。

从表2 可知,桨叶加装加长节机组主要部位的极限载荷与原机组设计极限载荷相当,未见明显偏差,且疲劳计算载荷亦相当。叶根Mxy主要用于轮毂强度分析; 旋转轮毂和固定轮毂的Mx,Myz主要用于主轴、机架、主轴承座和各位置连接螺栓等部件的强度分析; 塔架顶部的Mxy,主要用于偏航系统和塔顶法兰的强度分析[12,13,14,15,16]。

2. 2. 1 加长节及螺栓强度校核

桨叶坐标系和加长节结构图分别如图4、图5 所示。加长节底部载荷计算如下:

式中: Mx,My,Mz,Fx,Fy,Fz—加长节底部载荷; Mx',My',Mz',Fx',Fy',Fz'—加长节顶部载荷,也就是桨叶根部载荷; Fx″,Fy″,Fz″—加长节所承受的风载和重力载荷,其中: Fx″ = 0. 5P·A,Fy″ = - mg·sinθ,Fz″ =- mg·cosθ; P—风压,P = V2/1. 6; A—风载面积; m—加长节质量; θ—风轮方位角; h—加长节的长度。

本研究采用式( 1) 的载荷计算方法,通过Bladed通道合并,得到加长节底部载荷,并提取极限载荷( 包含地震工况) ,获得加长节与轮毂结合面处最大弯矩为1 366. 6 k Nm; Fz = 258. 8 k N。据此可计算加长节截面模量为:

加长节截面积为:

加长节根部最大应力为:

加长节材质选用Q345E,Q345E钢板屈服强度335 MPa,安全系数取1. 1,则许用应力为304. 5 MPa,所以 σ2max<[σ],即加长节强度符合设计要求。

加长节螺栓强度的计算采用工程算法,假设工作载荷全用螺栓承受( 保守算法) ,计算方法如下:

式中: FO—受力最大螺栓的轴向力,FM—螺栓预紧力,R—螺栓分布半径,n—单个加长节上的螺栓个数,σbolt—螺栓截面应力,As—危险截面面积。

所用螺栓为M30,细杆直接27 mm,扭矩1 350 Nm,扭矩系数0. 12 ~0. 14。

根据通道合并后得到的最大弯矩为1 366. 6 k Nm;Fz = 258. 8 k N。

将数据代入式( 3) 计算螺栓的截面应力 σ2bolt=874. 86 MPa,而许用截面应力为940 MPa,所以螺栓的强度也符合设计要求。

2. 2. 2 风电机组主要部件强度分析

对于轮毂强度,叶根的倾覆力矩起决定性作用,所以笔者将表2 中Mxy的值1 301. 3 k Nm作为轮毂强度分析的输入载荷值。

通过有限元仿真软件获得的极限载荷下的应力云图如图6 所示。

从图6 可看出,轮毂结构强度符合设计要求。由于桨叶加装加长节并不会增加机组的额定功率,对传动链的结构强度影响很小。

而对于机组内部其他主要结构,其输入载荷来源于风轮,即对于机舱内部包括主轴、机架、主轴承座和各位置连接螺栓等结构件的强度,轮毂的倾覆力矩、扭矩、推力和剪切力起主要作用。本研究分别将表2 中的桨叶加装加长节机组的轮毂载荷与原设计值进行比较,获得轮毂极限载荷比较情况如表3 所示。

通过比对可以看出,除Mx外,其他极限载荷均小于原设计值。因此,笔者采用Mx值为869. 1 k Nm对机舱内各部件进行强度分析,主轴和机架的强度分析云图如图7、图8 所示。

机组主要部件结构强度分析结果如表4 所示。

从表4 所示的计算结果可知,满足设计要求。笔者对桨叶加长后的塔架强度进行了评估,获得的塔架各截面应力及屈曲强度如表5 所示,可看出最危险部位发生在高度29. 57 m处,计算得出的安全裕量为25. 4% ,满足设计要求。

综合评估: 桨叶加装加长节( 650 mm) 技术年发电量增益预期为8. 5% ,各部件结构强度满足设计要求,机组可安全运行。

3风电场测试与评估

为了评估桨叶加长节技术对机组发电性能的提升量,本研究挑选该风电场13#和15#作为试验对象,桨叶加装650 mm加长节。笔者通过连续采集一年的发电数据,统计分析获得13#和15#机组功率曲线对比图如图9、图10 所示。

从图9 和图10 中看出,13#、15#机组桨叶加装加长节后功率曲线基本符合理论功率曲线,最大功率约750 k W,比原功率曲线有明显的功率提升。从对比功率曲线上看,在额定风速区域,加装桨叶加长节后实发功率较原功率多发近90 k W,增益率约12. 75% 。

为了系统评估桨叶加装加长节技术后发电增益与原机型的对比,本研究对加装桨叶加长节后机组在同等风速条件下年发电量与原机型发电量进行对比,数据如表6 所示。

从表6 可知,桨叶加装加长节的机组平均发电量要比原机型同等风速条件下同期的平均发电量高,发电量增益率为8. 64% ,与理论设计指标基本一致。

此外桨叶加装加长节的单台费用按30 万元计算,静态成本回收周期为3 年,成本回报周期短,投资收益率大,每台机组寿命期内发电量增益约168 万元左右,桨叶加装加长节技术对定桨距风机发电性能的提升具有很好的经济性和技术参考意义。

4结束语

针对我国高原地区多数定桨距风力发电机组长期处于欠发状态,发电性能未达到设计要求,为充分利用风资源,提高机组发电效率,本研究挑选云南某高原地区750 k W机组为研究对象,额定功率为750 k W,实际运行最大功率约670 k W,根据机组运行情况,提出桨叶加装加长节技术,利用BLADED进行理论发电量增益计算、载荷仿真和强度校核,迭代后获得最优的加长节长度为650 mm。

汽车发电机防泥水技术的研究 篇3

摘 要:汽车发电机为汽车用电设备提供电能并将剩余电能储存在蓄电池中,发电机是汽车必不可少的核心零部件之一,因我国地大物博,汽车行驶的工况千差万别,车辆涉水引发的发电机进泥水失效问题普遍存在,本文通过发电机进泥途径、进泥后引起的失效模式、失效零部件确认、问题产生机理四个方面进行现状分析,并针对此问题从发电机排水孔、碳刷、散热孔、排碳孔等面进行研究,提出发电机进泥水的解决方法,并为发电机进泥问题的解决提供借鉴方法和思路。

关键词:发电机;失效机理;散热孔

1 现状分析

1.1 发电机基本构成

发电机由发电机皮带轮、前盖、定子总成、转子总成、整流桥、调节器、后盖、真空泵(带泵发电机)等零部件组成。

图1

1.2 发电机工作原理

外部电路通过碳刷对励磁绕组通电使其产生磁场,爪极被磁化为N极和S极,当转子旋转时,磁通交替在定子绕组中变化,根据电磁感应原理,定子的三相绕组中便产生交变的感应电動势,达到一定转速后调节器侦测到相电压充电指示灯灭,整流器将定子绕组的三相交流电整流成直流电供汽车上电器使用。

1.3 发电机进泥确认

故障确认:发电机装测试台架,B+端、激磁端均连接12V电源,发电机转速超过起始发电转速,使用万用表检测B+端电压无变化,确认发电机不发电;

拆解确认:拆解发电机确认发电机进泥碳刷卡滞在碳刷槽内无法与集电环接触;

进泥痕迹确认:确认进泥痕迹为发电机后盖上部散热孔进入,流到发电机碳刷架部位,进入碳刷槽。

2 原因分析

2.1 失效机理

发电技术研究论文 篇4

2月,我国国家立法机关通过了《可再生能源法》,明确指出风能、太阳能、水能、生物质能及海洋能等为可再生能源,确立了可再生能源开发利用在能源发展中的优先地位。12月,我国政府向世界承诺到单位国内生产总值二氧化碳排放比20下降40%~45%,把应对气和变化纳入经济社会发展规划,大力发展包括风电在内的可再生能源与核能,争取到20非化石能源占一次能源消费比重达到15%左右。随着新能源产业成为国家战略新兴产业规划的出台,风电产业迅猛发展,有望成为我国国民经济增长的一个新亮点。

我国自上世纪80年代中期引进55kW容量等级的风电机投入商业化运行开始,经过二十几年的发展,我国的风电市场已经获得了长足的发展。到20底,我国风电总装机容量达到2601万kW,位居世界第二,年新增装机容量1300万kW,占世界新增装机容量的36%,居世界首位[1,2]。可以看出,我国风电产业正步入一个跨越式发展的阶段,预计我国累计装机容量有望突破4000万kW。

从技术发展上来说,我国风电企业经过“引进技术—消化吸收—自主创新”的三步策略也日益发展壮大。随着国内5WM容量等级风电产品的相继下线,以及国内兆瓦级机组在风电市场的普及,标志我国已具备兆瓦级风机的自主研发能力。同时,我国风电装备制造业的产业集中度进一步提高,国产机组的`国内市场份额逐年提高。目前我国风电机组整机制造业和关键零部件配套企业已能已能基本满足国内风电发展需求,但是像变流器、主轴轴承等一些技术要求较高的部件仍需大量进口。因此,我国风电装备制造业必须增强技术上的自主创新,加强风电核心技术攻关,尤其是加强风电关键设备和技术的攻关。

风力发电系统故障诊断技术论文 篇5

1、风力发电系统常见故障及诊断技术

1.1变频器故障诊断

变频器故障的产生,不仅有外部环境的影响,也有内部因素的限制,就目前变频器使用而言,主要利用速恒频式的风力发电机,此类型的风力发电机在应对电网故障的方面存在比较大的缺陷,所以其发生故障的情况也比较普遍。

在实际应用中发现风力发电机的调节速度比较慢,故障前期风机吸收的风能不会减少,由于发电机组端电压下降,所以会出现不能向电网输送电能的情况。风力发电机组产生的电能一部分不能输送到电网当中,这些不能输送到电网中的电能被系统自行消化,会导致电容充电和直流电压快速升高,进而会产生电子转机加速和电磁转矩突变等问题。

1.2变流器故障诊断

在双馈风力发电系统中,变流器是故障频率相对较高的部件。故障诊断的主要研究方向分为全局短路故障诊断和局部短路故障诊断。全局短路故障诊断的内容是在变流器直流侧安装传感器获得直流链的变化值,通过对电流值进行分析来判断故障的类型。从容错的角度来讲,局部短路故障诊断有助于判断出故障的具体位置,便于系统的重构。一旦发生短路故障,最有效的手段就是对故障开关进行隔离。

开路故障诊断方法分为两种类型,即模型法和非模型法。模型法是建立整个发电系统的数学模型,在设定的正常状态和故障状态下,比较分析数学模型在各种变量的差异。非模型法相比较而言省去了建立繁杂模型的过程,只需要故障状态下各种变量的相关信息,特别是当系统要建立复杂的、非线性的模型时,这种方法可以大大减轻人们的工作量。

1.3齿轮箱故障诊断

齿轮箱是风力发电机组的核心传动部件,工作状况将影响整个风力发电机组的性能。据统计,在风力发电机的故障中,46%的故障是齿轮箱故障。

齿轮箱发生故障时,齿轮箱故障的`振动信号为复杂的非线性、非平稳信号。小波变换是时频分析中最常用的方法,具有多分辨特性,在高频率部分能够放大尺度,具有很好的频率分辨性;在低频率部分能够缩小尺度,具有很好的时间分辨性。采用小波变换对风力发电系统齿轮箱故障信号降噪预处理以提高EMD分解的精度,再用Hilbert变换对包含主要故障信息的IMF进行包络谱分析。实现风电机组齿轮箱故障特征频率的有效提取。

2、风力发电系统常见故障诊断方法

2.1基于解析模型的故障诊断法

在故障诊断刚起步时就开始应用这种故障诊断方法。使用该方法时,必须有准确的数学模型。该方法是把实测信息和模型输出信息进行分析对比,计算出实际输出和和理论输出之间的差值,根据对这些差值的分析、运算来进行故障分析诊断。在运算过程中,参数与状态是难点,需要对系统比较了解的前提下计算出系统的精确数学模型。在实际工况下,需要进行建模的生产设备具有不确定性,生产设备的模型会随着时间、温度和人为因素进行变化。

2.2基于信号处理的故障诊断法

这种方法把研究对象当作是一黑盒子,只需要知道被控对象的输入和相应的输出信号对其进行建模,不需要知道具体的数学解析模型。研究对象的输入信号,输出信号,可以通过传感器测量并记录下来。使用信号特征向量提取方法提取信号的特征值,在建模阶段,可以通过建立特征值和故障之间的关系来建立对象的故障模型,然后把实时信号引入到模型中,通过信号分析来判断故障的种类和具体位置。基于信号处理的故障诊断方法具有比较好的实时性,这种诊断方法有非常快的诊断速度,灵敏度高,而且容易实现。但是缺陷很多,如:虽然诊断速度快,但是诊断精确度较低,极易出现故障的误判和漏判。基于信号处理的故障诊断方法主要分为3种,分别是频谱分析法、信息融合法、小波变化法。

2.3基于神经网络的故障诊断法

基于神经网络的故障诊断有很多优点:神经网络的知识表达形式统一,经过归一化后,知识库管理容易,通用性强,便于移植扩展。神经网络的知识获取容易实现,可以实现并行联想和自适应推理,而且容错能力强。神经网络能够表示事物之间的复杂关系。神经网络可以避免专家系统遇到的很多问题,比如:组合爆炸、无穷递归等问题。神经网络推理过程简单,可以实现实时在线诊断。

神经网络在故障诊断的研究主要分为以下三个方向:

(1)在模式识别方向。神经网络可以作为故障分类器进行设备的故障分类。

(2)在预测方向。用神经网络可以作为动态模型的设备的故障预测。

(3)在知识处理方向。可以把神经网络和专家系统融合,建立混合故障诊断系统。

3、结语

发电技术研究论文 篇6

摘要:近些年,太阳能光伏并网发电技术得到了较快发展,对于缓解日益紧张的能源危机具有非常重要的意义。太阳能光伏并网发电技术的主要特点是绿色、环保、安全,不会对环境造成破坏。为了更好的促进太阳能光伏并网发电技术的发展,文章针对施工过程中的技术控制要点进行研究,具有一定的参考价值。

关键词:太阳能;光伏发电;并网;技术

近年来,随着社会的迅速发展,国家对电力的需求量也在逐年增加,对以化石为能源的发电类企业的环境监管离地日益增高,这使得太阳能、风能等清洁、绿色能源受到了广泛的认可与关注。当前,太阳能光伏发电技术已日趋成熟,能够实现经济与高效运行目标,有利于推动国家经济的迅速发展,并且还能够满足社会能源消耗需求,这使得光伏发电并网及其相关技术的发展成为人们高度关注的对象。

1.光伏发电控制系统概述

光伏发电控制系统是根据太阳能自身特性,发生伏特反应,将太阳能电池板发出的电能通过控制器转换、存储器储存、电缆传输等环节,转变成能分配的电能。光伏发电是通过太阳电池板把太阳能直接转换为直流电能的一类发电方式,所以,光伏发电控制系统即为直接把太阳能变成电能的一款发电系统。目前光伏发电控制系统由下面几模块组成:光伏电池板(光电转换器件)、控制器(电能转换)、储存器(存储多余能量)、上位机监控(控制显示面板)等。

并网式光伏发电控制系统即把光伏发电系统与电力系统相联系的一个发电系统,把阳光福射得到的直流电直接转变为标准的网侧交流电,也就是把光伏发电系统与电力网通过并网逆变器连接到一起,再分配该系统生产的电量,既可向本地负载提供电能,也可进斤相关的电为调峰等。该系统为电为系统提供了有功与无功功率,为电力网的主要组成模块。目前,并网型光伏发电是全球光伏发电的主流,也是光伏发电的一个首选。通常由w下几部分组成:太阳能电池板、直流变换器、并网逆变器、锁相环与负载等。其中并网逆变器是系统的关键部件。全球主要的光伏系统生产企业均拥有各自的光伏逆变技术产品,他们的并网逆变器在电路拓扑、控制方法上各自具有不同的特点。

2.并网光伏发电系统的优势

①能够利用清洁干净的、可再生的自然能源太阳能发电,不会耗用不可再生的且资源有限的含碳化石能源。在实际使用过程中,也不会产生温室气体与污染物,能够较好的保护生态环境,满足经济社会持续、和谐发展需求。②所发电能馈入电网,以电能为储能装置,节省了蓄电池,相比于独立的太阳能光伏系统,可节省大约35~45%的建设投资,大大降低了发电成本。同时,由于其省去了蓄电池,还可提升系统的平均无故障时间与蓄电池的二次污染。③分布式安装,就近就地分散供电,灵活的进入、退出电网,可有效增强电力系统抵御灾害的能力,改善电力系统自身的负荷平衡状况,降低线路损耗。④可发挥调峰效用。就目前情况来看,联网太阳能是世界上个发达国家在光伏应用领域中竞争发展的关键,是世界太阳能光伏发电的主要发展趋势,市场较大,发展前景十分可观。

3.光伏l电并网及关键技术

3.1光伏并网发电系统中的关键技术

3.1.1最大功率点跟踪技术

通过运用最大功率点跟踪技术,可明确光伏并网发电系统所在的环境,分析环境中的温度、光照等对并网造成的影响,并且还可绘制光伏并网发电系统的特性曲线,然后在依据曲线的变化状况,对并网光伏发电的最大功率点进行相应的跟踪。同时,最大功率点跟踪技术与光伏并网发电系统自身的运行效率之间存在直接的关联,例如常用的两种跟踪方法:(1)扰动观察法,在光伏并网发电时,通过设计小型扰动,可比对扰动前后的并网情况,获得最大功率点位置,并网扰动方式可控制输出电压,利用电压差,还可形成扰动,以跟踪功率状态。(2)电导增量法,瞬间电导数据与变化量是此类方法运用的决定性因素,其能够通过分析光伏列阵的曲线变化情况,获得曲线的单峰值,并由此判断出光伏并网是否处于最大值发电状态。

3.1.2并网逆变器控制技术

并网逆变器可确保光伏并网发电系统的灵活性,进而使得工程的多样化需求得以满足,为太阳能始终处于最佳的转换状态提供保障。同时,逆变器还可控制光伏并网发电系统的工作模式,为电流提供直接或间接控制的方法。近年来,随着科学的迅速发展,间接与直接控制不断融合发展,较好的发挥了间接、直接电流的控制效果,弥补了双方的缺陷,融合之后的并网逆变器控制能够实时跟踪电流变化情况,以保证电流的稳定性。

并网逆变器控制重点技术主要包括:(1)数字控制技术,该技术是并网逆变器控制技术的重要基础,是一种热电技术。(2)PID控制技术,其主要是采用全量、增量的.方法支持逆变器的运行,此类技术相对成熟。(3)重复+PI混合控制技术,此类技术具有复合的特征,能够以复合的方式控制逆变器的运行,从而确保逆变器的稳定性。

3.2分布式电源并网技术的接入方案

DER并网技术接入配电网之后,需要对DER并网技术的容量与配电网之间的匹配程度进行全面的考虑,例如当DER并网技术容量小于250kVA时,将其接入380V或400V的配电网中,通过匹配DER并网技术容量与配电网,能够设计出科学的接入方案,接人时通常采用联络线的连接方法,DER并网技术连接配电网的变电所或是接入附近的配电网内。同时,其还能够设计并网保护,DER并网技术一般采用孤岛保护方式,孤岛装置提供主动式与被动式保护,能够为光伏并网系统的安全性提供保障。当并网逆变器监测出危险之后,往往会自动切断分布式光伏发电,以保护人员的安全,逆变器的电压可由配电网提供。

4.光伏发电并网系统的应用

4.1工程简介

某光伏发电并网系统项目由一公司承建,主要建于公司大楼三楼楼顶上。光伏系统总设计峰值功率为3360Wp,与公司电网并接,当电网断电时,可独立给公司负载供电,还可为展示台液晶电视供电。电池板均采用6mm钢化超白玻璃+E-VA+电池片+EVA+6mm钢化超白玻璃双玻光伏组件。投入运行之后,一直处于安全可靠、发电稳定、并网良好的状态,并且满足项目设计标准。根据项目所处地理位置及气象气候条件,并且通过相应的计算,确定太阳能电池板应当摆放在正向朝南方向,当倾角处于25-30°范围时,能够接受到的太阳辐射最多,发电量最大,为方便工程施工以及太阳能电池支架的制作,选取倾角270,光伏安装面积130m2。

4.2光伏发电并网系统

4.2.1电气设备系统

此项目电气设备系统主要由太阳能电池方阵、蓄电池组、双向逆变器、并网逆变器和控制设备组成。

4.2.2光伏系统工作原理

光伏电池7块串联,通过二极管集线箱将12组并联组成一组输出给逆变器。逆变器逆变的交流电与公司电网并接,中间连接双向逆变器加蓄电池组储电,以便市电停电时切换至蓄电池组,然后供电给负载。当太阳能电池正常发电时,首先通过双向逆变器向蓄电池组充电。当蓄电池组处于充满电状态时,太阳能电池发出的电直接逆变至电网。当市电停电时,失压脱扣器脱扣,失压脱扣器脱扣之后,发送信息至双向逆变器,双向逆变器逆变启动,蓄电池组投入使用,供电给负载使用。

4.2.3数显监控系统

该项目监控系统主要涉及以下设备:辐射照度仪、温度计、风速计、控制器、调制调解器、终端控制(显示)设备、数据缆线等。同事,其还可通过电脑等相关终端的显示,实现实时监控相关数据的目的。通过程序转换相关的界面,可轻易转换终端(电脑、电视等)所显示的界面,并且还能够在界面中显示例如系统温度、直流电压、直流电流、直流功率、交流电压、交流电流、交流功率、日发电量、总发电量、气象数据等信息,从而体现出系统真实运行效果。

5.光伏发电并网系统发展前景

近年来,随着科学技术的迅速发展,我国在光伏发电并网系统方面已经研发出了一些新型技术,在光伏发电并网系统的控制与切换方面依旧需要继续、深入研究分析。为了提升光伏发电并网系统的工作效率,必须全面掌握光伏发电并网系统的控制,并且还需妥善解决并网光伏发电系统的切换问题,以确保光伏发电并网系统能够大规模的运用于普通用户。光伏发电并网系统是太阳能发电的应用系统,具有太阳能发电系统的所有优势,但其还具备价格贵、投资高、发电量受气候变化影响等方面的缺陷,是现阶段并网光伏发电系统运行存在的主要问题,但随着日后科技的不断M步,并网光伏发电系统必将成为全民的发电系统。

6.结语

风力发电技术的研究现状 篇7

自20世纪90年代以来, 伴随着能源消耗量的不断增加, 世界性的资源与环境问题日益严重, 全球范围的能源危机形势愈发严重。缓解能源危机、开发可再生资源、实现能源的可持续发展成为世界各国能源发展战略的重大举措。在可再生能源中, 风能是地球上最古老、最重要的能源之一, 具有干净、分布广、无污染且储量丰富的特性;风力发电成为世界各国和地区新建发电厂的“主流选择”之一。

2 风力发电的原理

风力发电的原理, 是利用风力带动风车叶片旋转, 再透过增速机将旋转的速度提升, 驱动发电机发电。最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成。空气流动的动能作用在叶轮上, 推动叶轮旋转, 将动能转换成功、机械能, 叶轮的转轴与发电机的转轴相连, 带动发电机发电。20世纪, 现代风机增加了齿轮箱、偏转系统、液压系统、刹车系统和控制系统等。齿轮箱可以将很低的风轮转速变为很高的发电机转速, 同时也使得发电机易于控制, 实现很稳定的频率和电压输出。偏航系统可以使风轮扫掠面总是垂直于主风向, 风轮沿水平轴旋转, 以便产生动力。在变桨距风机, 组成风轮的叶片要围绕根部的中心旋转, 以便适应不同的风况。在停机时, 叶片尖部甩出, 以便形成阻尼, 液压系统就是在调节叶片桨距、阻尼、停机、刹车等状态下使用。控制系统是现代风力发电机的神经中枢, 现代风机是无人值守的:风机的控制系统根据风速、风向对系统加以控制, 在稳定的电压和频率下运行, 自动地并网和脱网, 对出现的任何异常进行报警, 必要时停机。

3 风力发电的技术现状

近几年来, 全球风力发电行业迅速发展, 累计装机容量以年均20%以上的速度递增。德意志银行发布的研究报告显示, 全球风力发电行业发展正进入迅速发展扩张阶段, 风力发电行业保持每年20%的增速, 到2015年该行业总价值将达到目前平均水平的5倍以上。风力发电行业在技术上的成熟度和在经济上的可行性, 再加上各国政府有不断出台可再生资源的鼓励政策, 使得风力发电行业的发展前景相当可观。

另外, 受日本核泄漏的影响, 全世界对如何保证核安全产生了新的思考, 全球核电站建设进程或有放缓。目前世界各国都表示将进一步重视和重新审核核电站的安全, 部分国家的核电规划将会有所改变, 未来核电站的安全性将防治更加突出的位置, 核电规划的规模和核电站的监事会速度可能会放慢脚步。在这种前提下, 从新能源的发展角度看, 由于风力发电并不存在像核泄漏的潜在危险, 若核电站产业发展放缓, 风力发电等新能源行业将更加受到重视, 发展可能进一步加快。

我国风能资源非常丰富。据报告, 我国陆上风能资源大约7.5*108KW, 海上风能资源约7.5*108KW, 总计约15*108KW以上。但我国风力发电行业的发展面临着严峻的技术难题和巨大的产业发展压力, 我国风机的关键技术主要依靠国外厂商技术转让和许可, 高额的技术引进或转让费用导致成本居高不下, 风力发电技术主要被日本、美国、德国等国家所控制。在缺乏风机自主研发能力和核心专利的情况下, 我国从事风机设计及制造的相关机构和企业的发展面临着诸多问题:一是高额的技术引进或转让费导致成本高;二是市场开拓更多依赖于现有的技术和生产服务手段, 而非自主创新;三是国内风机产量不断增加和生产能力不断提高以及市场占有率不断攀高, 必定引发国内外通话的极大关注, 来自外国跨国公司的竞争压力特别是技术压力不断成为主要因素。

4 结束语

因此, 对比我国及全球风力发电行业的发展现状和趋势。从2008年开始, 国家开始重视风电技术的专利情况, 这可以直接影响我国风电行业的发展状况。据报道, 中国科学传播研究所、东方电气集团、湖南省知识产权局、内蒙古工业大学等单位承担“我国清洁能源开发技术专利战略研究”、“风电专利战略研究”、以及“大型风电设备制造及其在内蒙古的产业推进战略研究”等项目研究, 这些项目研究均通过对比分析找到我国风力发电企业的发展机会, 并结合我国风力发电行业的现状, 为提高我国风力发电行业的自主创新能力、提升我国风力发电企业核心竞争力提出相关建议。

摘要:为实现能源与社会经济、环境的可持续发展, 根据资源条件、经济技术条件及开发利用现状, 今后中国电力建设发展的重点应放在风力发电的开发利用上, 同时对我国发展风力发电的现状、存在的障碍以及紧迫性进行了分析, 并对相关问题提出建议更多还原增加风电消纳能力是电网的一项长期任务, 而未来电动汽车充电与风电之间潜在的协同性为智能电网平台上多资源的协调互补利用提供了一种可能。

关键词:风能,风力发电,研究现状

参考文献

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发电厂厂用电快速切换技术研究 篇8

关键词:发电厂;快速切换;运用;分析

中图分类号:TM621文献标识码:A文章编号:1006-8937(2011)22-0108-02

早期发电厂建设期间受到国内电力技术水平的限制,电厂备用电源切换多数采用了慢速切换技术。这使得常规电源转换到备用电源之间的操作时间较长,破坏了系统原先的稳定运行效率,给发电厂电能生产作业造成了诸多不便。经过长期的开发研究,我国对发电厂厂用电快速切换技术的运用更加成熟,备用电源切换的动作时间更短,显著提升了发电厂设备运行的效率。

目前火电厂厂用电快速切换如图1所示。

由于发电厂装机容量逐渐增大,电厂设备在运行期间要设置足够的备用电源,这样才故障发生之后才能保持发电厂生产作业的持续运行。电厂在对电厂建设初期的备用电源切换装置全面更新,将电厂用电慢切换技术由快切换技术取代。这之后,电厂生产电能的产量显著提升,厂内供电系统的运行更加稳定、安全、可靠。由此可见,发电厂厂用电快速切换技术的运用可以显著改善电厂生产电能的效率。

1发电厂厂用电快速切换的优点

我国电厂建设初期许多设备及相关技术还处于落后水平,传统电厂生产模式效率较低,每年的电能产量也难以达到全国用电的需要。随着新时期社会现代化建设步伐的加快,发电厂生产电能的任务更加繁重,对各环节的设备及装置性能要求更严。与传统的慢速切换方式相比,快速切换技术有着多个方面的优点,主要表现于以下几个方面。

①维护系统。从电力系统结构上看,电源是系统所有连接设备正常运行的保证。发电厂生产电能设置备用电源之后,慢速切换技术就一直运用于中小型发电厂。但随着社会用电量的逐渐增加,发电厂内部供电系统的荷载也大幅度上升,慢速切换模式已适应不了高负荷的运行状态。利用快速切换技术可以加快电源转换的速度,有效维护了机组的正常运行速率。

②稳定运行。慢速切换技术动作时间较长,若切换装置动作过缓则容易引起故障而中断了发电厂系统的运行。同时,慢速切换阶段的电流、电压、频率、滑差、相角、转矩等指标也会随之变化,若在切换过程中发生异常状况则会破坏电能传输的稳定性。发电厂厂用电快速切换技术可以在短时间内实现电源的切入,同时构建稳定的运行模式,如图2所示。

③防止故障。快速切换技术的运用能发挥多个方面的功能,在保证电厂设备可靠运行时也能防范故障的发生。如:快速切换方式在时间消耗上较短,当供电系统出现故障后迅速转移到备用电源上,这就避免因切换时间过长造成的设备受损。另外,在高负荷电能生产状态下,快速切换技术也可加强发电厂设备的稳定性,通过正确的接线及时转接电源。

④加强保护。从电厂改用为用电快速切换技术之后,发电厂的运行效率、电能产量等显著提高。电厂设计人员在规划备用电源时采用了多个保护装置,让用电快速切换有更多的操控选择,如:切换装置能够实现单独投、退动作。此外,对于无分支保护的场合则使用PCS-9655装置,对系统内部的支出提供加速保护功能,避免系统运行时发生阻碍。

⑤避免失电。目前,发电厂的供电系统主要使用单母分段供电方式,若设备及线路处于无异常状态时,系统内两段母线分别由电源的进线供电,开关CB1、CB2均闭合,母联开关CB3分位。设置快速切换技术后,如:利用PCS-9655厂用电快切装置在故障发生时能及时跳开故障进线开关(CB1或CB2),合母联开关CB3,避免母线失电现象的发生。

2发电厂同期捕捉切换的常见形式

发电厂厂用电快速切换技术需要借助不同的辅助元件完成,厂用电快速切换装置是不可缺少的构件。国内发电厂现有的厂用电快速切换方法包括:正常切换、事故切换。前者是厂用工作分支和备用分支间根据运行方式要求进行的切换;后者是厂用工作电源消失后快速投入备用电源的切换方式。无论是哪一种用电快速切换方式,其都具有工作同期、备用电源同期等问题。发电厂厂用电快速切换技术中的同期捕捉形式包括以下几种。

①恒定越前相角。这种原理下要参照同期捕捉过程中相角的变化情况而定,如:相角的速度、位置、大小等。此外,还需要对合闸的时间进行详细计算。根据这两方面的数据可以获得合闸的提前角,快切装置实时跟踪频差和相差。若装置内部的元件运行到一定程度后,则可操控合闸状态。如:若相差符合整定值、频差在整定范围内,则会有合闸信号发出,相反则放弃合闸。

②恒定越前时间。用电快速切换技术中基于“恒定越前时间”原理的切换,最关键的是参照了实时的频差、相差,通过计算机创建相对应的变化模型,由此推算出离相角差过零点的时间,根据时间状况来确定合闸控制的状态。如:当时间靠近合闸回路总时间后,控制系统会发出合闸命令。需要注意的是使用这种同期捕捉切换时要熟悉掌握频差、相角差等指标变化情况。

③冲击电流时机。电力系统内部电流大小变化对备用电源的影响较大,基于“冲击电流时机”原理的切换技术,其主要是捕捉电动机群规定的冲击电流完成切换动作。由于这一阶段许多电动机未能完全切除,给自启动创造而来有利的条件,这对于维护发电厂厂用电源的安全性有重要意义。具体情况:合上备用电源后电动机承受的电压:

UD=XD△U/(XS+XD) (1)

式中,XD为母线上电动机组和低压负荷折算到高压厂用电压后的等值电抗;XS为电源的等值电抗令K0=XD/(XS+XD)。

根据这一公式计算所得的结果,可以对电动机关闭、运行等操作流程合理调控,如:把电动机的有功功率、无功功率等指标综合控制起来。式(1)中UD值的选择要考虑到电动机实际运行的需要,本次研究参照相关标准设为1.1倍额定电压UGN,即:K0△U<1.1UGN。发电厂厂用电快速切换时应根据设备的具体功能指标,及时调整内部电源的电压大小,为切换动作创造良好的条件。

3结语

综上所述,从本次研究的电厂情况看,对电厂建设初期的备用电源切换装置全面更新,将电厂用电慢切换技术由快切换技术取代。使得电厂生产电能的产量显著提升,厂内供电系统的运行更加稳定、安全、可靠。因而,发电厂在设置备用电源时要考虑快速切换技术的运用。

参考文献:

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