豬舍負壓抽風設備造型選型_電站鍋爐風機現場試驗規程 大型風電場

5.4 按預定試驗方案進行風機試驗。
5.5 整理測量和記錄數據，填入試驗結果匯總表。
5.6 根據試驗的目的，寫出試驗報告。
6 流量測定
測量截面處流量由該處的面積、介質流速(動壓)、密度來確定。
6.1 測量方法的選擇
測量截面處的流量可用兩種方法測定：一是測量該截面內各測點處的速度(動壓)，再計
算出平均速度。二是測量由孔板、文丘里管、噴嘴、機翼形測速裝置等差壓裝置產生的壓力
差。由于采用差壓裝置受到自身阻力和要求管道有一定直線長度的限制，電站鍋爐風機一般
采用速度場法。
6.2 速度場法測定流量
6.2.1 一般建議
6.2.1.1 采用速度場法測量流量時，流量在整個測量過程中應保持恒定。為此，應采取必要
的措施，以保持下列物理量值盡可能穩定：
a.管道的阻力；
b.風機轉速；
c.系統內流體的壓力和溫度。
6.2.1.2 選用高精度的測量儀表。
6.2.1.3 考慮到管壁影響以及中心區域的不規則性，應在截面上選取足夠數量的測試點。
6.2.1.4 考慮到氣流中存在著不規則的脈動，為能從測量結果中推導出具有代表性的時間平
均值，每個測點至少應重復兩次讀數，且其時間間隔應避開周期脈動的影響。
6.2.2 測量截面位置的選擇和要求
流量測量截面應選擇在不存在渦流、流線接近平行且垂直于該截面的直管段上。應排除
由彎頭、急劇擴張或收縮段、障礙物或風機自身所引起的流動干擾。
采用動壓管測定流量測量截面應符合下列條件。
6.2.2.1 流過測量截面的氣流速度分布必須均勻。當有75%以上的動壓測定值大于1/10 最大
測定值時，可認為分布均勻性符合要求。見附錄C 的C1，C2，C3。
6.2.2.2 氣流流動方向必須垂直于測量截面。若氣流方向與測量截面法線的夾角在15°之內，
就可看成是渦流或其他物質攪動的結果，允許作為測量截面。
6.2.2.3 定為測量截面的管道截面形狀必須是規則的，以便合理分布測試點和精確計算面積。
6.2.2.4 為使測量截面與風機之間管路泄漏最少，測量截面的位置應盡可能靠近風機，但必
須滿足下列條件：
a.測量截面位于風機進口側時(風機上游的氣流條件通常更適合于布置測量截面)，其距
風機進口的距離不得小于1/2De，如圖1 所示。
b.測量截面位于風機出口側時，其距風機出口應有足夠的距離，以便使氣流擴散成為較
均勻的速度分布并讓動壓轉換成靜壓。所需直管段的長度L 取決于管內氣流速度v,屋頂風機排風設備。表2 給
出了氣流速度與所需直管段長度的對應數值。
表2

1前言 　　隨著煤碳、石油等能源的逐漸枯竭，人類越來越重視可再生能源的利用。而風力發電是可再生能源中最廉價、最有希望的能源，并且是一種不污染環境的“綠色能源”。目前國外數百千瓦級的大型風電機組已經商品化，兆瓦級的風力發電機組也即將商品化。全世界風電裝機總容量已超過1000萬千瓦，單位千瓦造價為1000美元，發電成本為5美分/千瓦時，已經具有與火力發電相競爭的能力。 　　我國的風能資源豐富，理論儲量為16億kW，實際可利用2.5億kW，有巨大的發展潛力。1995年初，國家計委、科委、經貿委聯合發表了《中國新能源和可再生能源發展綱要（1996～2010）》。1996年3月，國家計委又制定了以國產化帶動產業化的風電發展計劃，即有名的“乘風計劃”，為我國風力發電技術國產化指明了方向，創造了條件。同時，我國也是利用風能資源進行風力發電、風力提水較早的國家，到1996年底，我國小型風力發電機組保有量達15萬臺，年生產能力為3萬臺，均居世界首位。 　　2風力發電機組的類型 　　2.1恒速恒頻與變速恒頻 　　在風力發電中，當風力發電機組與電網并網時，要求風電的頻率與電網的頻率保持一致，即保持頻率恒定。恒速恒頻即在風力發電過程中，保持風車的轉速（也即發電機的轉速）不變，從而得到恒頻的電能。在風力發電過程中讓風車的轉速隨風速而變化，而通過其它控制方式來得到恒頻電能的方法稱為變速恒頻。 　　2.2兩種類型機組的性能比較 　　由于風能與風速的三次方成正比，當風速在一定范圍變化時，如果允許風車做變速運動，則能達到更好利用風能的目的。風車將風能轉換成機械能的效率可用輸出功率系數CP來表示，CP在某一確定的風輪周速比λ（槳葉尖速度與風速之比）下達到最大值。恒速恒頻機組的風車轉速保持不變，而風速又經常在變化，顯然CP不可能保持在最佳值。變速恒頻機組的特點是風車和發電機的轉速可在很大范圍內變化而不影響輸出電能的頻率。由于風車的轉速可變，可以通過適當的控制，使風車的周速比處于或接近最佳值，從而最大限度地利用風能發電。 　　2.3恒速恒頻機組的特點 　　目前，在風力發電系統中采用最多的異步發電機屬于恒速恒頻發電機組。為了適應大小風速的要求，一般采用兩臺不同容量、不同極數的異步發電機，風速低時用小容量發電機發電，風速高時則用大容量發電機發電，同時一般通過變槳距系統改變槳葉的攻角以調整輸出功率。但這也只能使異步發電機在兩個風速下具有較佳的輸出系數，無法有效地利用不同風速時的風能。 　　2.4變速恒頻系統的實現 　　可用于風力發電的變速恒頻系統有多種:如交一直一交變頻系統，交流勵磁發電機系統，無刷雙饋電機系統，開關磁阻發電機系統，磁場調制發電機系統，同步異步變速恒頻發電機系統等。這種變速恒頻系統有的是通過改造發電機本身結構而實現變速恒頻的;有的則是發電機與電力電子裝置、微機控制系統相結合而實現變速恒頻的。它們各有其特點，適用場合也不一樣。為了充分利用不同風速時的風能，應該對各種變速恒頻技術做深入的研究，盡快開發出實用的，適合于風力發電的變速恒頻技術。 　　3恒速恒頻風電機組的控制 　　3.1風電機組的軟啟動并網 　　在風電機組啟動時，控制系統對風速的變化情況進行不間斷的檢測，當10分鐘平均風速大于起動風速時，控制風電機組作好切入電網的一切準備工作:松開機械剎車，收回葉尖阻尼板，風輪處于迎風方向�？刂葡到y不間斷地檢測各傳感器信號是否正常，如液壓系統壓力是否正常，風向是否偏離，電網參數是否正常等。如10分鐘平均風速仍大于起動風速，則檢測風輪是否已開始轉動，并開啟晶閘管限流軟起動裝置快速起動風輪機，并對起動電流進行控制，使其不超過最大限定值。異步風力發電機在起動時，由于其轉速很小，切入電網時其轉差率很大，因而會產生相當于發電機額定電流的5～7倍的沖擊電流，這個電流不僅對電網造成很大的沖擊，也會影響風電機組的壽命。因此在風電機組并網過程中采取限流軟起動技術，以控制起動電流。當發電機達到同步轉速時電流驟然下降，控制器發出指令，將晶閘管旁路。晶閘管旁路后，限流軟起動控制器自動復位，等待下一次起動信號。這個起動過程約40S左右，若超過這個時間，被認為是起動失敗，發電機將被切出電網，控制器根據檢測信號，確定機組是否重新起動。 　　異步風電機組也可在起動時轉速低于同步速時不并網，等接近或達到同步速時再切入電網，則可避免沖擊電流，也可省掉晶閘管限流軟啟動器。 　　3.2大小發電機的切換控制 　　在風電機組運行過程中，因風速的變化而引起發電機的輸出功率發生變化時，控制系統應能根據發電機輸出功率的變化對大小發電機進行自動切換，從而提高風電機組的效率。具體控制方法為: 　�。�1）小發電機向大發電機的切換 　　在小發電機并網發電期間，控制系統對其輸出功率進行檢測，若1秒鐘內瞬時功率超過小發電機額定功率的20%，或2分鐘內的平均功率大于某一定值時，則實現小發電機向大發電機的切換。切換過程為:首先切除補償電容，然后小發電機脫網，等風輪自由轉動到一定速度后，再實現大發電機的軟并網;若在切換過程中風速突然變小，使風輪轉速反而降低的情況下，應再將小發電機軟并網，重新實現小發電機并網運行。 　�。�2）大發電機向小發電機的切換 　　檢測大發電機的輸出功率，若2分鐘內平均功率小于某一設定值（此值應小于小發電機的額定功率）時，或50S瞬時功率小于另一更小的設定值時，立即切換到小發電機運行。切換過程為:切除大發電機的補償電容器，脫網，然后小發電機軟并網，計時20S，測量小發電機的轉速，若20S后未達到小發電機的同步轉速，則停機，控制系統復位，重新起動。若20S內轉速已達到小發電機旁路轉速則旁路晶閘管軟起動裝置，再根據系統無功功率情況投入補償電容器。 　　3.3變槳距控制方式及其改進 　　風力發電機并網以后，控制系統根據風速的變化，通過槳距調節機構，改變槳葉攻角以調整輸出電功率，更有效地利用風能。在額定風速以下時，此時葉片攻角在零度附近，可認為等同于定槳距風力發電機，發電機的輸出功率隨風速的變化而變化。當風速達到額定風速以上時，變槳距機構發揮作用，調整葉片的攻角，保證發電機的輸出功率在允許的范圍內。但是，由于自然界的風力變幻莫測。風速總是處在不斷地變化之中，而風能與風速之間成三次方的關系，風速的較小變化都將造成風能的較大變化，導致風力發電機的輸出功率處于不斷變化的狀態。對于變槳距風力發電機，當風速高于額定風速后，變槳距機構為了限制發電機輸出功率，將調節槳距，以調節輸出功率。如果風速變化幅度大，頻率高，將導致變槳距機構頻繁大幅度動作，使變槳距機構容易損壞;同時，變槳距機構控制的葉片槳距為大慣量系統，存在較大的滯后時間，槳距調節的滯后也將造成發電機輸出功率的較大波動，對電網造成一定的不良影響。 　　為了減小變槳距調節方式對電網的不良影響，可采用一種新的功率輔助調節方式-RCC（RotorCurrentControl轉子電流控制）方式來配合變槳距機構，共同完成發電機輸出功率的調節。RCC控制必須使用在線繞式異步發電機上，通過電力電子裝置，控制發電機的轉子電流，使普通異步發電機成為可變滑差發電機。RCC控制是一種快速電氣控制方式，用于克服風速的快速變化。采用了RCC控制的變槳距風力發電機，變槳距機構主要用于風速緩慢上升或下降的情況,屋頂風機，通過調整葉片攻角，調節輸出功率；RCC控制單元則應用于風速變化較快的情況，當風速突然發生變化時，RCC單元調節發電機的滑差，使發電機的轉速可在一定范圍內變化，同時保持轉子電流不變，發電機的輸出功率也就保持不變。 　　3.4無功補償控制 　　由于異步發電機要從電網吸收無功功率，使風電機組的功率因數降低。并網運行的風力發電機組一般要求其功率因數達到0.99以上，所以必須用電容器組進行無功補償。由于風速變化的隨機性，在達到額定功率前，發電機的輸出功率大小是隨機變化的，因此對補償電容的投入與切除需要進行控制。在控制系統中設有四組容量不同的補償電容，計算機根據輸出無功功率的變化，控制補償電容器分段投入或切除。保證在半功率點的功率因數達到0.99以上。 　　3.5偏航與自動解纜控制 　　偏航控制系統有三個主要功能:（1）正常運行時自動對風。當機艙偏離風向一定角度時，控制系統發出向左或向右調向的指令，機艙開始對風，直到達到允許的誤差范圍內，自動對風停止。（2）繞纜時自動解纜。當機艙向同一方向累計偏轉2.3圈后，若此時風速小于風電機組啟動風速且無功率輸出，則停機，控制系統使機艙反方向旋轉2.3圈解繞;若此時機組有功率輸出，則暫不自動解繞;若機艙繼續向同一方向偏轉累計達3圈時，則控制停機，解繞;若因故障自動解繞未成功，在扭纜達4圈時，扭纜機械開關將動作，此時報告扭纜故障，自動停機，等待人工解纜操作。（3）失速保護時偏離風向。當有特大強風發生時，停機，釋放葉尖阻尼板，槳距調到最大，偏航90o背風，以保護風輪免受損壞。 　　3.6停車控制 　　停機過程分為正常停機和緊急停機。 　�。�1）正常停機 　　當控制器發出正常停機指令后，風電機組將按下列程序停機:①切除補償電容器;②釋放葉尖阻尼板;③發電機脫網;④測量發電機轉速下降到設定值后，投入機械剎車;⑤若出現剎車故障則收槳，機艙偏航900背風。 　�。�2）緊急故障停機 　　當出現緊急停機故障時，執行如下停機操作:首先切除補償電容器，葉尖阻尼板動作，延時0.3秒后卡鉗閘動作。檢測瞬時功率為負或發電機轉速小于同步速時，發電機解列（脫網），若制動時間超過20S，轉速仍未降到某設定值，則收槳，機艙偏航900背風。停機如果是由于外部原因，例如風速過小或過大，或因電網故障，風電機組停機后將自動處于待機狀態;如果是由于機組內部故障，控制器需要得到已修復指令，才能進入待機狀態。 　　4變速恒頻發電機組的控制 　　4.1同步發電機交一直一交系統的控制 　　這種類型的風電機組采用同步發電機，發電機發出的電能的頻率、電壓、電功率都是隨著風速的變化而變化的，這樣有利于最大限度地利用風能資源，而恒頻恒壓并網的任務則由交一直一交系統完成。 　�。�1）風輪機的控制 　　風輪機的起動、控制、保護功能基本上與恒速恒頻機組相似，所不同的是這類機組一般采用定槳距風輪，因此省去了變槳距控制機構。 　　（2）發電機的控制 　　發電機的輸出功率由勵磁來控制。當輸出功率小于額定功率時，以固定勵磁運行;當輸出功率超過額定功率時，則通過調整勵磁來調整發電機的輸出功率在允許的安全范圍內運行。勵磁的調整是由控制器調整勵磁系統晶閘管的導通角來實現的。 　�。�3）交-直-交變頻系統的控制 　　這里的變頻器的概念與普通變頻器的概念是不一樣的。普通變頻器是將電壓和頻率固定的市電（220/380V，50Hz），變成頻率和電壓都可變的電源，以適應各種用電器的需要，如果用于變頻調速系統，則電壓和頻率根據負載的要求不斷地改變。相反，這里的變頻器則是將風力發電機發出的電壓和頻率都在不斷改變的電能，變成頻率和電壓都穩定（220/380V，50Hz）的電能，以便與電網的電壓及頻率相匹配，而使風電機組能并網運行。 　　所謂的“交-直-交”變頻，是變頻方式的一種，是將一種頻率和電壓的交流電整流成直流電，再通過微機控制電力電子器件，將直流電再逆變成某種頻率和電壓的交流電的變頻方式。 　　風力發電機發出的三相交流電，經二極管三相全橋整流成直流電后，再由六只絕緣柵雙極型電力晶體管（IGBT），在控制和驅動電路的控制下，逆變成三相交流電并入電網。逆變器的控制一般采用SPWM-VVVF方式，即正弦波脈寬調制式變壓變頻方式。采用交-直-交系統的變頻裝置的容量較大，一般要選發電機額定功率的120%以上。 　　4.2雙饋發電機的控制 　　目前的風電機組多采用恒速恒頻系統，發電機多采用同步電機或異步感應電機。在風電機組向恒頻電網送電時，不需要調速，因為電網頻率將強迫控制風輪的轉速。在這種情況下，風力機在不同風速下維持或近似維持同一轉速。效率下降，被迫降低出力，甚至停機，這顯然是不可取的。與之不同的是，無論處于亞同步速或超同步速的雙饋發電機都可以在不同的風速下運行，其轉速可隨風速變化做相應的調整，使風力機的運行始終處于最佳狀態，機組效率提高。同時，定子輸出功率的電壓和頻率卻可以維持不變，既可以調節電網的功率因數，又可以提高系統的穩定性。 　�。�1）雙饋電機的工作特性 　　雙饋電機的結構類似于繞線式感應電機，定子繞組也由具有固定頻率的對稱三相電源激勵，所不同的是轉子繞組具有可調節頻率的三相電源激勵，一般采用交-交變頻器或交-直-交變頻器供以低頻電流 　　。 　　當雙饋電機定子對稱三相繞組由頻率為f1（f1=P.n1/60）的三相電源供電時，由于電機轉子的轉速n＝（l-s）n1（s為轉差率，n1為氣隙中基波旋轉磁場的同步速率）。為了實現穩定的機電能量轉換，定子磁場與轉子磁場應保持相對靜止，即應滿足:ωR＝ω1-ω2，其中:ωR是轉子旋轉角頻率;ω1是定子電流形成的旋轉磁場的角頻率;ω2是轉子電流形成的旋轉磁場的角頻率。由此可得轉子供電頻率f2＝S.f1，此時定轉子旋轉磁場均以同步速n1旋轉，兩者保持相對靜止。 　　與同步電機相比，雙饋電機勵磁可調量有三個:一是與同步電機一樣，可以調節勵磁電流的幅值;二是可以改變勵磁電流的頻率；三是可以改變勵磁電流的相位。通過改變勵磁頻率，可調節轉速。這樣在負荷突然變化時，迅速改變電機的轉速，充分利用轉子的動能，釋放和吸收負荷，對電網的擾動遠比常規電機小。另外，通過調節轉子勵磁電流的幅值和相位，可達到調節有功功率和無功功率的目的。而同步電機的可調量只有一個，即勵磁電流的幅值，所以調節同步電機的勵磁一般只能對無功功率進行補償。與之不同的是雙饋電機的勵磁除了可以調節電流幅值外，亦可以調節其相位，當轉子電流的相位改變時，由轉子電流產生的轉子磁場在氣隙空間的位置就產生一個位移，改變了雙饋電機電勢與電網電壓向量的相對位置，也就改變了電機的功率角。所以雙饋電機不僅可調節無功功率，也可調節有功功率。一般來說，當電機吸收電網的無功功率時，往往功率角變大，使電機的穩定性下降。而雙饋電機卻可通過調節勵磁電流的相位，減小機組的功率角，使機組運行的穩定性提高，從而可多吸收無功功率，克服由于晚間負荷下降,車間負壓通風降溫設計，電網電壓過高的困難。與之相比，異步發電機卻因需從電網吸收無功的勵磁電流，與電網并列運行后，造成電網的功率因數變壞。所以雙饋電機較同步電機和異步電機都有著更加優越的運行性能。 　�。�2）風力發電中雙饋電機的控制 　　在風力發電中，由于風速變幻莫測，使對其的利用存在一定的困難。所以改善風力發電技術，提高風力發電機組的效率，最充分地利用風能資源，有著十分重要的意義。任何一個風力發電機組都包括作為原動機的風力機和將機械能轉變為電能的發電機。其中，作為原動機的風力機，其效率在很大程度上決定了整個風力發電機組的效率，而風力機的效率又在很大程度上取決于其負荷是否處于最佳狀態。不管一個風力機是如何精細地設計和施工建造，若它處于過載或久載的狀態下，都會損失其效率。從風力機的氣動曲線可以看出，存在一個最佳周速比λ，對應一個最佳的效率。所以風力發電機的最佳控制是維持最佳周速比λ。另外，由于要考慮電網對有功功率和無功功率的要求，所以風力機最佳工況時的轉速應由其氣動曲線及電網的功率指令綜合得出。也就是說，風力發電機的轉速隨風速及負荷的變化應及時作出相應的調整，依靠轉子動能的變化，吸收或釋放功率，減少對電網的擾動。通過變頻器控制器對逆變電路中功率器件的控制�？梢愿淖冸p饋發電機轉子勵磁電流的幅值、頻率及相位角，達到調節其轉速、有功功率和無功功率的目的，既提高了機組的效率，又對電網起到穩頻、穩壓的作用。 　　整個控制系統可分為三個單元:轉速調整單元、有功功率調整單元、電壓調整單元（無功功率調整）。它們分別接受風速和轉速、有功功率、無功功率指令，并產生一個綜合信號，送給勵磁控制裝置，改變勵磁電流的幅值、頻率與相位角，以滿足系統的要求。由于雙饋電機既可調節有功功率，又可調節無功功率，有風時，機組并網發電;無風時，也可作抑制電網頻率和電壓波動的補償裝置。 　�。�3）雙饋風力發電機組應用前景廣闊 　　綜上所述，將雙饋電機應用于風力發電中，可以解決風力機轉速不可調、機組效率低等問題。另外，由于雙饋電機對無功功率、有功功率均可調，對電網可起到穩壓、穩頻的作用，提高發電質量。與同步機交一直一交系統相比，還有變頻裝置容量小（一般為發電機額定容量的10～20%）、重量輕的優點，更適合于風力發電機組使用，同時也降低了造價。 　　將雙饋電機應用于風力發電的設想，不僅在理論上成立，在技術上也是可行的。與現有的風力發電技術相比，無論從經濟性，還是可靠性來看，都具有無可替代的優勢，具有很強的競爭力，有利于風電機組國產化的進程，其發展前景十分廣闊。 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