基于向心涡轮机发电的工业供热蒸汽能量梯级利用系统性能分析

针对纯凝机组工业供热改造普遍存在供热供需参数不匹配的现象,考虑工业供热高温高压工况下的适用性,提出采用向心涡轮机膨胀做功的方式对抽汽进行供需参数匹配,实现抽汽能量梯级利用。以某国产330 MW热电联产机组工业供热改造为例,构建了热力系统模型,对比传统直接减温减压和采用向心涡轮机发电2种供热参数匹配方案的系统性能,评估系统不同供热流量和变工况下各性能指标的变化规律。计算结果表明,与减温减压方式相比,相同供热参数下向心机涡轮供热参数匹配方案的综合效益显著,额定工况下主机发电煤耗率可降低0.89g/(kW·h),抽汽㶲效率可达97.66%,直接经济效益相对提升1.04%,碳交易成本相对减少0.34%,且系统各方面相对性能优势随系统供热流量的增加而扩大。

基于数据挖掘的直接空冷机组背压预测及优化

为实现直接空冷机组冷端优化,以机组历史运行数据为基础结合数据挖掘与深度学习算法,提出了一种直接空冷机组冷端运行优化方法。首先,对获取的历史运行数据进行稳态筛选、工况划分,结合高斯混合模型算法确定机组多元工况下背压基准区间;然后,使用Spearman系数法选取特征变量,结合门控循环单元神经网络构建直接空冷机组背压预测模型,对比背压基准区间与背压预测值给出背压的优化建议和预警信息;最后,将该方法应用于某亚临界300 MW空冷凝汽式机组。研究结果表明:提出的背压优化方法能够给出有效的背压预警信息,实现空冷机组冷端优化运行。

基于Jeffcott理论等效叶片组的叶盘模型建模方法及分析

转子系统建模时叶片与轮盘的耦合关系导致矩阵方程阶数过高,难以解析,通常情况下采用直接将叶片等效为附加转动惯量,再将叶片-轮盘作为刚性圆盘整体的方法,但是这种建模方法在高转速、长叶片的情况下会割裂叶片与转子之间的能量耦合关系,导致模型误差急剧增大。在考虑叶片与轮盘耦合的情况下,以一阶临界转速及模态近似为等效准则,将有限元模型中的周向环绕叶片组等效为正交各向同性的刚性圆环,并通过理论推导和计算得到等效后轮盘半径与原始叶片-轮盘模型之间的关系,并进行了ANSYS仿真对比。结果表明:等效方法可在显著降低原始叶片-轮盘模型自由度的同时保证等效模型的可靠性。

基于声发射参数分析的滑动轴承故障诊断方法研究

本文通过研究声发射产生机理,探索了一种基于声发射参数分析的滑动轴承故障诊断方法。首先,我们使用实验台模拟了滑动轴承的三种润滑状态,并使用声发射技术获取不同润滑状态下的数据。接着,我们对所采集到的声发射信号进行了能量均值和功率谱熵均值的计算,并提出了一种基于散度指标的滑动轴承润滑状态诊断方法。本研究采用了多参数结合的指标诊断,将该方法与单一能量参数分析法进行对比,发现单一能量参数分析法不能很好地反映出滑动轴承的润滑状态,而采用多参数结合的指标诊断方法在信号适应性和区分度方面表现更佳。因此,本研究结果为滑动轴承故障诊断提供了一种有效的方法。

海岛直流微网复合储能系统控制策略设计与实现

针对海岛直流微网中发电微源输出功率不稳定造成的母线电压大幅度波动问题,基于300 kW海洋能集成供电系统的功率输出特点,采用由蓄电池和超级电容组成的复合储能系统,对其3种拓扑结构进行了对比分析,优选了对该供电系统而言最佳的拓扑结构,并提出了一种新型复合储能协调控制策略。该控制策略依据母线电压的3个阈值将系统划分成5个工作区域,储能系统依据直流母线电压值实现充放电工作模式的自动识别和切换;以蓄电池为主要出力单元,避免超级电容的频繁投切,减少不必要开关动作造成的系统谐波。利用搭建的实验平台验证了所述控制策略的有效性和可靠性。

槽式太阳能非共沸混合工质系统综合评价

针对中低温槽式太阳能定温热源,采用低沸点的二元非共沸混合有机工质作为动力循环进行发电。在满足热物性、安全及经济性的要求下,将R245fa与R152a组成8种不同质量配比的混合干工质,根据热力学定律,建立亚临界热力系统数学模型。并采用窄点温差分析法,分别从热效率、效率、膨胀比、环境代价等多角度对比分析循环特性。结合多方面因素,利用层次分析法构建多指标能效综合评价模型。经过模拟计算,结果表明：工质R245fa/R152a（0.68/0.32）作为本系统的动力循环的综合性能表现较优。

基于序列数据异常趋势识别的故障诊断方法

在专家诊断经验中经常会采用序列数据的变化趋势作为诊断依据。由于重大设备诊断缺乏故障样本,多以专家经验为依据,使一般的定性趋势分析方法不易在智能诊断系统中直接应用。因此,提出了一种融合专家经验的序列数据趋势识别方法。该方法基于专家对趋势特征的描述,以模糊矢量形式描述序列数据的变化趋势。然后通过趋势识别决策树,实时判断数据趋势类型。将该方法应用于汽轮机故障案例中,验证了该方法提取的趋势特征可有效提高汽轮机故障诊断模型的准确度。

燃气轮机健康维护知识获取与表达推理的框架

针对当前燃气轮机健康维护工作中知识搜集不全面、知识可移植性差、知识推理效率低等诸多问题,提出了一个知识获取、表达与推理的系统性框架。首先借助故障模式及影响分析法与故障树分析法,从不同角度获取燃气轮机健康问题诊断必要的专家知识;然后基于本体建模对已获取的专家知识进行结构化表达和管理,采用本体公理和自定义规则相结合的方式对故障知识进行搜索与推理;最后,以某实用燃气轮机为对象说明该知识工程框架在燃气轮机健康维护系统中的应用。

新型槽式太阳能集热器光学及热力学性能分析

针对传统槽式太阳能集热器聚光不均匀导致较大热应力的情况,提出了一种新型加装聚光器的槽式集热器,并利用蒙特卡罗光线追迹法以及有限元法分析了新型集热器的聚光特性、热应变以及热应力等特性,得到了集热管周围的热流密度分布,再以此为基础分析了集热管周围圆周方向的温度场分布,从而对集热管的热应力进行了计算。结果表明:相较于传统槽式集热器的集热管,新型太阳能槽式集热器的集热管在管周方向的热流密度分布更趋均匀,从而应力、应变分布也有明显改善,可有效提高集热器的使用寿命。

利用故障因果信息的汽轮机故障智能诊断研究

汽轮机结构的高度耦合导致一些故障模式在轴系振动形式上具有相似的特征,难以区分。为了更加精确诊断故障模式,提出将故障原因信息融入诊断模型中,实现与维护工作有机结合的故障因果链推理。首先,基于FTA和FMEA分析提出将机理因果网用于总结诊断知识的方法。然后,采用LeakyNoisy-Or/And模型将机理因果网转化为贝叶斯网络模型,并分析模型中不确定性关系的物理含义。最终,将故障机理分析结果转化为3层贝叶斯网络推理模型。在碰磨故障的2个诊断案例中,根据故障原因的排查结果,将模型进行反复推理,获得更准确的故障因果链,同时,可为维修工作反馈排查建议。在故障诊断研究中创新性地提出一种网络化的知识表达形式与智能化过程,为汽轮机故障诊断这类主要依赖经验知识、缺乏故障样本的诊断问题,提供了一种新的思路。

槽式太阳能热发电储热系统控制策略研究

储热系统(TESS)是槽式太阳能热发电系统的重要组成部分。由于太阳能资源具有强烈的随机性、间歇性与波动性,为进一步提高系统的整体可靠性,以满足变工况运行的需要,对槽式太阳能储热系统控制策略进行了优化研究。以储热系统中的核心设备油/盐换热器里的熔融盐蓄热工质为重点研究对象,采用比例、积分、微分(PID)控制理论,在MATLAB/Simulink仿真环境下搭建了系统数学模型。利用临界比例度法确定了控制系统中诸多关键参数,整定了PID控制器中的比例系数、积分时间等物理量,并分析了阶跃扰动下比例(P)控制、比例积分(PI)控制、PID控制这3类不同控制系统的各自动态响应特性。仿真对比分析结果表明:较另外2种控制方式,PID控制更能有效地削弱由于外界扰动而引起的储热系统振荡,其动态响应速度更快、调节时间更短,可满足运行稳定性的要求。采用PID控制,降低了槽式太阳能储热系统的控制难度,提高了对外界气象资源变化的适应性。该研究结果在学术与工程层面均有一定的指导意义。

600～699MW级集中式高背压型空冷机组热电联产系统仿真与性能分析

以我国最具代表性的600~699 MW级空冷发电机组为例,采用Ebsilon软件建立集中式高背压型空冷机组热电联产系统模型,分析不同工况下机组发电量随高背压热负荷占比变化的规律,获得机组整体收益随电热价比变化的结果。结果表明:当外界热负荷一定时,可以通过调整高背压热负荷占比得到实际最大发电量并通过算例得到这一具体数值,且其要小于理想最大发电量;当外界热负荷与电热价比变化时,本文确定了采用何种运行策略可使机组整体性收益最大。研究结果可为空冷热电联产机组提供可参考的运行策略。

计及损耗的风电机组运行指标基准值研究

针对风电机组在运行时出现有功功率较低、运行状态不佳等问题,提出了考虑机组损耗特性的双馈风电机组运行指标基准值的研究方法。首先,研究了运行机组的风力机系统、传动系统、发电机系统出现的能量损失,构建了机组优化指标体系;结合机组的历史数据,根据风速划分机组的运行工况,采用因子分析降低了关联参数的数据维度。然后,以有功功率作为聚类分析的中心点,获取机组运行参数的基准值。最后,形成机组在全工况下的运行参数的基准值表。依据运行参数的基准值,在线调整机组的运行状态;同时,根据新产生的数据不断更新机组的基准值,形成闭环。利用贵州某风电场2 MW双馈风电机组的实测数据,对所提出的模型进行了分析与验证。对比未采用优化模型的机组,采用优化模型的机组发电量提高了3. 4%。风电机组运行优化模型能够提高风电机组的发电量、提升机组的经济效益;同时,该模型为风电机组的运维奠定了基础。

不同太阳能热源下混合工质ORC系统性能分析

工质性质是影响有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)系统性能的重要因素之一。在不同热源温度下,对采用R601、R245fa作为组分的9种不同质量配比工质的ORC系统热力性和经济性进行计算,然后采用灰色关联法对系统性能进行分析及综合评价,并与纯工质的性能进行对比。研究表明,混合工质系统的热力学指标与温度滑移大小近似成反比。当温度滑移大于5K时,纯工质性能更优,且经济性也优于混合工质系统。综合来看,热源温度一定时,灰色关联度随着蒸发温度的升高呈现先增大后减小的趋势;混合工质R601/R245fa(0.1/0.9)的温度滑移最小,其性能也最优。采用R601和R245fa混合作为工质的系统在热源温度为160℃时,灰色关联度最大,系统性能更优。

基于提取振源方向的频谱类型识别

振动频谱类型的识别决定汽轮机振动故障的诊断方向。为了提高在线识别精度,创新性地将核独立元分析(KICA)和故障重构思想引入振动频谱识别,提出一种基于振源方向的频谱类型识别方法。首先,基于核独立元分析方法,从频谱数据中提取激振力信息。然后,借鉴故障重构的思想,在样本独立元空间中提取故障振源特征方向,建立频谱类型识别库。最后,通过实时对振动频谱在各类故障特征方向上的重构识别,判断频谱类型。采用该方法对试验台数据和某机组实际振动频谱数据的识别进行了验证,并与基于欧氏距离的相似性识别方法进行了对比,证明了该方法的优越性。基于提取振源方向的频谱类型识别的研究,可为汽轮机振动故障智能诊断提供更加准确、可靠的频谱征兆信息,也为同类机械振动频谱智能识别提供了新的解决方案。

汽轮发电机参数对电力系统阻尼的影响

基于小信号分析理论,构建了用于电力系统次同步振荡和低频振荡分析的统一系统线性化模型,并进行了适当简化,主要包含轴系、汽轮机及其调速系统、发电机及其励磁系统和输电线路模型,并采用复转矩系数法对机械阻尼和电气阻尼特性进行了分析。不同参数配置对系统阻尼的影响不同,重点考虑了调速系统参数(油动机行程反馈时间常数T2、调速器转速前馈系数K2、汽轮机高压容积时间常数Tcs及再热器蒸汽容积时间常数Trhs)和电气参数对系统阻尼的影响。结果表明:调速系统参数对系统阻尼的影响主要集中在低频段内,并会提供较大的负阻尼;而电气参数对系统阻尼的影响则主要在次同步频段内。研究结果可为电力系统低频振荡和次同步振荡的抑制提供依据。

核电汽轮机组扭振在线监测装置的设计与应用

针对核电汽轮发电机组轴系的扭振问题及核电安全性需求,设计并研制应用于核电半速机的轴系扭振在线监测装置。该装置可以在线监测汽轮机组轴系扭振相关的参数,实时分析轴系的扭振状态。故障分析过程中,根据扰动力矩的形式分别采用模态叠加法和逐步积分法,对多个危险截面进行响应分析,在线评价轴系的扭转疲劳安全性。通过对扭振在线监测、分析过程涉及的理论、方法和技术的整合,形成一套扭振监测与分析技术解决方案。阐述该装置的关键技术原理与工程化设计流程,完成从理论框架到工程技术的转化,并在国内核电汽轮发电机组投入使用。

计及建筑蓄能的综合能源系统优化调度

针对传统用户侧综合能源系统在优化调度过程中未充分利用建筑蓄能特性的问题,建立了以燃气轮机为主体的冷热电三联供系统,并将太阳辐射、围护结构传热过程以及室内空气蓄热等因素考虑进去对建筑进行建模,通过设置温度舒适区间使建筑蓄能参与到优化调度过程中。利用该模型,以最低运行成本为目标对四种典型场景进行对比分析,计算得出四种场景运行成本分别为187.01$、316.52$、191.55$、319.13$。结果表明,围护结构不仅能够隔热而且具有蓄热特性,它与室内空气共同构成建筑蓄能环节,能够根据热量需求以及电价变化参与到系统调度过程中,完成热电解耦或制冷需求调节;充分利用建筑蓄能特性能够有效降低运行成本。

基于温度参数的风电机组异常识别

文章针对风电机组运行过程中机组早期的异常状态识别问题,提出一种考虑有功功率的基于机组温度参数变化特性的风电机组异常识别模型。首先,分析风电机组各系统与温度相关的参数。然后,利用相关性理论,确定了与有功功率相关的温度参数:齿轮箱高速轴轴承前端温度、齿轮箱高速轴轴承后端温度、齿轮箱油温、发电机驱动端轴承温度、发电机非驱动端轴承温度、发电机定子绕组温度,形成了异常检测的参数体系。再次,以正常状态下机组温度参数的偏度和峰度的最大区间作为阈值,建立风电机组异常识别模型。最后,采用滑动窗口对机组运行状态进行在线监测。通过实例研究发现,当机组发生异常状态时,温度参数的偏度或者峰度超过了阈值,比警报提前了15 d。该识别模型为风电机组的早期故障预警提供了参考。

考虑风速波动的风电机组状态评估

风速的随机性影响了机组的运行状态,降低了机组的可靠性。为了准确、及时地在线评估风电机组的运行状态,提出了一种基于波动率的风电机组在线状态评估方法。首先,根据风速与监测参数的相关性分析和监测参数的方差、偏度、峰度和均值分析,确定了机组状态评估指标参数体系。然后,提出了对数波动率的定义,采用波动率分析机组运行指标参数的波动。通过分析正常状态机组的历史数据指标参数的波动率轨迹,确定了机组运行状态等级的划分。最后,采用双滑动窗口,实现了对机组运行状态的在线评估。将该方法用于贵州某风电场两台2 MW机组,其在线状态评估结果符合实际情况。该方法考虑了风速的随机性对机组造成的影响,为风电机组的动态研究奠定了基础。