电力输送的基本方式篇(1)

Abstract： The conventional power transmission and wireless power delivery in the transmission principle are introduced， this paper mainly describes the specific structure of conventional power transmission especially overhead line transmission and wireless transmission with different transmission distance by using transmission principle. And from the three aspects of transmission that are flexibility， safety and economy，through comparing the advantages and disadvantages with two kinds of power transmission， the wireless power transmission in the transmission process shows good prospects for development. The three principles of the wireless transmission respectively describe the main development directions.

关键词：电力输送；架空线路；无线；磁耦合共振

Key words： power transmission；overhead line；wireless；magnetic coupling resonance

中图分类号：F407.61 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）20-0193-03

0 引言

电能从被探索、研究，到全面应用，在人类历史上不到300年历史，却已极大地推动了人类社会的进步；现今，人们的日常生活以及社会的正常运转，工厂的生产作业都离不开电能，它与人类息息相关，是最重要的能源之一。而输电，即电能的传输在该过程中是极其重要的环节，是电力整体系统的关键组成部分，它与变电、配电和用电一起构成整个电力系统[1]。通常，人类所能支配的电能由发电厂产生，经由负荷中心调控，分配到下级用电单位；这个过程中，输电将相距几十至数千千米不等的发电厂与负荷中心联系起来，使电能的利用超越地域的限制，更加灵活、方便，相较于其他能源的输送具备效率更高、损耗更低、环境污染程度小等优点。

目前，大规模建设的电网电力传输，因铺设方式与结构形式的不同，可简单划分为架空输电线路输送和地下输送线路输送；架空输电由线路杆塔、导线、绝缘子等构成，架设在地面之上。地下线路主要是使用电缆，铺设在地下或水域下。架空线路以其架设及维修相对方便，成本也较低优势相对于地下线路造价高、铺设难度大、发现故障及检修维护等均不方便的缺点，使得采用架空线路输电是最主要的方式。而地下线路主要用于架空线路架设困难的地区，如城市或其他特殊地区输电。架空线路输电是有线电力传输主要作业方式，大部分电力传输都涉及该种形式，一般远距离输电，需要提高电力电压进行输送，如传输距离超过50km，输送电压要求达到110kV，为高压输电，配套的设备（如变压器等）设备要求高，相应的使用和维修成大，同时输电过程存在的较大危险隐患以及维修困难等缺点；容易受到气象和环境（如大风、雷击等）的影响而引起故障，电网的形成需要占用大量土地，超高压或特高压交流输电还会造成电磁干扰等，在如今科技高度发展，电网覆盖程度不断壮大的今天，以出现诸多不便与困扰。

无线电力传输是近十年来得到极大重视和不断研究、发展的电能传输手段，该项技术早在19世纪中后期就被特斯拉提出，认为可以借用地球本身与大气来进行远距离输电，后来虽然由于资金等原因未能实现[2]，但这一理论研究为无线输电提供了研究的基石。目前，无线电力传输还不是很成熟，在一些领域，尤其是手机、家用电器等用电设备的供电与充电已研发出相应的产品；但是，如常规的电力输送（以架空输电为例），实现远距离的基站与基站的电力传输还停留在实验阶段或因传输效率等问题未能实现大面积使用推广。在今后的不断研究中将突破技术障碍，实现无线输电电网的改革。目前，最远的无线传输是2015年3月12日，日本三菱重工也宣布，科研人员将10千瓦电力转换成微波后输送，其中的部分电能成功点亮了500m外接收装置上的LED灯，说明无线传输在取代和应用是可能的。

1 常规电力传输

常规电力传输是现今电力传输的主要实现方式，基于电流在导体中传导，进而传送电能的基本原理来完成整个过程。其中最主要的架空线路传输一般由导线，传导电流的核心部分；避雷针，置于杆塔顶，减少雷击的可能，保证输电线的安全；杆塔，支撑线与避雷针，保证线与线、线与地面之间的距离；绝缘子，使线之间、线与地面之间绝缘；金具，支撑、固定和连续线与绝缘子；杆塔基础，确保杆塔不会因为外力或突发事件（如大风、地陷等）而上拔、下沉或倾倒；拉线，用来平衡导线横向载荷，减少导线之间张力，降低使用成本；接地装置，通过基杆塔的接地线或接地体与大地相连，防止雷击时线路损坏。针对特殊地域（跨河、跨海等）和城市电路输送，常采用地下输送线路输送，可基本消除雷击影响的可能，不占用可使用土地，但铺设和维护成本过高，不适用远距离输送，使用范围窄；除却与杆塔相关的构建，其余组成与架空线基本相同，增大了绝缘性能，防止电流泄露。

2 无线电力传输

无线电力传输根据输电距离可分为三类，即短程无线供电、中短程无线输电和远程（超远程）无线电力传输[3-4]。不同的无线输电方式所采用的原理存在差异，但其基本构成基本由五部分组成，分别为电源（发电设备）、整流器、逆变器、线圈（可为变压器或发射电波线圈）、负载（用电设备）组成，具体结构如图1。短程无线供电是基于电磁感应原理运作的，最典型的电磁感应在输电中的应用是变压器使用。变压器由一个磁芯和二个线圈（初级线圈、次级线圈）组成；当初级线圈两端加上一个交变电压时，磁芯中就会产生一个交变磁场，从而在次级线圈上感应一个相同频率的交流电压，电能就从输入电路传输至输出电路，实现短距离或超短距离电能的传输[5]。电磁感应突出的特点是带点端与用电端可为非接触式连接，其电能发射端的线圈（连接电源）与接收端的线圈（用电产品），处于两个分离的装置中，电能通过感应线圈传送，这类似一个线圈间耦合不紧密的变压器。这种变压器原理适用于供电的防水设计、不能直接接触的供电设计（如人造器官的电池充电）等新型技术的需求。

中短程无线电力传输是基于电磁共振耦合或电磁波射频的原理实现的，当供电与用电设备之间的距离大于感应线圈直径的8倍时，此时穿过电磁感应线圈的磁感应强度大幅削弱，使电能传输的效率降低而严重影响电能的传输。而电磁共振耦合可实现超过该距离的电能传输，具体而言，整个传输系统由两个主要的线圈构成[6]；一个线圈与电源相连向外发射电磁波，为非辐射型磁场，另一个线圈的固有频率设计为磁场频率相同，振荡电流最强，而“接收”电磁波，实现电―磁―电的转化，即一个无线的电能传输。借用电磁共振耦合的原理完成的无线输电距离已完全覆盖了常规工厂或家庭电器设施用电和手机等电子设备充电的需求，使充电和用电变得更加便捷是重要的应用方向。

远程或超远程无线电力传输使用的技术手段是微波和激光[7]。一般认为以无线电磁波的形式进行远距离的电力传输不太合适，因为理论认为，电波波长越长其定向性越差、弥散性越高。而微波波长在300MHz～300GHz是介于无线电波与红外线之间，兼具无线电波传递方向性好与红外线衍射（穿透性）的特点，可用于远距离能量的传输；激光具备定向性、高亮度性和高能量性，在忽略阻碍物的条件下，很适合电能的远距离无线输送，但穿透性差且由于激光的高能量性可能带来安全隐患。因而，目前两种方式以其各自的优点在远程无线电力输送中都作为研究的方向。

3 优缺点比较

3.1 灵活性

灵活性即电力输送距离可灵活变化，对于某一需求电路可直接使用或变化输电距离时添减材料和设施可以达到。对于有线电力传输，是通过电流在导体内传递来传输电能的，在不考虑超高电压输送情形下，一定范围内改变输送距离，只需设置对应的架空线即可；即便改变距离超过对应电压可输送的距离，为了降低输送过程中电能的损耗，提高输送线路电压及其安全配到设施、升高线路距地高度就能满足输送要求。具体的各级电压电力线路合理的输送功率和输送距离如表1[8]。

无线电力传输根据传输距离的不同所选择的传输工作原理也有差异，短距离――电磁感应，中距离――电磁共振耦合，长距离――微波或激光[9]；对于不同距离的电力输送和供电需求设计的电力传输装置，其工作原理是预先设计并固定使用的，用途和适用范围（距离）不容易改变，针对性强，但使用灵活性较差。同时，由于无线电力传输原理多，使用面更广，对于有线输电不易或不可能完成的传输作业均可实现，如“免电池”无线鼠标、植入式医学器件充技术、“无尾”电视、外太空能量向地面的输送等均是无线输电广泛应用表现形式[10]。

3.2 安全性

常规电网或家庭、工厂布线都离不开电线与连接元件，防止电线直接在空气中造成触电或线与线之间的短路，通常在电线周围裹上绝缘子等绝缘体。但是用电与输电时刻发生在人们的周围，大量的电线与插座等在绝缘子老化后，很可能造成触电或短路的危险，严重影响使用安全。而无线电力传输的主要三种均是以电――磁（电磁波或磁场）――电的形式传递，让“电流”通过空气或其他介质传播，不会使使用者或处于介质的人员有触电的感觉，且无线电力传输技术不产生辐射，部分已无线电力传输研发的产品其安全性已经通过FCC、IEEE和CCC等标准认证，不会产生危险，避免了带电插拔、电源线短路等等可能的安全隐患。如2008年8月英特尔信息峰会上演示了采用电磁共振耦合的原理隔空1m为60W等泡供电，虽然效率只有75%，但基本满足日常灯泡供电的距离需求，不会因为布置电线而存在任何隐藏的危险。在确保安全性的前提下，中短程无线供电方式将可以彻底解决家庭、工厂布线凌乱、电器位置固定、插座破坏建筑布置美观等等问题，具备可靠地安全保障[11]。

3.3 经济性

短程电磁感应中的磁场，中程或远程的电磁波（微波和激光可视为电磁波）传播过程中不需要介质，甚至在真空中的速度接近光速。电力传输只需铺设发射端和接收端，两端主要部件均由调理电路和线圈组成，检查两端是否能正常工作即可维护整个输电线路，成本较低。而常规的有线电力传输过程需要借助介质，一般为金属介质，虽然在传播速度同样接近光速，但传播距离和传播效率受介质影响。电网中使用较多的为架空线路，其使用的介质导线材质常使用的有三种材料――铜、钢和铝。以传递过程中的电压、传输距离及最大负载作为使用材质选择条件，使用最多的铜芯铝绞线，电压越高，导线截面越大。传输线路的铺设成本随距离的增加而增加，随电压的增加而增加。以铜芯铝绞线为例，由于传输距离的改变，承载功率由10kW增长到35kW，线截面积对应的由1mm2增加到6mm2。不仅如此，对于架空线路而言，配套的配电、杆塔和其他安全设施也极大提高了成本。电压提高时，相应的设备，尤其是与安全与传递效率相关的设备，成本呈几何线增涨。架空线大部分铺设在野外，而且高压输电杆塔较高，对于维护和修理的难度很大、成本较高。

4 无线输电的发展前景与方向

无线输电作为一种新型的技术还不太成熟，在传输效率与功率上还需进一步的高[12]。以磁感应原理的无线电力传输由于距离的限制，目前只应用于供电、用电部分距离很近的情形，如变压器和芯片信息识别等。中程的“磁耦合共振”是最可能替代目前架空线路的无线传输技术，其传输的距离和效率与两端线圈大小直接相关，实现两端线圈完美共振，并研发能提高传输距离与传输功率的线圈结构，将会对无线电力传输有着极大地推广作用；其次，工厂用电机械、家用电器、手机等用电设备的充电与电源之间的距离在“磁耦合共振”输电的距离之内，借用“磁耦合共振”代替传输导线、简化传输结构、提高使用安全为当前及今后无线输电的主要研究路线。随着科技的发展，对能源的需求与日俱增，地球能源有限，从太空获取额外的能源并输送到地面是将来发展的必然趋势，而远程的无线输电成了必要的基础，对微波与激光输电效率以及输电环境适应性成为今后的研究方向。

参考文献：

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[9]李照.无线电力传输技术的基本原理与应用前景[J].考试周刊，2011（57）：148-150.

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电力输送的基本方式篇(2)

关键词 输电配送；选址方法；重心法

中图分类号TM7 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）80-0031-02

0 引言

电网建设是我国在21世纪发展的重要领域和新经济增长基础工业，电网节点是现代电网运行建设的重要组成部分，其上是发电厂电源点、电网电源点，其下是电力客户。电力的输变配在整个电网运行建设过程中，与购电、输电配送、无功管理、电能质量管理、线损管理和电网运行建设环节一样，成为电网运行建设的基本功能之一，起到承上启下的作用。电网节点规模庞大，地处要塞，其建设和经营不仅会影响到周边地区，甚至影响到整个城市的经济发展，并且对所处区域的生态环境等都会带来重大影响。如何综合考虑地理位置、道路状况、输电配送距离、输电配送环节、输电配送线路选择、输电配送时效、输电配送成本等因素，科学选择规划电网节点数量与位置将直接影响电网运行建设成本与电力输电配送服务质量。

因此，在电网节点的投资建设之前进行周密详细的规划设计十分必要，而电网节点的选址则在其规划设计中占据核心地位，它不仅影响着电网节点的经营方式，而且也对电网节点的网络布局、经营收益率有着至关重要的决定性作用。从某种程度上来说，电网节点选址的优劣，影响着电网节点经营的成败。

1 电网节点选址基础概述

电网节点选址问题是电网运行建设配送研究的核心问题。传统的选择一般只是粗略考虑离负荷中心的远近、进出线方便、地形地貌、电网负荷容量等因素，缺乏科学有效的标准化评价方法与工具。

关于这方面的研究，国内外已经有许多专家学者提出了很多模型。其中重心法模型属于连续选址模型，它计算简单，电网节点地点的选址是不加特定限制，有自由选择的长处。与此同时，重心法模型的自由度过多，它认为输送费用只与电网节点与低压台区分配点之间的直线距离成正比，而且假定不同地点的建设、管理与输送费用相同，这显然与电力生产的实际不符。得到的选址结果往往不是最优的。针对这些问题，在考虑这些因素的情况下建立电网节点选址模型。

在普通的模型构建中，通常采用“费用”一词，而在日常的电力工作中，主要使用“成本”一词。在本文中，主要使用电力研究中常见的“成本”来替代费用，在某些模型叙述中，仍沿用“费用”一词。

2 电网节点选址方法

2.1 电网节点选址的一般方法

1）解析方法；2）最优化规划方法；3）启发式方法；4）仿真方法；5）综合因素评价法；6）专家选择法；7）模拟法。

2.2 电网节点选址的重心法

对于单一电网节点进行选址时，重心法是一种有效的方法。按重心法的表面意义理解，是将各分销点视为重量的质点，令运输量与运输费率之积为各质点的等效重量，重心是到各点距离最短的点，从而将寻求电网节点的选址问题转化为求重心坐标的问题。

重心法模型：设有n个电力用户，它们各自的坐标是，电网节点的坐标是（x，y），则有：，式中：H、hi、wi、di分别是从电网节点到用户端的总输送费用成本、从电网节点到用户端的输送费率、从电网节点到用户端的输送量和从电网节点到用户端的输送距离。

其中 ：

2.3 电网节点选址的CFLP法

当电网节点的能力有限制，这里我们可以看做电网节点的已完全确定的情况下，可采用CFLP法，从电网节点的备选地点中选出总费用最小的由多个电网节点（此处数值为假设值）组成的配电输送系统。

2.4 电网节点选址的Baumol - Wolfe 法

Baumol-Wolfe 模型是在CFLP 模型的基础上，综合考虑了电网节点无功空载等损耗成本。该方法假定电网节点的候选位置及其变动、固定存储成本已知，求解电网节点的个数、大小和位置，以使输电配送成本和无功管理成本之和最小。实际上在原始的CFLP模型中，存在存储成本这一概念，基于商品的特性与共性，我们可以看到电网无功具有与静置的商品基本类似的特点，因此在这里我们将无功损耗成本替换掉存储成本。

3 电网节点选址重心法模型改进

3.1 模型的假设

设有n个用户端，它们各自的坐标是，电网节点的坐标是（x，y），假设如下：1）运输费用只与电网节点和输送目标客户的直线距离有关，不考虑电网潮流方向与运行方式；2）选择电网节点时，不考虑电网节点所处地理位置的物业建设费用；3）各需求点的需求量已知；4）可以估计各个备选电网节点的固定费用（包括基本建设费和固定经营费）；5）可以估计经营管理产生的可变费用，并在总费用中加以考虑。

3.2 模型的建立

建立如下模型：

，MinF（x）=ρ1HIj+ρ1vIj+ρ2FIj；

在这个模型中，考虑了各个备选电网节点的固定费用（包括基本建设费和固定经营费）以及输配电过程中的可变费用，这样与实际情况更加接近。第一个式子是普通的重心法模型，第二个式子将电网节点的输电配送费用分成了三部分，即输送费用、固定费用和可变费用，并根据经验分别赋予它们一定的权数，这样计算比较得到的最优解更具有现实意义。

3.3 模型的计算

采用迭代法，通过迭代，得到各个备选的电网节点Ii。迭代法（Iterative Method）是数值分析的过程中，以一个初始估计为出发点，寻找一系列近似解来解决问题（一般是解方程或者方程组）的整个方法。一般来说，迭代法的算法定义可以表述为：在已给定的线性方程组x=Bx+f中（方程组中的x、B、f同是矩阵，而任意线性方程组都可以变换成此形式），用公式x（k+1）=Bx（k）+f（括号中为“Bx”的上标，代表迭代k次得到的x，初始时k=0）逐步带入求近似解的方法称为迭代法（或称一阶定常迭代法）。如果k趋向无穷大时limx（k）存在，记为x*，称此迭代法收敛。由此可以得出此方程组的解就是x*，否则称为迭代法发散。

3.4 重心坐标的求解

按重心法，将各配送点视为有质量的点为各质点的等效重量，中心是到各质点距离最短的点。这样，寻求电网节点的地址问题，转化成求重心坐标的问题。根据重心法的思路，可以容易求出重心坐标。

4 结论

传统的讲，电网节点需要有一定的供电半径，大城市城区里的电网节点的供电半径一般都在2km～3km以内，小城市一般在5km以内。在建设时还需要有进出线的线路走廊 需要有相应的空地。诸多不同情况的存在使得选址的设计与施工面临诸多非标准化的困惑，通过建立一个科学的模型，使用重心法，仅需考虑电力用户端总体覆盖区域，即可计算得到具有重要参考价值的电网节点坐标。在今后的电力生产中，可以作为一条科学标准得到应用。

参考文献

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[2]何林.变电站选址定容方法的研究与实现[J].天津大学，2010.

电力输送的基本方式篇(3)

【关键词】生物质电厂；输送系统；设备选型

前言

勉县凯迪生物质电厂1×30MW机组工程是利用当地林业废弃物、农作物秸秆和稻壳等燃料发电的项目，电厂性质为可再生能源项目。本工程一次建设1×30MW高温超高压供热机组。对于生物质电厂来说，其燃料系统的性能优劣直接影响到机组运行的安全和经济性，本文就其燃料输送系统的设计特点进行介绍和总结。

1 燃料设计资料

1.1 燃料分析资料

本项目燃料分析资料见下表：

检测项目 符号 单位 设计燃料 校核燃料

固定碳 Fcar % 11.2 11.2

收到基水分 Mar % 28.69 40.8

收到基灰分 Aar % 7.3 3.408

收到基挥发分 Var % 52.81 45

可燃硫 St，ar % 0.052 0.048

收到基低位发热量 Qnet，ar MJ/kg 10.69 9.55

1.2 燃料消耗量

燃料消耗量见下表：

燃料 小时耗量（t/h） 日耗量（t/d） 年耗量（104t/a）

设计燃料 30.228 665.016 24.18

校核燃料 33.945 746.79 27.156

注：日运行小时数按22小时计，年运行小时数按8000小时计。

2 燃料系统设计特点

本项目燃料系统设有四个干料棚，干料棚内的燃料通过组合式给料机或螺旋给料机送到皮带机上，然后通过皮带直接输送至锅炉。由于炉前料仓存在堵料、蓬料的风险，为了保证锅炉的运行稳定性，本项目采用的是物料通过皮带直接输送至锅炉的方案。

2.1 卸料系统

燃料全部通过汽车运输进厂，进厂燃料分为两大类，一类为整包料，主要是玉米、小麦秸秆等软质秸秆燃料；另一类燃料为成品料，主要是破碎好的林木废弃物等其它硬质秸秆。

对于软质秸秆，考虑采用整包进厂，大部分物料采用桥式抓斗起重机或移动卸料设备卸至破碎机料斗内经破碎直接输送至锅炉进行燃烧，这样可以减少倒运环节，降低运行成本，超过破碎机破碎能力部分整包料堆放在燃料棚内。

对于硬质秸秆，部分成品料直接由自卸汽车卸到干料棚内，通过给料机、带式输送机直接输送至锅炉进行燃烧。对于不是采用自卸汽车进厂的成品料，可以采用移动机械进行卸料，辅助以人工清扫车厢的残料的卸料方式。

2.2 给料设备

除锅炉燃烧外，生物质发电的另一个设计难点就是给料系统。由于生物质燃料供应的多样性，不同种类燃料的分份、比重、外形都有较大的不同：即使是同种燃料，其物理性质受外界的影响会很大；另外燃料供应的季节性也较强，不同时间段内可能将燃用不同的燃料。因此，给料系统在方案设计时要充分考虑以上因素的影响。

目前，用于生物质电厂给料设备主要包括以下几个方面：板式给料机，活底料仓给料机，无轴螺旋给料机，有轴螺旋给料机。

板式给料机，一般安装在汽车卸车沟中，为满足来料变化的要求，启动平稳，对破碎后的燃料给料能力强，缺点是造价偏高，带负荷启动能力差。

活底料仓给料机，适用于破碎后硬质燃料，对于粒度≤50mm的燃料输送效果较好，但是存在给料不均匀，出力不稳定的问题。

无轴螺旋给料机适用于缠绕性不强、物料粒度大的燃料，由于本项目设计燃料有小麦秸秆类软秸秆，同时螺旋体刚性不够，易断裂损坏。由于此类设备存在问题较多，目前在新建电厂中此类给料设备基本已经不再应用。

有轴螺旋给料机是目前使用最多最普遍的生物质燃料给料设备，应用非常广泛。针对本项目，由于主要燃料为包含树皮、林业丢弃物以及小麦玉米秸秆等，种类各异，软硬质秸秆均有，所以本工程破碎后的燃料采用有轴螺旋给料机。

2.3 破碎设备

目前在国内生物质发电项目中，不同规格不同出力的破碎机产品比较多，使用效果是各不一样，价格差别很大，主要是两类产品。

第一类，小出力的破碎机，这种设备以国产为主，设备性能较好，产品比较成熟，缺点是刀具易钝化，基本每天要求磨刀几次，不适宜长期稳定运行。

第二类，大出力的破碎设备，这类产品国内市场上厂家较少。

在进口破碎机产品上，在中国市场上在生物质发电领域有应用业绩目前有2家，一个是丹麦的M&J破碎机，一个是美国的威猛破碎机，此类产品的特点是价格昂贵，产品性能好，能够长期稳定运行。

针对该项目，根据选定的燃料技术方案，在本工程中，厂内破碎设备使用进口破碎机作主要破碎机型；厂外使用国产破碎机作为补充备用。这样能保证机组的稳定运行，又节约了工程投资。

2.4 输送设备

根据对国内大部分的生物质发电项目进行调研和收资，燃料输送系统一般都能满足使用要求，输送设备主要包括以下几种：普通带式输送机、大倾角带式输送机、挡边带式输送机、链式输送机、管状带式输送机等。

目前国内采用普通带式输送机的生物质电厂用的较多；管带机在节约占地、密封输送等方面有一定的优势，但由于在给料段和卸料段需要一定的展开距离，本项目输送系统距离较短，管带机无优势；链式输送机只能整包上料，不应用于燃用多种燃料的电厂。大倾角带式输送机一般适用于场地受限的情况。针对本项目的具体特点，输送设备采用普通带式输送机，通过加大一级带宽和降低带速，来防止运行过程中撒料现象的发生。

2.5 其它辅助设备的选型

燃料系统其它辅助设备主要包括汽车衡、计量装置、喷雾抑尘设备、除铁器等，都是厂用设备，是比较成熟的产品。由于目前还没有适合生物质电厂的采样设备，目前投产的生物质电厂均采用人工采样，因此本项目也按人工采样考虑。

3 总结

生物质发电工程中燃料输送系统是一个极其重要的环节，由于煤与秸秆在物理特性方面有很大差异；每个生物质电厂受地域影响，导致燃料特性差异较大；受气候的影响，燃料的处理和储存工艺差异较大；受燃料收集影响，导致实际燃料和设计燃料的差异较大，多方面的原因导致燃料输送系统的设计方案多样化。本项目在设计时，考察和调研了国内众多的生物质电厂及燃料设备制造厂家，进行了多次技术交流。在以后进行生物质电厂设计时，根据项目的具体特点和燃料特性来选择合适的相关设备，从而保证燃料输送系统的设计是安全可靠性和经济性。

电力输送的基本方式篇(4)

【关键词】胶带输送机；电控系统

灵露煤矿是內蒙古扎赉诺尔煤业有限责任公司下属煤矿之一，灵泉露天煤矿于1960年开始建设，1966年5月投产，设计能力为年产0.60 Mt/a的中型露天煤矿。1974年进行改扩建，生产能力扩大到年产1.80 Mt/a，于2007年生产能力核定为2.00Mt/a。随着开采深度的加大，剥采比逐渐增大，采用露天开采方式继续进行本井田深部储量的开采，在技术和经济上已经极不合理，因此，扎赉诺尔煤业有限责任公司决定对灵泉露天煤矿深部储量采用井工方式开采。本井田内构造简单，地质构造主要以断裂为主，但基本分布在浅部，移交采区基本不受断层影响，煤层走向局部有小的褶曲，对开采无影响。由于本井田地质构造简单，适合规划大型采区和高产高效工作面。灵露煤矿采用走向长壁采煤法，综采放顶煤采煤工艺。综采放顶煤装备已在本矿区成功运用，通过生产实践证明综采放顶煤装备完全可以满足本井的生产要求。

主斜井输送机担负全矿井的煤量运输，设计选用1.2m宽钢丝绳芯胶带输送机，小时能力960t，以满足矿井的稳产和高产。由于此设备是井下运输的关键，本胶带输送机由宁夏天地西北煤机公司整机供货，胶带由银河德普胶带有限公司生产。

依据输送设备的技术规格要求宁夏天地西北煤机公司公司进行了整机设计及相关部分的外协。主要技术特征：

输送能力 960 t/h

机长 1247 m

倾 角 13°47’

输送带运行速度 4.0m/s

电机功率 4×500kW

胶带 ST4000

1、胶带输送机

驱动装置布置在机头处，布置形式为2：2形式，电机为防爆型YBPT450-4电机，采用挠性联轴节与可调试液力耦合器相连，耦合器填充液为阻燃性磷酸盐酯液体。硬齿面平行轴减速箱为弗兰德公司提供，具有风冷性能。其二级传动轴装有逆止器。驱动滚筒直径1600mm，传动滚筒表面采用铸胶菱字型胶面，改向滚筒采用平胶面。所有铸胶、平胶均采用阻燃材料，传动滚筒、改向滚筒表面胶层的形成方式为硫化橡胶覆面。轮毂与轮轴之间采用胀套方式联接，驱动装置为焊接整体底座，进行消除应力处理，确保整体强度和安装质量。

输送机运行速度为4m/s，在此运行情况下进行检查、验带确有困难，若停车查验距离过长，则延误生产，故增设一套验带装置，以0.5m/s速度运行，采用离合器操作。制动机构设于两套驱动装置上为液压控制双衬盘垫卡钳闸盘制动。带式输送机拉紧装置拉紧距离DYL-01-8/300，液压泵站驱动电机。机尾部分根据设计带面高度1000mm，尾部滚筒直径1000mm，故须将尾部机架抬高，上带面呈倾斜状。托辊、中间架、支腿均相应架设。

2、电控系统

由于提升机采用交-交变频驱动技术更趋平稳，国内外使用技术都较为成熟。综合成本和价格都趋于下降，特别是交-交变频驱动在四象限运行方式、动态特性等性能与直流驱动相当，且具有电机结构简单、便于维护、惯性矩小、加速电流小、效率高等诸多优势，故电控系统采用交-交变频供电的交流驱动系统。

主斜井胶带输送机由四台660V 500kW交流鼠笼电动机驱动，采用较先进、节能的RHVC-高压电机变频调速装置，可实现带式输送机的起动和停车。设胶带输送机跑偏、纵撕、打滑、机头溜槽堵塞、急停、驱动滚筒温度保护、烟雾、洒水等保护装置以及胶带输送机沿线信号装置。

主斜井皮带机房设高、低压配电室及控制室，筛选车间主厂房与主斜井皮带机房联合布置。高压开关柜选用KYN28Z-7.2型户内铠装型移开式交流金属封闭高压开关柜；低压开关柜选用交流低压配电柜；高压6.3kV母线、低压380V母线均采用单母线分段系统。

高压开关柜为主斜井胶带输送机电动机配电，低压配电柜为主斜井井口房内胶带输送机附属设备、控制系统设备等380/220V低压负荷配电。

（1）胶带输送机监控系统与可调式液力耦合器及胶带运输机保护装置相配合，和全矿井监控系统联网运行，组成一个完善的煤流控制系统。

功能：

1）多种控制方式可供选择，设有远程联动，本机集控、单机控制、就地检修（调试）四种工作方式。2）在工控机上可集中控制胶带机、给煤机等设备的开停，逆煤流方向联锁起动、顺煤流方向联锁停止。控制部分输送机的联锁起动、停止；按胶带机所需的起动、运行、停止特性实现自动张紧、软起动、功率平衡、可控制动和下运制动等功能。3）检测保护功能齐全，设有急停闭锁、打滑（超速）、跑偏、断带、纵撕、堆煤（堵塞）、满仓、超温、洒水、烟雾、张力下限等多项保护。4）配置视频图象监视装置，可实现监视现场设备的工作状态。5）配置通信信号装置，可实现胶带输送机沿线起动预告、打点信号联络和语音通信。6）控制机采用14”大屏幕TFT彩色液晶显示器，可以动画、图形，汉字等方式直观显示工艺设备的运行状态、生产工况参数、设备故障状态等。7）具有菜单式操作界面，所有的保护值可通过光标、键盘设置、用户还可以根据现场情况屏蔽不需要的保护功能。8）出现停机保护时，自动弹出故障诊断画面，显示故障性质、地点。可快速定位故障，及时维护处理。9）具有历史数据、历史曲线查询，显示统计功能。10）接口类型丰富，配置有以太网、CAN、RS485及RS232接口，易与全矿井自动化系统、其它子系统和智能设备连接。11）连续空载启动及平滑地建立启动及正常停机力矩，即加减速度及启动时间的可调节性。12）对主驱动电机间实现功率平衡，胶带输送机监控系统对每一个驱动装置的电流、电压等进行采样，通过比较各电机电流与基准值相比来控制液力耦合器的充液量的多少，使得各电机间功率不平衡率小于5%，大于基准电流的减少充液量，以减少输出力矩，反之增加充液量。13）拉紧装置根据胶带负荷情况自动调整张力，并将张力、行程情况送至PLC监视器。

带式输送机具有较完整的保护功能：

1）60-23P型速度开关可提供速度检测及胶带打滑保护，动作于信号报警，严重时（超速15%）动作于停机。2）ROS-2D型防跑偏开关可提供二级跑偏保护，一级跑偏动作于报警，二级跑偏延时停机，延时时间根据需要设定。3）纵向撕裂保护，在每个装料点设有防撕裂传感器，信号瞬时动作于停机。4）电机、减速器、轴承、驱动滚筒于胶带之间、液压油、油温等的超温保护，动作于信号，严重时动作于停机。设定值根据各设备对温度的不同要求分别设定。5）设有电机短路、过载、断相、漏电、欠压等保护并动作于信号及停机。6）液压系统油位、油压超限保护，动作于信号，严重时动作于停机。7）设有煤仓煤位检测，用于自动控制胶带输送机的启停。8）设有闸瓦磨损保护开关，动作于信号。

PLC监控系统可自动识别鼓掌类型及地点，并即使发出报警型号，同时启动停机程序，并在LCD监视屏上显示故障地点及类型，便于维修人员的维护于检修。

电力输送的基本方式篇(5)

【关键字】电力交易 电网互联输送 运输问题 经济效益 合作博弈 鲁棒性

一、引言

电力交易与运输是运筹学中运输问题的一种典型运用。应该说电力交易管理是公司生产经营工作中的重点，直接关系到公司业务的最终体现，设计公司的核心利益，具有重要的研究意义与价值。电力输送指由发电厂或电源由某处输送到另一处的一种方式，由于早期技术不成熟，电能输送多采用直流输电，而后期逐渐演变成交流传送，相信以后技术成熟，会出现更加合适的电能传输方式。实质上，电力跨距离输配是一类具有特殊约束的运输问题，由此，文章从运输问题角度对电力交易和输送研究进行文献梳理和总结与展望。具体从如下几个方面进行阐述。

二、电力交易及电网输送互联商业化

1.国外的电力交易及电网输送研究

20世纪90年代以来，在国外，PANTO(S) M 和 GUBINA F[1]研究了电力输送分配因素对于电力交易服务定价的影响；KRASENBRINK B 和 PRIBICEVI C B[2]等就竞争激烈的市场中的综合规划发电和交易进行了研究；2002年，NGUYEN D H M 和 WONG K P[3]则研究了自然条件下的动态电力均衡状况和多均衡的竞争力市场。

Rau N[4]指出想要提出一整套标准化的设计方案，在当前是不现实的，并列举了许多暂时无法很好解决的问题，包括形成的区域输电组织与原有价格体系的冲突问题，规划统筹问题，输电过程中费用分摊问题，阻塞管理问题等等，并分析了可能的实用性举措。Ilic M[5]的研究描述了覆盖多个电力市场的跨区域输电组(IRTO)的组织设计构思。Khal Le[6]介绍了发电公司在区域输电组织模式下，如何进行报价。Li Chaoan 、Fu Shuti和Yi Su[7]则介绍了区域输电组织中实时平衡市场的优化和组织，用基于改进单纯性的线性规划算法来计划市场出清价格。Erli G[8]基于非合作博弈模型，分析了多区域电力市场下定价和系统运行的模型。Yoon X、Collison K和Hie M[9]共同，描述了在考虑各个区域是独立市场，且具有独立的价格体系的情况下，如何在多区域互联系统中确定电能传输服务价格。

总体来看，国外有关电力市场交易及输送的文献研究主要集中在如何将区域电价作为输电系统阻塞管理的手段，认为市场的收益将不仅仅局限在解除阻塞这样的问题上(KENT S、MARK H S、JORGE V，2004)[10]，而更需要依靠更多的基础投资，比如STAMTSIS G C 和 ERLICH I[11]提出要通过合理的发电厂投资及运营来获得收益。一个好的市场设计必须能避免传输约束之间的博弈，因为这个问题在管制系统里不会遇到。

目前，国外电力市场已发展到一定的成熟阶段，研究的重点已放到转运费用的分析计算上。

2. 国内的电力交易及电网输送研究

1998年，钟金[12]在其学位论文《电力市场条件下的交易分析与发电计划》中阐明了要在结合国外电力市场实践经验和中国电网互联初步商业化运营经验的基础上，研究探讨电网商业化运营应遵循的一些基本原则及其实现方法。文章对电网运行从统一调度到分散调度的变化所引起的系统优化分析方法的改变进行了研究，分析了几种典型交易分析方法，并提出了两种可用于不同情况的交易分析与决策模型。同时，文章分析了中国互联电网在向商业化运行方式转变的过程中出现的一些问题，并针对这些问题提出了可能的解决办法。

由于文章理论算法性较强而忽视了模型在现实中的具体应用实际情况，而体现出一定程度的不足。但是，文章在中国电网输送的互联商业化运营模型方面，仍带给学术界和国家以巨大的理论意义与现实意义。

Wei guo Xing [13]介绍了中国第一个跨区域电力交易的市场――三峡市场的前景，讨论了市场可能的组织结构，提出了未来中国电力市场主要为国家电力市场和区域电力市场的两层市场结构。王芝茗和冯庆东[14]给出了一个解决区域电力市场有约束实时调度的实用方法――等值发电机成本增量曲线法，以应用于区域电力市场输电服务决策。柏瑞，刘福斌，李灿等三人[15]提出了直接考虑网络约束的交易计划新方法，通过引入发电贡献因子和负荷汲取因子解决多级电力市场中存在的协调问题，并针对双边交易的特点，采用交易矩阵的方式建立了区域电力市场中Broker系统制定交易计划的数学模型。曾鸣和刘敏[16]针对我国目前的六大区域互联电网在形成区域性电力市场过程中面临的价格问题，通过借鉴国外经验，尤其是发展中国家的经验，并结合我国实际，分析研究促进我国区域电力市场形成的价格方案及调控机制。主要内容包括：趸售电价、包含转供和开放输电通道在内的输电价格、电力库运营模式、各类合同以及电力市场价格风险等方面。刘坤[17]则针对区域电网公司所拥有的调峰电厂在电网安全运营和平衡市场需求两个方面的重要作用，运用委托一模型，对电网公司和调峰电厂间最优合同模型进行设计，证明在对称信息条件下，当委托人是风险中性而人是风险规避型时，该最优合同能够达到帕累托最优风险分担和帕累托最优努力水平；电网公司可以在保证整个电网运营的安全性和稳定性的同时实现电网整体的利润最大。

王红蕾和魏一鸣（2007）[18]结合南方互联电网的实际情况，在满足电力撮合交易的条件下，运用贪心算法中的任务时间表方法分析了现行模拟电力市场中购售双方存在”就近购买”的行为，指出经济利益的分配是重要因素，并提出了具体的建议。这一点较之前的各类文献已经有很大进步，然而在理论应用和经济管理中的博弈思想体现的仍不明显。

进一步地，他们对南方互联电网从形成之初便开展商业化运营过程中，各主体行为进行了研究，认为只有对每一次电力交换所带来的利益进行合理的分配，才能调动区域电网的积极性，但是如果不真正实现利益共享，互联运行就难以实现（王红蕾，魏一鸣，2007）[19]；并指出联网效果不佳不是技术上的原因，而是由于在统一电力市场电能交易中存在着整体和局部利益的冲突。省间电力交易的价格应经过严格的经济调度和交易计划分析后确定，送电端所获利润应与受电端分享，依靠市场博弈来解决问题。而为了求出“购电整体最优”方案，文章运用了带权拟阵的贪心算法。

曾鸣、孙昕和张启平[20]考虑到我国电力系统管理和调度的实际情况，指出互联电网效果不大的深层次原因是电力运输在价格形成机制上和区域电力市场管理体制上的问题。在区域电力市场内省间电网的电力交易中，主要是由于管理体制的缺陷形成链式反应，引发一系列的矛盾和冲突，进而影响了各方参与跨省网交易的积极性。

由上述文献看来，我国的电力市场交易和电网输送研究还刚刚起步，国内确实有学者针对具有输电网络约束的电力市场模型进行了分析和研究，但是在输配电市场的建立与完善还有许多工作要做。电力交易与电网互联输送中存在着巨大的经济效益潜力，如何同时调动电网内供给者与接受者的积极性，充分发挥互联电网的效益，实现运输问题的最优，是目前的理论研究亟需解决的重要问题。

3. 中国的电力交易与跨区域电网输送――西电东送

“全国联网、西电东送、南北互供”是国家电力公司十五规划的工作重点。

史连军、韩放和张晓园[21]在2001年的《互联电网电力市场运行模式的研究》一文中研究了建立以运输问题理论为基础的互联电网电力交易的机制，促进东西部地区间的电力交换，优化资源配置，获取联网效益，迫在眉睫。他们针对互联电网电力市场运行模式，分析了互联电网的效益，提出了组织互联电网电力交易的三种基本模式，并讨论了电力交易类型和价格，研究出了互联电网联络线的调频与控制模式。这一文献，对运输问题在中国电力交易市场与跨区域电网输送领域的理论研究和中国西电东送工程在现实中的运用具有重要意义。

随着西电东送工程的推进，国内学者对区域电力市场的研究与实践也在不断深入，调度、定价、规划、公平合理的费用分摊与利益分配等已成为跨区域电力市场化交易的主要问题。

2007年，马文斌[22]在前人研究的基础上，在其《跨区域电力市场电力交易及管理研究》的学位论文中通过分析比较国外电力市场化进程，借鉴国外电力市场构建的成功经验，结合我国电力工业运营实际，系统地研究了我国跨区域电力市场的框架和运营的理论与方式，分析了在不增加电力需求侧用电成本的前提下增加电力企业收益、进而加强电力行业管理、实现和谐电力输送的一个重要思路。文章真正实现将运输问题从理论到实际的运用，对我国的“西电东送”事业拥有重要意义。

针对以上文献对中国西电东送工程研究的贡献和尚存不足，专家和学者在今后还需要在优化资源配置、实现最大经济效益、完善电力输送调度方式和管理模式等方面加以重点研究。

4. 运输问题在民营电力交易与输送中的应用研究

在我国民营的电力交易与电力输送网络中，民营送变电工程企业是电力行业内电网基建的施工方。而运输则是整个系统中具有增值效应的环节之一，在竞争激烈的行业背景下，提高运输效益是该类企业发展的必然要求，也是我国民营电力交易发展和提高经济效益的必然要求。从运筹学中运输问题的角度出发进行统筹规划，该类企业可考虑从以下几方面进行相关改善：建立管理信息系统；制定合作博弈的合理运榆计划；合理结合多种运榆方式和路线等。

基于上述实际经济意义，韦琦和刘秋兰[23]发表了论文《民营送变电施工企业的运输问题研究――以广东某送变电工程有限公司为例》，论文以广东某送变电工程有限公司为例，用运筹学的理论与思想，对民营送变电工程企业的运输问题进行了深入探究。其旨在探讨从运输问题方面提高该类企业经济效益的途径，从而提高整个民营电力交易网络的经济效益，为我国民营电力交易和输送网络整合出合理可行的运营方案。

总体而言，由于电力交易与输送在民营企业中的应用实际较少，因而关于运输在此类民营企业的电力输送中的研究文献也较少，尽管其运用可借鉴国家宏观的跨区域电力交易与输送，但是由于微观个体的差异性与独特性，不同民营企业中的电力交易与输送仍存在差异。基于此，学者在今后的研究中，应在对民营企业有个体独特性的分析上，具体问题具体分析，为不同类型和规模的民营企业提供适合其发展的电力输送方案。

三、电力输送中的合作博弈

目前已有一些学者运用博弈论对区域间交易决策优化进行了研究，包括Jukka R 、Harri E、Raimo P H、Bai X 、Shahidehpour S M、Ramesh V C、Tan X和Lie T T的合作与不协作情况下双边电力交易决策的研究[24-26]。J.Cardell、C.hitt和W.Hogan[27]提出电力市场并不是一个能够实现完全自由竞争的市场。发电厂和大用户都具有一定市场力，如果放任市场成员在市场中自由交易，将导致市场交易秩序混乱，市场价格失控，严重影响区域经济的协调发展。 Hirsch P、Lee S、Alvarado F 、Mares A Bolton Zammit、David J Hill和R John Kaye[28-30]等人则认为电力市场化的改革以及区域电力市场的建立应该结合现状，在现有调度和交易机制的基础上，利用市场的手段和方式，改进、完善和规范现有的调度和交易机制，而不是重新设计和建立一套全新的机制，使电力市场化改革给电力系统带来的安全隐患降到最小。

在费用分摊方面，D．Chatttopadhyay[31]首次在国际上提出应用Shapley值来分摊联网效益，随后，J．W. Marangon Lima、M．V F．Pereira和J．L．R．Pereira[32]提出运用同样的原理分析输电费用，而Y Tsukamoto、I.Iyoda和 J．E F．Wu[33-34]则研究了输电线路扩建成本的分摊原理。D．Chattopadhyay和 B．B．Chakrabarti[35]提出了无功网损的公理分摊方法，研究了输电成本的公理分摊等。

随着我国电力行业体制的改革，形成了利益主体多元化的分散管理格局。王先甲和李湘姣[36]提出，在这种格局下进行电网互联，就可能产生决策主体与多利益主体之间的利益冲突。电力跨区域交易决策时的特点是相应联络线的传输极限必须计及，以及相应输电费用必须计及，并应计算区域间交易带来的各种效益的量化值，以确定最优交易量、价格及时间。

一般来说，运输问题只能解决一个可以控制调度的运输系统，实现该系统中的运输优化。运用于电力系统中，由于市场机制和自由竞争，一个较大的电网布局系统通常是由若干子系统所构成的，并且这些子系统相对于大系统来说通常是独立的（不论从经济上还是行政上来看都是如此）。因此，在一个大的电网布局系统中，例如地区或全国等，尽管可以建立运输问题的优化模型并采用运筹学中的方法求得最佳调运方案，但是，这些最佳调运方案通常是无法实现的。因为全局最佳调运方案可能会损害一些在市场机制下具有优势的子系统的利益，给一些弱势的子系统带来额外获利。另一方面，全局最佳调运方案与市场机制下的自由竞争原则相违背，由于大系统不能控制子系统的调度，所以，必然会有一些子系统拒绝全局最佳调运方案。因此，在考虑运输费用或营运盈利时，每个子系统都会为了自身利益而局部地优化本子系统的调运方案，当从而破坏整体的帕累托最优性。

针对这一问题，张建高，郑乃伟[37]曾有所探究，他们在《合作博弈与运输优化》（2002年7月）中从博弈论的角度分析了区域性大系统中的运输问题，考虑了在这种运输系统中，由于各个子运输系统之间的相对独立性和彼此之间的竞争，采用运筹学中通常的运输问题模型是无法使这样的一个运输系统达到最优状态的。

这一文献从理论和实践的分析中证明出，要在区域性运输大系统中实现运输问题的最优解，允许各子运输系统之间结盟是必要的。遗憾的是，尽管此文已经初步阐明了博弈论在电力运输中的重要应用价值极其应用方法，但是它仍然没有摆脱理论算法的限制，也没有将运输问题与现实的管理问题、经济问题所结合。具体来看，表现在仍然遗留了关于运输合作博弈的两个问题：

（1）如果公共销地假设条件不成立，即至少有一个子系统垄断某个销地，运输合作博弈的特征函数还满足超可加性吗？

（2）对于运输合作博弈，是否存在一个线性规划或某种较好的算法，能同时求解全局运输问题最优解和运输合作博弈的核心，或者最小核心，或者核仁。

马文斌、唐德善和陆琳[38]分析了互联电网的特点和问题，指出跨区域互联电网合作的必要性，并结合运输问题的思想，运用博弈论构建了基于多人合作对策的互联电网合作对策模型，并采用核心法、Shapley值法和简化的MCRS法等分配方式进行了算例分析，探讨了不同计算结果的寓意。结果表明，博弈合作对策模型可以更好地体现各合作电网之间的相互影响，使得电力分配运输结果较传统方法更为合理，可以较好地应用于互联电网电力交易的优化决策。据此，他们发表了《基于合作博弈的互联电网电力交易优化分配模型》(2007)。

孔祥荣，韩伯棠[39]在其论文《基于合作博弈的运输分配方法》(2010)中指出，要按照合作博弈规则划分计算运输网络的夏普里值，提出了新型的运输分配方法。而在对物资进行科学分配的同时，综合考虑了运输资源的合理利用和成本最优，便于利益相关者形成稳定的合作同盟。

综合上述文献来看，基于合作博弈的电力运输分配方法超越了单纯追求费用最小或时间最短的传统原则，从管理角度合理利用各方资源，优化运输成本，同时达到稳定和均衡，真正实现了以管理学与经济学的完美结合。

四、鲁棒性在电力交易与输送中的体现

卢强、王仲鸿和韩英铎[40]指出，在现有的电力系统鲁棒控制策略中，有些是以单机无穷大系统为模型进行设计，但由于缺乏各个控制器之间的协调从而形成了“各自为政”的局面，达不到理想的控制效果。而另一些是以大系统整体模型为基础，以预先选定各控制器的结构作为约束条件而得到。理论上按这种方法所设计出的各子系统控制规律可使得总体性能指标在给定控制结构条件下达到最优，但当系统较大时，计算量可能无法接受。

张文泉、董福贵、张世英和陈永权[41]进行了发电侧引入竞争机制，使发电厂如何组合、发电资产如何重组成为电力市场的重要研究课题。研究叙述了近年来，在电源规划过程中，负荷需求、发电成本等许多因素日益呈现不确定性，制定发电规划必须考虑这些不确定性因素，从而使发电组合成为鲁棒性组合，即为《电厂鲁棒性组合研究》(2003)一文。他们的研究表明了，电厂鲁棒性组合的发电成本对不确定因素变化不敏感或反应迟钝，这不仅真正充分反映出电厂组合鲁棒性的真实内涵，也充分说明电厂组合鲁棒性研究的现实意义。

陈卓、李少波及郝正航[42]的《复杂电力系统鲁棒性协调控制研究》(2008)针对现有的电力系统鲁棒控制策略中存在的不足，提出了将关联测量控制理论与鲁棒控制相结合的控制策略。

鲁棒性在运输问题中的运用体现研究是一个比较新颖的课题，以往的研究大多强调系统内的控制策略和组合等，而对鲁棒性与经济效益的关系研究较少。专家和学者今后可就此方面进行进一步深入探析。

五、总结及展望

运输问题在电力方面的运用已经得到国家和各类民营企业的普遍重视，如我国的西电东送工程就是最好的例证。此前国内外专家和学者也已经对电力交易及电网互联输送、电力输送中的合作博弈理论和鲁棒性在电力交易与输送中的运用等各方面问题进行了研究。

对于运输问题在跨区域电力市场交易中应用的研究，在国内外都属于较新的课题。结合我国的特点，目前的研究和分析基本符合我国广大区域电力交易和输送的实际，对于建立和完善我国区域电力交易及电网输送理论，和进行跨区域电力市场交易研究具有一定的指导意义。但是，从整理的文献中，可以看到，当前的研究内容普遍比较零散，缺乏系统性和深度。主要表现在以下几个方面：

1.未能提出系统、具体、实用的跨区域电力交易体系、价格机制和跨区域输电费用分摊方法。

2.对于跨区域电力市场交易过程中的电力需求、尤其是长期需求的预测没有相对比较精确的方法。

3.对于供电企业管理的研究较少，没有在电力体制改革逐渐深化的情况下从供电企业内部管理上迸行深入分析研究，也没有对直接参与电力市场的电力大用户的管理机制进行深入研究。

由此可见，运输问题在我国跨区域电力市场的研究还有待进一步的深入。尚需要进一步研究的内容有主要以下几方面：

1.在跨区域电力市场运行过程中如何限制与消除地方保护主义和寡头主义对跨区域电力交易的障碍与影响。

2.怎样保证跨区域的电力市场交易规模与各个区域电网的发展相协调。

3.在根据适度超前及成本效益原则不断扩大联网规模的同时，怎样保证跨区域联网工程的整体经济性。

另外，鲁棒性在电力运输中的体现是运输问题在电力交易与输送领域运用的另一个研究方向与要点。在当前学术界研究的基础上，若能更加深入地对其进行实际运用上的探究，明晰系统鲁棒性与经济效益的深层关系，则能给中国的电力运输界带来更大的经济效益。

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电力输送的基本方式篇(6)

关键词：变频调速永磁电机 皮带运输 控制系统

当前技术条件支持下，变频调速永磁电机所具有的最显著优势在于：功率因素高、且工作效率高。在煤矿企业生产系统当中，变频调速永磁电机已具备取代传统意义上，交流异步电机的可行性，兼顾了良好的节能与经济优势。基于此，本文试针对皮带输送在变频调速永磁电机过程中的相关问题做详细分析。

1 变频调速永磁电机应用特性分析

带式输送机常规意义上所采取的电机设备多为异步电动机设备，在配合齿轮减速器装置、以及液力耦合器设备的基础之上，构成一个完整性的动力驱动系统。此种驱动系统实践应用中的机械故障比较频繁，工作效率较低，且在重载状态下的启动难度比较大。相对于此，建立在变频调速永磁电机基础之上的整个驱动系统可作用于对皮带输送机转动速度的调节工作，去掉了传统意义上的减速器装置、以及液力耦合器设备。

以某煤矿井下工作面皮带输送机设备为例，在实际工作当中就针对皮带输送机所应用的异步电极进行了改造，将其改造成为变频调速的永磁电机。该同步电动机的额定容量为55kW单位，额定电压为660V单位，额定频率为12Hz单位，转子结构为永磁结构。在该变频调速永磁电机与变频器相互配合运行的过程当中，可有效保障多驱动电机相互之间功率的平衡性。在应用方面的优势主要表现在以下几个方面：

①运行效率高。

②噪音低。

③运行平稳且可靠。

④启动转矩高。

⑤调速驱动稳定高效。

2 控制系统应用情况分析

在煤矿井下工作面皮带输送机设备的运行过程当中，调速装置中应用了现代化的IGBT变频调速理论、以及模糊控制理论。整个变频调速装置主要由以下几个部分所构成（包括变频调速系统、参数设定系统、以及显示系统这三个方面）。变频器的核心设置为基于IGBT的半导体开关器件及其驱动模块，在电流裕量方面有明显的优势。同时，该变频调速系统当中所设置的热管散热器在散热性能、维护性能、实用性能等方面均有显著优势。不但如此，整个调速装置自主电路到控制电路均应用光纤方式实现通信，以良好的抗干扰能力防止控制系统的运行出现误动动作。

同时，从控制算法的角度上来说，变频调速装置采用了先进性的控制算法，专门针对低转速大转矩三相永磁同步电机的变频调速运行特性，在控制算法方面选择了无线传感器矢量控制与直接转矩控制相结合的控制模式。此种控制算法的主要优势在于：稳态性能突出、低速启动状态下的转矩作用力较大、调速范围宽。

3 变频调速永磁电机的应用优势

在将以变频调速永磁电机为基础的皮带运输机应用于煤矿井下生产实践的过程当中，所表现出的主要优势包括以下几个方面：

①由于新改造后的系统取消了减速器以及液力耦合器设备，因而在皮带运输过程中的震动与噪音问题大大降低。同时，也使得整个系统正常运行状态下的电耗问题明显降低，运行效率大大提升。

②在新改造后系统运行过程当中，永磁电机能够在额定转动速度条件下确保恒转矩特性。即便在低频、低速、乃至低压性的运行状态下，电动机所提供的转矩仍然可满足皮带运输的基本需求。

③也正是由于新改造系统省却了一部分的设备，因而在日常维护过程当中，对于这部分零部件磨损的投入维护费用大大降低，进而在一定程度上可有助于皮带运输效率的提升。

4 结束语

通过本文以上分析需要认识到：在煤矿井下工作面，

皮带输送机的运行过程当中，通过对变频调速永磁电机的合理应用，使得皮带输送机内部所具备的减速器装置、以及液力耦合器设备被有效剔除，因此在降低皮带运输噪音，提高输送转矩等方面体现出了显著的优势。总而言之，本文就皮带输送中对变频调速永磁电机的应用展开了简要分析与说明，望能够引起同行人员的关注与重视。

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电力输送的基本方式篇(7)

关键词：输电；无线输电；实现方法

中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 12-0000-02

随着现代社会的不断发展与进步，人们对于电的依赖程度在逐步的增加，正是由于这种情况越来越多的人开始了积极对电力的输送进行研究，尤其是近几年来，对于电力输送的研究可以说是日新月异。在电力输送研究过程之中最为热门的方面就是无线输电方式，这种方式在实际的电力输送进行过程受环境影响较小，不用架设电线，节省了大量的人力与物力，因此受到了人们广泛的关注，并对其进行了系统的研究。中程无线输电是无线输电过程中较为先进和实用的输电方式，本文正是基于中程距离输电方法的实现方法与途径进行了有效的研究，希望为促进中程距离无线输电的发展带来积极的意义和价值。

一、中程无线输电的技术原理

中程无线输电方案的基本原理是电磁共振耦合理论，最早是由Powercast公司提出的，其基本原理是一种电磁波线圈技术，应用非辐射磁场进行的高效无线传输方式。中程无线输电技术中中程距离的定义为感应线圈半径8倍距离，这是中程无线输电的最远距离，如果电力传输的距离超出了这个限制，就会由于感应磁场强度较低，造成接受线圈无法准确高效的接受相应的电能。

具体而言，中程无线输电技术的整个装置主要包括两个线圈，一般这种线圈都是由铜制成的，每一个线圈都是一个相对独立的自振系统。但是这两个线圈在实际的工作之中各有分工。其中一个作为放射装置，另一个则为接收装置。发射装置与电源相连，也就是和传统的能量源相连，改线圈的主要功能是在其周围形成一个非辐射磁场，通过这种方式实现电能向场能的转换；另一个线圈的自振荡频率，主要作用是接受相应的电能，当然接收的就是非磁场辐射的能量，实现场能向电能的转换，中程无线输电技术的基本原理就是这样。

二、无线输电的分类

无线输电的研究相对较早，其历史可以追溯到上世纪初期，当时的主要研究者为Nicola Tesla。经过一个多世纪的不断研究与发展，现阶段无线输电的主要类型有三种：

（一）电磁波无线输电

短距离无线输电是最早产生的无线输电方式，该方式主要的借助电磁波来进行电能传播的，其主要的实现形式为电磁场。由于电磁场本身对能量就具有损耗，因此这中无线输电方式在实际的传输过程之中存在传播距离短，能量损耗大的弱点。但是，这种无线传输方式无源通信等方面却有着独特的功能，近些年，其主要的应用方向为无源RFID卡等。

（二）微波、激光无线输电

微波与激光在进行无线输电的过程中存在一个很大的有点就是方向性很强，另一个特点就是传输能量相对较为集中，在实际传输过程之中对于发射源的功率要求较小，即使很小的发射源也能实现这种无线输电的实现。目前已广泛应用于微波炉、气象雷达、导航和移动通信等。

（三）非辐射性谐振“磁耦合”等形式中程传输

这种无线电能输送方式就是传统的中程传输，这种无线电能传输方式的主要特点为传输距离较远，能耗较低，尤其是近几年来，随着无线输电技术的不断发展与进步，人们在针对手机、笔记本等小型用电产品的同时也在积极拓展其他领域，其中较为热门的领域就是医疗用具的输电问题，该方向已经成为现代电力无线传输的主要研究与发展方向。如果可以将这种无线中程传输技术进一步的挖掘和开发必将促进人类社会的极大进步。比如人造卫星、航天器之间的能量传输等，在太空的太阳光线没有地球大气层的影响，辐射能量十分稳定，是“取之不尽”的洁净能源。如果在静止轨道上建设太阳能电站，一年有99%的时间是白天，其利用效率比在地面上要高出6倍～15倍。随着全球环境污染和能源短缺问题日趋紧张，向太空要能源的需求愈发迫切。

三、中程无线输电的方案实现

电磁感应的基础理论和基本原理对于无线输电方案的实现有着十分重要的意义和价值，在实际的中程无线输电方案实现中最为基础的的支撑原理为毕奥萨伐尔定律：回路电流产生的磁感应强度与回路电流I成正比，故穿过回路的磁通也与回路电流I成正比；而磁通量的变化率和感应电势成正比，所以回路电流的变化率直接影响感应电势。

（一）谐振线圈

谐振线圈是中程距离无线输电的发射装置，这种线圈的半径决定了非辐射磁场的辐射能力，从而控制了有效磁耦合的发生半径。在实际的谐振线圈的选择与工作之中应该尽可能的提高电路的耦合度，为了实现该目标，我们通常是在传输线圈两端直接用市电通过整流稳压得到的高压直流电源，同时使用多管驱动，这种方式有效的提高了电路的耦合度，有效的提高了无线传输电能的效率。

在驱动信号的频率这方面，Powercast公司的电力传输研究结果表明只有当频率为900MHz左右时接收到的能量最强；在实际运用过程中，高的频率对电路、器件要求太高，所以一般10MHz的震荡频率比较合适；在位置上，两个振子的中轴线尽可能在同一条直线上，这样次耦合系数更高。

（二）线圈有效长度

线圈的长度对于电力传输的效率有着十分明显的影响，研究表明，当线圈的有效长度接近其工作频率半波（1/2波长）的正整数倍时，这时候的线圈效率相对最高，实现最佳的输电功率，进一步的实验表明当这个倍数增加时，线圈的效率还会进一步提高，但波长数（传输线圈长度）的增加与效率的提高不是成正比关系。环型线圈的直径增加时，线圈效率会提高，环型线圈的圈数增加时，线圈的效率也会进一步提高。

在电路中，线圈上的电压和电流会随电路负载的变化而变化，为此电路使用基本的补偿拓中的电容串联补偿电路，有效的补偿了绕组上的电压，从而降低了电源的电压定额；同时要实现传输电路的谐振，就要使传输电的阻抗显纯电阻性，对于串联的电路有Z=R+JWL-J1/WC，当JWL-J1/WC=0才会发生谐振，对于感性线圈的传输电路来说，当补偿电容C取值满足与电感在系统工作频率处谐振时，传输网络感纳与容纳抵消，为纯电导，从而尽可能的提高能量的传输效率。

（三）接收电力的设计与实现

接收电路是整个中程距离无线输电的最后环节，也是十分关键的环节。接收装置主要依靠接收线圈完成，在接收电路之中主要是应用变化的磁场转化为变化的电厂，闭合接收线圈的磁通量发生变化之后便会再回路之中产生感应电动势，继而产生电流，从而实现电能的接收，完成无线输电过程。在接收设备与负载之间经常会连接电容并联补偿电路，有效的补偿了绕组中的电流，从而稳定了电源的电流额定值。

四、结束语

中程距离无线输电具有传输方便，能耗较低，施工简单等特点，是电力输送过程的一项革命，对于现代电力输送有着十分重大的意义和价值，引起了人们广泛的关注与重视。在实际的电力输送过程之中应用充分注重这种方式的应用与实现，促进现代电力输送工作的发展，降低电力输送过程中的能源损耗。

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