2022 潮流能发电装置功率特性现场测试方法

犌犅／犜４１３４２—２０２２

目次

前言…………………………Ⅲ

１范围………………………１

２规范性引用文件…………………………１

３术语和定义………………１

４一般规定…………………２

４．１测试步骤……………２

４．２测试要求……………２

５流速测量…………………３

５．１流速测量仪器………………………３

５．２流速测量仪器布放位置……………３

５．３数值模型……………５

５．４流速参数的计算……………………５

６潮流能发电装置输出电功率测量………………………５

６．１电功率测量仪器……………………５

６．２电功率测量位置……………………５

６．３电力测试环境………………………６

７潮流能发电装置的功率特性……………６

７．１功率曲线……………６

７．２转换效率……………７

７．３年发电量……………７

附录Ａ（规范性）测试报告………………９

Ⅰ

书

犌犅／犜４１３４２—２０２２

前言

本文件按照ＧＢ／Ｔ１．１—２０２０《标准化工作导则第１部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定

起草。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

本文件由中华人民共和国自然资源部提出。

本文件由全国海洋标准化技术委员会（ＳＡＣ／ＴＣ２８３）归口。

本文件起草单位：国家海洋技术中心、国家海洋标准计量中心、天津大学、哈尔滨瑞哈科技发展有限

公司、山东电力工程咨询院有限公司。

本文件主要起草人：王项南、夏海南、张原飞、郭毅、贾宁、薛彩霞、李强、王静、徐春红、白志刚、杨勇、

朱月涌。

Ⅲ

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潮流能发电装置功率特性现场测试方法

１范围

本文件规定了潮流能发电装置功率特性现场测试的一般规定、流速测量、潮流能发电装置输出电功

率测量和潮流能发电装置的功率特性。

本文件适用于实海况条件下并网型或独立型电站的潮流能发电装置的功率特性测试。

２规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文

件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于

本文件。

ＧＢ／Ｔ１２７６３．２—２００７海洋调查规范第２部分：海洋水文观测

ＧＢ／Ｔ１２７６３．１０—２００７海洋调查规范第１０部分：海底地形地貌调查

ＧＢ／Ｔ２０８４０．１—２０１０互感器第１部分：通用技术要求

ＧＢ／Ｔ２０８４０．２—２０１４互感器第２部分：电流互感器的补充技术要求

ＧＢ／Ｔ２０８４０．３—２０１３互感器第３部分：电磁式电压互感器的补充技术要求

ＪＴＳ／Ｔ２３１４—２０２１水运工程模拟试验技术规范

ＩＥＣ６０６８８：２０１２将交流和直流电量转换成模拟信号或数字信号的电测量变送器（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ

ｍｅａｓｕｒｉｎｇｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓｆｏｒｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇＡ．Ｃ．ａｎｄＤ．Ｃ．ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｑｕａｎｔｉｔｉｅｓｔｏａｎａｌｏｇｕｅｏｒｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌｓ）

３术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

３．１

转换效率犮狅狀狏犲狉狊犻狅狀犲犳犳犻犮犻犲狀犮狔

潮流能发电装置的输出能量与流速的输入能量之比。

３．２

等效直径犲狇狌犻狏犪犾犲狀狋犱犻犪犿犲狋犲狉

犇Ｅ

潮流能发电装置的叶轮直径。

注１：对于水平轴潮流能发电装置，是指潮流能发电装置的旋转叶轮直径。

注２：对于垂直轴潮流能发电装置，是指等效变换为相同扫掠面积的水平轴潮流能发电装置的旋转叶轮直径。

注３：单位为米（ｍ）。

３．３

能量捕获截面积犲狀犲狉犵狔犮犪狆狋狌狉犲犪狉犲犪

潮流能发电装置捕获潮流输入能量的面积。

注１：对于垂直轴潮流能发电装置，是指潮流能发电装置的扫掠面积。

注２：对于无导流罩的水平轴潮流能发电装置，是指潮流能发电装置扫掠面积在流速方向上的投影面积。

１

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注３：对于有导流罩的水平轴潮流能发电装置，是指潮流能发电装置导流罩的最大截面积。

注４：单位为平方米（ｍ２）。

３．４

区间法犿犲狋犺狅犱狅犳犫犻狀狊

将测试的海流流速数据和电功率数据按照流速间隔分组的数据处理方法。

注：对于各区间数据，记录采集数与它们的和，并计算各区间内流速、电功率参数的平均值。

３．５

功率曲线狆狅狑犲狉犮狌狉狏犲

潮流能发电装置输出的有功功率与流速的关系曲线。

注：输入流速为狓轴，同一时刻的潮流能发电装置输出的有功功率为狔轴。

３．６

扫掠面积狊狑犲狆狋犪狉犲犪

潮流能发电装置叶片扫掠过的面积。

注１：对于垂直轴潮流能发电装置，叶片外廓（沿旋转轴各截面上离旋转轴最远的点的集合）旋转形成的轴对称曲

面，在平行于旋转轴的平面上的投影面积。

注２：对于水平轴潮流能发电装置，是指叶尖（叶片上距离旋转轴最远的点）绕旋转轴运动的轨迹（或路径）所包围

的曲面，在垂直于旋转轴的平面上的投影面积。

注３：单位为平方米（ｍ２）。

４一般规定

４．１测试步骤

潮流能发电装置功率特性现场测试的步骤应满足以下要求：

ａ）测试海域数据收集；

ｂ）对输入到潮流能发电装置能量捕获截面积范围内的潮流流速进行测量，计算该流速下的潮流

输入功率；

ｃ）与流速同步测量潮流能发电装置输出电压和电流，计算输出功率；

ｄ）通过测量的海流流速、流速的输入功率及潮流能发电装置的输出功率，绘制功率曲线、计算转

换效率、估算年发电量；

ｅ）编制测试报告。

４．２测试要求

４．２．１潮流能发电装置功率特性现场测试的基本要求包括：

ａ）应在潮流能发电装置调试完毕，正常运行期间开始测试；

ｂ）测试期间不应对潮流能发电装置所处海域的流场情况进行更改；

ｃ）测试期间不应对潮流能发电装置的物理结构、运行策略等进行任何形式的更改；

ｄ）应记录潮流能发电装置未到达切入流速而未发电的时间；

ｅ）应记录测试的总时间和测试期间潮流能发电装置因维护、维修、故障或风暴等极端海况潮流能

发电装置未工作的时间。

４．２．２所收集的数据应包括：

２

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ａ）测试海域海底地形、涨潮和落潮主流向、流速分布及流速最大值；

ｂ）潮流能发电装置的额定功率、额定输出电压、额定输出电流、额定流速、等效直径；

ｃ）其他与测试有关的数据。

对收集的数据，应对其可靠性及准确度情况进行全面分析，并做出对数据采用与否的结论。

４．２．３数据采集要求包括：

ａ）应同步测量海流流速和电功率参数；

ｂ）流速和输出电力参数应进行至少３０ｄ（７２０ｈ）的不间断测量，测试期间允许间断的时间总计不

超过２４ｈ；

ｃ）流速的数据采样间隔应不大于３０ｍｉｎ；

ｄ）电气参数的采样频率应不低于１Ｈｚ，数据采样间隔应不大于１ｍｉｎ。

４．２．４数据处理要求包括：

ａ）应剔除测试期间测量设备调试、故障时的流速数据和电气参数；

ｂ）应剔除测试期间潮流能发电装置因维护、维修、故障或风暴等极端海况潮流能发电装置未工作

时的流速数据和电气参数。

４．２．５测试报告应符合附录Ａ的规定。

５流速测量

５．１流速测量仪器

宜采用坐底式的测量方式，流速测量仪器应满足以下要求：

ａ）具备有效的出厂检验合格证书；

ｂ）测量准确度满足ＧＢ／Ｔ１２７６３．２—２００７中７．１．２的要求；

ｃ）能够测量流速测量点的流速最大值；

ｄ）能够连续记录具有时间标记的流速和流向数据；

ｅ）测量剖面能够覆盖到潮流能发电装置的整个能量捕获截面；

ｆ）在垂直剖面上，流速测量层间的间距不超过１ｍ。

５．２流速测量仪器布放位置

５．２．１双向发电潮流能发电装置

对于双向发电的潮流能发电装置，流速测量仪器的布放位置见图１，流速测量仪器的布放位置应满

足以下要求：

ａ）流速测量仪器布放在能够代表输入到潮流能发电装置扫掠面积内的流速值的位置上；

ｂ）流速测量仪器布放位置处的水深与潮流能发电装置所处位置的水深差异应不大于１０％；

ｃ）宜在潮流能发电装置涨潮侧的潮流主流向上，布放第一台流速测量仪器，流速测量仪器距潮流

能发电装置扫掠面的距离为２倍到５倍等效直径，用以测量涨潮时输入到潮流能发电装置扫

掠面积内的流速值；

ｄ）宜在潮流能发电装置落潮侧的潮流主流向上，布放第二台流速测量仪器，流速测量仪器距潮流

能发电装置扫掠面的距离为２倍到５倍等效直径，用以测量落潮时输入到潮流能发电装置扫

掠面积内的流速值。

３

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标引序号说明：

犇Ｅ———等效直径；

２犇Ｅ———２倍等效直径；

３犇Ｅ———３倍等效直径。

图１流速测量仪器布放位置示意图

５．２．２单向发电潮流能发电装置

对于单向发电的潮流能发电装置，流速测量仪器的布放位置见５．２．１中的要求。

４

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５．３数值模型

５．３．１测试海域出现以下情况之一，宜采用数值模型的方法确定流速测量仪器布放位置：

ａ）流速测量仪器布放位置处的水深与潮流能发电装置所处位置的水深差异超过１０％；

ｂ）其他影响测量输入到潮流能发电装置扫掠面积内流速值的情况。

５．３．２数值模型应满足以下要求：

ａ）建立模型所需的相关海底地形数据的补充测量满足ＧＢ／Ｔ１２７６３．１０—２００７的要求，海流数据

的补充测量满足ＧＢ／Ｔ１２７６３．２—２００７的要求；

ｂ）模型计算精度满足ＪＴＳ／Ｔ２３１４—２０２１的要求。

５．４流速参数的计算

按照流速测量要求，将潮流能发电装置能量捕获截面等分为犽层。该深度范围内的平均流速（狏）

按公式（１）计算，能量捕获截面积（犃）按公式（２）计算：

犽１／３

１３

狏＝狏狀×犫狀×狕狀…………（１）

（犃狀∑＝１）

犽

犃＝犫狀×狕狀…………（２）

狀∑＝１

式中：

狏———潮流能发电装置能量捕获截面范围内的平均流速，单位为米每秒（ｍ／ｓ）；

犃———潮流能发电装置的能量捕获截面积，单位为平方米（ｍ２）；

犽———潮流能发电装置能量捕获截面在深度上可分的层数；

犫狀———潮流能发电装置能量捕获截面第狀层的水平宽度，单位为米（ｍ）；

狕狀———潮流能发电装置能量捕获截面第狀层的垂直高度，单位为米（ｍ）；

狏狀———通过第狀层潮流能发电装置能量捕获截面的流速，单位为米每秒（ｍ／ｓ）。

６潮流能发电装置输出电功率测量

６．１电功率测量仪器

潮流能发电装置输出电功率的测量是基于每相电流和电压进行的，测量仪器包括电压、电流互感器

和功率变送器，测量仪器应具有有效的校准证书，且应满足以下要求：

ａ）电流互感器通用技术要求符合ＧＢ／Ｔ２０８４０．１—２０１０的要求，专用技术要求符合ＧＢ／Ｔ２０８４０．２—

２０１４的要求。电压互感器通用技术要求符合ＧＢ／Ｔ２０８４０．１—２０１０的要求，专用技术要求符

合ＧＢ／Ｔ２０８４０．３—２０１３的要求，电压、电流互感器的准确度不大于０．５级；

ｂ）功率变送器通用技术要求应满足ＩＥＣ６０６８８：２０１２的要求，准确度不大于０．５级；

ｃ）功率测量装置的量程应设置为潮流能发电装置的瞬间正负峰值，功率测量装置的满刻度量程

宜设在潮流能发电装置额定功率的－５０％～１５０％；

ｄ）如直接测量发电机不稳定功率，电流互感器最低测量频率宜达到２０Ｈｚ。

６．２电功率测量位置

根据独立型和并网型潮流能发电装置不同的电气结构，电功率测量位置应满足以下要求：

ａ）独立型潮流能发电装置电功率测量位置见图２，一般选择发电机输出端测点Ａ，如现场操作困

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难可选择整流器与蓄电池组的连接线测点Ｂ；

ｂ）并网型潮流能发电装置电功率测量位置见图３，位于潮流能发电装置电力变换系统与电网的

连接线测点Ｃ。配有蓄电池组的并网型潮流能发电装置，电功率测量位置参考ａ）。

图２独立型潮流能发电装置电功率测量位置示意图

图３并网型潮流能发电装置电功率测量位置示意图

６．３电力测试环境

电力测试环境应满足以下要求：

ａ）测试环境温度范围：０℃～４０℃；

ｂ）相对湿度：≤９０％。

７潮流能发电装置的功率特性

７．１功率曲线

功率曲线的绘制应满足以下要求：

ａ）应用区间法处理测试数据；

ｂ）宜采用０．１ｍ／ｓ的区间间隔；

ｃ）流速区间的划分应采用左开右闭的形式；

ｄ）应计算每个区间内流速平均值（狏狀）；

ｅ）应计算对应流速区间内电功率平均值［犘狀（狏狀）］；

ｆ）应绘制狏狀与犘狀（狏狀）的关系曲线。

区间法的计算结果如表１所示。

６

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表１区间法计算结果表

流速区间流速平均值输出电功率平均值

区间序号ｍ／ｓｍ／ｓｋＷ

１（０，０．１］狏１犘１（狏１）

２（０．１，０．２］狏２犘２（狏２）

３（０．２，０．３］狏３犘３（狏３）

４（０．３，０．４］狏４犘４（狏４）

５（０．４，０．５］狏５犘５（狏５）

６（０．５，０．６］狏６犘６（狏６）

７（０．６，０．７］狏７犘７（狏７）

８（０．７，０．８］狏８犘８（狏８）

…………

７．２转换效率

潮流能发电装置的转换效率计算应满足以下要求：

ａ）应用区间法处理测试数据；

ｂ）宜采用０．１ｍ／ｓ的区间间隔；

ｃ）流速区间的划分应采用左开右闭的形式；

ｄ）应计算每一个区间内平均流速下的输入功率（犘狆狀）；

ｅ）应计算每个区间内的转换效率（犆狆狀）；

ｆ）应绘制狏狀与犆狆狀的关系曲线。

每个区间内的潮流能发电装置转换效率按公式（３）计算，对应潮流输入功率区间数据的平均值按公

式（４）计算：

犘狀（狏狀）

犆狆狀＝…………（３）

犘狆狀

１３－３

犘狆狀＝２ρ犃狏狀×１０…………（４）

式中：

犆狆狀———对应第狀个数据区间的转换效率；

狏狀———第狀个流速区间数据的平均值，单位为米每秒（ｍ／ｓ）；

犘狀（狏狀）———对应电功率区间数据的平均值，单位为千瓦（ｋＷ）；

犘狆狀———对应潮流输入功率区间数据的平均值，单位为千瓦（ｋＷ）；

犃———潮流能发电装置的能量捕获截面积，单位为平方米（ｍ２）；

ρ———为测试海区平均海水密度，单位为千克每立方米（ｋｇ／ｍ３）。

７．３年发电量

年发电量的估算应满足以下要求：

ａ）应用区间法处理测试数据；

ｂ）宜采用０．１ｍ／ｓ的区间间隔；

７

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ｃ）流速区间的划分应采用左开右闭的形式；

ｄ）应计算每个流速区间速度均值（狏狀）的分布频率［犳狀（狏狀）］。

年发电量按公式（５）估算，可利用率按公式（６）计算：

犖ｂ

犃犈犘＝８７６６×