开题报告变速恒频风力发电机组的建模研究.doc

本科毕业设计开题报告 题 目：风电场常用等值建模方法的适用性分析专 题： 院 （系）：电气与信息工程学院 班 级：电气03-1班 姓 名： 学 号： 指导教师： 教师职称：讲师 本科毕业设计开题报告 题 目变速恒频风力发电机组的建模研究 来源自拟题目1、研究目的和意义选题目的:由于日趋严重的环境与资源问题以及风能利用的成本低廉和技术成熟等原因，风力发电已成为电力系统中相对增长最快的新能源发电技术，发展风电成为改善电力系统经济运行极为重要的措施。在发展风电的过程中，提高风力发电机的效率成为核心问题。选题意义:对变速恒频风力发电机组的建模研究，无论是论证风电厂的建设还是接入电网后的安全运行都有重要的意义。它可以在风电厂建造过程中提供理论基础，也可为并网运行提供理论依据。2、国内外发展情况(文献综述)1国内研究状况文献1已推出了形式简单，能正确反映运行特性，且易于数值仿真实现的双馈感应发电机简化三阶动态数学模型。并以双馈感应发电机简化三阶动态数学模型为基础，推导了适用于小干扰稳定分析的线性化模型和相应系统的闭环传递函数和开环传递函数，并首次应用开环传递函数和根轨迹方法，分析了双馈感应发电机初始运行点与系统动态品质的关系。文献2在双馈电机稳态数学模型的基础上，建立变速恒频风电机组并网运行稳态数学模型。应用该模型，可以根据风电机组风功率特性曲线和转速特性曲线，计算风电机组定子侧和转子侧的功率分布。同时，提出了确定变速恒频机组无功极限容量的方法。又在双馈电机稳态数学模型的基础上，建立了变速恒频风电机组并网运行的动态数学模型，该模型包括机械传动部分，双馈电机和控制系统三部分。文献3-14中包含风力机、双馈发电机及发电机电气控制部分的变速恒频风力发电机组的整体动态数学模型。以该数学模型为基础应用Matlab 软件搭建了用于研究变速恒频风电机组和固定转速风电机组并网特性的数字仿真工具。并以风速发生阶跃变化及风速发生不规则扰动为例，仿真比较了具有相同参数的变速和固定转速的风电机组相应物理量的响应特性。2国外研究状况文献14建立的动态模型可用来模拟双馈感应风力发电机组，其发电机转子采用单笼和双笼进行表示，并加入了控制和保护电路模型。此模型适用于研究大型电力系统瞬态稳定性的程序。采用此模型研究了风场和电网在不同系统扰动情况下的特性。通过考虑不同的控制增益以及定子和转子边变换器对电网电压进行控制，还研究了DFIG控制对于风场稳定性的影响文献15，16中提到风力发电机组是一个涉及多学科的复杂系统：桨叶的制造基于空气动力学；传动系统和塔架的建设涉及到机械理论和结构学；发电机实现机电能量的转换；控制器和保护系统则广泛涉及控制原理与电气相关方面知识。并且在他的文章中着重研究了“尾流效应”这一风电领域的问题3、研究/设计的目标：研究目标： 通过建立变速恒频风力发电机组的数学模型，研究变速恒频风力发电机组的工作特性。为变速恒频风力发电机组的使用，运行维护提供理论基础。4、设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）：研究内容：1. 查阅相关文献2. 研究MATLAB仿真建模的相关理论并使用其建立模型3. 研究变速恒频风力发电机的工作原理4. 建立变速恒频发电机和风力机的仿真模型5. 对风力机模型进行仿真并分析仿真结果理论依据：1. 风力发电机是一种能量转换机械。它能将空气的动能转换为风力机的机械能，再转换为电能。2. 变速恒频技术于2O世纪9O年代开始兴起。变速恒频风力发电机组风轮转速随着风速的变化而变化，可以更有效地利用风能，并且通过变速恒频技术可得到恒定频率的电能。风轮转速能在一定范围内变化，可减少风力波动对机组的冲击，有利于风力机的整机设计和安全运行。3. 双馈型变速恒频风力发电机，与绕线型感机相似，其定子接入电网，转子绕组由频率、相位、幅值都可调节的电源供给三相低频交流励磁电流。低频励磁电流在转子中形成一个低速旋转磁场，其旋转速度s。与转子机械转速r相加等于定子的同步转速1，即1=s+r，从而发电机定子感应出工频电压。当风速变化引起 变化时，改变转子绕组电流的频率和旋转磁场的s，可使定子旋转磁场1保持恒定，达到变速恒频的目的。设计步骤：1. 分析风力发电机组的运行原理。2. 建立了风电机组数学模型，其中包括风力机模型、传动机构模型和异步发电机模型。通过搭建模型仿真分析了解风电机组的工作特性。5、方案的可行性分析：1. 同步发电机调节系统作用建立了适合静稳计算的风电系统数学模型，并应用Matlab仿真软件进行小扰动后风电系统静态稳定性分析计算。42. 建立了包含风力机、双馈发电机及发电机电气控制部分的变速恒频风力发电机组的整体动态数学模型；以该数学模型为基础应用Matlab软件搭建了用于研究变速恒频风电机组和固定转速风电机组并网特性的数字仿真工具。3综上所述，很多论文已经谈及了利用Matlab建模仿真来研究风电机组。本课题是在前人的基础上，将研究近一步细化。把焦点放到风电机组的建模仿真分析上。研究风电机组的工作特性从而使机组工作在效率最高的工作状态。由于前人已经做了相关的理论铺垫，所以本课题是可行的。6、该设计的创新之处专门研究风力发电机的建模与仿真分析。建立较详细的风力发电机模型，通过仿真分析。了解风力发电机的工作特性。7、设计产品的主要用途和应用领域：本课题研究的变速恒频风力发电机组的建模，可用于风力发电机组的仿真。对风电厂的建设还是接入电网后的安全运行都有重要的意义8、时间进程1周 毕业实习2周 毕业实习3周 毕业实习4周 毕业实习5周 查阅资料6周 撰写开题报告 7周 学习风力发电厂的基本知识8周 学习论文相关的算法9周 学习MATLAB软件10周 使用MATLAB建立数学模型11周 利用SIMULINK进行仿真12周 分析仿真的结果并得出结论13周 外文文献翻译14周 整理撰写论文所用的相关资料15周 撰写论文16周 撰写论文17周 对论文进行修改18周 整理论文准备答辩9、参考文献：1 李晶.变速恒频双馈风电机组动态模型及并网控制策略的研究.华北电力大学工学博士学论文.2004102 申洪.变速恒频双馈风电机组并网运行模型研究及其应用.中国电力研究院博士学位论文 2003. 73 李晶，王伟胜，宋家骅.变速恒频风力发电机组建模与仿真J.电网技术.2003年第9期4 樊艳芳，晁 勤，王一波.基于MATLAB的布尔津风电系统静态稳定分析J.新疆大学学报(自然科版).第20卷第3期5 吴天明，谢小竹，彭彬.MATLAB电力系统设计与分析M.国防工业出版社. 2004.016 李维波.MATLAB在电气工程中的应用M.中国电力出版社.2006.67 王正林，王胜开，陈国顺.MATLAB/Simulink与控制系统仿真M.电子工业出版社.2005 8 倪受元.风力发电讲座第二讲风力机的原理和气动力特性J.太阳能.2000年第3期9 叶杭冶.风力发电机组的控制技术M.机械工业出版社.2002. 510史林军.变速恒频风力发电系统的建模和特性研究.硕士学位论文.河南大学.200311马昊昊.水平轴风力机桨叶结构动力学特性研究. (硕士学位论文) .汕头大学.200112欧阳高飞.风力机动态过程的分析系统及其软件开发.硕士学位论文.汕头大学.200313陈云程，陈孝辉，朱成名.风力机设计与应用M.上海科学技术出版社.199014 JBEkanayak(斯里兰卡).双馈感应风力发电机组的动态模拟J.国外大电机.2004年第一期15 J.G.Slootweg.Wind Power Modeling and Impact On Power System Dynamics.Ph.Dthesis. 200316 Thomas Ackermann.Lernnart Wind energy technology and current status:a review .Renewable and Sustainable Energy Reviews.2000(4):315-374  指导教师意见:   教师签字：年 月 日毕业设计领导小组意见: 组长签字：年 月 日