基于MATLAB的风力发电系统设计毕业设计(论文)开题报告.docx

科学技术学院毕业设计(论文)开题报告题 目： 基于 MATLAB 的风力发电系统设计学 科 部： 专 业： 班 级： 学 号：名： 指导教师：填表日期：信息学科部电气工程及其自动化电气 122 班2015 年 12 月 17 日一、选题的依据及意义：(一)选题依据随着世界经济和工业的迅猛发展， 伴随着不可再生能源的石油和煤的迅速消耗， 世界已 陷入能源危机。 目前全世界能源年总消费量约为 134 亿吨标准煤， 其中石油、 天然气、煤等 化石能源占 85%，大部分电力也是依赖化石能源生产的，核能、太阳能、水力、风力、波浪 能、潮汐能、地热等能源仅占 15% 。化石能源价格比较低廉，开发利用的技术也比较成熟， 并且已经系统化和标准化。虽然发达国家遭受 70 年代两次石油危机打击后，千方百计摆脱 对石油的过度依赖，但是今后 20 多年里，石油仍然是最主要的能源，全球需求量将以年均 1.9%的速度增长；煤仍然是电力生产的主要燃料，全球需求量将以每年1.5%的速度增长。 可见化石能源仍然是我们在这个星球上赖以生存和发展的能源基础。目前以煤炭、 石油为主的世界能源结构带来全球性能源环境问题的主要表现为酸雨、臭 氧层破坏、 温室气体排放等。在许多发展中国家， 城市大气污染已达到十分严重的程度，在 欧洲和北美也出现了超越国界的大气污染， 形成了广泛的环境酸化， 上千个湖泊的湖水酸度 达到了不能支持鱼类生存的程度，酸性气体所造成的腐蚀损失，每年高达10 亿美元。我国 以煤炭、 石油为主的能源结构也造成了严重的大气污染， 二氧化硫和二氧化碳的排放量都居世界前列。世界能源危机是人为造成的能源短缺。 石油资源将会在一代人的时间内枯竭。它的蕴藏 量不是无限的， 容易开采和利用的储量已经不多， 剩余储量的开发难度越来越大， 到一定限 度就会失去继续开采的价值。 在世界能源消费以石油为主导的条件下， 如果能源消费结构不 改变， 就会发生能源危机。煤炭资源虽比石油多， 但也不是取之不尽的。代替石油的其他能 源资源，除了煤炭之外，能够大规模利用的还很少。太阳能虽然用之不竭，但代价太高，并 且在一代人的时间里不可能迅速发展和广泛使用。我们急需开发一种新能源以解燃眉之急。(二)选题意义为了解决未来能源危机，同时预防使用能源的同时产生污染，我们需要一种新能 源。 风能作为一种清洁可再生能源将具有广阔的市场和开发的重大意义。其蕴量巨大， 全球的风能约为 2.74109MW， 其中可利用的风能为 2107MW， 比地球上可开发利用的水能总量还要大 10 倍。风是没有公害的能源之一。而且它取之不尽， 用之不竭。 对于缺水、缺燃料和交通不便 的沿海岛屿、 草原牧区、 山区和高原地带， 因地制宜地利用风力发电， 非常适合， 大有可为。 海上风电是可再生能源发展的重要领域， 是推动风电技术进步和产业升级的重要力量， 是促 进能源结构调整的重要措施。 我国海上风能资源丰富， 加快海上风电项目建设， 对于促进沿海地区治理大气雾霾、调整能源结构和转变经济发展方式具有重要意义。风力发电的重要意义：(1)发电。(2)风能发电是开发新能源、改善环境的重要组成部分意义。( 3 )充分利用风能资源，减少常规能源的消耗，符合国家能源改革的方向。而且风 能又是可再生能源(即在同一地点相距 68 倍风轮高度的距离后风能又达到原值)。取之不尽用之不竭。(4)风力发电场对比同规模使用燃煤电厂其向大气排放的污染物为零，实现固体、气体1零排放。对保护大气环境有积极作用。(5 )风力发电场比燃煤电厂可节省大量淡水资源， 减少水环境污染。 特别是对缺少淡水 资源的沿海及干旱地区更重要。(6)在沿海及旅游区风力机群也是一道风景线，可在一定程度上反映经济、文化、环境 相融洽的程度。(7)通过实物教育，可增强公众开发自然资源、保护环境的意识。(8)建设风力电场对发展沿海经济有重大意义。如建海产冷库、开展海水淡化、进行电 量季节调峰等都起到关键作用。二、国内外研究现状及发展趋势(含文献综述)：(一) 我国风电发展从 1986 年山东荣城建立第一个风电场，到 2005 年底将突破 100 万千瓦，经过 20 多年的发展，风机的制造也从几十千瓦的小机组，到向兆瓦级机组发展。 中国海上风能资源储量远大于陆地风能，海上风力发电已经悄然兴起并且将会成为重要能源 形式， 海上有丰富的风能资源和广阔平坦的区域， 从而使海上风力发电技术成为最近的研究 和应用热点。随着现代风力发电技术发展的日趋成熟，风力发电机组正不断向大型化发展。 大体上大型风力发电机组有两种发展模式。一种是陆地风力发电，其方向是低风速发电技术， 这种模式关键是向电网输电。 另外一种是近海风力发电， 主要用于比较浅的近海海域， 这种 模式的主要制约因素是风力发电场的规划和建设成本，但是近海风力发电的优势是明显的， 即不占用土地， 海上风力资源较好。 目前，我国国产化机组产量仍然偏小， 远未达到规模效 益，使得零部件采购价格偏高， 利润空间很小。因此，我国的风力发电装备市场至今仍由国 外风力发电机组占据。 这一现实要求我国的风力发电设备制造企业， 应加快适合中国国情的 新型风力发电装备的研制进度。 尽快提高大型风力发电装备的设计和制造技术， 加大风力发 电装备国产化进程。 还应注意稳定产品质量， 提高国产机组可靠性， 以取得风电场建设者的认可，逐步加大市场份额。(二) 世界上第1台用于发电的风力机于1891年在丹麦建成， 但由于技术和经济 等方面原因，风力发电一直未能成为电网中的电源。直到1973年发生石油危机，美国、 西欧等发达国家为寻求替代化石燃料的能源， 投入大量经费， 用新技术研制现代风力发电机 组。 20世纪80年代开始建立示范风电场， 成为电网新电源。 到了90年代对环境保护的 要求日益严格， 特别是要兑现减排CO2等温室效应气体的承诺， 风电的发展是因为法律规 定全部收购再生能源发出的电量，且必须在电源中占一定比例；另外还有对风电投资的补贴、 税收减免和鼓励电价。 风电与常规电源的价差是用征收火电CO2排放税， 或从火电用户分 摊可再生能源发电份额中进行补偿。 为了鼓励利用风能， 美国1992年就制定了相关的法 规，风力发电可享受减免联邦产品税1 5美分千瓦时。在亚洲，利用风能资源最好的国 家是印度。 2004年， 印度新装机的风力发电容量为875MW， 风力发电能力达到3000MW， 位居世界第5位，是世界最大的风力发电国家之一。据估计，在印度风能资源大 约为45000MW， 可利用的风能大约为13595MW。 印度政府的有关部门正通过一 定范围的财政支持鼓励多种经营方式进行可再生能源的生产。这包括鼓励大型私营企业与上 市企业共同在印度本土投资风力发电工业，鼓励以本土为基础开发制造风力发电设备。目前， 印度企业在本土生产的风力发电机部件已达80，这不仅使风力发电装备生产厂家获得了 丰厚的利益回报， 也为本国的就业提供了很大的机会。 据印度政府有关部门预测， 到2012年印度经济增长将需要新增电力240000MW， 其中10将来自于可再生能源， 新2增可再生能源的50将由风力发电提供。三、本课题研究内容 主要内容：设计一个风力发电系统，实现六个 1.5 兆瓦风力涡轮机与 25 千伏配电系统通过 25 公里 25 千伏馈线 120 kV 电网相连。并实现对系统电压，电流以及转速的监测。基本要求：系统包括六个 1.5 兆瓦风力涡轮机的风电场与 25 千伏配电系统通过 25 公里 25 千 伏馈线 120 kV 电网相连。风力涡轮机使用鼠笼型异步发电机 (IG)。定子绕组直接连接到 60 赫兹的网格和转子驱动的变桨距风力发电机组四、本课题研究方案本文的主要研究对象是对风力电力系统电压， 电流以及转速的监测。 从风力发电机组的 运行机理入手， 在 MATLAB/Simulink 模块下分别建立各子模块， 并进行全面的分析， 运行， 仿真和控制策略研究。本文主要有以下几方面的工作:1.广泛阅读国内外相关文献资料，了解风力发电的最新发展状况和最新成果，尤其是风 力发电机组的控制方法和控制策略，主要是对模型的建立以及控制策略进行综述。2. 在 MATLAB的 simulink 中， 建立各部分的仿真模型， 并建立整个风力发电机组的模 型，并进行仿真研究，并对仿真结果进行分析，进而指出不足以及改进的地方。3.根据仿真结果，确定控制策略，并对本次设计进行总结和思考。五、研究目标、主要特色及工作进度：目标：基于 MATLAB 的风力电力系统的设计以实现对系统电压，电流以及转速的监 测。 使风力发电系统具有了良好的稳定性和动态性能， 并且使风力发电机组的传动系统具有 了较好的柔性，实现风力电力系统的研究。 主要特色：本实验简单，直观，能实时监控记 录数据。 工作进度：以查找相关文献参考，并用 MATLAB画出初步风力电力系统。六、参考文献：1葛海涛.基于 MATLAB 的风力发电系统仿真研究D.河北：河北电力大学， 2010 。 2蔡文祯.基于 MATLAB 的风力发电系统最大功率跟踪技术研究D.天津：天津职业技术师 范学院， 2014。3