【自动化】千瓦级风力发电系统建模与设计 开题报告

武汉理工大学本科学生毕业设计（论文）开题报告1目的及意义（含国内外的研究现状分析）11主要研究内容和意义国际电工委员会（IEC）针对小型风力发电机组的最新标准IEC614002定义的小型风力发电机组，适用于风轮扫掠面积小于200M2，将风能转换为电能的系统。随着世界工业化进程的不断加快，能源消耗逐渐增加，全球工业有害物质的排放量与日俱增，从而造成气候异常、灾害增多、恶性疾病的多发，因此，能源和环境问题成为当今世界所面临的两大重要课题。由能源问题引发的危机以及日益突出的环境问题，使人们认识到开发清洁的可再生能源是保护生态环境和可持续发展的客观需要。在当前能源紧缺的环境下，风能利用是受国内外广泛重视的新能源项目之一，其最大的优点是在目前多种新能源利用中相对制造成本价格是最低的。现在的流行方式是大型风力发电机组大规模并网发电的形式，然而投资巨大，动辄几十个亿、几百个亿的投入额度，令普通的中小投资者望而生畏。本次设计主要研究小型家用KW级风力发电装置，这种小型风力发电机，广泛使用在多风的海岛和偏僻的乡村。该研究有利于优化未来的能源利用模式。在21世纪这个飞速发展的时代，无论是工业、科技都在不断进步着，随之而来的是对能源的巨大需求。风力发电这一可再生能源的利用方式能很好地适用这种需求。而作为新兴技术，也有着较大的发展空间和发展前景。12国内外研究现状分析2008年统计数据显示，当年我国的小型风力发电机组的产量为78,411台，装机容量为728MW。其中国内销售39,024台，装机容量213MW，占总装机容量的293；出口39,387台，装机容量515MW，占总装机容量的707。另据不完全统计，到2008年年底，我国共有小型风力发电机组生产企业102家，其中，从事小型风力发电机组开发、研制、生产的单位共74家（主要风力发电机组生产厂36家），配套企业28家，大专院校科研院所10家。作为一个产业，我国的小型风力发电产业的规模还很小。小型风力发电机市场更多见于离网和微型电网应用盛行的发展中国家。在电网无法延伸的地方，及时没有附加政策的支持，小型风力发电机也往往是经济可行的，比如在一些孤立的海岛上。小型风力发电的发展也部分或者全部替代高价燃油、破坏环境的柴油发电系统提供可行的替代能源方案。截至2010年年底，世界小型风力发电机总装机容量达到4433MW。美国总装机容量约占世界总装机容量的40，这主要受益于各级政府制定的可再生能源扶持政策和资金援助。全球5个主要国家（中国、美国、英国、加拿大和德国）的小型风力发电机制造厂商占总数的50以上。在小型风力发电机制造商在世界的分布方面，小型风力发电机仍集中在北美和欧洲的发达国家，发展中国家仍继续呈现相对缓慢的发展。具有丰富的风力资源的非洲、东南亚和南美等这些非常适合小型风力发电机应用的地区还未被开发。2基本内容和技术方案21研究的基本内容整个小型风力发电机结构主要包括风轮、传动系统、发电机、主机架与机舱、偏航系统、控制与安全系统、塔架和基础等。各部分功能为1、风轮由叶片、轮毂和变桨系统组成，风电机组通过叶片吸收风能，转换成风轮的旋转机械能。因此风轮是风电机组的关键部件；2、传动系统由主轴、增速齿轮箱、联轴节与机械制动器组成（直驱式除外）。传动系统将风轮产生的旋转机械能传递到发电机转子，并实现风轮转速与发电机转子转速的匹配；3、发电机实现机械能到电能的转换。目前风电机组采用的发电机形式有多种，包括异步发电机、同步发电机、双馈异步发电机和永磁发电机等；4、主机架用于安装风电机组的传动系统与发电机，并与塔架顶端连接，机舱罩起保护作用；5、偏航系统主要由偏航轴承、驱动电机、齿轮传动机构、制动器等功能部件组成，主要用于调整风轮的对风方向。对于小型风力发电机来说，偏航系统就可以直接用尾舵代替；6、塔架是风电机组的支撑部件，承受机组的重量、风载荷以及运行中产生的各种动载荷，并将这些载荷传递到基础。本次设计需要研究的主要内容包括1、根据当地全年气象建立风速模型；2、小型风力发电机（离网）整体方案设计，包括风轮叶片的选型，发电机的选型等；3、基于MATLAB的风力发电机系统模型的建立；4、对装置的运动过程进行仿真计算分析；22技术方案图1有齿轮箱的风力发电机组示意图图1为简单的有齿轮箱的风力发电机组示意图。本次小型风力发电机拟采用离网型应用，即不依赖现有电网而进行独立发电的供电方式。适用于传统电网不能延伸到的地方，小型风力发电的离网型应用，主要分为独立风力发电系统、风光互补发电系统、风柴互补发电系统和风光柴互补发电系统等，本次设计采用独立风力发电系统。风机叶片一般为23个，发电机选配具有低速特性的永磁发电机。调速保护采用被动式侧偏调速保护，风轮的最大功率系数已提高到038042，且启动风速较低。调向装置采用上风向尾翼调向，风力发电机轴采用水平轴，考虑到成本问题，小型风力发电机风轮一般都采用定桨距。调速装置采用方式包括风轮偏置和尾翼铰接轴倾斜式调速、变桨距调速机构用户齿轮箱发电机变压器或风轮上仰式调速。3进度安排第1、2、周科研调研，可行性研究；第3、4、周论文开题，完成课题总体思想及结构的勾画，原理框图的设计；第5、6、周理论分析，原理图设计，理论分析，找出关键问题的解决途径；第7、8、9、周建模仿真，数据分析；第10、11周试验阶段，将试验数据和理论数据进行比较分析，以达到好的效果；第12、13、14周论文撰写，按照标准格式撰写毕业设计论文；第15、16、周论文评审阅，论文答辩。4、参考文献1林飞,杜欣电力电子应用技术的MATLAB仿真北京中国电力出版社,20082陈坚电力电子学电力电子变换和控制技术北京高等教育出版社，20023徐大平，柳亦兵，吕跃刚风力发电原理M北京机械工业出版社,201184苏绍禹，苏刚风力发电机组设计、制造及风电场设计、施工M北京机械工业出版社,201335张亚彬，马丽娜，吕志友小型风力发电实用技术M北京人民邮电出版社,201396董丹丹，赵戴青，廖翠萍我国的风电技术和风电发展J可再生能源，200767李发海，王岩电机与拖动基础M第三版北京清华大学出版社，200588李发海，朱东起电机学M第三版北京科学出版社，20019张希良风能开发利用M北京化学工业出版社，2005110李德孚我国小型风力发电行业2006年发展概况及建议J可再生能源，200711王兆安，刘进军电力电子技术M第五版北京机械工业出版社，2009512KHANHQNGUYENWINDENERGYINVIETNAMRESOURCEASSESSMENT,DEVELOPMENTSTATUSANDFUTUREIMPLICATIONSENERGYPOLICY,2007,351405141313申宽育中国的风能资源与风力发电J西北水电,2010，1768114UMARKMIRZA,NASIRAHMAD,TARIQMAJEED,ETALWINDENERGYDEVELOPMENTINPAKISTANRENEWABLEANDSUSTAINABLEENERGYREVIEWS,2007,112179219015EMILIOMIGOYA,ANTONIOCRESPO,NGELJIMNEZ,ETALWINDENERGYRESOURCEASSESSMENTINMADRIDREGIONRENEWABLEENERGY,2007,3214671483报告人签字年月日5、指导教师意见结论指导教师签名年月日注1开题报告应根据教师下发的毕业设计（论文）任务书，在教师的指导下由学生独立撰写，在毕业设计开始后两周内完成。2“设计的