【自动化】千瓦级水力发电机的建模与仿真开题报告

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）了解水力发电原理，基于MATLAB软件建立水力发电机系统模型，建立水模型，根据水流信息掌握一套发电容量的计算方法。新中国成立50年来，我国水电建设事业取得了飞跃发展，特别是改革开放以来，随着广蓄、天生桥高坝、小浪底、二滩、三峡等一批世界级水电站的建设，中国已逐步进入世界水电建设前列。目前，我国是世界上水电在建规模最大的国家，是水电发展速度最快的国家。我国实际可开发量按规划数据统计近38亿千瓦、225万亿千瓦时左右，居世界第一位。以电量计，约占世界总量的15，而我国人口却占世界的21，因此人均资源并不富裕。到2050年后，我国达到中等发达国家水平，如按人均装机1千瓦计，全国电力总装机为15亿千瓦16亿千瓦。常规水电即使全部开发出来，加上抽水蓄能电站，水电比例也只占3040左右。我国水利资源集中在经济相对滞后的西部，尤其是西南。西部云、贵、川、渝、陕、甘、宁、青、新、藏等10个省自治区，直辖市的水能资源占71，其中西南的云、川、藏三省自治区就占全国总资源量的60，经济发达的东部13个省直辖市辽、吉、黑、京、津、冀、鲁、苏、浙、皖、沪、粤、闽仅占7左右。全国平均开发率仍以规划数据统计，按电量算仅912，位居世界第83位，排在很多发展中国家如印度、越南、泰国、巴西、埃及等国家之后，与中国是发展中大国的位置极不相称。但在东部，水电开发率很高，除国际界河外，已开发70以上，可开发的大型水电站只剩下4座，共161万千瓦，即黑龙江的尼尔基电站25万千瓦、浙江的摊坑电站60万千瓦、大均电站46万千瓦和福建的街面电站30万千瓦。而西部的水电开发才刚刚开始，开发率仅75。因此21世纪，水电要结合国家的西部大开发战略，大力开发西部水电，实施大规模的西电东送，才能实现资源的优化配置和电源结构的合理调整。微水电一般定义为发电功率小于100KW的系统。微水电可以为有微水电资源的山区住户、国家公园、度假村、学校、军营、公路养护站、机站及其他野外工作的营地等提供电力解决方案。功率01KW的微水电可以解决照明、看电视、手机充电、使用电热毯等最基本的需求；功率更大的微水电可以让家庭或村庄使用各种家用电器、电炊、电热沐浴、电采暖等，享受廉价电能提供的舒适生活。微型水力发电机组一般按水轮机的适用的水头分为低水头机组（适用水头1220米）、中等水头机组（适用水头1540米）、高水头机组（适用水头25米以上）三类。发电机组水轮机与发电机之间的传动有直接和间接两种方式。直接传动用于水轮机与发电机转速相吻合的情况，采用联轴器联接水轮机和发电机。这种形式传动效率高，结构简单，维护方便；当发电机转速与水轮机转速不同时，常采用平皮带传动和三角皮带联接水轮机和发电机，进行间接传动。微型整装水轮发电机组通常为直接传动，整体性好，效率高。直立安装的机组称为立式机组。它的主轴是竖立的，一般采用直接传动。轴流式微型水力发电机组是典型的立式机组。主轴是水平安装的机组，称为卧式机组，它一般采用间接传动，也有直接传动的（如贯流式机组）。选用立式机组占地面积小、土建投资低。微型水力发电系统不仅能解决无电地区的供电问题，而且是重要的清洁可再生能源，在有电网的地区可以通过微水电和电网混合供电来获取经济、环保和社会效益。人类利用水电有很长的历史，水电开发也是从微型发展到大型和超大型，但在可再生能源利用技术和分布式供电技术日益受到重视的今天，利用现代工程技术的最新成果来开发利用微水电资源日益受到用户青睐。2、基本内容、重点研究内容、技术方案流动的和落下的水拥有潜在的能量，可以通过水力发电系统转化为电能。江河的落差通过大型水力发电枢纽产生巨大电能供给给千家万户；同样，小河、小溪以及涌泉形成的流水、跌水也可以建设微型水力发电系统（简称微水电），满足特定用户的用电需求。微型水力发电系统按发电量的大小可分为户用型、单村用型和多村用型三种。第一，户用型为自己一家或就近的几家人使用的微型水力发电系统，发电量一般在5千瓦以下，主要供照明和家电使用。第二，单村用型为十几户甚至上百户村民使用的微型水力发电系统，发电量一般在5千瓦以上至50千瓦，主要供照明和家电使用。并且可以用作农副产品加工电源。第三，多村用型为数百户村民使用的微型水力发电系统，发电量一般在50千瓦以上至500千瓦，主要供照明和家电使用。并且可以用作农副产品加工电源。微型水力发电机组一般按水轮机的适用的水头分为低水头机组、中等水头机组、高水头机组。发电机组水轮机与发电机之间的传动有直接和间接两种方式。水轮机是将水能转化为机械能，带动发电机发电的关键设备，其效率、寿命、可操作性、可维护性和维护周期是重要的指标。根据水头、流量和用电量选择合适的机型非常重要。通常低水头、大流量的水轮机的价格高于高水头、小流量的水轮机价格。如果用高水头的水轮机代用低水头水轮机，系统的发电效率会大幅度降低。对于单机容量100KW以下的微型水力发电，推荐采用整装机组，以保证机组质量和节省投资。目前在中国市场上，包括整装机组在内的微型水力发电机组价格差异很大，相同标称功率的同类机组，价格差异超过20倍；同时在微型水力发电机组的品质方面也是差异很大，效率差异超过2倍、寿命差异超过15倍、维护周期差异超过20倍等。采购时要从以下几方面对机组进行质量鉴别设计、制造标准；产品成套性；制造质量；服务承诺等。发电机的结构主要因励磁方式的不同而异。目前中国常用的微型水力发电机有三种永磁同步发电机；电容励磁异步发电机；同步发电机。永磁同步发电机结构最为简单，但不同产品性能差异大，其机组容量小，目前在百瓦级机组中使用最广。电容励磁异步发电机由异步电动机配上励磁电容改制而成，借助于异步电动机批量生产的优势，价格低，但励磁电容可靠性差，效率较低，并且容易产生失磁现象。微型水力发电专用的同步发电机，效率高、电压调节性能好、可靠性高。引水土建水电转换电力输送引水工程水轮机发电机用电器水力控制转速控制频率电压控制用电负载控制下一步根据选择的发电机组类型、水轮机类型、发电机类型进行水力发电机的MATLAB建模与仿真，仿真结果与预期结果进行分析、对比，然后再对所选的参数进行调整，以获得更加完善的设计。3、设计的进度安排是第1、2周开始进行毕业设计，查询相关资料。第3、4周撰写开题报告，完成课题总体思想及结构的勾画。第5、6周原理图设计，水轮机发电机的参数选择。第7、8、9周数据处理与分析，系统初步建模与仿真。第10、11周试验阶段，试验数据和理论数据比较分析，调整参数，再次进行系统建模与仿真，以达到预期效果。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张亮，MATLAB7X系统建模与仿真北京人民邮电出版社,20064鲁植雄,小型发电机巧用速修一点通,北京,中国农业出版社,20105李发海、王岩,电机与拖动基础（第三版）,北京,清华大学出版社,20066魏守平水轮机调节系统的MATLAB仿真模型J水电自动化与大坝监测，2009，3347117刘令湘、江丽,可再生能源在建筑中的应用集成,北京,中国建筑工业出版社,20128周鑫发、杨启岳,农村可再生能源技术与应用,杭州,浙江大学出版社,20119李德孚中国户用微水电行业发展与建议J中国农村水电及电气化，20066596110邓可蕴,微型水利发电站的使用与维护,北京,中国农业出版社,200611白金明,生态家园典型模式与技术,北京,中国农业出版社,200612郑源,水轮机,北京,中国水利水电出版社,200713JIANGCHUANWEN，MAYUCHAO，WANGCHENGMINPIDCONTROLLERPARAMETERSOPTIMIZATIONOFHYDROTURBINEGOVERNINGSYSTEMSUSINGDETERMINISTICCHAOTICMUTATIONEVOLUTIONARYPROGRAMMINGDCMEPJENERGYCONVERSIONANDMANAGEMENT，2006，479101222123014KHODABAKHSHIANA，HOOSHMANDRANEWPIDCONTROLLERDESIGNFORAUTOMATICGENERATIONCONTROLOFHYDROJELECTRICALPOWERANDENERGYSYSTEMS，2010，32537538215HANMANDLUM，HIMANIGPROPOSINGANEWADVANCEDCONTROTECHNIQUEFORMICROHYDROPOWERPLANTSJELECTRICALPOWERANDENERGYSYSTEMS，2008，304272282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