毕业设计(论文)蒋立波开题报告

1、毕业设计（论文）开题报告题目：基于粒子群算法的风电场异步发电机动态等值研究课题类别：设计口论文学生姓名：蒋立波学号:0116班级：热自0901班专业（全称）：热工过程自动化指导教师：唐明珠2013年3月一、本课题设计（研究）的目的:21世纪是一个能源时代，随着能源需求的不断扩大，新能源开发成为主要课题。在诸多 新能源中，如果把技术，规模开发条件和商业化前景这些因数综合起来考虑，目前最佳的 新能源发电方式非风电莫属了。为了人类社会的持续发展，风能作为首选新能源便引起了 全球的广泛关注。而且风电有不会带来全球性环境污染，因此风能的利用已经成为了一种 势不可挡的趋势了。（1） 目前风电产业迅速发展，

2、成为了最具有开发前景的新能源发电之一。自二十世纪70年 代世界性的能源危机以来，随着社会对能源的需求不断增加和对环境的要求不断提高，世界各国已开始利用可再生能源来代替常规能源发电，以减少对环境的污染。风能作为一种 清洁的可再生能源，开始受到世界各国的重视，由于风力发电比其他可再生能源（水能除外） 利用在经济上更具有竞争优势，因而发展迅速，是最具有开发前景的新能源发电之一。现 代风力发电的崛起始于上世纪80年代，特别是90年代以来取得了飞速的进展，已成为在利 用可再生能源发电方面发展最快的。（2）风电机组越来越多，运行特性至关重要。由于风能本身固有的随机性和特殊性，风力 发电与常规水电、火电和核

3、电等的区别有：风电机组输出的有功功率是随机的，其大小取 决于风速和风向；目前采用的风电机组绝大多数是异步发电机组，运行时要从电网吸收无 功功率；具有大量相对容量较小的风电机组并列运行；风电场的输出功率会受尾流效应的 影响：风电机组要求在一定的气温范围内运行；坐落在同一风带上的不同风电场的风速通 常具有一定的相关性。由于风电的这些特殊性，很多与风电场并网运行有关的研究课题正 逐渐成为电力系统方面的热点。又由大型并网风电场中的风电机组众多，研究其运行特性 时受到计算量的限制。（3）世界各国的风电迅速发展，风电发展已经成为一种趋势。随着全球经济的发展，风能 市场也迅速发展起来。自2004年以来，全球

4、风力发电能力翻了一番，预计未来20-25年内, 世界风能市场每年将递增25%随着技术进步和环保事业的发展，风能发电在商业上将完全 可以与燃煤发电竞争。“十一五”期间，中国的并网风电得到迅速发展。根据世界风能协 会（GlobaIWi ndE nergyCou ncil）公布的最新数据显示，截止 2011年年末，全球风力发电总 量已经达到2亿3800万千瓦，近10年间增加了 10倍。数据显示，全球风力发电设备容量 在去年一年期间增加了近21%约4123万6000千瓦，而截止2001年年末的发电总量仅为 2390万千瓦。按国家排名来看，我国的风力发电总量排名第一。（4）风力发电机组动态等值研究具有重

5、大意义。 并网型风力发屯场是指规模较大的风电场， 由几十台甚至成百上千台风电机组组成，容最大约为几兆瓦到几百兆瓦。由于风力发电固 有的间歇性和波动性，随着越来越多的风电机组并网运行，对系统的影响也越米越明显， 例如大型风电场并网会改变系统原有的潮流； 影响电能质量（电压波动及闪变、谐波污染等） 和系统稳定性问题等，电网的可靠性降低，电网的运行成本也可能增加。因此研究风电并 网对系统的影响已成为亟待解决的重要研究课题。研究问题过程中对风电系统进行仿真、 分析及控制，所要求的计算机存储量很大，计算仿真时间也很长，同时还要知道箍个系统 的全部信息。而风电场中发电机数量众多，达数百台甚至上千台同时会涉

6、及多种风力机和 发电机类型，如果对每台机组分别进行建模，这样将会增加潮流计算的时间，尤其使得仿 真时间过长。因此，在研究风电场对电网的影响时，常将由多台风力发电机组组成的风电 场进行等值建模。风电场等值模型由风速模型、风力机模型和发电机模型组成，本文主要 研究其中的发电机模型。选异步发电机组动态等值问题为研究课题的意义就在于：当对整 个风力发电系统进行实时仿真实验时，由于仿真试验设备和规模的限制，不可能将原系统 进行完全仿真。只能对原系统各个组成部分进行合理等值化简后方可进行；通过对复杂系 统各组成部分进行有效的动态等值，用对等值系统的研究代替对原系统动态响应的研究， 在保证必要精度的条件下，

7、可极大地减少仿真时间，节省人力物力。二、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）：我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量庞大。1986年建设山东荣成第一个示范风电场至今，经过近20多年的努力，风电场装机规模不断扩大。中国风能资源丰富。据中国气 象局组织的第三次全国风能资源普查结果显示，我国可开发风能总储量约有43.5亿千瓦，其中可开发和利用的陆地上风能储量有 6亿一10亿千瓦,近海风能储量有1亿一2亿千瓦，共 计约7亿一12亿千瓦，发展潜力巨大。过去三年中，中国风电装机容量增长速率逐年递增， 分别为16. 4%、21%和34. 7%。按照我国可再生能源发展战略，到 2010年，实现总 装机500

8、万千瓦：2020年，总装机达到3000万千瓦，占全国总发电量的1%一2%左右。“十 一五”时期，中国计划新增风电装机容量约 900万千瓦，到2010年总装机容量达到1000万千 瓦，这在可再生能源中长期规划的基础上调高了一倍。“国家在规划中将风电的发展 目标翻了一番，很大程度上归功于近年来风电在我国的迅猛发展。”中国风电协会副理事 长施鹏飞地表示，“从十一五规划中可以看出，国家对风电支持力度很大，发展前景 极好。”目前我国内外对风电的研究还不是很成熟， 对风电场等值减少仿真时间的方法有待于改 进。风电场等值建模和简化异步发电机模型为现在一般采用的减少风电场仿真时间的方法， 将模型在近似的情况下

9、降阶处理。对风电场的等值主要采用降阶等值建模，是指在特定的 条件下用一台风力机模型表示风电场。变尺度降阶建模针对于采用矩形布置的风电场，将 每行或每列等值为一台发电机，前提是风力机组的运行条件相同。降阶变尺度模型忽略了 一些约束使得仿真存在一定的误差动态稳定性时，常用组合模型来对风电场进行等值模， 包括风速模型、风力机模型、轴系模型和异步发电机模型等。这样在满足等值风电场的容 量等丁每台风力机容量之和、等值风电场输出有功等于每台机输出有功之和的条件下，分 别对组合模型进行等值。其中对于异步发电机的等值，工程上都采用按容量加权求和等值 的方法来近似模拟，对风电场中发电机的等值建模也采用按容量加权

10、求法。而按容量加权 法的前提条件是等值前风电场中所有异步发电机组通过出口变压器接于同一母线，具有相 同的风速作用，且忽略风电场的风速分布和内电网的功率损耗，其适用性较差。而实际风 电场中，由于尾流效应和地形因素的作用，一般每台风机所受的风速大小是不同的。千万千瓦级风电项目合理性仍需系统论证，我国应调整风电发展道路。中国风电应当走 大规模、高度集中开发，远距离、高电压输送的道路，还是小规模、分布式，低电 压、就地分散接入系统。虽有争议，但这些年的实践似乎已给出了回答。在题为促进风电产业健康发展的思考的博文中，国务院研究室副司长范必写道，“大规模、高度 集中开发，远距离、高电压输送”的道路在中国有

11、其物理局限性。中国电源结构以煤电为 主，系统调峰手段本就有限，随着风电大规模集中开发，电网调节更为困难。近年来，一 些地区风电建设规模增加很快，配套电网建设不足的问题已开始显现。而目前国内还有一 批大型风电场在规划和建设当中。如此大规模集中开发、超远距离、高电压接入系统的风 电基地建设，在世界上尚属首例，会在接入系统方面造成较大的困难。从能源利用的一般 规律看，分散稀薄的能源应当分散利用，而集中利用代价会比较大，风电就属于这种情况。 中国现在规划的风电资源地远离电力消费地，对于分散式、小规模、低电压，以及更便于 电网接入的风场，应加强规划和开发。大力发展小规模、低电压、近消纳、直接接入配电 网

12、系统的分散式风电已经开始成为主流。三、设计(研究)的重点与难点，拟采用的途径(研究手段)： 本论文研究的重点如下：(1) 风力发电机组及风电系统各组成部分的数学模型，包括风速模型、风力机模型、发电机 模型和机端电容模型，并在MATLAB境一 F对典型风速进行了仿真，其中重点是分析异步发 电机稳态模型和暂态模型的推导过程。利用 MATIAB寸典型异步发电机接入无穷大系统进行 仿真，分析在机端三相接地短路故障和阵风干扰下异步发电机的输出动态特性，结果表明了所采用的异步发电机仿真模型的正确性。(2) 般研究对象是恒速风力发电机组中的鼠笼式异步发电机组，而目前由于双馈感应发电机的一系列优点而越来越被受

13、到关注，因此要找到一种适合于双馈感应发电机动态等值的 方法有一定的困难。(3) 研究过程中一般仅对风电场模型中的发电机模型进行动态等值，而将其他模型简单化等值处理，如假定所有风力机处的空气密度相等、风力机的转换效率相同等。但是要得到一套较完整的风电机组等值模型，必须详细考虑备组成部分的模型。因此简化处理而又想得 高分析的精确就存在难度。(4) 研究含有风电机组系统稳定性时，虽然可用异步发电机的全暂态模型表示风电场中的每 台发电机，但由于风电场发电机数量众多，因此该模型应用于风电场时会导致仿真计算时间 较长。在传统的暂态模型中，描述一台感应电机需要五个状态变量，加之风电场还要考虑改 善功率因数的

14、电容和网络阻抗，描述一台风力机组就需要九个状态变量。因此，传统的感应 电机暂态模型不适用于风电场仿真计算。虽然通过忽略定子的电磁暂态发电机模型可减至 三阶，但要建立完整的模型，每台风电机组仍需七个状态变量。由于风电的研究在国内外都 尚属起步阶段，对于减少风电场仿真时间的方法的研究也较少。现在一般采取的方法是简化 异步发电机模型，将模型在近似的情况卜降阶处理，利用奇异摄动理论的风电场降阶模型和 研究机械转矩波动的线性动态异步机模型就属于这类模型。但线性动态模型只适用于研究机械波动为正弦的情况；基于奇异摄动理论的降阶模型侧重于对电机本身的研究。四、设计(研究)进度计划：第一周：收集相关资料第二周一

15、一第三周：开题报告与外文翻译第四周:粒子群算法模型的建立第五周一一第七周：设计研究方法并演算第八周一一第十周：用MATLA对其进行仿真计算第十一周：验证对比分析第十二周一一第十三周：毕业论文撰写第十四周一一第十五周：答辩及论文修改五、参考文献：1 李先奇变速风电机组风电场并网的系统电压稳定性研究博士 .华中科技大学,20082 卢错.双馈型风电机组运行控制策略及风电场建模研究硕士 .华南理工大学,20123 申洪.变速恒频风电机组并网运行模型研究及其应用博士 .中国电力科学研究院，20084 覃晖，覃惠玲，乔可,et al.风电场对系统小干扰稳定的影响研究.电工技术，2010,(12):29-30)张红光；大容量风电并网对电力系统安全稳定的影响研究；华北电力大学，(北2009年6 刘广东；高宁;王东;赵双喜；鲁志平;电网不对称故障下双馈式风电机组低电压穿越技术J;电力建设;2011年12期7 乔嘉赓;鲁宗相;闵勇;刘捷;谢珍建;王海潜;风电场并网的新型实用等效方法J;电工技术 学报;2009年04期8 黄梅;万航羽