《风力发电技术》课程教学大纲

《风力发电技术》教学大纲一、课程基本信息课程名称风力发电技术WindPowerGenerationTechniques课程编码CNE322421020开课院部新能源学院课程团队新能源发电课程组学分2.0课内学时36讲授24实验12上机0实践0课外学时16适用专业电气工程及其自动化授课语言中文先修课程模拟电子技术、数字电子技术、电机学（2-1）、电机学（2-2）、电力电子技术、电力拖动自动控制系统课程简介（限选）风力发电技术是电气工程及其自动化专业的一门限选课程。本课程重点介绍风能的特点、风力发电系统的构成、风力机的工作原理及特性、发电机的控制、并网及离网型风力发电系统工作原理。风力发电属于本学科的前沿交叉领域。通过本课程的理论学习和仿真实验，学生需要了解如何开发利用风能，掌握风力机的工作原理，能够设计并优化风力发电系统的控制策略。通过介绍实际的工程实例，使学生了解低电压穿越、电网背景谐波并网优化等复杂工程问题。本课程可以提高将来在新能源发电领域就业学生的能力和素质。Thisselectivecourseisdesignedforthestudentsmajoredinelectricalengineeringanditsautomation.Thiscoursefocusesonthecharacteristicofwindpower,theconfigurationofwindpowergenerationsystem,theoperationprincipleandcharacteristicofwindturbine,thecontrolstrategyofthegenerator,themechanismofthegrid-connectedandtheoff-gridwindpowergenerationsystem.Throughthetheorystudy,simulation,andexperimentsofthiscourse,thestudentwillknowthemeaningandthewayofwindenergyexploitationandutilization.Theyshouldmastertheworkingprincipleofwindturbine.Andtheyshouldbeabletodesignandoptimizethecontrolalgorithmofwindpowergeneration.Introducingpracticalengineeringprojects,thestudentswillknowcomplicatedengineeringissuesoflow-voltage-ride-throughandgrid-connectedcontrolwithharmonicgrid.Thiscoursecanenhancetheabilitiesofthestudentswhowillengageinrenewablepowergenerationsysteminthefuture.负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标OBE毕业要求指标点任务自选1M1目标1：从环境保护和可持续发展的角度，理解并掌握风力发电的环保理念和可再生能源利用所体现的可持续发展内涵。是7.17.12M2目标2：能够从安全、环保和资源利用率等角度，正确评价风力发电领域复杂工程问题。是7.27.2三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课程目标课内学时教学方式课外学时课外环节1第一章第一章绪论本章重点难点：风力发电的历史和现状，风能的基本知识。/////21.11.1风力发电的历史和现状全球范围的风力发电发展历史，我国风力发电面临的问题和发展前景。M12讲授、讨论1课后作业31.21.2风能的基本知识风力等级、风功率、风功率密度、风向风速的测量、风廓线、风频特性。M12讲授、讨论1/4第二章第二章风力机本章重点难点：风力机的结构、空气动力学模型。/////52.12.1风力机的结构水平轴、垂直轴风力机的结构，风力机的偏航与变桨。M21讲授、讨论//62.22.2叶片的空气动力学模型叶片的几何定义，叶片上的空气动力及影响因素。M21讲授、讨论1/72.32.3风力机的空气动力学模型风轮的几何定义、参数，风轮的空气动力学模型，最大风能捕获。M22讲授、讨论1/82.42.4风力机特性模拟通过控制异步电机输出转矩，使其转速与转矩关系符合给定的风力机特性。M21讲授、讨论1课后作业9实验1风力机特性模拟实验（1）熟悉风力机特性。（2）仿真验证风力机特性。（3）利用实验室可控电源模拟风力机特性。M24讲授、实践1撰写预习报告10第三章第三章双馈风力发电系统本章重点难点：交流励磁、能量流动关系、电网电压定向和定子磁链定向矢量控制。/////113.13.1系统工作原理交流励磁、变速恒频、双馈、功率流动关系。M22讲授1/123.23.2双馈发电机的动态数学模型三相静止、两相静止、同步旋转坐标系下的动态数学模型，同步旋转坐标系下有功、无功的计算。M22讲授、讨论1/133.33.3两种矢量控制定子磁链定向矢量控制、电网电压定向矢量控制。M22讲授、讨论1/143.43.4双馈风力发电系统交流励磁与变速恒频，超同步、同步和亚同步运行，最大功率追踪。M22讲授、讨论1课后作业15第四章第四章直驱式永磁同步风力发电系统本章重点难点：控制电路拓扑结构，发电机侧变换器控制。/////164.14.1系统工作原理直驱的优势与不足，系统的结构、工作原理。M21讲授、讨论1/174.24.2不控整流+Boost的发电机控制电路的结构，最大功率追踪控制。M21讲授1/184.34.3直驱式永磁同步发电机矢量控制永磁同步发电机的动态数学模型，矢量控制，最大功率追踪。M22讲授、讨论1课后作业194.44.4直驱式永磁同步风力发电发电机的矢量控制，有功无功解耦控制。M21讲授1/20实验2直驱风力发电机最大功率跟踪控制（1）直驱风力发电机工作原理；（2）直驱风力发电机的初始位置检测；（3）直驱风力发电机最大功率跟踪M28讲授、实践1撰写预习报告21第五章第五章风力发电并网标准本章重点难点：低电压穿越、无功功率控制。/////225.15.1风力发电并网标准各国的并网标准，低电压穿越，无功功率控制。M21讲授、讨论1课后作业235.25.2风力发电对电网的影响新能源发电对传统电网的影响，包含电能流向、电能质量、直流偏移等M21讲授、讨论//四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1平时作业1.每章布置一次作业，根据作业完成准确性、是否按时上交、是否独立完成评分。2.考核学生对环境保护和可持续发展的理念理解程度，培养学生从环保、安全角度评价风力发电领域复杂问题的能力。15%2实验1.直驱电机最大功率跟踪控制实验。2.成绩采用百分制，根据实验完成情况评分。3.考核学生对风力发电相关知识的应用能力，针对风力发电中的控制问题，结合直驱永磁风力发电机实际，设计和验证方案。15%3大作业1.本课程要求利用Matlab等现代仿真工具建立研究对象的模型，设计出解决电力拖动自动控制系统中控制问题的实验方案。2.根据模型建立情况和实验方案的准确性评分。20%4期末考试1.闭卷考试，成绩采用百分制，卷面成绩总分100分。3.主要考核学生对风力发电相关知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力，题型主要有简答题、填空题、分析题、计算题等。50%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1M1平时作业40%A-独立思考、按时完成，作图规范，解题思路清晰、步骤完整、格式合理、答案准确。B-独立思考、按时完成，作图比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式合理、答案准确。C-独立思考、按时完成，作图比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式比较合理、答案准确。D-作业抄袭，未能按时完成，作图不规范，解题思路混乱。2M1大作业60%A-资料详实，查阅文献9篇以上，根据风力发电的工程问题，正确选择方案，并进行详细的分析，能清晰的描述方案，并给出详细的计算过程。B-资料详实，查阅文献7篇以上，对涉及的风力发电需求做出正确的方案选择，分析描述合理，计算过程可信。C-资料较详实，查阅文献5篇以上，对涉及的风力发电需求做出正确的方案选择，分析描述合理，计算过程可信。D-资料较详实，查阅文献4篇以上，基本能够根据风力发电需求正确选择方案，分析描述基本合理，计算过程可信。E-资料存在欠缺，查阅文献3篇以下，不能根据风力发电需求正确选择方案，分析描述不合理，计算过程不可信。3M2平时作业30%A-独立思考、按时完成，作图规范，解题思路清晰、步骤完整、格式合理、答案准确。B-独立思考、按时完成，作图比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式合理、答案准确。C-独立思考、按时完成，作图比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式比较合理、答案准确。D-作业抄袭，未能按时完成，作图不规范，解题思路混乱。4M2大作业40%A-资料详实，查阅文献9篇以上，根据风力发电的工程问题，正确选择方案，并进行详细的分析，能清晰的描述方案，并给出详细的计算过程。B-资料详实，查阅文献7篇以上，对涉及的风力发电需求做出正确的方案选择，分析描述合理，计算过程可信。C-资料较详实，查阅文献5篇以上，对涉及的风力发电需求做出正确的方案选择，分析描述合理，计算过程可信。D-资料较详实，查阅文献4篇以上，基本能够根据风力发电需求正确选择方案，分析描述基本合理，计算过程可信。E-资料存在欠缺，查阅文献3篇以下，不能根据风力发电需求正确选择方案，分析描述不合理，计算过程不可信。5M2实验30%A-顺利完成实验，结果正确，实验报告详细，对实验现象做出正确的解释。B-顺利完成实验，结果正确，实验报告较详细，对实验现象解释较清楚。C-顺利完成实验，结果较正确，实验报告较详细，对实验现象解释较正确。D-完成实验，结果基本正确，实验报告较详细，对实验现象解释较清楚。E-完成实验，结果不正确，实验报告不详尽，对实验现象解释混乱。评分等级说明：[A,B,C,D,E]=[90-100,80-89,70-79,60-69,0-59];[A,B,C,D]=[9