【自動化】千瓦級水力發(fā)電機的建模與仿真開題報告

武漢理工大學本科學生畢業(yè)設計（論文）開題報告1、目的及意義（含國內外的研究現(xiàn)狀分析）了解水力發(fā)電原理，基于MATLAB軟件建立水力發(fā)電機系統(tǒng)模型，建立水模型，根據(jù)水流信息掌握一套發(fā)電容量的計算方法。新中國成立50年來，我國水電建設事業(yè)取得了飛躍發(fā)展，特別是改革開放以來，隨著廣蓄、天生橋高壩、小浪底、二灘、三峽等一批世界級水電站的建設，中國已逐步進入世界水電建設前列。目前，我國是世界上水電在建規(guī)模最大的國家，是水電發(fā)展速度最快的國家。我國實際可開發(fā)量按規(guī)劃數(shù)據(jù)統(tǒng)計近38億千瓦、225萬億千瓦時左右，居世界第一位。以電量計，約占世界總量的15，而我國人口卻占世界的21，因此人均資源并不富裕。到2050年后，我國達到中等發(fā)達國家水平，如按人均裝機1千瓦計，全國電力總裝機為15億千瓦16億千瓦。常規(guī)水電即使全部開發(fā)出來，加上抽水蓄能電站，水電比例也只占3040左右。我國水利資源集中在經(jīng)濟相對滯后的西部，尤其是西南。西部云、貴、川、渝、陜、甘、寧、青、新、藏等10個省自治區(qū)，直轄市的水能資源占71，其中西南的云、川、藏三省自治區(qū)就占全國總資源量的60，經(jīng)濟發(fā)達的東部13個省直轄市遼、吉、黑、京、津、冀、魯、蘇、浙、皖、滬、粵、閩僅占7左右。全國平均開發(fā)率仍以規(guī)劃數(shù)據(jù)統(tǒng)計，按電量算僅912，位居世界第83位，排在很多發(fā)展中國家如印度、越南、泰國、巴西、埃及等國家之后，與中國是發(fā)展中大國的位置極不相稱。但在東部，水電開發(fā)率很高，除國際界河外，已開發(fā)70以上，可開發(fā)的大型水電站只剩下4座，共161萬千瓦，即黑龍江的尼爾基電站25萬千瓦、浙江的攤坑電站60萬千瓦、大均電站46萬千瓦和福建的街面電站30萬千瓦。而西部的水電開發(fā)才剛剛開始，開發(fā)率僅75。因此21世紀，水電要結合國家的西部大開發(fā)戰(zhàn)略，大力開發(fā)西部水電，實施大規(guī)模的西電東送，才能實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置和電源結構的合理調整。微水電一般定義為發(fā)電功率小于100KW的系統(tǒng)。微水電可以為有微水電資源的山區(qū)住戶、國家公園、度假村、學校、軍營、公路養(yǎng)護站、機站及其他野外工作的營地等提供電力解決方案。功率01KW的微水電可以解決照明、看電視、手機充電、使用電熱毯等最基本的需求；功率更大的微水電可以讓家庭或村莊使用各種家用電器、電炊、電熱沐浴、電采暖等，享受廉價電能提供的舒適生活。微型水力發(fā)電機組一般按水輪機的適用的水頭分為低水頭機組（適用水頭1220米）、中等水頭機組（適用水頭1540米）、高水頭機組（適用水頭25米以上）三類。發(fā)電機組水輪機與發(fā)電機之間的傳動有直接和間接兩種方式。直接傳動用于水輪機與發(fā)電機轉速相吻合的情況，采用聯(lián)軸器聯(lián)接水輪機和發(fā)電機。這種形式傳動效率高，結構簡單，維護方便；當發(fā)電機轉速與水輪機轉速不同時，常采用平皮帶傳動和三角皮帶聯(lián)接水輪機和發(fā)電機，進行間接傳動。微型整裝水輪發(fā)電機組通常為直接傳動，整體性好，效率高。直立安裝的機組稱為立式機組。它的主軸是豎立的，一般采用直接傳動。軸流式微型水力發(fā)電機組是典型的立式機組。主軸是水平安裝的機組，稱為臥式機組，它一般采用間接傳動，也有直接傳動的（如貫流式機組）。選用立式機組占地面積小、土建投資低。微型水力發(fā)電系統(tǒng)不僅能解決無電地區(qū)的供電問題，而且是重要的清潔可再生能源，在有電網(wǎng)的地區(qū)可以通過微水電和電網(wǎng)混合供電來獲取經(jīng)濟、環(huán)保和社會效益。人類利用水電有很長的歷史，水電開發(fā)也是從微型發(fā)展到大型和超大型，但在可再生能源利用技術和分布式供電技術日益受到重視的今天，利用現(xiàn)代工程技術的最新成果來開發(fā)利用微水電資源日益受到用戶青睞。2、基本內容、重點研究內容、技術方案流動的和落下的水擁有潛在的能量，可以通過水力發(fā)電系統(tǒng)轉化為電能。江河的落差通過大型水力發(fā)電樞紐產(chǎn)生巨大電能供給給千家萬戶；同樣，小河、小溪以及涌泉形成的流水、跌水也可以建設微型水力發(fā)電系統(tǒng)（簡稱微水電），滿足特定用戶的用電需求。微型水力發(fā)電系統(tǒng)按發(fā)電量的大小可分為戶用型、單村用型和多村用型三種。第一，戶用型為自己一家或就近的幾家人使用的微型水力發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電量一般在5千瓦以下，主要供照明和家電使用。第二，單村用型為十幾戶甚至上百戶村民使用的微型水力發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電量一般在5千瓦以上至50千瓦，主要供照明和家電使用。并且可以用作農副產(chǎn)品加工電源。第三，多村用型為數(shù)百戶村民使用的微型水力發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電量一般在50千瓦以上至500千瓦，主要供照明和家電使用。并且可以用作農副產(chǎn)品加工電源。微型水力發(fā)電機組一般按水輪機的適用的水頭分為低水頭機組、中等水頭機組、高水頭機組。發(fā)電機組水輪機與發(fā)電機之間的傳動有直接和間接兩種方式。水輪機是將水能轉化為機械能，帶動發(fā)電機發(fā)電的關鍵設備，其效率、壽命、可操作性、可維護性和維護周期是重要的指標。根據(jù)水頭、流量和用電量選擇合適的機型非常重要。通常低水頭、大流量的水輪機的價格高于高水頭、小流量的水輪機價格。如果用高水頭的水輪機代用低水頭水輪機，系統(tǒng)的發(fā)電效率會大幅度降低。對于單機容量100KW以下的微型水力發(fā)電，推薦采用整裝機組，以保證機組質量和節(jié)省投資。目前在中國市場上，包括整裝機組在內的微型水力發(fā)電機組價格差異很大，相同標稱功率的同類機組，價格差異超過20倍；同時在微型水力發(fā)電機組的品質方面也是差異很大，效率差異超過2倍、壽命差異超過15倍、維護周期差異超過20倍等。采購時要從以下幾方面對機組進行質量鑒別設計、制造標準；產(chǎn)品成套性；制造質量；服務承諾等。發(fā)電機的結構主要因勵磁方式的不同而異。目前中國常用的微型水力發(fā)電機有三種永磁同步發(fā)電機；電容勵磁異步發(fā)電機；同步發(fā)電機。永磁同步發(fā)電機結構最為簡單，但不同產(chǎn)品性能差異大，其機組容量小，目前在百瓦級機組中使用最廣。電容勵磁異步發(fā)電機由異步電動機配上勵磁電容改制而成，借助于異步電動機批量生產(chǎn)的優(yōu)勢，價格低，但勵磁電容可靠性差，效率較低，并且容易產(chǎn)生失磁現(xiàn)象。微型水力發(fā)電專用的同步發(fā)電機，效率高、電壓調節(jié)性能好、可靠性高。引水土建水電轉換電力輸送引水工程水輪機發(fā)電機用電器水力控制轉速控制頻率電壓控制用電負載控制下一步根據(jù)選擇的發(fā)電機組類型、水輪機類型、發(fā)電機類型進行水力發(fā)電機的MATLAB建模與仿真，仿真結果與預期結果進行分析、對比，然后再對所選的參數(shù)進行調整，以獲得更加完善的設計。3、設計的進度安排是第1、2周開始進行畢業(yè)設計，查詢相關資料。第3、4周撰寫開題報告，完成課題總體思想及結構的勾畫。第5、6周原理圖設計，水輪機發(fā)電機的參數(shù)選擇。第7、8、9周數(shù)據(jù)處理與分析，系統(tǒng)初步建模與仿真。第10、11周試驗階段，試驗數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)比較分析，調整參數(shù)，再次進行系統(tǒng)建模與仿真，以達到預期效果。第12、13、14周論文撰寫按照標準格式撰寫畢業(yè)設計論文。第15、16、周論文評審閱，論文答辯。4、參考文獻1林飛,杜欣電力電子應用技術的MATLAB仿真北京中國電力出版社,20082陳堅，電力電子學電力電子變換和控制技術北京高等教育出版社,20023張亮，MATLAB7X系統(tǒng)建模與仿真北京人民郵電出版社,20064魯植雄,小型發(fā)電機巧用速修一點通,北京,中國農業(yè)出版社,20105李發(fā)海、王巖,電機與拖動基礎（第三版）,北京,清華大學出版社,20066魏守平水輪機調節(jié)系統(tǒng)的MATLAB仿真模型J水電自動化與大壩監(jiān)測，2009，3347117劉令湘、江麗,可再生能源在建筑中的應用集成,北京,中國建筑工業(yè)出版社,20128周鑫發(fā)、楊啟岳,農村可再生能源技術與應用,杭州,浙江大學出版社,20119李德孚中國戶用微水電行業(yè)發(fā)展與建議J中國農村水電及電氣化，20066596110鄧可蘊,微型水利發(fā)電站的使用與維護,北京,中國農業(yè)出版社,200611白金明,生態(tài)家園典型模式與技術,北京,中國農業(yè)出版社,200612鄭源,水輪機,北京,中國水利水電出版社,200713JIANGCHUANWEN，MAYUCHAO，WANGCHENGMINPIDCONTROLLERPARAMETERSOPTIMIZATIONOFHYDROTURBINEGOVERNINGSYSTEMSUSINGDETERMINISTICCHAOTICMUTATIONEVOLUTIONARYPROGRAMMINGDCMEPJENERGYCONVERSIONANDMANAGEMENT，2006，479101222123014KHODABAKHSHIANA，HOOSHMANDRANEWPIDCONTROLLERDESIGNFORAUTOMATICGENERATIONCONTROLOFHYDROJELECTRICALPOWERANDENERGYSYSTEMS，2010，32537538215HANMANDLUM，HIMANIGPROPOSINGANEWADVANCEDCONTROTECHNIQUEFORMICROHYDROPOWERPLANTSJELECTRICALPOWERANDENERGYSYSTEMS，2008，304272282報告人簽字年月日5、指導教師意見結論指導教師簽名年月日注1開題報告應根據(jù)教師下發(fā)的畢業(yè)設計（論文）任務書，在教