畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)蔣立波開(kāi)題報(bào)告

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告題目：基于粒子群算法的風(fēng)電場(chǎng)異步發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)等值研究課題類別：設(shè)計(jì)口論文學(xué)生姓名：蔣立波學(xué)號(hào):0116班級(jí)：熱自0901班專業(yè)（全稱）：熱工過(guò)程自動(dòng)化指導(dǎo)教師：唐明珠2013年3月一、本課題設(shè)計(jì)（研究）的目的:21世紀(jì)是一個(gè)能源時(shí)代，隨著能源需求的不斷擴(kuò)大，新能源開(kāi)發(fā)成為主要課題。在諸多 新能源中，如果把技術(shù)，規(guī)模開(kāi)發(fā)條件和商業(yè)化前景這些因數(shù)綜合起來(lái)考慮，目前最佳的 新能源發(fā)電方式非風(fēng)電莫屬了。為了人類社會(huì)的持續(xù)發(fā)展，風(fēng)能作為首選新能源便引起了 全球的廣泛關(guān)注。而且風(fēng)電有不會(huì)帶來(lái)全球性環(huán)境污染，因此風(fēng)能的利用已經(jīng)成為了一種 勢(shì)不可擋的趨勢(shì)了。（1） 目前風(fēng)電產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，

2、成為了最具有開(kāi)發(fā)前景的新能源發(fā)電之一。自二十世紀(jì)70年 代世界性的能源危機(jī)以來(lái)，隨著社會(huì)對(duì)能源的需求不斷增加和對(duì)環(huán)境的要求不斷提高，世界各國(guó)已開(kāi)始利用可再生能源來(lái)代替常規(guī)能源發(fā)電，以減少對(duì)環(huán)境的污染。風(fēng)能作為一種 清潔的可再生能源，開(kāi)始受到世界各國(guó)的重視，由于風(fēng)力發(fā)電比其他可再生能源（水能除外） 利用在經(jīng)濟(jì)上更具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，因而發(fā)展迅速，是最具有開(kāi)發(fā)前景的新能源發(fā)電之一?，F(xiàn) 代風(fēng)力發(fā)電的崛起始于上世紀(jì)80年代，特別是90年代以來(lái)取得了飛速的進(jìn)展，已成為在利 用可再生能源發(fā)電方面發(fā)展最快的。（2）風(fēng)電機(jī)組越來(lái)越多，運(yùn)行特性至關(guān)重要。由于風(fēng)能本身固有的隨機(jī)性和特殊性，風(fēng)力 發(fā)電與常規(guī)水電、火電和核

3、電等的區(qū)別有：風(fēng)電機(jī)組輸出的有功功率是隨機(jī)的，其大小取 決于風(fēng)速和風(fēng)向；目前采用的風(fēng)電機(jī)組絕大多數(shù)是異步發(fā)電機(jī)組，運(yùn)行時(shí)要從電網(wǎng)吸收無(wú) 功功率；具有大量相對(duì)容量較小的風(fēng)電機(jī)組并列運(yùn)行；風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率會(huì)受尾流效應(yīng)的 影響：風(fēng)電機(jī)組要求在一定的氣溫范圍內(nèi)運(yùn)行；坐落在同一風(fēng)帶上的不同風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)速通 常具有一定的相關(guān)性。由于風(fēng)電的這些特殊性，很多與風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行有關(guān)的研究課題正 逐漸成為電力系統(tǒng)方面的熱點(diǎn)。又由大型并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)中的風(fēng)電機(jī)組眾多，研究其運(yùn)行特性 時(shí)受到計(jì)算量的限制。（3）世界各國(guó)的風(fēng)電迅速發(fā)展，風(fēng)電發(fā)展已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，風(fēng)能 市場(chǎng)也迅速發(fā)展起來(lái)。自2004年以來(lái)，全球

4、風(fēng)力發(fā)電能力翻了一番，預(yù)計(jì)未來(lái)20-25年內(nèi), 世界風(fēng)能市場(chǎng)每年將遞增25%隨著技術(shù)進(jìn)步和環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，風(fēng)能發(fā)電在商業(yè)上將完全 可以與燃煤發(fā)電競(jìng)爭(zhēng)。“十一五”期間，中國(guó)的并網(wǎng)風(fēng)電得到迅速發(fā)展。根據(jù)世界風(fēng)能協(xié) 會(huì)（GlobaIWi ndE nergyCou ncil）公布的最新數(shù)據(jù)顯示，截止 2011年年末，全球風(fēng)力發(fā)電總 量已經(jīng)達(dá)到2億3800萬(wàn)千瓦，近10年間增加了 10倍。數(shù)據(jù)顯示，全球風(fēng)力發(fā)電設(shè)備容量 在去年一年期間增加了近21%約4123萬(wàn)6000千瓦，而截止2001年年末的發(fā)電總量?jī)H為 2390萬(wàn)千瓦。按國(guó)家排名來(lái)看，我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電總量排名第一。（4）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組動(dòng)態(tài)等值研究具有重

5、大意義。 并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)屯場(chǎng)是指規(guī)模較大的風(fēng)電場(chǎng)， 由幾十臺(tái)甚至成百上千臺(tái)風(fēng)電機(jī)組組成，容最大約為幾兆瓦到幾百兆瓦。由于風(fēng)力發(fā)電固 有的間歇性和波動(dòng)性，隨著越來(lái)越多的風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行，對(duì)系統(tǒng)的影響也越米越明顯， 例如大型風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)會(huì)改變系統(tǒng)原有的潮流； 影響電能質(zhì)量（電壓波動(dòng)及閃變、諧波污染等） 和系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題等，電網(wǎng)的可靠性降低，電網(wǎng)的運(yùn)行成本也可能增加。因此研究風(fēng)電并 網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)的影響已成為亟待解決的重要研究課題。研究問(wèn)題過(guò)程中對(duì)風(fēng)電系統(tǒng)進(jìn)行仿真、 分析及控制，所要求的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)量很大，計(jì)算仿真時(shí)間也很長(zhǎng)，同時(shí)還要知道箍個(gè)系統(tǒng) 的全部信息。而風(fēng)電場(chǎng)中發(fā)電機(jī)數(shù)量眾多，達(dá)數(shù)百臺(tái)甚至上千臺(tái)同時(shí)會(huì)涉

6、及多種風(fēng)力機(jī)和 發(fā)電機(jī)類型，如果對(duì)每臺(tái)機(jī)組分別進(jìn)行建模，這樣將會(huì)增加潮流計(jì)算的時(shí)間，尤其使得仿 真時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。因此，在研究風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)的影響時(shí)，常將由多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組組成的風(fēng)電 場(chǎng)進(jìn)行等值建模。風(fēng)電場(chǎng)等值模型由風(fēng)速模型、風(fēng)力機(jī)模型和發(fā)電機(jī)模型組成，本文主要 研究其中的發(fā)電機(jī)模型。選異步發(fā)電機(jī)組動(dòng)態(tài)等值問(wèn)題為研究課題的意義就在于：當(dāng)對(duì)整 個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于仿真試驗(yàn)設(shè)備和規(guī)模的限制，不可能將原系統(tǒng) 進(jìn)行完全仿真。只能對(duì)原系統(tǒng)各個(gè)組成部分進(jìn)行合理等值化簡(jiǎn)后方可進(jìn)行；通過(guò)對(duì)復(fù)雜系 統(tǒng)各組成部分進(jìn)行有效的動(dòng)態(tài)等值，用對(duì)等值系統(tǒng)的研究代替對(duì)原系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的研究， 在保證必要精度的條件下，

7、可極大地減少仿真時(shí)間，節(jié)省人力物力。二、設(shè)計(jì)（研究）現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)（文獻(xiàn)綜述）：我國(guó)風(fēng)能資源豐富，可開(kāi)發(fā)利用的風(fēng)能儲(chǔ)量龐大。1986年建設(shè)山東榮成第一個(gè)示范風(fēng)電場(chǎng)至今，經(jīng)過(guò)近20多年的努力，風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)規(guī)模不斷擴(kuò)大。中國(guó)風(fēng)能資源豐富。據(jù)中國(guó)氣 象局組織的第三次全國(guó)風(fēng)能資源普查結(jié)果顯示，我國(guó)可開(kāi)發(fā)風(fēng)能總儲(chǔ)量約有43.5億千瓦，其中可開(kāi)發(fā)和利用的陸地上風(fēng)能儲(chǔ)量有 6億一10億千瓦,近海風(fēng)能儲(chǔ)量有1億一2億千瓦，共 計(jì)約7億一12億千瓦，發(fā)展?jié)摿薮?。過(guò)去三年中，中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量增長(zhǎng)速率逐年遞增， 分別為16. 4%、21%和34. 7%。按照我國(guó)可再生能源發(fā)展戰(zhàn)略，到 2010年，實(shí)現(xiàn)總 裝機(jī)500

8、萬(wàn)千瓦：2020年，總裝機(jī)達(dá)到3000萬(wàn)千瓦，占全國(guó)總發(fā)電量的1%一2%左右?！笆?一五”時(shí)期，中國(guó)計(jì)劃新增風(fēng)電裝機(jī)容量約 900萬(wàn)千瓦，到2010年總裝機(jī)容量達(dá)到1000萬(wàn)千 瓦，這在可再生能源中長(zhǎng)期規(guī)劃的基礎(chǔ)上調(diào)高了一倍?！皣?guó)家在規(guī)劃中將風(fēng)電的發(fā)展 目標(biāo)翻了一番，很大程度上歸功于近年來(lái)風(fēng)電在我國(guó)的迅猛發(fā)展。”中國(guó)風(fēng)電協(xié)會(huì)副理事 長(zhǎng)施鵬飛地表示，“從十一五規(guī)劃中可以看出，國(guó)家對(duì)風(fēng)電支持力度很大，發(fā)展前景 極好。”目前我國(guó)內(nèi)外對(duì)風(fēng)電的研究還不是很成熟， 對(duì)風(fēng)電場(chǎng)等值減少仿真時(shí)間的方法有待于改 進(jìn)。風(fēng)電場(chǎng)等值建模和簡(jiǎn)化異步發(fā)電機(jī)模型為現(xiàn)在一般采用的減少風(fēng)電場(chǎng)仿真時(shí)間的方法， 將模型在近似的情況下

9、降階處理。對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的等值主要采用降階等值建模，是指在特定的 條件下用一臺(tái)風(fēng)力機(jī)模型表示風(fēng)電場(chǎng)。變尺度降階建模針對(duì)于采用矩形布置的風(fēng)電場(chǎng)，將 每行或每列等值為一臺(tái)發(fā)電機(jī)，前提是風(fēng)力機(jī)組的運(yùn)行條件相同。降階變尺度模型忽略了 一些約束使得仿真存在一定的誤差動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性時(shí)，常用組合模型來(lái)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行等值模， 包括風(fēng)速模型、風(fēng)力機(jī)模型、軸系模型和異步發(fā)電機(jī)模型等。這樣在滿足等值風(fēng)電場(chǎng)的容 量等丁每臺(tái)風(fēng)力機(jī)容量之和、等值風(fēng)電場(chǎng)輸出有功等于每臺(tái)機(jī)輸出有功之和的條件下，分 別對(duì)組合模型進(jìn)行等值。其中對(duì)于異步發(fā)電機(jī)的等值，工程上都采用按容量加權(quán)求和等值 的方法來(lái)近似模擬，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)中發(fā)電機(jī)的等值建模也采用按容量加權(quán)

10、求法。而按容量加權(quán) 法的前提條件是等值前風(fēng)電場(chǎng)中所有異步發(fā)電機(jī)組通過(guò)出口變壓器接于同一母線，具有相 同的風(fēng)速作用，且忽略風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)速分布和內(nèi)電網(wǎng)的功率損耗，其適用性較差。而實(shí)際風(fēng) 電場(chǎng)中，由于尾流效應(yīng)和地形因素的作用，一般每臺(tái)風(fēng)機(jī)所受的風(fēng)速大小是不同的。千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電項(xiàng)目合理性仍需系統(tǒng)論證，我國(guó)應(yīng)調(diào)整風(fēng)電發(fā)展道路。中國(guó)風(fēng)電應(yīng)當(dāng)走 大規(guī)模、高度集中開(kāi)發(fā)，遠(yuǎn)距離、高電壓輸送的道路，還是小規(guī)模、分布式，低電 壓、就地分散接入系統(tǒng)。雖有爭(zhēng)議，但這些年的實(shí)踐似乎已給出了回答。在題為促進(jìn)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的思考的博文中，國(guó)務(wù)院研究室副司長(zhǎng)范必寫(xiě)道，“大規(guī)模、高度 集中開(kāi)發(fā)，遠(yuǎn)距離、高電壓輸送”的道路在中國(guó)有

11、其物理局限性。中國(guó)電源結(jié)構(gòu)以煤電為 主，系統(tǒng)調(diào)峰手段本就有限，隨著風(fēng)電大規(guī)模集中開(kāi)發(fā)，電網(wǎng)調(diào)節(jié)更為困難。近年來(lái)，一 些地區(qū)風(fēng)電建設(shè)規(guī)模增加很快，配套電網(wǎng)建設(shè)不足的問(wèn)題已開(kāi)始顯現(xiàn)。而目前國(guó)內(nèi)還有一 批大型風(fēng)電場(chǎng)在規(guī)劃和建設(shè)當(dāng)中。如此大規(guī)模集中開(kāi)發(fā)、超遠(yuǎn)距離、高電壓接入系統(tǒng)的風(fēng) 電基地建設(shè)，在世界上尚屬首例，會(huì)在接入系統(tǒng)方面造成較大的困難。從能源利用的一般 規(guī)律看，分散稀薄的能源應(yīng)當(dāng)分散利用，而集中利用代價(jià)會(huì)比較大，風(fēng)電就屬于這種情況。 中國(guó)現(xiàn)在規(guī)劃的風(fēng)電資源地遠(yuǎn)離電力消費(fèi)地，對(duì)于分散式、小規(guī)模、低電壓，以及更便于 電網(wǎng)接入的風(fēng)場(chǎng)，應(yīng)加強(qiáng)規(guī)劃和開(kāi)發(fā)。大力發(fā)展小規(guī)模、低電壓、近消納、直接接入配電 網(wǎng)

12、系統(tǒng)的分散式風(fēng)電已經(jīng)開(kāi)始成為主流。三、設(shè)計(jì)(研究)的重點(diǎn)與難點(diǎn)，擬采用的途徑(研究手段)： 本論文研究的重點(diǎn)如下：(1) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及風(fēng)電系統(tǒng)各組成部分的數(shù)學(xué)模型，包括風(fēng)速模型、風(fēng)力機(jī)模型、發(fā)電機(jī) 模型和機(jī)端電容模型，并在MATLAB境一 F對(duì)典型風(fēng)速進(jìn)行了仿真，其中重點(diǎn)是分析異步發(fā) 電機(jī)穩(wěn)態(tài)模型和暫態(tài)模型的推導(dǎo)過(guò)程。利用 MATIAB寸典型異步發(fā)電機(jī)接入無(wú)窮大系統(tǒng)進(jìn)行 仿真，分析在機(jī)端三相接地短路故障和陣風(fēng)干擾下異步發(fā)電機(jī)的輸出動(dòng)態(tài)特性，結(jié)果表明了所采用的異步發(fā)電機(jī)仿真模型的正確性。(2) 般研究對(duì)象是恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的鼠籠式異步發(fā)電機(jī)組，而目前由于雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的一系列優(yōu)點(diǎn)而越來(lái)越被受

13、到關(guān)注，因此要找到一種適合于雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)等值的 方法有一定的困難。(3) 研究過(guò)程中一般僅對(duì)風(fēng)電場(chǎng)模型中的發(fā)電機(jī)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)等值，而將其他模型簡(jiǎn)單化等值處理，如假定所有風(fēng)力機(jī)處的空氣密度相等、風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)換效率相同等。但是要得到一套較完整的風(fēng)電機(jī)組等值模型，必須詳細(xì)考慮備組成部分的模型。因此簡(jiǎn)化處理而又想得 高分析的精確就存在難度。(4) 研究含有風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)穩(wěn)定性時(shí)，雖然可用異步發(fā)電機(jī)的全暫態(tài)模型表示風(fēng)電場(chǎng)中的每 臺(tái)發(fā)電機(jī)，但由于風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電機(jī)數(shù)量眾多，因此該模型應(yīng)用于風(fēng)電場(chǎng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致仿真計(jì)算時(shí)間 較長(zhǎng)。在傳統(tǒng)的暫態(tài)模型中，描述一臺(tái)感應(yīng)電機(jī)需要五個(gè)狀態(tài)變量，加之風(fēng)電場(chǎng)還要考慮改 善功率因數(shù)的

14、電容和網(wǎng)絡(luò)阻抗，描述一臺(tái)風(fēng)力機(jī)組就需要九個(gè)狀態(tài)變量。因此，傳統(tǒng)的感應(yīng) 電機(jī)暫態(tài)模型不適用于風(fēng)電場(chǎng)仿真計(jì)算。雖然通過(guò)忽略定子的電磁暫態(tài)發(fā)電機(jī)模型可減至 三階，但要建立完整的模型，每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組仍需七個(gè)狀態(tài)變量。由于風(fēng)電的研究在國(guó)內(nèi)外都 尚屬起步階段，對(duì)于減少風(fēng)電場(chǎng)仿真時(shí)間的方法的研究也較少。現(xiàn)在一般采取的方法是簡(jiǎn)化 異步發(fā)電機(jī)模型，將模型在近似的情況卜降階處理，利用奇異攝動(dòng)理論的風(fēng)電場(chǎng)降階模型和 研究機(jī)械轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的線性動(dòng)態(tài)異步機(jī)模型就屬于這類模型。但線性動(dòng)態(tài)模型只適用于研究機(jī)械波動(dòng)為正弦的情況；基于奇異攝動(dòng)理論的降階模型側(cè)重于對(duì)電機(jī)本身的研究。四、設(shè)計(jì)(研究)進(jìn)度計(jì)劃：第一周：收集相關(guān)資料第二周一

15、一第三周：開(kāi)題報(bào)告與外文翻譯第四周:粒子群算法模型的建立第五周一一第七周：設(shè)計(jì)研究方法并演算第八周一一第十周：用MATLA對(duì)其進(jìn)行仿真計(jì)算第十一周：驗(yàn)證對(duì)比分析第十二周一一第十三周：畢業(yè)論文撰寫(xiě)第十四周一一第十五周：答辯及論文修改五、參考文獻(xiàn)：1 李先奇變速風(fēng)電機(jī)組風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)的系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性研究博士 .華中科技大學(xué),20082 盧錯(cuò).雙饋型風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行控制策略及風(fēng)電場(chǎng)建模研究碩士 .華南理工大學(xué),20123 申洪.變速恒頻風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行模型研究及其應(yīng)用博士 .中國(guó)電力科學(xué)研究院，20084 覃暉，覃惠玲，喬可,et al.風(fēng)電場(chǎng)對(duì)系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定的影響研究.電工技術(shù)，2010,(12):29-30)張紅光；大容量風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的影響研究；華北電力大學(xué)，(北2009年6 劉廣東；高寧;王東;趙雙喜；魯志平;電網(wǎng)不對(duì)稱故障下雙饋式風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越技術(shù)J;電力建設(shè);2011年12期7 喬嘉賡;魯宗相;閔勇;劉捷;謝珍建;王海潛;風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)的新型實(shí)用等效方法J;電工技術(shù) 學(xué)報(bào);2009年04期8 黃梅;萬(wàn)航羽