开题报告-用于模拟风电机组的实时风速测量系统设计

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1、本科毕业设计（论文）开题报告课题名称：用于模拟风电机组的实时风速测量系统设计学院（系）：电气工程学院年级专业：2010级电力系统及其自动化学生姓名：指导教师：完成日期：2014年3月22日一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义风力发电是新能源领域中发展最快、技术最成熟、最具规模和商业化的发电方式之一[1,2]。近年来，在化石能源缺少的压力和国家政策的鼓励下，风力发电获得了快速的发展，无论是其规模还是技术都得到了极大的发展。然而，风力发电技术的发展离不开仿真和实验的发展，而仿真和试验系统开发在国内

2、文献鲜见报道[3]。所以本次选题是以模拟风力发电机组实验平台为基础，进行其风速测量技术的研究。对于当前国内外风力发电的规模：在国外，自2000年以来，世界风力发电装机年增长量均在20%以上，风电在能源供应中所占比例逐年提升。世界风能理事会的统计数据显示，2012年底世界风电总装机容量达282.6GW。2012年世界风电新增装机容量为44.8GW，同比增长19%。欧洲、亚洲、北美洲是世界范围内三大主要风电市场，其新增装机总容量及累计装机总容量均占全球的95%以上。欧洲2011年新增装机10.226GW，累计装

3、机容量达到97.588GW，可以满足欧洲6%的用电量。德国、瑞典陆上风电以及英国海上风电是欧洲风电的主要拉动力，而法国和西班牙相比上年有所减少。从累计容量上看，德国依然是欧洲风电的老大，紧随其后的是西班牙、英国、法国和意大利[4,5]。亚洲印度得益于政府的激励政策，实现了里程碑式发展，2011年新增装机3.01GW，同比增长50%。美国国会延长了风能生产税抵减政策，风电市场出现反弹，2011年新增装机6.810GW，相比上年增幅高达28%[4-7]。与此同时，国内风力发电的规模也获得了极大的发展：“十五”期

4、间，中国并网的风电总量为1.26MW，位居世界第十和亚洲第三；2007年新增风电装机为2.60MW，位居世界第五；2008年新增风电装机容量6.30MW，新增容量仅次于美国，位居世界第二，风电总装机容量已超过印度，位居世界第四位；2010年新增风电装机容量和总装机容量均居世界第一位；截至2011年,风电装机容量达到62GW，同比增长49%，发电约占全部发电量的1.67％[8]。另外，据相关调查，2012年中国风电装机已经升至全球榜首。全国并网风电装机达到5589×104kW，同比增长33.9%[9]。对于当

5、前风力发电模拟实验平台（试验系统）的研究现状，国内外学者在风力发电系统模拟与实验平台建设方面做了很多研究工作：根据主流风电机组的数学模型，设计了大型风电机组实验及仿真系统的硬件和软件，实现了全仿真系统开发[3]。了解变速恒频风力发电控制系统试验平台的构成与功能，并基于LabVIEW编写了风力发电主控制系统的监控软件，实现了风力发电控制系统的数据采集、风机运行控制及电网监测等功能[10]。一种基于励磁同步发电机的并网型风力发电实验系统在变速恒频框架下，采用实验型小功率同步发电机和通用的四象限变频器，以风能利用

6、系数为基础，通过本地或远程参数设置，准确模拟大型风力机在风电场中的各种工况，实现理想功率下的并网运行，并对实际问题进行验证和测试[11]。了解风能转换系统中空气动力子系统、传动链系统、电磁子系统、电力子系统等子系统的仿真建模，以Matlab/Simulink为开发平台，开发了风力发电系统的仿真实验平台，结合在小型脱网风力发电机中的应用，验证了平台的实验效果[12]。风力发电过程中风速测量相关技术的发展现状，国内外已有很多相应的研究：R.Andrew.Russell研制了一种类似于动物触须的传感器，采集空气流

7、动对其产生的冲击信号，从而获得风速的大小和方向的信息[13]。利用超声波测量也有近百年的历史，德国人吕特根于1928年提出了用两个声信号的时差法测量流速的可能性，并发表了一篇关于此问题的专利文章，但由于当时技术无法实现，此发现只能停留在理论研究上，并未实现。1955年，美国研究成功世界上第一台超声波流量计，但系统稳定性和可靠性差。70年代后期，大规模集成电路技术的飞速发展，高精度的风速测量成为一件轻而易举的事情，再加上高性能、动作非常稳定的PLL（锁相环路）技术的应用，使得超声波流量计的稳定可靠性得到了初步

8、保证。到了90年代，真正的高精度超声波气体流量计得到了实现。风速测量的方法正在逐步成熟，精度再不断提高[14]。随着电子技术、计算机技术、现代控制技术等技术的迅猛发展，测速系统得到了不断的发展与完善，功能更强大[15]。随着微型计算机技术的飞速发展和普及，数据采集系统也迅速地得到应用。在生产过程中，应用这一系统可对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录，以便提高产品质量、降低成本、提供信息和手段[16]。现在，在