【自動(dòng)化】千瓦級(jí)水力發(fā)電機(jī)的建模與仿真開(kāi)題報(bào)告

武漢理工大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告1、目的及意義（含國(guó)內(nèi)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(jī)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(jì)算方法。新中國(guó)成立50年來(lái)，我國(guó)水電建設(shè)事業(yè)取得了飛躍發(fā)展，特別是改革開(kāi)放以來(lái)，隨著廣蓄、天生橋高壩、小浪底、二灘、三峽等一批世界級(jí)水電站的建設(shè)，中國(guó)已逐步進(jìn)入世界水電建設(shè)前列。目前，我國(guó)是世界上水電在建規(guī)模最大的國(guó)家，是水電發(fā)展速度最快的國(guó)家。我國(guó)實(shí)際可開(kāi)發(fā)量按規(guī)劃數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)近38億千瓦、225萬(wàn)億千瓦時(shí)左右，居世界第一位。以電量計(jì)，約占世界總量的15，而我國(guó)人口卻占世界的21，因此人均資源并不富裕。到2050年后，我國(guó)達(dá)到中等發(fā)達(dá)國(guó)家水平，如按人均裝機(jī)1千瓦計(jì)，全國(guó)電力總裝機(jī)為15億千瓦16億千瓦。常規(guī)水電即使全部開(kāi)發(fā)出來(lái)，加上抽水蓄能電站，水電比例也只占3040左右。我國(guó)水利資源集中在經(jīng)濟(jì)相對(duì)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(gè)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(guó)總資源量的60，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的東部13個(gè)省直轄市遼、吉、黑、京、津、冀、魯、蘇、浙、皖、滬、粵、閩僅占7左右。全國(guó)平均開(kāi)發(fā)率仍以規(guī)劃數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，按電量算僅912，位居世界第83位，排在很多發(fā)展中國(guó)家如印度、越南、泰國(guó)、巴西、埃及等國(guó)家之后，與中國(guó)是發(fā)展中大國(guó)的位置極不相稱。但在東部，水電開(kāi)發(fā)率很高，除國(guó)際界河外，已開(kāi)發(fā)70以上，可開(kāi)發(fā)的大型水電站只剩下4座，共161萬(wàn)千瓦，即黑龍江的尼爾基電站25萬(wàn)千瓦、浙江的攤坑電站60萬(wàn)千瓦、大均電站46萬(wàn)千瓦和福建的街面電站30萬(wàn)千瓦。而西部的水電開(kāi)發(fā)才剛剛開(kāi)始，開(kāi)發(fā)率僅75。因此21世紀(jì)，水電要結(jié)合國(guó)家的西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略，大力開(kāi)發(fā)西部水電，實(shí)施大規(guī)模的西電東送，才能實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置和電源結(jié)構(gòu)的合理調(diào)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(guó)家公園、度假村、學(xué)校、軍營(yíng)、公路養(yǎng)護(hù)站、機(jī)站及其他野外工作的營(yíng)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(jī)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(jià)電能提供的舒適生活。微型水力發(fā)電機(jī)組一般按水輪機(jī)的適用的水頭分為低水頭機(jī)組（適用水頭1220米）、中等水頭機(jī)組（適用水頭1540米）、高水頭機(jī)組（適用水頭25米以上）三類。發(fā)電機(jī)組水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)之間的傳動(dòng)有直接和間接兩種方式。直接傳動(dòng)用于水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速相吻合的情況，采用聯(lián)軸器聯(lián)接水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)。這種形式傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便；當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與水輪機(jī)轉(zhuǎn)速不同時(shí)，常采用平皮帶傳動(dòng)和三角皮帶聯(lián)接水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)，進(jìn)行間接傳動(dòng)。微型整裝水輪發(fā)電機(jī)組通常為直接傳動(dòng)，整體性好，效率高。直立安裝的機(jī)組稱為立式機(jī)組。它的主軸是豎立的，一般采用直接傳動(dòng)。軸流式微型水力發(fā)電機(jī)組是典型的立式機(jī)組。主軸是水平安裝的機(jī)組，稱為臥式機(jī)組，它一般采用間接傳動(dòng)，也有直接傳動(dòng)的（如貫流式機(jī)組）。選用立式機(jī)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(wú)電地區(qū)的供電問(wèn)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(guò)微水電和電網(wǎng)混合供電來(lái)獲取經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和社會(huì)效益。人類利用水電有很長(zhǎng)的歷史，水電開(kāi)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(shù)和分布式供電技術(shù)日益受到重視的今天，利用現(xiàn)代工程技術(shù)的最新成果來(lái)開(kāi)發(fā)利用微水電資源日益受到用戶青睞。2、基本內(nèi)容、重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容、技術(shù)方案流動(dòng)的和落下的水擁有潛在的能量，可以通過(guò)水力發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為電能。江河的落差通過(guò)大型水力發(fā)電樞紐產(chǎn)生巨大電能供給給千家萬(wàn)戶；同樣，小河、小溪以及涌泉形成的流水、跌水也可以建設(shè)微型水力發(fā)電系統(tǒng)（簡(jiǎn)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(nóng)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(nóng)副產(chǎn)品加工電源。微型水力發(fā)電機(jī)組一般按水輪機(jī)的適用的水頭分為低水頭機(jī)組、中等水頭機(jī)組、高水頭機(jī)組。發(fā)電機(jī)組水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)之間的傳動(dòng)有直接和間接兩種方式。水輪機(jī)是將水能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的關(guān)鍵設(shè)備，其效率、壽命、可操作性、可維護(hù)性和維護(hù)周期是重要的指標(biāo)。根據(jù)水頭、流量和用電量選擇合適的機(jī)型非常重要。通常低水頭、大流量的水輪機(jī)的價(jià)格高于高水頭、小流量的水輪機(jī)價(jià)格。如果用高水頭的水輪機(jī)代用低水頭水輪機(jī)，系統(tǒng)的發(fā)電效率會(huì)大幅度降低。對(duì)于單機(jī)容量100KW以下的微型水力發(fā)電，推薦采用整裝機(jī)組，以保證機(jī)組質(zhì)量和節(jié)省投資。目前在中國(guó)市場(chǎng)上，包括整裝機(jī)組在內(nèi)的微型水力發(fā)電機(jī)組價(jià)格差異很大，相同標(biāo)稱功率的同類機(jī)組，價(jià)格差異超過(guò)20倍；同時(shí)在微型水力發(fā)電機(jī)組的品質(zhì)方面也是差異很大，效率差異超過(guò)2倍、壽命差異超過(guò)15倍、維護(hù)周期差異超過(guò)20倍等。采購(gòu)時(shí)要從以下幾方面對(duì)機(jī)組進(jìn)行質(zhì)量鑒別設(shè)計(jì)、制造標(biāo)準(zhǔn)；產(chǎn)品成套性；制造質(zhì)量；服務(wù)承諾等。發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)主要因勵(lì)磁方式的不同而異。目前中國(guó)常用的微型水力發(fā)電機(jī)有三種永磁同步發(fā)電機(jī)；電容勵(lì)磁異步發(fā)電機(jī)；同步發(fā)電機(jī)。永磁同步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單，但不同產(chǎn)品性能差異大，其機(jī)組容量小，目前在百瓦級(jí)機(jī)組中使用最廣。電容勵(lì)磁異步發(fā)電機(jī)由異步電動(dòng)機(jī)配上勵(lì)磁電容改制而成，借助于異步電動(dòng)機(jī)批量生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)，價(jià)格低，但勵(lì)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(jī)，效率高、電壓調(diào)節(jié)性能好、可靠性高。引水土建水電轉(zhuǎn)換電力輸送引水工程水輪機(jī)發(fā)電機(jī)用電器水力控制轉(zhuǎn)速控制頻率電壓控制用電負(fù)載控制下一步根據(jù)選擇的發(fā)電機(jī)組類型、水輪機(jī)類型、發(fā)電機(jī)類型進(jìn)行水力發(fā)電機(jī)的MATLAB建模與仿真，仿真結(jié)果與預(yù)期結(jié)果進(jìn)行分析、對(duì)比，然后再對(duì)所選的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以獲得更加完善的設(shè)計(jì)。3、設(shè)計(jì)的進(jìn)度安排是第1、2周開(kāi)始進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)，查詢相關(guān)資料。第3、4周撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告，完成課題總體思想及結(jié)構(gòu)的勾畫(huà)。第5、6周原理圖設(shè)計(jì)，水輪機(jī)發(fā)電機(jī)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(yàn)階段，試驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)比較分析，調(diào)整參數(shù)，再次進(jìn)行系統(tǒng)建模與仿真，以達(dá)到預(yù)期效果。第12、13、14周論文撰寫(xiě)按照標(biāo)準(zhǔn)格式撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。第15、16、周論文評(píng)審閱，論文答辯。4、參考文獻(xiàn)1林飛,杜欣電力電子應(yīng)用技術(shù)的MATLAB仿真北京中國(guó)電力出版社,20082陳堅(jiān)，電力電子學(xué)電力電子變換和控制技術(shù)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(jī)巧用速修一點(diǎn)通,北京,中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,20105李發(fā)海、王巖,電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)（第三版）,北京,清華大學(xué)出版社,20066魏守平水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的MATLAB仿真模型J水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè)，2009，3347117劉令湘、江麗,可再生能源在建筑中的應(yīng)用集成,北京,中國(guó)建筑工業(yè)出版社,20128周鑫發(fā)、楊啟岳,農(nóng)村可再生能源技術(shù)與應(yīng)用,杭州,浙江大學(xué)出版社,20119李德孚中國(guó)戶用微水電行業(yè)發(fā)展與建議J中國(guó)農(nóng)村水電及電氣化，20066596110鄧可蘊(yùn),微型水利發(fā)電站的使用與維護(hù),北京,中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,200611白金明,生態(tài)家園典型模式與技術(shù),北京,中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,200612鄭源,水輪機(jī),北京,中國(guó)水利水電出版社,200713JIANGCHUANWEN，MAYUCHAO，WANGCHENGMINPIDCONTROLLERPARAMETERSOPTIMIZATIONOFHYDROTURBINEGOVERNINGSYSTEMSUSINGDETERMINISTICCHAOTICMUTATIONEVOLUTIONARYPROGRAMMINGDCMEPJENERGYCONVERSIONANDMANAGEMENT，2006，479101222123014KHODABAKHSHIANA，HOOSHMANDRANEWPIDCONTROLLERDESIGNFORAUTOMATICGENERATIONCONTROLOFHYDROJELECTRICALPOWERANDENERGYSYSTEMS，2010，32537538215HANMANDLUM，HIMANIGPROPOSINGANEWADVANCEDCONTROTECHNIQUEFORMICROHYDROPOWERPLANTSJELECTRICALPOWERANDENERGYSYSTEMS，2008，304272282報(bào)告人簽字年月日5、指導(dǎo)教師意見(jiàn)結(jié)論指導(dǎo)教師簽名年月日注1開(kāi)題報(bào)告應(yīng)根據(jù)教師下發(fā)的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)，在教