青島大學(xué)最新碩士研究生開題報告范例

1、 青島大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文開題報告學(xué)校代碼：11065編 號： 青 島 大 學(xué) 碩士學(xué)位論文開題報告論文題目: 姓 名: 專業(yè)名稱: 研究方向: 指導(dǎo)教師: 日期: 2016年12月31日 專 業(yè) 論文起止日期 課題來源 選題報告會日期 論文題目 研究方向 一、選題的背景和意義進(jìn)入21世紀(jì)，隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源問題和環(huán)境問題日益凸顯，解決方法之一就是尋找更加環(huán)保的能源，如風(fēng)能、水能等。異步發(fā)電機結(jié)構(gòu)簡單牢固、維修方便、無需直流勵磁、性能優(yōu)良，利用異步發(fā)電機將風(fēng)能、水能等可再生能源轉(zhuǎn)化電能，能夠?qū)崿F(xiàn)對這些能源的高效開發(fā)。近幾十年以來，我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)飛速發(fā)展，形成了比較完善的工業(yè)體系，社會用

2、電量增長迅速，已經(jīng)成為公認(rèn)的用電大國1-6。我國的可再生能源豐富，水能資源總量達(dá)到6億kw，年可提供2億kwh的電量；風(fēng)能資源總量為712億kw。大力發(fā)展水能、風(fēng)能等可再生能源已經(jīng)成為我國的一項可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，異步發(fā)電機在風(fēng)能、水能轉(zhuǎn)化為電能的開發(fā)當(dāng)中必將發(fā)揮巨大的作用。另外，隨著我國國力的提升和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國防實力增強，艦船等獨立發(fā)電系統(tǒng)對異步發(fā)電機也具有一定的需求。大型并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機一般采用異步發(fā)電機。異步發(fā)電機具有并網(wǎng)簡單、結(jié)構(gòu)簡單、價廉、可靠性高等優(yōu)點，在風(fēng)電系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。其主要缺點是需要吸收2030額定功率的無功功率，吸收的無功功率主要是為了滿足勵磁電流的需要，另一方面，也

3、滿足轉(zhuǎn)子漏磁的需要。如此大的無功吸取如果不經(jīng)過補償直接并網(wǎng)，就會表現(xiàn)出功率因數(shù)較低，不僅對電網(wǎng)形成污染，而且妨礙有功功率的輸出，還會造成線損增加，送電距離遠(yuǎn)的末端用戶電壓降低，影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定性等問題。因此需要對異步發(fā)電機進(jìn)行無功補償以維持電壓的穩(wěn)定。通過投切電容器進(jìn)行無功補償是較為常用的異步發(fā)電機穩(wěn)壓方法，這種分組投入補償電容器的方法雖然實現(xiàn)簡單，但是不能對機端電壓進(jìn)行動態(tài)平滑調(diào)節(jié)。國內(nèi)外一些研究人員提出了其他的解決方案將基于電力電子技術(shù)的無功補償裝置如svc、svg等應(yīng)用到異步發(fā)電機的電壓控制當(dāng)中，這不但提高了異步發(fā)電機的帶載能力，同時也具有電壓調(diào)節(jié)迅速、電能質(zhì)量更好的優(yōu)點。隨著電力電子技

4、術(shù)的發(fā)展，電力電子器件的制造成本不斷降低，電力電子裝置的控制方法更加多樣，因此電力電子裝置在異步發(fā)電機電壓控制當(dāng)中的應(yīng)用會更加廣泛。靜止無功補償器在調(diào)節(jié)的快速性，功能的多樣性、工作的可靠性、投資和運行費用的經(jīng)濟(jì)性等方面都具有顯著的優(yōu)點，將其應(yīng)用到異步發(fā)電機的電壓控制中也使得異步發(fā)電機的優(yōu)勢更加明顯。二、國內(nèi)外研究動態(tài) 國外對于自激異步發(fā)電機的研究比較深入，已有大量的研究成果見諸文獻(xiàn)，形成了比較系統(tǒng)的理論體系，而且已有相關(guān)的專著出版。對異步發(fā)電機的分析，主要是分析其穩(wěn)定運行和暫態(tài)運行時的性能，分別利用異步發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)模型和暫態(tài)模型進(jìn)行研究。研究過程中，文獻(xiàn)針對所分析的問題都采取了不同程度的假設(shè)和

5、簡化。1. 國內(nèi)外對異步發(fā)電機的研究現(xiàn)狀異步發(fā)電機的研究始于上世紀(jì)三十年代，其后陷入中斷，主要是由于異步發(fā)電機無功補償方面的缺點。八十年代后，由于世界各國對風(fēng)能、水能等可再生能源的開發(fā)，獨立運行的異步發(fā)電機的研究工作開始受到重視。目前，自激異步發(fā)電機的研究工作取得了豐碩的成果，國內(nèi)外學(xué)者發(fā)表了大量的文獻(xiàn)，包括暫態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)性能、電壓補償?shù)确矫?。對異步發(fā)電機電壓控制方面的研究主要是在穩(wěn)態(tài)模型和暫態(tài)模型下分析各種控制方案對異步發(fā)電機的帶負(fù)載能力和機端電壓的影響。quazene和mcpherson較早地對自激異步發(fā)電機進(jìn)行了充分地研究，他們以異步電機的一相等值電路為基礎(chǔ)分析了異步發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)運行特性

6、，并且求解了定子頻率的標(biāo)幺值和建壓電容等。通過回路阻抗法研究了異步發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)性能。有的文獻(xiàn)中提出了異步發(fā)電機帶不對稱負(fù)載運行時的分析方法。研究了自激異步發(fā)電機的運行范圍。關(guān)于自激異步發(fā)電機穩(wěn)態(tài)運行的研究包括很多方面：自激異步發(fā)電機運行的范圍，并聯(lián)運行的條件，快速迭代算法的求解，長短并勵連接的電壓調(diào)節(jié)，優(yōu)化算法的選擇、求解。對于自激異步發(fā)電機暫態(tài)過程的分析最為常用的方法是特征根法?；诋惒桨l(fā)電機暫態(tài)等值電路列寫狀態(tài)方程，然后利用特征根法求解列出的方程，根據(jù)求解的特征根分析外部參數(shù)對異步發(fā)電機的影響。特征根法已經(jīng)在電壓穩(wěn)定性分析、動穩(wěn)定性分析、臨界電壓計算、大電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性計算等方面得到廣泛應(yīng)

7、用。2.靜止無功補償器的發(fā)展概況無功補償裝置的發(fā)展經(jīng)歷了從電容器、同步調(diào)相機、靜止無功補償裝置、靜止無功發(fā)生器等幾個不同階段。并聯(lián)電容器結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便，但它只能發(fā)出無功功率，并且不能連續(xù)調(diào)節(jié)，當(dāng)系統(tǒng)存在諧波時還可能發(fā)生并聯(lián)諧振。在系統(tǒng)的電壓下降得比較大時，并聯(lián)電容器提供的無功功率也急劇下降，從而使其補償能力下降。較早出現(xiàn)的動態(tài)無功補償裝置是同步調(diào)相機，它既能發(fā)出無功功率，也能吸收無功功率，并且能對無功功率進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)。由于同步調(diào)相機是機械裝置，因而存在噪音比較大、維護(hù)更加困難的缺點，同時它的響應(yīng)速度也不夠理想。上世紀(jì)70年代，靜止無功補償裝置問世，并逐漸得到推廣。最早的靜止無功補償裝置是飽

8、和電抗器，是由英國gec公司于1967年研制成功的。由于飽和電抗器是電力電子裝置，不存在機械旋轉(zhuǎn)部分，因此與同步調(diào)相機相比，響應(yīng)速度更快。但是由于它的鐵芯需要磁化到飽和狀態(tài)，所以損耗比較大，其后被逐漸淘汰。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，使用晶閘管的靜止無功補償裝置被應(yīng)用到電力系統(tǒng)無功功率控制當(dāng)中。80年代，美國ge公司、美國西屋公司等都成功地將使用晶閘管的靜止無功補償裝置投入實際運行。我國現(xiàn)在也具備了靜止無功補償裝置的制造能力。近幾十年來，使用晶閘管的靜止無功補償裝置使用越來越廣泛，占據(jù)了很大的市場。靜止無功補償裝置采用電力電子開關(guān)，因而調(diào)節(jié)迅速，而且制造成本較低，在電力系統(tǒng)的應(yīng)用中得到了成功，目前

9、在輸配電系統(tǒng)的無功補償當(dāng)中，svc仍然具有重要的地位。但是靜止無功補償器也具有一定的缺陷，首先它是一個諧波源，會給電網(wǎng)帶來諧波污染，而且其主電路中需要大電感，這增加了靜止無功補償器的成本和體積，這限制了它的繼續(xù)推廣。上世紀(jì)八十年代，靜止無功發(fā)生器研制成功，并成為研究熱點，但是靜止無功發(fā)生器的控制方法更為復(fù)雜，對控制器的要求比較高，因此它的推廣應(yīng)用還需要進(jìn)一步的研究。無功補償器發(fā)展的歷程也是對補償無功性能不斷改進(jìn)的過程。下表是各種無功補償裝置的簡要對比。各種無功補償裝置的對比裝置項目同步調(diào)相機飽和電抗器晶閘管控制電抗器晶閘管投切電容器混合型靜止補償器靜止無功發(fā)生器響應(yīng)速度慢較快較快較快較快快吸收

10、無功連續(xù)連續(xù)連續(xù)分級連續(xù)連續(xù)控制簡單不可控較簡單較簡單較簡單復(fù)雜諧波電流無大大無大小分相調(diào)節(jié)有限不可可以有限可以可以損耗大較大中小小小噪聲大大小小小小晶閘管控制電抗器響應(yīng)速度較快，可連續(xù)調(diào)節(jié)無功，且控制較為簡單，雖然諧波較大，但是通過lc濾波器可以較為容易地濾除。由于使用晶閘管的靜止無功補償裝置具有優(yōu)良的性能，所以近年來在世界范圍內(nèi)其市場一直在迅速而穩(wěn)定地增長，已占據(jù)了靜止無功補償裝置的主導(dǎo)地位。三、主要研究內(nèi)容和解決的主要問題1. 主要研究內(nèi)容 從異步發(fā)電機的數(shù)學(xué)模型出發(fā)，詳述了異步發(fā)電機的控制原理，并給出了無功補償器容量的計算方法，異步發(fā)電機制原理的分析。對異步發(fā)電機的分析，主要是分析其穩(wěn)

11、定運行和暫態(tài)運行時的性能，分別利用異步發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)模型和暫態(tài)模型進(jìn)行研究。1.1. 靜止無功補償裝置控制策略的選擇以下是幾種常見的動態(tài)無功補償方案：(1)sr型：sr型補償器結(jié)構(gòu)簡單，動態(tài)響應(yīng)較快。但補償效果差，并且由于鐵芯運行在飽和狀態(tài)下，運行時噪音比較大。選用這種形式的補償器需要采取各種措施來降低噪音。除了噪音之外，它還將產(chǎn)生諧波電流。因此，一般情況下不采用這種補償方式。(2)tsc型：tsc型補償器主要優(yōu)點是：占地小，損耗小，不產(chǎn)生諧波電流，但其晶閘管導(dǎo)通相位受到過渡過程的限制，故不能連續(xù)控制。tsc的這種控制結(jié)果，使svc所補償?shù)臒o功功率里階梯狀，因此與變動的無功負(fù)荷之間產(chǎn)生了殘留的無

12、功功率波動。若晶閘管控制相位不當(dāng)，有可能造成電容器擊穿、晶閘管損壞或給電源系統(tǒng)造成高效諧波振蕩。這種補償器一般用于低壓系統(tǒng)。(3)tct型：tct型svc的主要缺點一是在調(diào)整感性電流時將產(chǎn)生高次諧波，且這些諧波的相角高速改變，加重了諧波濾波器的負(fù)擔(dān)；二是整個補償裝置有功損耗較大，另外理想的高阻抗變壓器短路阻抗應(yīng)為100，而實際上最高也只能達(dá)到80左右，阻抗越高越難制造，這就決定了唧型svc功耗大、發(fā)熱嚴(yán)重。因此，這種類型的補償器一般用于20mva以下的動態(tài)無功補償系統(tǒng)，盡管高阻抗變壓器限制了tct型svc的使用，但這種類型還是有其優(yōu)點的，主要是：由于晶閘管接在高阻抗變壓器的二次側(cè)，不直接承受高

13、壓，因此一般可不用多級串聯(lián)，也可以不用光控。(4)tcr型：從工作原理上看，tcr型同tct型基本類似，因此在分類上往往將它們作為類。tcr型的主要缺點也和tct型相似，即在調(diào)整感性電流時也將產(chǎn)生高速變化的高次諧波，其有功損耗也較大。但與其它類型的svc相比較，tcr型突出的優(yōu)點是：反應(yīng)時間快(5-20ms)，運行可靠，可做到無級調(diào)節(jié)、分相調(diào)節(jié)，適應(yīng)范圍廣；從布置上考慮，tcr型svc裝置具有很大的靈活性，占地面積相對較??；相對于tct型和sr型，tcr型產(chǎn)生的諧波分量和噪聲?。籺cr型svc在七十年代后被國際上公認(rèn)主流產(chǎn)品，我國八十年代以后引進(jìn)的絕大多數(shù)都是tcr型svc，其經(jīng)濟(jì)性較好。選取

14、合適的靜止無功補償器應(yīng)用到異步發(fā)電機的控制中，需要對控制算法、控制系統(tǒng)的設(shè)計重新作出考慮，對各種控制策略的優(yōu)缺點作了對比，并且選取適當(dāng)?shù)撵o止無功補償器的控制策略應(yīng)用在異步發(fā)電機控制系統(tǒng)中。1.2.無功補償容量的計算為了確定svc裝置的容量，可以從功率平衡的角度出發(fā)，計算出異步發(fā)電機分別帶最大負(fù)載和輕載時，要維持穩(wěn)態(tài)機端電壓不變所需要的穩(wěn)壓電容值，然后求解出補償電容的值，這樣就可以把svc容量的確定問題轉(zhuǎn)化為異步發(fā)電機的穩(wěn)壓電容的計算問題，文獻(xiàn)36給出了計算方法。2. 研究方法 工具軟件仿真與實驗結(jié)合的方法工具軟件仿真法是一種方便簡捷的分析方法，主要分為兩類，一類是利用電路系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建模仿真

15、，這類仿真一般借助matab/simulink,matlab中的simulink 是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的功能強大的軟件包，也是一個將具體復(fù)雜系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為直觀圖像結(jié)果的有效工具，用戶可以直接利用庫里已有的模塊將數(shù)學(xué)公式進(jìn)行模塊化組合，該方法思路清晰、簡單、但要調(diào)用較多的模塊，且連線復(fù)雜，易造成連線差錯，同時模塊中也要避免分母為零的傳遞函數(shù)，不適用連續(xù)復(fù)雜的動態(tài)仿真，為了擴(kuò)大使用范圍，simulink元件庫中還提供了s-function模塊編程構(gòu)造，利用該模塊可以編寫任意數(shù)學(xué)表達(dá)的仿真模型，不用考慮傳遞函數(shù)過零問題，且仿真速度加快。另一類是面電路有向模擬分析法，主要是利用諸如

16、psim、emtp、spice、saber等電路仿真軟件，這些軟件能夠直接將仿真電路中所有的元器件直觀的標(biāo)示出來，無需考慮每個元件的數(shù)學(xué)函數(shù)，特別適用于仿真電力電子線路，電路的電源一般要等效為恒壓源或者恒流源，加之模擬仿真不涉及電路中的動態(tài)數(shù)學(xué)程，故對于電機與整流系統(tǒng)的復(fù)雜電路且需要考慮電機參數(shù)變化的電路更側(cè)重利用matab/simulink,此外模擬仿真對于復(fù)雜的非線性系統(tǒng)也會出現(xiàn)較s-function和simulink等編程仿真軟件仿真緩慢的缺點，但隨著模擬仿真軟件的發(fā)展提高，這些缺點將逐漸得到克服。 simulink是matlab軟件的擴(kuò)展，它是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個軟件包，它與m

17、atlab語言的主要區(qū)別在于，其與用戶交互接口是基于windows的模型化圖形輸入，其結(jié)果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建，而非語言的編程上。 matlab function 模塊 如上圖所示，simulink為用戶提供了matlab function 模塊，可以運用此模塊編寫程序，將寫有程序的m文件封裝成simulink模塊，當(dāng)simulink庫中模塊不能實現(xiàn)期望的結(jié)果時，可以自己編寫程序，做成模塊進(jìn)行仿真。對于磁化曲線，狀態(tài)方程之類的數(shù)學(xué)表達(dá)式都可以做成模塊用于仿真。matlab軟件中含有多種文件類型：m文件（文本文件）可以通過輸入matlab命令進(jìn)行編程；模型文件可以用來建

18、模、仿真；圖形文件可以用來繪圖，這些文件之間具有很好的兼容性，尤其是隨著simulink模塊庫的逐漸完善，matlab的功能更加完善，這些都為仿真和計算相結(jié)合的方法的提出提供了強有力的支持。異步發(fā)電機是一個非線性，強耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，simulink的電機模塊庫中有搭建好的異步發(fā)電機模型，但是該模型忽略了磁路飽和對勵磁電抗的影響，將該模型直接應(yīng)用到控制系統(tǒng)的仿真模型當(dāng)中可能會造成很大的誤差，因此需要重新搭建異步發(fā)電機的模型。本課題采用matlab編程計算與simulink仿真相結(jié)合的方法，主要搭建好異步發(fā)電機仿真模塊和控制模塊的搭建，然后對整個系統(tǒng)進(jìn)行仿真，對所的仿真結(jié)果進(jìn)行分析，在與實驗結(jié)果相

19、比較，通過對異同點的區(qū)分，找出不足點，并加以完善，進(jìn)而提高系統(tǒng)可靠性。任何理論都需要經(jīng)過實驗的準(zhǔn)確驗證才能證明其分析方法的可行性和分析結(jié)果的正確性，完善的實驗條件將為理論分析的正確與否提供準(zhǔn)確的實驗證明。3. 擬解決的關(guān)鍵問題研究過程中可能需要解決的主要問題：1. 無功補償裝置以及控制策略的選擇2. 異步發(fā)電機控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計以及程序設(shè)計。設(shè)計控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，控制系統(tǒng)各部分硬件電路的設(shè)計，包括主電路及電力濾波器設(shè)計、電壓采樣電路設(shè)計等3. 從仿真和實驗兩方面入手，對選取的異步發(fā)電機控制系統(tǒng)的控制效果進(jìn)行分析研究，并對下一步的研究工作進(jìn)行了展望。4. 將做成的硬件裝置做成箱式或者柜式便于使用四

20、、論文工作計劃與方案 參考文獻(xiàn)：1郭劍波.我國電力科技現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.電網(wǎng)技術(shù)，2006，30(18)：1-72李德孚.戶用小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展(上).節(jié)能與環(huán)保，2005，6：14-163余寅，唐宏德，郭家寶中國可在生能源發(fā)展前景分析華東電力，2009，37(8)：1306-13084趙群，柴福莉海上風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢機電工程，2009，26(12)：5-85史立山我國可再生能源發(fā)展對策中外能源，2010，15(3)：29-326申寬育中國的風(fēng)能資源與風(fēng)力發(fā)電西北水電，2010，(1)：76-817bim e., szajner j., burian y. voltage comp

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