黑龙江科技大学本科毕业设计开题报告

本科毕业设计开题报告题目：红松风电场风电机组的保护设计专题：院（系）：电气与控制工程学院班级：电气11——2班姓名：李晶学号：16指导教师：苏勋文教师职称：副教授黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告题目红松风电场风电机组的保护设计来源工程实际1、研究目的和意义选题目的:风力发电技术的发展将带动大型风电场的建设。以大型风力发电机组组成的大型风电场可为电网提供可再生的绿色能源，也可解决边远地区的能源供应紧张形势，大型风电场的运行管理已提上议事日程。风电机组的电控系统保护显得尤其重要，一般由此造成的损坏是瞬时和毁灭性的，因而对风电场风电机组的保护设计成为核心问题。选题意义:本设计从风电机组国产化这一根本目标作为出发点，对风力发电机组电控及保护系统进行研究，对风电机组关键性技术进行论述，给出了具体的风电机组及保护系统设计方案。本文可作为将来刚涉入风电领域人员的系统学习和培训资料，也可作为对风力发电有一定基础人员的参考资料，其中对于电控系统和安全保护部分的研究对风电机组后续设计提供了参考和指导。2、国内外发展情况(文献综述)1．国内研究状况文献[1]介绍了国产风力发电机组电控系统的微机继电保护方法、故障判据以及基于Windows95平台的电力参数高速采样统计和具体实现技术路线。文献[2]介绍了国产化大型风力发电机组电控系统的微机保护原理、算法及实现方法。其中电控系统是风力发电机的核心，电控系统的设计制造须对风机的机械性能、电气性能、材料特性、环境因素进行综合测试评估后，根据风机的运行规律，分析归算出各项参数，据此自动控制风机运行，同时在风机或电网故障时，实施保护。文献[3]介绍了接人35kV变电站的保护，并针对并网后可能产生的问题对保护进行了分析。通过短路电流计算，分不同短路点设置相应的保护方案并进行了分析，认为该风力发电场采用的G52-850型风力发电系统具有低电保护，对电压波动的敏感使并网电站的保护配置简便，这个特性有利于风力发电的推广应用。文献[4]介绍了研制600kW国产化风力发电机组电控系统中风机综合保护所采用的理论依据，技术路线，算法及实现方法。文献[5-11]提出一种电网短路故障时保持交流励磁风力发电机不脱网运行的新型励磁控制策略。分析了电网短路故障时交流励磁发电机的暂态物理过程和转子过电流的原因。改进控制方案从限制电网故障时定子工频过电流的角度出发，有效限制了由定子电流工频分量引起的转子电流交流分量，同时利用发电机定子电阻对定子磁链暂态直流分量进行灭磁，实现了故障时避免转子出现过电流的目的，从而保护了风电机组。文献[12]本书系统地论述了风力发电技术的基本原理。对于风电场选址、风力发电的匹配、风力发电的经济性及风力发电机组的安装和维护等问题，都有较深入的探讨。该书可作为风电场技术人员培训教材，还可作为工科大专院校电类专业选修教材，也可供从事风电研究的科研人员及广大风电爱好者参考。2．国外研究状况文献[13，14]利用经试验验证的时域仿真模型对一典型的2MW双馈感应风力发电系统在电网对称故障时的控制和响应进行仿真研究。与在电网故障时将转子端部直接短路的保护方案相比较，采用所提出的电网故障历次控制与正常运行时的风能跟踪控制相结合，可以保证发电机迅速恢复有功输出，从而提高整个电力系统在故障切除后的运行稳定性。文献[15]中使用Matlab中动态仿真工具Simulink，对包含风电场的单机无穷大电力系统当联络线发生故障时进行动态仿真，通过双馈发电机在不同故障类型下的故障电压、电流曲线，通过实例分析得出风电场应采用适应性保护，并对风电对电网继电保护的影响进行了分析。3、研究/设计的目标：完成红松风电场定速风电机组的保护原理分析，完成风机的过速、电压和电流保护的整定设计，在matlab环境下完成风力发电机和其保护的模型搭建，完成模型的仿真与验证。4、设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）：研究内容：以matlab为设计工具，实现红松风电场定速风电机组的继电保护设计与仿真验证。1、掌握MATLAB模型搭建方法和定速风力发电机组的工作原理；2、分析定速风力发电机组保护原理与整定方法；3、建立定速风力发电机组的仿真模型；4、建立风机的过速、电压和电流保护模型的搭建；5、仿真和验证保护模型搭建与整定方法的正确性；理论依据：1、风力发电机的工作原理：风的动能（即空气的动能）转化成发电机转子的动能，转子的动能又转化成电能。风力发电机工作原理是利用风能可再生能源的部分。2、定速发电机转速是通过不断调整风力发电机的叶片的角度来完成恒定速度，恒定的扭力是前题，扭力确定后，当风速高低不同时候，叶片会自动调整，这样就做到了速度的恒定，还要有直驱永磁同步发电机。必须确保有足够的风能可以使发电机的叶片可产生驱动发电机做功的扭力才可以。目前，永磁直驱技术已经很成熟。设计步骤：1、首先分析定速风力发电机组的工作原理。2、然后分析定速风力发电机组的保护原理与整定方法。3、其次用MATLAB软件建立对风机保护模型的搭建。4、最后对风机的数学模型包括风力机模型、传动机构模型和异步发电机模型进行仿真。5、方案的可行性分析：1、风机微机保护应用于第一台国产化600kW风机电控系统已并网发电．并且通过国家科技部验收。资料表明：在数据统计精度、保护判别速度方面优于国外同类机型。2、通过短路电流计算，分不同短路点设置相应的保护方案并进行了分析，认为该风力发电场采用的G52-850型风力发电系统具有低电保护，对电压波动的敏感使并网电站的保护配置简便。并以该数学模型为基础应用Matlab软件搭建了用于研究定速风电机组并网特性的数字仿真工具。综上所述，很多论文已经谈及了利用Matlab建模仿真来研究风电机组。本课题是在前人的基础上，将研究近一步细化。把焦点放到风电机组的建模仿真分析上。研究风电机组的工作特性从而使机组工作在效率最高的工作状态。由于前人已经做了相关的理论铺垫，所以本课题是可行的。6、该设计的创新之处7、设计产品的主要用途和应用领域：本课题主要研究的是风电场风电机组的保护设计，可应用于风力发电机组的并网保护，使发电机组能够更加安全、可靠的运行，对以后风电并网与发展有着重大的意义8、时间进程2014.12.3——2014．12．17学习风力发电厂的基本知识2014.12.18——2014．12．31查找书籍、论文、期刊关于风力发电的算法2014.1.1——2014．1．16学习、研究MATLAB软件2014.1.17——2014．1．31使用MATLAB软件建立数学模型2014.2.1——2014．2．15利用SIMULINK进行仿真2014.2.16——2014．2．28对仿真所得的结果进行分析并得出结论2014.3.1——2014．3．17查阅相关外文文献2014.3.18——2014．3．31对所获得的资料进行整理2014.4.1——2014．5．13撰写论文2014.5.14——2014．5．31修改论文2014.6.1——2014．6．17整理论文并准备答辩9、参考文献：[1]吴刚,杨明洁.微机保护在风力发电中的应用[J].新疆电力.2000,(3):12-14[2]王维庆,王海云.风力发电机组的微机保护研究[J].新疆电力.1999,(2):1-4[3]冯欢.奉贤海湾风力发电厂并网保护的配置[J].华东电力.2005,33(5):58-61[4]王维庆,吴刚,王海云.600kW风力发电机组电控系统综合保护的研究[J].新疆工学院学报.1999,20(3):173-176[5]姚骏,廖勇,唐建平.电网短路故障时交流励磁风力发电机不脱网运行的励磁控制策略[J].中国电机工程学报.2007,27(30):64-71[6]王正林,王胜开,陈国顺.MATLAB/Simulink与控制系统仿真[M].电子工业出版社.2005[7]叶杭冶.风力发电机组的控制技术[M].机械工业出版社.2002.5[8]李维波.MATLAB在电气工程中的应用[M].中国电力出版社.2006.6[9]姚兴佳,宋俊.风力发电机组原理与应用[M].机械工业出版社,2009.[10]张志英.风能与风力发电技术[M].北京化学工业出版社,2010.[11]苏绍禹.风力发电机设计与运行维护[M].中国电力出版社,2003.[12]尹炼.全国风力发电场培训教材—风力发电[M].中国电力出版社,2002.[13]J.G.Slootweg.WindPowerModelingandImpactOnPowerSystemDynamics.Ph.Dthesis.2003[14]ThomasAckermann.LernnartWindenergytechnologyandcurrentstatus:areview.RenewableandSustainableEnergyReviews.2000(4):315-374[15]R.B.Rodrigues,V.M.F.Mendes,J.P.S.Catalao.ComputerSimulationforLightningandOvervoltageProtectionofWindPowerPlants.2009指导教师意见:教师签字：年月日毕业设计领导小组意见:组长签字：年月日