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 发在国内文献鲜见报道3。所以本次选题是以模拟风力发电机
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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 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。
