本科毕业设计开题报告

燕山大学本科毕业设计（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）：电气工程学院班级专业：2022级电力系统及其自动化同学姓名：指导老师：完成日期：2022年3月22日一、综述本课题国内外讨论动态，说明选题的依据和意义风力发电是新能源领域中进展最快、技术最成熟、最具规模和商业化的发电方式之一比久近年来，在化石能源缺少的压力和我国政策的鼓舞下，风力发电获得了快速的进展，无论是其规模还是技术都得到了极大的进展。然而，风力发电技术的进展离不开仿真和试验的进展，而仿真和试验系统开发在国内文献鲜见报道⑶。所以本次选题是以模拟风力发电机组试验平台为基础，进行其风速测量技术的讨论。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，2022年底世界风电总装机容量达282.6GW。2022年世界风电新增装机容量为44.8GW,同比增长19%。欧洲、亚洲I、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2022年新增装机10.226GW,累计装机容量达到97.588GW,可以满意欧洲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削减。从累计容量上看，德国依旧是欧洲风电的老大，紧随其后的是西班牙、英国、法国和意大利乩叫亚洲印度得益于政府的激励政策，实现了里程碑式进展,2022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，风电市场消失反弹，2022年新增装机6.810GW,相比上年增幅高达28%14-刃。与此同时，国内风力发电的规模也获得了极大的进展：“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；2022年新增风电装机容量6.30MW,新增容量仅次于美国，位居世界其次，风电总装机容量已超过印度，位居世界第四位;2022年新增风电装机容量和总装机容量均居世界第一位;截至2022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]0此外，据相关调查，2022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5589xl04kW,同比增长33.9%也对于当前风力发电模拟试验平台（试验系统）的讨论现状，国内外学者在风力发电系统模拟与试验平台建设方面做了许多讨论工作：依据主流风电机组的数学模型，设计了大型风电机组试验及仿真系统的硬件和软件，实现了全仿真系统开发⑶。了解变速恒频风力发电掌握系统试验平台的构成与功能，并基于LabVIEW编写了风力发电主掌握系统的监控软件，实现了风力发电掌握系统的数据采集、风机运行掌握及电网监测等功能口叫一种基于励磁同步发电机的并网型风力发电试验系统在变速恒频框架下，采纳试验型小功率同步发电机和通用的四象限变频器，以风能采用系数为基础，通过本地或远程参数设置，精确模拟大型风力机在风电场中的各种工况，实现抱负功率下的并网运行，并对实际问题进行验证和测试［川。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试验平台，结合在小型脱网风力发电机中的应用，验证了平台的试验效果［⑵。风力发电过程中风速测量相关技术的进呈现状，国内外已有许多相应的讨论：研制了一种类似于动物触须的传感器，采集空气流淌对其产生的冲击信号，从而获得风速的大小和方向的信息口引。采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,此发觉只能停留在理论讨论上，并未实现。1955年，美国讨论胜利世界上第一台超声波流量计，但系统稳定性和牢靠性差。70年月后期，大规模集成电路技术的飞速进展，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、动作特别稳定的PLL（锁相环路）技术的应用，使得超声波流量计的稳定牢靠性得到了初步保证。到了90年月，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，精度再不断提高口支随着电子技术、计算机技术、现代掌握技术等技术的迅猛进展，测速系统得到了不断的进展与完善，功能更强大口5］。随着微型计算机技术的飞速进展和普及，数据采集系统也快速地得到应用。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、监视和纪录，以便提高产品质量、降低成本、供应信息和手段口叫现在，在一个测速系统中，主要采纳一些光学技术、光电技术等现代技术进行风速（转速）测量。采用这些技术产生的测速方法也多种多样，有光电编码器法、衍射法、自准直法、光纤法、声光调制法、圆光栅法、光学内反射法、激光干涉法、平行干涉图法以及环形激光法等。这些方法中的许多方法在小角度的精密测量中已经得到了胜利应用，并得到了较高的测量精度和测量灵敏度。对于风速对风力发电的影响，许多学者也做了讨论。风速与风力发电机的起动、自动跟风、电机并网/脱网以及停机爱护都有直接关系，因此精确测量风速相当重要。然而，由于瞬时风速是难以猜测的随机变量，对风速测量的仪器要求很高[助。由于风的间歇性和随机性的特点，风速过高或过低,都需要将风电机切出，同时，风电机从风中汲取的能量并不能完全转化为电能，且风电机需要从风中猎取的能量是随着负载需求而变化的，风速变化时,假如不实行措施调整，会影响发电机的正常运转，因此，有效实时地检测风速的变化对发电机的平安稳定工作和保证高质量的输出电能是很重要的[17]o风速的测量为风力发电的一个特别重要的环节，风速值的有效猎取不但可以保证风能的采用率，而且不同的风速打算了风力发电机的不同运行状态，确保了风力发电机的正常工作。所以精确、实时的获得风速值可以确保风电机组稳定运行，为并网发电制造良好的前提条件[网。综上所述可得：风速的讨论是风力发电系统的重要组成部分，尤其对于大型的风力发电系统的讨论具有重要的现实意义。风力发电中风速影响其输出功率，风速是重要参数，因此获得精确风速，更平安有效地掌握风力发电机组运行是本文讨论的意义所在。二、讨论的基本内容，拟解决的主要问题本课题讨论的基本内容为：(1)依托于模拟风电机组试验平台，完成其实时风速测量系统装置的设计，为该装置设计数据采集系统、数据存储系统、数据实时显示系统等,同时留出数据传输接口，在需要时可以便利地与计算机进行连接，从而实现数据的转移与后期处理。(2)依据各模块的功能和技术要求选择合适的器件：依据风速测量的精度选择合适的风速传感器、依据整体模块的技术要求选择合适的微处理器、依据显示模块大小选择合适的液晶屏等等。(3)完成各模块的硬件电路设计和调试：电源管理模块、主掌握器及其附属部分、键盘部分、LCD部分、USB接口部分等等的硬件电路设计和调试，调试过程中，若有问题，准时进行查错和改正。(4)完成各模块的软件程序编写和调试，该部分为整体过程中的难点,应当进行认真的学习和讨论。最终进行系统整体调试，验证整体功能和各模块功能是否实现。最终设计完成的风速测量装置要达到的目标，即主要解决问题：可实时测量和存储风速数据，至少可以保持24小时的全天候工作状态，并可与模拟风电机组或计算机软件仿真所要求的数据匹配。三、讨论步骤、方法及措施1、讨论步骤(1)首先查找文献资料，了解风速测量技术与风力发电的关系，总结当前风速测量技术的讨论现状和进展趋势，分析所选题目的依据和讨论意义，依据自己课题所完成的任务设计合适的总体方案。(2)然后依据前期的总体方案逐项完成，由各模块详细要求来确定所需器件类型和参数，比如：依据风速测量的精度选择合适的风速传感器、依据整体模块的技术要求选择合适的微处理器、依据显示模块大小选择合适的液晶屏等等。完成风速测量系统各模块的硬件电路设计和调试，比如：电源部分硬件电路、主掌握器及其附属部分硬件电路、键盘及LCD部分等硬件电路。硬件电路板焊接完成，按各部分设计的功能进行调试，若有问题，准时进行查错和修改。风速测量系统各模块的程序设计和调试。风速测量系统总体调试，检查系统整体的完善性和精确性，若有问题，准时查找和改正。(3)最终进行总结，撰写论文，预备答辩。2、讨论方法及措施(1)以理论分析和模拟仿真为前提，了解并把握当前已经成熟的风力发电系统中风速测量装置的实际工作原理及其运行和操作模式、分析测试手段等设计试验系统，采用软件Matlab/Simulink对采集的风速数据进行实时仿真，验证所设计风速测量系统的精确性和可操作性。(2)以试验调试为主，一方面主要是硬件电路的焊接，并进行验证和调试，各模块硬件电路功能是否实现。另一方面，软件程序的编写和调试,使风速测量系统实现整体设计功能。通过这两方面的试验调试，验证整体系统的精确性和体现系统的真实性。四、讨论工作进度1—2周：查阅文献资料，总结：(1)当前风力发电的现状，国内外讨论动态状况。(2)当前风力发电综合试验系统的讨论现状与成果。(3)风力发电系统中风速测量技术的进展状况。依据文献资料的总结,完成开题报告和文献综述，并提出本课题的总体设方案。3—7周：查找资料，选择合适器件：(1)依据本任务中风速测量要求的精度选择合适的风速传感器，把握其工作原理。(2)选择合适的单片机芯片作为主掌握模块的核心，把握其工作原理,同时设计完成单片机外围的基本电路：复位电路、晶振电路等。(3)依据风速传感器测风原理和单片机数据采集原理，依据24小时不间断工作，计算所需要存储的数据量，从而选择合适的Flash存储器芯片，把握其工作原理，同时完成其硬件电路设计，并与(2)中完成的单片机硬件电路连接。(4)选择合适的USB2.0主掌握器芯片，把握其工作原理，完成其外围电路的设计，并与(2)中完成的单片机硬件电路连接。(5)选择合适的液晶显示屏，把握其工作原理，完成其外围电路设计以及与单片机电路的连接。(6)依据硬件资源状况选择合适的键盘设计方法：矩阵式和独立式，完成其与单片机硬件电路的连接。(7)依据上述所选器件的电源需要来选择合适的电源管理芯片，把握其工作原理，上述器件的工作电压为5V和3.3V。上述各部分之间的连接方式由芯片的工作模式和系统要实现的功能来打算。8—12周：硬件电路调试和软件程序的编写：(1)将焊接完成的电路板，依据各模块的功能进行调试，检查各部分功能是否精确实现，未实现部分应当准时进行找错和修改。(2)硬件电路调试精确无误后，着手软件程序编写，软件程序应当依据各模块实现的功能和各芯片的工作方式等来编写。13—15周：系统总体调试。将编写好的程序烧录到单片机，进行总体调试，检查各模块实现功能是否与任务书中要求全都，若不全都，进行准时找错和修改。16—17周：论文撰写，预备毕业答辩。在前期基本任务完成后，依据燕山高校本科生毕业论文要求，对完成任务进行总结，完成论文撰写。五、主要参考文献[1]周燕莉.风力发电的现状与进展趋势[J].甘肃科技，2022,2(24):9-11.⑵王亚青，曲卫冬，邵联合.论电力类高职院校开设风力发电专业的必要性[J].中国电力教育，2022,(18):31-32.[3]解大,张延迟,张琪，等.大型风电机组仿真与试验系统一I综述及设计[J].试验室讨论与探究，2022,28(5)：20-23.GlobalWindEnergyCouncil(online).Globalwindstatistics(2022)[EB/OL](2022-02-11).AhmadZahedi.CurrentStatusandFutureProspectsoftheWindEnergy[J].IEEE,2022.54-58.AlshehriAbdullah,AfefFekih.AnOverviewoftheCurrentStateofWindEnergyTechnologyDevelopmentintheUS[C].2022IEEEGreenTechnologiesConference,2022.120-126.[7]中国风能协会，中国风电进展报告2022[R].北京:中国风能协会，2022.[8]金圣子，王琳，朱连成，等.国内外风力发电进展与展望[J].辽宁科技高校学报，2022,36(2)：156-158.[9]程永卓.浅谈中国风力发电的现状和进展前景[J].能源与节能，2022,(5)：19-21.[10]潘令春，蔡旭，曹云峰.基于LabVIEW的风力发电掌握系统试验平台[J].电工技术，2022,(11)：35-37.[1