青岛大学最新硕士研究生开题报告范例.doc

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1、学校代码：11065编 号： 青 岛 大 学 硕士学位论文开题报告论文题目: 姓 名: 专业名称: 研究方向: 指导教师: 日期: 2016年12月31日 专 业 论文起止日期 课题来源 选题报告会日期 论文题目 研究方向 一、选题的背景和意义进入21世纪，随着世界经济的发展，能源问题和环境问题日益凸显，解决方法之一就是寻找更加环保的能源，如风能、水能等。异步发电机结构简单牢固、维修方便、无需直流励磁、性能优良，利用异步发电机将风能、水能等可再生能源转化电能，能够实现对这些能源的高效开发。近几十年以来，我国的经济建设飞速发展，形成了比较完善的工业体系，社会用电量增长迅速，已经成为公认的用电大国

2、1-6。我国的可再生能源丰富，水能资源总量达到6亿kW，年可提供2亿kWh的电量；风能资源总量为712亿kW。大力发展水能、风能等可再生能源已经成为我国的一项可持续发展战略，异步发电机在风能、水能转化为电能的开发当中必将发挥巨大的作用。另外，随着我国国力的提升和经济的发展，国防实力增强，舰船等独立发电系统对异步发电机也具有一定的需求。大型并网型风力发电机一般采用异步发电机。异步发电机具有并网简单、结构简单、价廉、可靠性高等优点，在风电系统中得到广泛的应用。其主要缺点是需要吸收2030额定功率的无功功率，吸收的无功功率主要是为了满足励磁电流的需要，另一方面，也满足转子漏磁的需要。如此大的无功吸取

3、如果不经过补偿直接并网，就会表现出功率因数较低，不仅对电网形成污染，而且妨碍有功功率的输出，还会造成线损增加，送电距离远的末端用户电压降低，影响电力系统稳定性等问题。因此需要对异步发电机进行无功补偿以维持电压的稳定。通过投切电容器进行无功补偿是较为常用的异步发电机稳压方法，这种分组投入补偿电容器的方法虽然实现简单，但是不能对机端电压进行动态平滑调节。国内外一些研究人员提出了其他的解决方案将基于电力电子技术的无功补偿装置如SVC、SVG等应用到异步发电机的电压控制当中，这不但提高了异步发电机的带载能力，同时也具有电压调节迅速、电能质量更好的优点。随着电力电子技术的发展，电力电子器件的制造成本不断

4、降低，电力电子装置的控制方法更加多样，因此电力电子装置在异步发电机电压控制当中的应用会更加广泛。静止无功补偿器在调节的快速性，功能的多样性、工作的可靠性、投资和运行费用的经济性等方面都具有显著的优点，将其应用到异步发电机的电压控制中也使得异步发电机的优势更加明显。二、国内外研究动态 国外对于自激异步发电机的研究比较深入，已有大量的研究成果见诸文献，形成了比较系统的理论体系，而且已有相关的专著出版。对异步发电机的分析，主要是分析其稳定运行和暂态运行时的性能，分别利用异步发电机的稳态模型和暂态模型进行研究。研究过程中，文献针对所分析的问题都采取了不同程度的假设和简化。1. 国内外对异步发电机的研究

5、现状异步发电机的研究始于上世纪三十年代，其后陷入中断，主要是由于异步发电机无功补偿方面的缺点。八十年代后，由于世界各国对风能、水能等可再生能源的开发，独立运行的异步发电机的研究工作开始受到重视。目前，自激异步发电机的研究工作取得了丰硕的成果，国内外学者发表了大量的文献，包括暂态性能、稳态性能、电压补偿等方面。对异步发电机电压控制方面的研究主要是在稳态模型和暂态模型下分析各种控制方案对异步发电机的带负载能力和机端电压的影响。Quazene和Mcpherson较早地对自激异步发电机进行了充分地研究，他们以异步电机的一相等值电路为基础分析了异步发电机的稳态运行特性，并且求解了定子频率的标幺值和建压电

6、容等。通过回路阻抗法研究了异步发电机的稳态性能。有的文献中提出了异步发电机带不对称负载运行时的分析方法。研究了自激异步发电机的运行范围。关于自激异步发电机稳态运行的研究包括很多方面：自激异步发电机运行的范围，并联运行的条件，快速迭代算法的求解，长短并励连接的电压调节，优化算法的选择、求解。对于自激异步发电机暂态过程的分析最为常用的方法是特征根法。基于异步发电机暂态等值电路列写状态方程，然后利用特征根法求解列出的方程，根据求解的特征根分析外部参数对异步发电机的影响。特征根法已经在电压稳定性分析、动稳定性分析、临界电压计算、大电力系统的稳定性计算等方面得到广泛应用。2.静止无功补偿器的发展概况无功

7、补偿装置的发展经历了从电容器、同步调相机、静止无功补偿装置、静止无功发生器等几个不同阶段。并联电容器结构简单、维护方便，但它只能发出无功功率，并且不能连续调节，当系统存在谐波时还可能发生并联谐振。在系统的电压下降得比较大时，并联电容器提供的无功功率也急剧下降，从而使其补偿能力下降。较早出现的动态无功补偿装置是同步调相机，它既能发出无功功率，也能吸收无功功率，并且能对无功功率进行动态调节。由于同步调相机是机械装置，因而存在噪音比较大、维护更加困难的缺点，同时它的响应速度也不够理想。上世纪70年代，静止无功补偿装置问世，并逐渐得到推广。最早的静止无功补偿装置是饱和电抗器，是由英国GEC公司于196

8、7年研制成功的。由于饱和电抗器是电力电子装置，不存在机械旋转部分，因此与同步调相机相比，响应速度更快。但是由于它的铁芯需要磁化到饱和状态，所以损耗比较大，其后被逐渐淘汰。随着电力电子技术的发展，使用晶闸管的静止无功补偿装置被应用到电力系统无功功率控制当中。80年代，美国GE公司、美国西屋公司等都成功地将使用晶闸管的静止无功补偿装置投入实际运行。我国现在也具备了静止无功补偿装置的制造能力。近几十年来，使用晶闸管的静止无功补偿装置使用越来越广泛，占据了很大的市场。静止无功补偿装置采用电力电子开关，因而调节迅速，而且制造成本较低，在电力系统的应用中得到了成功，目前在输配电系统的无功补偿当中，SVC仍

9、然具有重要的地位。但是静止无功补偿器也具有一定的缺陷，首先它是一个谐波源，会给电网带来谐波污染，而且其主电路中需要大电感，这增加了静止无功补偿器的成本和体积，这限制了它的继续推广。上世纪八十年代，静止无功发生器研制成功，并成为研究热点，但是静止无功发生器的控制方法更为复杂，对控制器的要求比较高，因此它的推广应用还需要进一步的研究。无功补偿器发展的历程也是对补偿无功性能不断改进的过程。下表是各种无功补偿装置的简要对比。各种无功补偿装置的对比装置项目同步调相机饱和电抗器晶闸管控制电抗器晶闸管投切电容器混合型静止补偿器静止无功发生器响应速度慢较快较快较快较快快吸收无功连续连续连续分级连续连续控制简单

10、不可控较简单较简单较简单复杂谐波电流无大大无大小分相调节有限不可可以有限可以可以损耗大较大中小小小噪声大大小小小小晶闸管控制电抗器响应速度较快，可连续调节无功，且控制较为简单，虽然谐波较大，但是通过LC滤波器可以较为容易地滤除。由于使用晶闸管的静止无功补偿装置具有优良的性能，所以近年来在世界范围内其市场一直在迅速而稳定地增长，已占据了静止无功补偿装置的主导地位。三、主要研究内容和解决的主要问题1. 主要研究内容 从异步发电机的数学模型出发，详述了异步发电机的控制原理，并给出了无功补偿器容量的计算方法，异步发电机制原理的分析。对异步发电机的分析，主要是分析其稳定运行和暂态运行时的性能，分别利用异

11、步发电机的稳态模型和暂态模型进行研究。1.1. 静止无功补偿装置控制策略的选择以下是几种常见的动态无功补偿方案：(1)SR型：SR型补偿器结构简单，动态响应较快。但补偿效果差，并且由于铁芯运行在饱和状态下，运行时噪音比较大。选用这种形式的补偿器需要采取各种措施来降低噪音。除了噪音之外，它还将产生谐波电流。因此，一般情况下不采用这种补偿方式。(2)TSC型：TSC型补偿器主要优点是：占地小，损耗小，不产生谐波电流，但其晶闸管导通相位受到过渡过程的限制，故不能连续控制。TSC的这种控制结果，使SVC所补偿的无功功率里阶梯状，因此与变动的无功负荷之间产生了残留的无功功率波动。若晶闸管控制相位不当，有

12、可能造成电容器击穿、晶闸管损坏或给电源系统造成高效谐波振荡。这种补偿器一般用于低压系统。(3)TCT型：TCT型SVC的主要缺点一是在调整感性电流时将产生高次谐波，且这些谐波的相角高速改变，加重了谐波滤波器的负担；二是整个补偿装置有功损耗较大，另外理想的高阻抗变压器短路阻抗应为100，而实际上最高也只能达到80左右，阻抗越高越难制造，这就决定了唧型SVC功耗大、发热严重。因此，这种类型的补偿器一般用于20MVA以下的动态无功补偿系统，尽管高阻抗变压器限制了TCT型SVC的使用，但这种类型还是有其优点的，主要是：由于晶闸管接在高阻抗变压器的二次侧，不直接承受高压，因此一般可不用多级串联，也可以不

13、用光控。(4)TCR型：从工作原理上看，TCR型同TCT型基本类似，因此在分类上往往将它们作为类。TCR型的主要缺点也和TCT型相似，即在调整感性电流时也将产生高速变化的高次谐波，其有功损耗也较大。但与其它类型的SVC相比较，TCR型突出的优点是：反应时间快(5-20ms)，运行可靠，可做到无级调节、分相调节，适应范围广；从布置上考虑，TCR型SVC装置具有很大的灵活性，占地面积相对较小；相对于TCT型和SR型，TCR型产生的谐波分量和噪声小；TCR型SVC在七十年代后被国际上公认主流产品，我国八十年代以后引进的绝大多数都是TCR型SVC，其经济性较好。选取合适的静止无功补偿器应用到异步发电机

14、的控制中，需要对控制算法、控制系统的设计重新作出考虑，对各种控制策略的优缺点作了对比，并且选取适当的静止无功补偿器的控制策略应用在异步发电机控制系统中。1.2.无功补偿容量的计算为了确定SVC装置的容量，可以从功率平衡的角度出发，计算出异步发电机分别带最大负载和轻载时，要维持稳态机端电压不变所需要的稳压电容值，然后求解出补偿电容的值，这样就可以把SVC容量的确定问题转化为异步发电机的稳压电容的计算问题，文献36给出了计算方法。2. 研究方法 工具软件仿真与实验结合的方法工具软件仿真法是一种方便简捷的分析方法，主要分为两类，一类是利用电路系统的数学模型建模仿真，这类仿真一般借助Matab/Sim

15、ulink,Matlab中的Simulink 是一个用来对动态系统建模、仿真和分析的功能强大的软件包，也是一个将具体复杂系统数学模型转化为直观图像结果的有效工具，用户可以直接利用库里已有的模块将数学公式进行模块化组合，该方法思路清晰、简单、但要调用较多的模块，且连线复杂，易造成连线差错，同时模块中也要避免分母为零的传递函数，不适用连续复杂的动态仿真，为了扩大使用范围，Simulink元件库中还提供了S-Function模块编程构造，利用该模块可以编写任意数学表达的仿真模型，不用考虑传递函数过零问题，且仿真速度加快。另一类是面电路有向模拟分析法，主要是利用诸如PSIM、EMTP、SPICE、SA

16、BER等电路仿真软件，这些软件能够直接将仿真电路中所有的元器件直观的标示出来，无需考虑每个元件的数学函数，特别适用于仿真电力电子线路，电路的电源一般要等效为恒压源或者恒流源，加之模拟仿真不涉及电路中的动态数学程，故对于电机与整流系统的复杂电路且需要考虑电机参数变化的电路更侧重利用Matab/Simulink,此外模拟仿真对于复杂的非线性系统也会出现较S-Function和Simulink等编程仿真软件仿真缓慢的缺点，但随着模拟仿真软件的发展提高，这些缺点将逐渐得到克服。 Simulink是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，它与MATLAB语言的主要区别在于，其与用

17、户交互接口是基于Windows的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。 MATLAB Function 模块 如上图所示，Simulink为用户提供了MATLAB Function 模块，可以运用此模块编写程序，将写有程序的M文件封装成Simulink模块，当Simulink库中模块不能实现期望的结果时，可以自己编写程序，做成模块进行仿真。对于磁化曲线，状态方程之类的数学表达式都可以做成模块用于仿真。MATLAB软件中含有多种文件类型：M文件（文本文件）可以通过输入MATLAB命令进行编程；模型文件可以用来建模、仿真；图形文件可以用来绘图，这些

18、文件之间具有很好的兼容性，尤其是随着Simulink模块库的逐渐完善，matlab的功能更加完善，这些都为仿真和计算相结合的方法的提出提供了强有力的支持。异步发电机是一个非线性，强耦合的复杂系统，Simulink的电机模块库中有搭建好的异步发电机模型，但是该模型忽略了磁路饱和对励磁电抗的影响，将该模型直接应用到控制系统的仿真模型当中可能会造成很大的误差，因此需要重新搭建异步发电机的模型。本课题采用MATLAB编程计算与Simulink仿真相结合的方法，主要搭建好异步发电机仿真模块和控制模块的搭建，然后对整个系统进行仿真，对所的仿真结果进行分析，在与实验结果相比较，通过对异同点的区分，找出不足点

19、，并加以完善，进而提高系统可靠性。任何理论都需要经过实验的准确验证才能证明其分析方法的可行性和分析结果的正确性，完善的实验条件将为理论分析的正确与否提供准确的实验证明。3. 拟解决的关键问题研究过程中可能需要解决的主要问题：1. 无功补偿装置以及控制策略的选择2. 异步发电机控制系统的硬件设计以及程序设计。设计控制系统的结构，控制系统各部分硬件电路的设计，包括主电路及电力滤波器设计、电压采样电路设计等3. 从仿真和实验两方面入手，对选取的异步发电机控制系统的控制效果进行分析研究，并对下一步的研究工作进行了展望。4. 将做成的硬件装置做成箱式或者柜式便于使用四、论文工作计划与方案 参考文献：1郭

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