工程硕士能源与动力工程硕士论文范文10篇Word文档下载推荐.docx

工程硕士能源与动力工程硕士论文范文10篇Word文档下载推荐.docx

《工程硕士能源与动力工程硕士论文范文10篇Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程硕士能源与动力工程硕士论文范文10篇Word文档下载推荐.docx（61页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

而风速只有5米/秒时，仅为9.5kW。

因此风速越快，输出功率越大，经济效益也越高。

当前我国仍以火电机组为主，对煤炭等化石能源需求量巨大，且这些化石燃料不可再生，还是工业生产的重要原料，直接燃烧用于发电是很大的浪费，还会污染环境。

风力发电是一种无污染的发电方式，且风能是一种可再生能源，符合我国的可持续发展战略。

我国的风力资源丰富，大多数地区的年平均风速都在4米/秒以上，在西北、东北、青藏高原和东南沿海地区和部分岛屿，年平均风速更高；

尤其是新疆山口地区，几乎全年都是大风天。

在这些地区，发展风力发电是很有前景的。

........

1.2国内外研究现状

人类利用风力历史很长，但在数千年的时间里，主要是利用风能转化为其它形式的机械能，直到1877年才诞生第一台风力发电机。

1941年美国研制成功世界上第一台兆瓦级风力发电机，使得大规模风力发电成为了可能。

然而当时化石燃料价格低廉，风力发电被边缘化，并未受到重视，直到1973年能源危机的发生，促使风力发电得到了较快的发展，1987年，美国研制成功3.2MW风力发电机，与此同时，加拿大研制出34MW风力发电机组。

到2013年底，有16个欧洲国家、4个亚太国家、4个美洲国家风电装机容量超过1000MW。

2013年加拿大新增装机容量1599MW，28个欧盟国家新增装机总容量达11159MW，同时，巴西新增装机容量也接近1000MW。

我国是最早利用风能的国家之一，但利用风力发电起步较晚，直到1986年才在山东荣成建立第一座风力发电场。

近年来我国风电发展较快，年风电装机容量以10%以上的速度增长，2013年我国新增风电装机容量1609万kW，并在西藏建成该省第一座风电场，总装机容量超过9000万kW，年发电量达134.0TWh，成为第三大电源，共有16个省（市）风力发电累计并网量超过100万kW。

预计到2020年，风电装机容量将达到2.5万kW。

与此同时我国自主研发的风电设备所占比重也越来越大，2004年仅10%，到2013年超过70%，价格也从“十一五”初期的7000元/kW降到了4000元/kW。

第2章风力发电及运行仿真

2.1风力发电

风能是一种清洁的可再生能源，风力发电是当前风能利用的主要形式，风力发电机主要有机舱、叶片、塔架、导流罩、风轮轴、齿轮增速箱、发电机、和风向标、风速仪等组成。

机舱：

装有并保护风力发电机重要设备。

叶片：

风力使叶片转动，将风能转化为机械能，传送到风轮轴。

塔架：

搭载风力发电设备，通常的，高度越高，风力发电机所受风速越大，叶片可以造得更大，输出功率也越大。

导流罩：

迎风状态时，风会沿着导流罩均匀分流，使每个叶片都接受相同的风力。

风轮轴和齿轮增速箱：

将叶片的机械能传送给齿轮增速箱，再通过齿轮增速箱加速后带动发电机发电。

风向标和风速仪：

目前风力发电机组最高只能承受25米/秒风速，因此需要时刻检测风速和风向。

当风速超过最大设计时可立刻采取措施，保证整个设备的安全。

风力发电机组有双馈型、永磁型等。

风力发电也分为离网型风力发电系统和并网型风力发电系统。

2.2风速、贝兹理论、叶尖速比以及机械转矩

风速是指空气的移动速度。

衡量风能是否能用于发电的指标通常是年平均风速。

相较于励磁同步发电机，永磁同步发电机有着以下优点：

（1）、结构简单、可靠性高。

励磁发电机需要外加一个励磁绕组。

当励磁绕组因电流过大导致发热时间过长时，可能会烧坏。

永磁发电机采用永磁体提供磁场，不会引起发热等问题，使用寿命长，结构也较励磁绕组简单，造价低廉。

（2）、体积小、重量轻。

永磁体体积比励磁绕组小，相应的发电机体积也可以造得小，重量也得到减轻。

（3）、效率高。

励磁发电机需要励磁电源，以及碳刷、滑环，运行时增加了机械摩擦损耗。

永磁发电机无需电励磁，理论上只有少量机械损耗，效率高。

一般的，发电机转速在25r/s~100r/s时，励磁发电机效率只有50%左右，而永磁发电机可达80%。

（4）、运行方便，成本低。

风力发电机组一般都离地20米甚至更高，检修困难，采用励磁发电机装置励磁电源困难，且检修间隔时间短。

永磁同步发电机检修间隔时间长，无需增加励磁设备。

由于有着以上优点，本文以永磁同步发电机作为风力发电系统主机。

永磁同步发电机的转子的磁链由永磁体磁场强度决定。

将定子电压在q0d同步旋转坐标系下进行分解，其中，同步旋转坐标系的d轴是转子磁链的方向。

..........

第3章微电网及风力发电机并网最佳条件........16

3.1微电网.........16

3.2风力发电机并网最佳条件.....17

3.3孤岛现象......20

3.4孤岛检测法........21

3.5孤岛检测仿真....22

3.6本章小结.....24

第4章风力发电机数量对并网暂态过程的影响.......25

4.1风力发电机数量对并网暂态过程的影响.........25

4.2风力发电机并网时微电网无电压电流......25

4.3风力发电机并网时微电网有电压电流......30

4.4小结......34

第5章含风力发电机的微电网控制模式及仿真.......35

5.1微电网控制模式.......35

5.2结果与结论........42

5.3本章小结.....42

第5章含风力发电机的微电网控制模式及仿真

5.1微电网控制模式

随着社会的发展，微电网技术将越来越广泛地应用于日常生活中。

生活用电负荷在一天中会出现很大的变化，如图5.1所示，其高峰和低谷相差了4倍，且在短时间内有一个爆发式增长，对电网将产生很大的扰动，如果微电网处于孤网运行时，其本身所带负荷较小，扰动会更严重，将产生很大的冲击电流，加速风力发电机绝缘结构老化，甚至直接损坏整个风力发电机，导致用户停电。

因此，需采取相应的控制模式，将暂态过程的电流、电压变化控制在一个小范围内，保证微电网的稳定运行和风力发电机的安全。

主从控制模式是将微电网中各个DG采取不同的控制方法，并赋予不同的职能。

其中的一个或几个作为主控，其它作为“从属”。

并网运行时，所有DG均采用P/Q控制策略；

孤岛运行时，主控DG控制策略切换为U/f控制，以确保向微电网中的其它DG提供电压和频率参考，负荷变化也随主控DG来跟随，因此要求其功率输出应能够在一定范围内可控，且能够足够快地跟随负荷的波动，而其他从属地位的DG仍采用P/Q控制策略。

主控DG一般采用DG+储能装置。

此方案能充分利用利用储能装置的快速充放电功能和DG所具有的可较长时间维持微电网孤岛运行的优势，有效的抑制由于DG动态响应速度慢引起的电压和频率大幅波动问题。

结论

本文以风力发电和微电网作为研究对象，采用MATLAB/SIMULINK对风力发电机以及微电网进行仿真，对结果进行分析，结合理论验证模型的正确性。

本论文具体研究工作如下：

（1）、介绍风轮机以及永磁发电机原理并建立数学模型，以此为基础建立风力发电机模型进行仿真，验证建模的可行性。

（2）、对微电网进行了介绍，并建立风力发电机接入微电网模型，比较风力发电机在高电压、高频率和低电压、低频率并网时冲击电流峰值，通过结果分析确定微电网处于不同运行状态时风力发电机并网最佳条件。

（3）、介绍孤岛现象及各种孤岛检测法，并选择主动移频孤岛检测法进行仿真，通过实验可知在断开连接后0.04s可检测到微电网出现孤岛效应，因此该策略能快速、有效检测到孤岛现象。

（4）、在完成风力发电接入微电网模型的基础上，比较微电网在容量相同，风力发电机数量不同时对微电网暂态过程的影响，结果显示风力发电及数量即使不同，也不会对暂态过程产生影响。

（5）、概述微电网控制模式，并对U/f控制模式进行仿真，结果显示该控制模式能有效控制微电网突然接入较大负荷产生的扰动。

............

参考文献（略）

能源与动力工程硕士论文范文篇二

第1章引言

1.1谐波问题及研究价值

20世纪初，当德国研究者由静止变流器引起了电压、电流波形畸变提出了电力系统谐波的概念[1]，同时，交流电以清洁方便且易传输控制的能源形式越来越广泛地应用。

而伴随着电力电子技术的发展，以电力电子装置为主的各种非线性负载的使用日趋增多，他们广泛地应用在电力系统中，使得电力系统环境污染日益严重，因此，电力电子装置是造成电力系统谐波的主要原因，即为主要的谐波源。

谐波电流和无功电流注入到电力系统这个大环境中，就引出了更多的电能质量问题，如电网电压和频率的偏差、电压波动及闪变、三相电压不平衡等[4]，使得电能质量下降，影响了整个电力系统环境稳定及系统外的平衡。

同时，随着社会的进步，电力电子装置使用数量的增多及容量的加大，使得谐波污染成为电力系统一大要害。

世界各国都对谐波问题给予充分关注，需采取措施限制乃至消除谐波[8]。

谐波研究的价值，首先是因其造成的危害相当严重。

谐波降低了电能生产、传输和利用的效率，影响了电气设备的使用寿命；

谐波可使电网产生串联或并联谐振，也可以使继电保护装置误动作，也对通信设备产生不利影响等。

谐波研究的价值，其次在于其对电力电子技术自身发展的影响。

现在电力电子装置产生的谐波污染已经阻碍了电力电子技术发展，它使研究人员必须对谐波问题进行更为有效的研究[2,6]。

谐波研究的价值，还可以上升到治理电网污染、维护绿色“电网”来考虑。

因此消除谐波污染，欲达到“绿色无谐”，己成为电力系统与电力电子技术中的一个重大课题。

.......

1.2谐波的基本概念

谐波是与基波对应的一个概念，通常把谐波定义成一个信号，其频率是工频的整数倍[3]。

当20世纪20年代的德国研究员提出了电力系统谐波的概念后，谐波就是污染的“角色”步入人们的视野。

由IEEE标准519-1981中定义为:

“谐波是一周期波或正弦波分量，其频率是基波频率的整数倍”[33]。

近年来，因电力电子装置等各种非线性负载的广泛应用，谐波造成的危害和损失得到了人们的关注。

但随着经济技术水平的提高，仍有大量的非线性负载正在或即将投入使用，使得更多谐波涌入电力系统这个环境中。

谐波所造成的危害可归纳如下[34]：

理想的公用电网提供的电压都应有着单一固定的频率和幅值在允许范围内的电压。

谐波使得电网供电质量变差，使得用电设备不能安全运行，使用寿命缩短；

可能使已有的为补偿无功和滤除谐波的电容器或电抗器产生串、并联谐振等。

谐波使用电设备产生附加的谐波损耗，不仅降低了电网发、输电及其他用电设备的效率，而且使三相四线制电路产生大量的零序谐波电流，其中最严重的是当第3次谐波电流流过中线，引起中线发热，有出现火灾的危险。

除此之外，异常的和过大的中线电流的增加，会导致电网中线对底线的电压突增，将危及数据处理系统的安全。

第2章变频器谐波分析及谐波源模型建立

2.1变频器的基本原理

（交-直-交）变频器依据的是“面积等效原理”，即冲量相同而形状相异的窄脉冲，加在同一惯性环节上，其效果基本相同。

所谓“效果基本相同”，是指环节的输出响应波形基本相同[42]。

将加在电机绕组端的电压脉冲宽度按正弦规律调制后，其回路的电流波形为正弦波。

图2.1为三个形状相异的窄脉冲:

a）为三角脉冲，b）为正弦脉冲，c）为矩形脉冲，三者面积相同，即冲量相等，若将它们加在同一惯性环节上时，则三者输出响应基本相同。

比较常见的正弦波脉宽调制（SPWM），是指脉冲幅值相同而宽度按正弦规律变化。

而和正弦波等效的PWM波形。

这里所说的等效，是指这些矩形波脉冲和相应的正弦波部分面积相等。

正弦波脉冲调制如图2.2，将一系列加在电机端的电压脉冲按SPWM法则调制，回路中的电流波形是正弦波。

a）中宽度取得9等份，为/n，n=9；

对应于b）中，脉冲高度相同的，但其宽度是随正弦规律变化的[31]。

变频器的本质由“面积等效原理”生动地体现出来。

交-直-交变频器需要利用二极管或晶闸管组成的整流环节，将三相交流电压整流为直流电压，加上利用电容C1稳压储能，所以其交流侧就一定会产生谐波电流。

如图2.3交-直-交变频器原理结构图。

2.2变频器的谐波分析

某工厂的恒压供水系统需要多个变频器控制，而因变频器属于非线性负载，就会产生谐波，对该系统的其他设备甚至整个电力系统都会产生不利影响，所以对该系统变频器产生的谐波情况进行测量。

本文测量仪器采用的是青智8910C电能质量分析仪，被测对象为控制调速恒压供水系统的几台变频器，测试位置为变频器的总输入侧。

如图2.4变频器输入端L1相电压、相电流的测试波形。

由图可知，电流波形在T/2周期内发生了严重的畸变；

而电压波形，大致符合正弦波波形。

非线性负载的广泛应用，使得谐波问题的日趋严重，在理论研究过程中建立适当的谐波源模型来表征谐波源特性，是十分必要的；

这不仅使理论研究更贴进了实际，更是让理论研究尽可能完全应用到实际系统中，以解决谐波问题。

电力电子技术的快速进步，使得电力电子装置在工农业中应用广泛，造成的谐波问题也日益严重。

在对谐波的理论分析研究和实际治理中，建立适当的谐波源模型是必经之路。

......

第3章并联型混合有源滤波器的结构原理.........20

3.1无源滤波器（PF）及其仿真模型.........20

3.2有源滤波器（APF）的结构原理.........24

3.3并联型混合有源滤波器的拓扑结构及仿真模型.........26

3.4小结.........34

第4章多目标优化的粒子群算法简介.........38

4.1多目标优化问题.........38

4.2粒子群算法.........42

4.3小结.........45

第5章并联型混合有源滤波器的参数优化

采用混合有源滤波器就是为了将所测的谐波滤除或者抑制到国家标准下，但在可达到这目标的情况下，能使投入系统设备的经费最少是我们需要进行衡量的。

无可厚非，有源滤波器的价格是很昂贵的，且价格和其容量成正比关系；

而无源滤波器的价格是根据其组成的元件（R、L、C）价格而定的。

实际上将有源滤波器和无源滤波器中各自参数进行优化，将首要目标放在价格上时，所得到的经费与滤波效果是最合理的。

而在实际情况中，在经费限制的情况下，一般不考虑采用有源滤波器，只采用无源滤波器进行滤波。

而此种情况下，无源滤波器参数的确定有:

1、工程经验总结方法

这个方法一般基于PF滤波器原理及滤波要求，通过以往经验对滤波器参数进行查表确定，再进行经济计算；

这样的方法都是根据以往经验而来的，盲目性很大，且不一定达到预期要求。

2、单一经费指标确定方法

此类方法，就是属于单目标优化的方法，单一的经济指标限定了其他参数的最优结果，由前一章节可知，单一的经济指标确定的其他参数不一定最优，最差情况下，可能还达不到滤波要求。

此外，还有加权函数的优化方法、罚函数的优化方法等[52]，但相比之下，采用多目标粒子群优化更加方便、快速。

总结

本文首先对所测量的变频器系统谐波进行分析介绍，通过分析可知，变频器谐波符合（6n±

1）次的规律；

同时根据已有的组建谐波源的理论分析，在Matlab/Simulink中建立出变频器仿真模型，经讨论得知不能单一使用无源滤波器。

无源滤波器结构简单、投资和运行费用都低，是常用的谐波抑制和无功补偿装置，但只能消除特定谐波，还有可能出现与系统发生串并联谐振；

而有源滤波器是利用大功率开关器件和PWM控制技术来抑制谐波和补偿无功，动态性能良好，但其价格昂贵；

实际项目中两者结合使用。

对于本文中，无源滤波器和有源滤波器的参数与容量的选择是其在设计和应用中的重点和难点。

传统地根据经验要求的方法使得所建立的模型缺点重重，如今，本文着重以投资成本、滤波效果、无功补偿为目标，欲便在一定约束条件下，使得投资成本最低，滤波效果最好，无功补偿达标，因此出现了多个目标函数的优化问题。

本文采用了多目标粒子算法；

首先对混合滤波器参数进行分析，确立了投资成本、滤波效果、无功补偿这三个目标；

同时，介绍了粒子算法的原理和流程，对算法的参数定义进行了简单的分析。

其次，结合滤波器参数特性，给出与算法参数对应的变量及其约束条件。

最后，由多目标算法得出的参数值，在Matlab/Simulink中进行仿真验证，得到滤波器参数最优配置的一组解，得即出实际工程投入滤波器的参数值，给实际工程做参考。

能源与动力工程硕士论文范文篇三

1.1课题来源

溪霞水库是南昌地区境内最大的一座重点中型水库，于1960年动工兴建，1962年建成，总面积7000亩，集雨面积85.53平方公里，设计库容5010万方，有效库容3500万方，湖面7000余亩，水深18米，周长30多华里，担负着溪霞、乐化、樵舍、金桥等乡镇的农业灌溉（约4万余亩）和江西昌北机场、桑海企业集团等企业的生产生活用水。

溪霞水库水电站则位于水库大坝北涵输水渠，距溪霞镇约4公里，是一座以灌溉为主，兼有防汛、发电、供水、旅游、养殖等综合利用效益的水利工程，并于2011年被水利部评为“全国水利风景区”。

溪霞水库水电站是溪霞镇唯一一座水电站，电站设计装机1&

times;

75KW、1&

55KW，保证出力125KW，据多年的数据统计，其平均发电量122.64万KW·

h，扩容增效改造后为158万KW·

h。

建成之初的供电范围包括溪霞水库管理所和近区几个村（包括至头村、刘家村和麦港村）部分农村与居民用电。

在上世纪90年代对该所和近区几个村的工农业生产有着举足轻重的作用，有效地促进了当地经济的发展，对改善民生，服务三农具有现实意义。

溪霞水库水电站建成至今已十八年，直供电片区也发生了较大变化，目前的直供电片区是本单位及近区的居民区，用户分布在至头、刘家和麦港三个村，约545户居民。

一座变电站，主要包括9.5km的0.4kV及以下的线路，基本情况如上表1.1所示。

溪霞水库水电站主要由0.4KV线路组成，主要供自身用电、昌北机场供水泵房、桑海水厂泵房及周边三个村用电。

其供电主要有4条线路，其中有占总线路的25%的重载线1条和占总线路的50%的过载线路2条。

2014年溪霞水库水电站的发电量为122.64万KW.h，直供电片区内的售电量为169KW.h，外购电量为46.36万KW.h，其综合损耗和综合线损率分别为20万KW.h和16%，详见表1.2。

1.2课题研究的意义

随着技术水平的提高，沿着原有技术方向继续提高常规太阳电池效率需要花费更大精力与财力[6]。

1954年贝尔实验室报道发现4.5%效率的单晶硅电池，当年效率就提高到6%，而1980年代到90年代世界太阳电池最高效率从22%提高到23.3%[7]，再从23.3%提高到25%，各花了10年左右时间。

可见太阳电池效率的每一点提高都弥足珍贵，因此，为了充分利用太阳电池材料与工艺己有研究成果，通过温差发电技术对太阳电池进行冷却，抑制太阳电池的温升，使太阳电池实际工作时保持较高的效率，是提高太阳电池效率的另一条有效途径。

而温差发电在解决光伏组件温度高这一问题的同时，利用其热能进行发电，既能解决光伏电池背板“变黄”开裂的问题，增加光伏电池板的使用寿命，也实现太阳能的梯级利用，从而获得更高的太阳能转换效率。

在水库存水不足或枯水季节，拟建设一个水-光-蓄微电网系统，实现农电、水电与PV-TE发电的自适应调节，保证合理的库存水量，实现最大经济与社会效益。

另者，在水库坝体和空地拟建的2MW级光伏-温差热电混合发电系统将会是一道靓丽的风景线，很易博得游人的眼球，进而会提升溪霞风景区的效益。

本文对拟建设2MW级光伏-温差热电混合发电系统进行的前期理论研究工作，可为将要建设的水-光-蓄微电网中的太阳能光伏-温差混合发电系统提供理论参考和投资价值分析，是非常有必要性的。

第2章太阳能光伏电池的研究

2.1太阳能光伏电池概述

太阳能光伏电池具有的能源环保性、易获得性和能源可再生性等优点，致使成为各国研究者追逐研究的焦点。

21世纪初期，太阳能电池之父MartinA.Green建议根据发展时间将太阳能电池分为3个阶段[48]：

（1）第一代晶体硅太阳能电池：

包括单晶硅和多晶硅，由于发展历史较久，各企业的生产技术较为成熟