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摘 要
本文首先通过介绍当今世界能源短缺的现状，引出了要研究的千瓦级水力发电。千瓦级水力发电属于微型水力发电的范畴，因此本文又介绍了水力发展现状和微型水力发电的技术进展与市场调研。在千瓦级水力发电机的建模前，我还根据水轮发电机的分类对其中的各部分进行了选型，并分析了水轮发电机组各部分，引水系统，水轮机，发电机励磁系统等的数学模型。然后运用MATLAB软件对水轮发电机的各部分分别建模后再依据互相之间的关系建立整个系统的模型，最后在动态的条件下对水轮发电机的运行状态进行仿真分析。论文主要研究了水轮发电机的工作原理和水轮发电机的建模仿真。研究结果表明,在动态的情况下，所设计的水轮发电机组的运行状态基本能够保持稳定，满足用电的基本要求。本文的特色通过反馈同步发电机的运行状态来控制水轮发电机，最后让发电机运行状态基本保持稳定。
关键词：千瓦级水力发电；水轮发电机；数学模型；MATLAB建模仿真
Abstract
Firstly, by introducing the world's energy shortage situation, this article leads to the need to study kilowatt hydroelectric power. Kilowatt hydroelectric power belongs to the category of micro- hydro, so this article describes the technical progress and status of hydro and micro- hydro development and market research. Before modeling kilowatt hydroelectric, I also according to the classification of the various parts of hydro which conducted the selection and analysis of the various parts of hydroelectric generating set, such as water systems, turbine, generator excitation systems, etc. mathematical model. Then use MATLAB software for modeling each part separately and then build hydro entire system based on the model of the relationship between each other , and finally under dynamic conditions ,I simulation analysis the running state of my machine.Thesis is mainly on the working principle and the modeling and simulation of hydro turbine generator.The results show that: In the dynamic case, the design of the operational status of hydro-generating unit can maintain the basic stability of electricity and meet the basic requirements. Features of this article: synchronous generator through feedback to control the hydro, and let the generator run status remained stable.
Key Words：kilowatt hydroelectric power ; hydro ; mathematical model ; MATLAB modeling and simulation
目 录
第1章 绪论 1
1.1选题的目的与意义 1
1.2国内外水力发电现状 1
1.2.1国内外水力发电发展现状 1
1.2.2小水电发展现状 2
1.2.3微水电开发利用技术进展 4
1.3千瓦级水力发电——微水电 4
1.3.1水力发电原理 4
1.3.2微水电简介 4
1.3.3微型水力发电的市场调研 6
1.4根据水流信息的发电容量的计算方法 6
第2章 千瓦级水力发电机组的选型 8
2.1微型水力发电机组的选型 8
2.2水轮机的类型及选择 8
2.3发电机的类型及选择 9
第3章 千瓦级水力发电机组的数学模型 10
3.1引水系统的数学模型 10
3.2水轮机调节系统数学模型 11
3.2.1水轮机的数学模型 11
3.2.2调节器的数学模型 12
3.3发电机系统数学模型 13
3.4负载数学模型 14
第4章 千瓦级水力发电机组的建模与仿真 16
4.1MATLAB软件简介 16
4.2仿真模型建立 17
4.2.1水轮机系统建模 17
4.2.2发电机及励磁控制系统建模 18
4.2.3千瓦级水力发电机组系统模型 19
4.2仿真分析 20
4.3.1正常运行时发电机运行状态 20
4.3.2突甩负载和突加负载时发电机运行状态 21
第5章 结论 23
参考文献 24
附录 25
致 谢 26
微型水力发电的市场调研
我国微水力资源分布非常广泛, 遍及全国30个省区的1600多个市县, 尤其是四川、云南、贵州、江西、广西、西藏等地区水源最为丰富, 占全国的50%以上。在这些山区村寨散居着大部分的农牧民, 水力资源充足, 完全具备修建微水电站的条件, 即使只有零星水源, 以我国目前的技术条件,也完全可以利用这些水力资源建设微型水力发电站来解决照明、看电视等生活用电及生产用电。微型水力发电, 这项利用自然资源造福人类的极具节能环保优点的社会公益事业, 正渐渐被世界各国重视起来。
报农业部统计, 2004 年底,全国20个省市自治区共有微小型水发电机组88436台,装机容量206954kW, 发电量26781.44万kw·h,平均每台机组年发电量为30281kw·h ,解决346308户无电户、138.5万无电人口的生活用电问题(实际保有量比统计的要大)。据不完全统计, 2004年微小水能发电机组产量25000台,装机容量45500kW。
全国生产微小型水轮发电设备的企业约40多家, 年生产能力5万台以上, 其中主要企业是:浙江乐清机械厂, 云南大理洲力达能源实用技术研究所、广西平南光华电机厂、江西奉新水轮机厂、江苏张家港英德利空调风机厂、江西会昌微型发电机厂、四川洪雅水轮机厂、广西桂林平乐电机总厂、江西赣北水轮发电机公司。随着研究的深人及科技的发展, 如今我国已经研制出第二代微型水力发电机组。在微水电研究、生产方面, 我国目前处在领先地位。浙江乐清机械厂生产的XJA、XJD、XJE、XJ78等四种斜击式单喷嘴和多喷嘴水轮机系统, 效率高、寿命长, 技术先进。云南大理州力达能源实用技术研究所在产品研发上下功夫, 进行了近二十年的探究, 他们采用稀土永磁材料生产发电机。发电机组无励磁系统、无碳刷、效率高、运行可靠、寿命长, 彻底解决了在第一代微水电组中存在的一系列难题。其产品经农业部南京微水电中心检测, 全部产品的指标均符合国家标准, 被公认为第二代微水电产品的代表。在产品的深度开发上, 他们还研制出与微水电和小水电配套的“以电代柴”产品—“电力蓄能电炉”。此产品如能得到广泛应用, 将在国家环境保护、资源的节约、社会经济的可持续发展等方面发挥巨大的作用。近年来, 他们的产品已出口到美国、英国、法国、智利、几内亚、俄罗斯、东南亚等国家及地区。这些发达国家在他们的援助项目中, 都选用云南大理州力达能源实用技术研制的微水电产品。其中法国电力公司在对多家微水电同类产品进行仔细的分析后, 决定与大理州力达能源实用技术研究所合作, 提出共同开发生产微水电产品, 在世界范围的缺电地区推广应用计划。
