项目申报表.docx

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项目申报表

一级学科类别

工

广东省大学生创新实验项目

申报书

学校名称华南理工大学　

计划项目名称小型风力发电机组最大功率跟踪控制装置研制

计划项目编号　　　　　　　　　

项目来源教师指导选题

计划项目负责人

通讯地址　华南理工大学北八宿舍824　　　　　　

邮政编码　　510630

填写日期2010年　06　月　01　日　

广东省教育厅编制

二○一○年五月

申请者的承诺与成果使用授权

本人自愿牵头申报广东省高等学校大学生创新实验项目建设项目。

认可所填写的《2010年度广东省高等学校大学生创新实验项目申报表》（以下简称为《申报书》）为有约束力的协议，并承诺对所填写的《申报书》所涉及各项内容的真实性负责，保证没有知识产权争议。

项目申请如获准立项,在专业建设过程中，接受广东省教育厅或其授权（委托）单位、以及本人所在单位的管理，并对以下约定信守承诺：

1.遵守相关法律法规。

遵守我国着作权法和专利法等相关法律法规；遵守我国政府签署加入的相关国际知识产权规定。

2.遵循学术研究的基本规范，恪守学术道德，维护学术尊严。

研究过程真实，不以任何方式抄袭、剽窃或侵吞他人学术成果，杜绝伪注、伪造、篡改文献和数据等学术不端行为；成果真实，不重复发表研究成果；维护社会公共利益，维护广东省高等学校大学生创新实验项目项目的声誉和公信力，不以项目名义牟取不当利益。

3.遵守广东省高等学校大学生创新实验项目有关管理规定以及广东省财务规章制度。

4.凡因项目内容、成果或研究过程引起的法律、学术、产权或经费使用问题引起的纠纷，责任由相应的项目承担人员承担。

5.项目立项未获得资助或获得批准的资助经费低于申请的资助经费时，同意承担项目并按申报预期完成研究建设任务。

6.同意广东省教育厅或其授权（委托）单位有权基于公益需要公布、使用、宣传《申报书》内容及相关成果。

项目主持人（签章）：

_________________

年月日

填写须知

一、大学生创新性实验计划申报书请按顺序逐项填写，填写内容必须实事求是，表达明确严谨。

空缺项要填“无”。

二、一级学科类别按照“理、工、农、医、文、经、管、教”分类填写。

三、“计划项目编号”立项后由学校统一填写。

四、格式要求：

表格中的字体小四号仿宋体，1.5倍行距；需签字部分由相关人员以黑色钢笔或水笔签名，均用A4纸双面打印，于左侧装订成册。

五、申请参加大学生创新实验项目团队的人数含负责人在内不得超过5人。

六、计划项目先由所在学校进行组织初审后，推荐上报的计划项目由学校分管领导在申报书上签署意见、签字并加盖公章后，一式两份（均为原件），报送省教育厅高等教育处。

七、申报过程有不明事宜，请与教育厅高教处联系和咨询。

学校名称

华南理工大学

计划项目名称

小型风力发电机组的最大功率跟踪控制装置研制

理工科（√）

文科（）

计划项目负责人

姓名

黄秉开

性别

男

民族

汉

出生年月

1989.8

学院及专业

电力学院电气信息工程

所在年级

大二

手机号码

联系电话

E-mail

@

计划项目组成员

姓名

性别

出生年月

学院/系别

专业

年级

签字

李天达

男

1991.8

电力学院

电气信息工程

2008

陈绪滨

男

1989.8

电力学院

电气信息工程

2008

廖一键

男

1988.7

电力学院

电气工程

2008

指导教师情况

姓名

杨苹

性别

女

民族

汉

出生年月

1967.01

专业/职称/职务

电力电子与电力传动/教授

手机号码

联系电话/传真

E-mail

一、前期基础（1000字以内）

（研究成员的知识条件，研究兴趣，相关经历及开展本项目的基础）

我们具备了一定的数学逻辑思维，有较强的自学能力，深入学习了《电路》、模电、数电和电机等相关专业课程。

我们还分别自主学习了matlab、单片机、VB、C语言以及C++等编程技术。

我们整个团队的成员都对新能源的发展有着浓厚的兴趣，我们渴望对新能源进行初步的探索。

同时我们认为态度与团队合作能力一定能够很好的帮助我们完成项目的预期成果，并在技术上有所创新。

我们小组成员的学习成绩都较为优秀，皆是奖学金获得者。

对于科研领域，我们因共同的爱好走到一起，更重要的是，有杨苹老师的指导，我们更有信心能够把此项项目完成好，实现好。

黄秉开同学有很强的研制开发能力，做事风格精益求精，治学态度取相当严谨，英语水平高。

李天达同学比较熟练运用C语言编程，单片机有一定了解，并对算法的设计有浓厚的兴趣，平时钻研调试各类算法，是个算法迷。

陈绪滨同学学习成绩优秀，对编程兴趣浓厚，比较熟练运用C、C++语言，英语水平较高，团队归属感强。

廖一键同学之前有做过其它小项目，对于评价算法问题有小研究，熟悉MATLAB、C语言以及电路设计，沟通能力好，文笔不错，自学能力强，对数学建模兴趣浓厚，善于团队合作。

杨苹老师是电力学院突出的教育工作者，有很强的教学经验及知识体系，对于我们本次项目，她热心地支持与关心。

相信有老师的悉心指导，我们一定可以拿出满意的成果。

二、计划项目实施思路（3000字以内）

1．研究意义与目的，同类研究工作国内外研究现状与存在的问题等

风力发电是新能源中技术最成熟，最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式之一，可直接与电网联网运行，有利于调整能源结构，所以风力发电成为世界上利用率增长最快的一种可再生能源。

风能，作为一种绿色能源，日益受到专家学者的重视。

同时风力发电技术也逐渐成为科研人员研究的热点。

目前全球风电制造技术发展主要呈现如下特点：

（1）风力发电机单机容量大型化；

（2）变桨距功率调节方式迅速发展；（3）变速恒频技术快速应用；（4）无齿轮箱系统的市场份额迅速扩大；（5）全功率变流技术正在兴起；（6）海上风电场飞速发展。

国外小型风力发电机系统的生产主要在美国、德国、荷兰、瑞典等国家，其技术比较先进，性能稳定，质量可靠，产品设计风速较高，价格也比我国同类产品高出几倍。

而在我国，对于小型风力发电机在过去的30多年中，经过全国各有关科研、生产、部门及当地政府的努力，发电机组累计安装达到26万台，其中1988年以前生产9万多台。

在这些机组中，绝大部分的功率输出为50W和100W，已经不满足用户对电能的需求，并且大部分机组已达到或超过设计寿命（设计寿命为15年），需要更新换代，这是一个稳定的市场，并且更新换代已经开始。

同时小型风力发电系统作为农牧区能源的重要组成部分，对于改善用能结构、低成本、提高可靠性及实现系统优化运行，推动生态环境建设诸领域的发展将发挥积极作用，因此具有广阔的市场前景。

但是小型风力发电机的配套不完善，蓄电池的质量和寿命满足不了风力发电机的需要，价格偏高；风力发电机组供电系统中的充电控制器和逆变器质量不稳定；风力发电机及其控制系统直接影响着整个系统的性能、效率和电能质量，也影响到风能吸收装置的运行方式、效率和结构。

基于以上现状，我们团队决定在实现好蓄电池的充放电控制这个基础上，开展适用于风电转换的高可靠性、高效率、控制及供电性能良好的发电机系统的研究工作。

2．研究内容及工作方案

一、发电系统拓扑结构的选择

目前发电有定桨距、直驱式、变速恒频、永磁同步风力发电系统，一般由风力机、发电机和电能变换控制部分（AC/DC变换器、蓄电池、逆变器、卸荷负载和控制系统）构成。

各类系统下又有区分为不同的拓扑结构。

我们就现有的系统结构，将详细分析其特点，综合考虑各因素，提出相对最优的系统拓扑结构。

二、发电系统控制策略

控制要求

（1）、能够跟踪最大功率;

（2）、使风力发电机组的输出功率与负载功率相匹配;

（3）、对蓄电池合理充电，防止过充或过放;

（4）、防止发电机超速或过载；

（5）、逆变控制技术的研究及完善等。

三、最大功率跟踪控制的深入研究

常用方案：

（1）叶尖速比控制算法

（2）功率信号反馈算法

（3）登山搜索算法

基于以上三种控制方案的优缺点分析并进行选择、综合优化，提出一种比较适合的最大功率跟踪控制方案。

结合以上所提的要求，运用先进的控制理论和控制策略，并对控制方法进行仿真验证，最后采用电力电子元器件，开发出体积小、重量轻、高效节能、负载效应好、动态性能好、工作可靠及输出稳定等显着优点的小型风力发电机组装置。

3．拟解决主要问题

（1）调研现有的成果，分析归纳，提出并自主设计一套完善的系统结构；

（2）综合考察各类控制策略，控制策略与系统的拓扑结构紧密相关，因此问题一与问题二做到结合起来考虑，优化地使系统具有可应用性以及高效性。

（3）重点解决最大功率跟踪控制的算法问题，力求推陈出新，最后拟实现风力发电机的最大功率跟踪控制，从而保证所设计的小型风力发电系统的高质性与广泛适用性。

4．研究支持条件（使用仪器或设备）

（1）三相调压器、模拟风力发电机、直流稳压电源；

（2）示波器、万用表、电流钳表；

（2）其他相关辅助的电力、电子实验设备。

5．预期研究成果（研究论文、设计、专利、产品、鉴定、推广应用等）

（1）系统软件设计；

（2）硬件电路实现

（2）在核心期刊发表科研论文2～3篇；

（3）专利一项。

6．项目创新之处（原始创新：

重大科学发现、技术发明；集成创新：

融合多种相关技术，形成新产品、新产业；引进消化吸收再创新：

在引进国内外先进技术的基础上，学习、分析、借鉴，形成具有自主知识产权的新技术）

本课题，在指导教授的带领下，我们拟投入大量精力，综合比较已有控制策略，已有拓扑结构，已有优化算法等技术，通过优化改进，设计出实用性高、可推广性广的小型风力发电机。

在PID控制、无差拍控制、滑模变结构控制、状态反馈控制、重复控制、人工神经网络控制、模糊控制等控制算法中，目前拟采取模糊PID控制策略，改变以前单一的PID控制技术。

模糊控制是个较为新颖、有实用价值的领域，利用模糊PID控制策略的小型风力发电系统和传统的风力发电系统相比较，有良好的电压质量，对负荷的变动有快速的调节和适应能力。

同时我们还将对逆变器的主电路进行设计，现拟采用高频环节逆变技术，克服传统的小型风力发电系统低频逆变的设计缺点（噪音大、功耗高）。

再采用智能芯片，从而保证系统带不同负载时具有良好的正弦波形，能够满足用户的需求。

最后，我们会对风力机、逆变器以及蓄电池的最优配置原则进行研究。

以电量为主要依据，据此设计能正确地追踪最大功率点并能实现单位功率因数发电小型风力发电系统。

我们的最终目标是设计出一款体积小、重量轻、高效节能、负载效应好、动态性能好、工作可靠及输出稳定等显着优点集于一身的小型风力发电系统，为国人谋福。

三、计划项目管理（800字以内）

1、计划项目人员分工

（1）拓扑结构的选择、变换电路的设计、逆变控制的实现----李天达、陈绪滨

（2）控制算法的选择、模糊控制的研习与运用、算法的软件实现----廖一键、黄秉开

（3）系统的最终设计、调试----廖一键、黄秉开

（4）硬件电路的焊接和调试----由廖一键、陈绪滨主负责

2、计划项目研究时间安排（查阅资料、选题、项目研究方案、开题报告、实验研究、数据统计、

时间安排

具体内容

2010年7-9月

系统学习

2010年9-11月

算法研究

2011年1-4月

算法软件实现、硬件电路选型和参数计算

2011年4-6月

算法的单独调试、硬件电路的焊接和调试

2011年7-9月

风力发电机部分的调试

2011年9-11月

主电路（Boost）电路的单独调试

2011年9-12月

整个系统的联合调试（风力发电机+Boost电路）

四、计划项目条件保障（800字以内）

1、经费预算及使用计划（材料费、资料费、版面费、鉴定费、专利费等）

总经费：

1.2万元：

资料购置：

3千元；

硬件购置、设计：

3千元；

论文费用：

2千元；

专利费用：

3千元；

其他：

1千元（包括管理费、人工支出等）

2、资源保障（实验教学示范中心、科研实验室、研究所、科教实践基地、仪器设备、文献资料等）

（1）指导教师的研究基础；

（2）广东省绿色能源重点实验室；

（2）图书馆数据库资源；

（3）服务器一台；

（4）电气信息与控制实验教学示范中心。

3、学校经费配套及激励机制（对项目经费配套情况，对指导教师及学生的激励措施）

无

五、指导教师意见（600字以内）

1、项目研究的选题意义

近年来我国的离网型风力发电机组的生产与推广有了很大发展。

截止1997年在全国推广应用的离网型风力发电机组保有量已经突破10万台，总装机容量超过15MW，解决了约13多万户照明、看电视、听广播的用电问题。

目前国内的小型风力控制器的控制功能较为简单，控制器一是以蓄电池两端电压作为蓄电池充放电的依据，对蓄电池进行充电控制；二是通过检测风力发电机组的各部分状态，对机组进行保护。

但控制器缺少对风力发电机输出功率的控制，风力发电机组功率的输出由负载决定，限制了风力发电机对风能的捕获能力。

最大功率跟踪算法的应用使得风力发电机组最大程度地发出电能，从而避免能量的浪费，具有良好的经济和社会效益。

2、项目研究方案的科学性

为了完善小型风力发电控制器的功能，提高风力发电机组对风能的捕获能力，我们通过合理设计控制方式，使得离网型风力发电控制器具备快速风能最大功率跟踪的功能，即新型的风力发电控制器--在风速变化频繁、负载变化较大的情况之下，均可快速跟踪可捕获的最大风能，进而控制风力发电机发出尽量多的电能，提高发电效率。

3、项目研究方案的可行性

目前国内大多数小型风力发电系统对输出功率最大化没有进行控制，使得风力发电机组无法最大程度地发出电能，从而造成能量的浪费。

本设计通过对风力发电系统最大功率跟踪算法进行研究，利用合理的控制算法，使得风力发电系统输出功率最大化，具有良好的经济和社会效益。

导师签字：

年月日

六、学校意见

分管校长（签字）（公章）

年月日