用于模拟风电机组的实时风速测量系统设计本科毕业设计论文含开题报告和中期报告Word文档下载推荐.docx
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注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
4、研究方法的科学性；
技术线路的可行性；
设计方案的合理性
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
建议成绩：
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
二、论文（设计）水平
评阅教师：
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
3、学生答辩过程中的精神状态
评定成绩：
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
教学系意见：
系主任：
一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义
风力发电是新能源领域中发展最快、技术最成熟、最具规模和商业化的发电方式之一[1,2]。
近年来，在化石能源缺少的压力和国家政策的鼓励下，风力发电获得了快速的发展，无论是其规模还是技术都得到了极大的发展。
然而，风力发电技术的发展离不开仿真和实验的发展，而仿真和试验系统开发在国内文献鲜见报道[3]。
所以本次选题是以模拟风力发电机组实验平台为基础，进行其风速测量技术的研究。
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，2012年底世界风电总装机容量达282.6GW。
2012年世界风电新增装机容量为44.8GW，同比增长19%。
欧洲、亚洲、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2011年新增装机10.226GW，累计装机容量达到97.588GW，可以满足欧洲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减少。
从累计容量上看，德国依然是欧洲风电的老大，紧随其后的是西班牙、英国、法国和意大利[4,5]。
亚洲印度得益于政府的激励政策，实现了里程碑式发展，2011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，风电市场出现反弹，2011年新增装机6.810GW，相比上年增幅高达28%[4-7]。
与此同时，国内风力发电的规模也获得了极大的发展：
“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；
2008年新增风电装机容量6.30MW，新增容量仅次于美国，位居世界第二，风电总装机容量已超过印度，位居世界第四位；
2010年新增风电装机容量和总装机容量均居世界第一位；
截至2011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]。
另外，据相关调查，2012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5589×
104kW，同比增长33.9%[9]。
对于当前风力发电模拟实验平台（试验系统）的研究现状，国内外学者在风力发电系统模拟与实验平台建设方面做了很多研究工作：
根据主流风电机组的数学模型，设计了大型风电机组实验及仿真系统的硬件和软件，实现了全仿真系统开发[3]。
了解变速恒频风力发电控制系统试验平台的构成与功能，并基于LabVIEW编写了风力发电主控制系统的监控软件，实现了风力发电控制系统的数据采集、风机运行控制及电网监测等功能[10]。
一种基于励磁同步发电机的并网型风力发电实验系统在变速恒频框架下，采用实验型小功率同步发电机和通用的四象限变频器，以风能利用系数为基础，通过本地或远程参数设置，准确模拟大型风力机在风电场中的各种工况，实现理想功率下的并网运行，并对实际问题进行验证和测试[11]。
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实验平台，结合在小型脱网风力发电机中的应用，验证了平台的实验效果[12]。
风力发电过程中风速测量相关技术的发展现状，国内外已有很多相应的研究：
R.Andrew.Russell研制了一种类似于动物触须的传感器，采集空气流动对其产生的冲击信号，从而获得风速的大小和方向的信息[13]。
利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，此发现只能停留在理论研究上，并未实现。
1955年，美国研究成功世界上第一台超声波流量计，但系统稳定性和可靠性差。
70年代后期，大规模集成电路技术的飞速发展，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、动作非常稳定的PLL（锁相环路）技术的应用，使得超声波流量计的稳定可靠性得到了初步保证。
到了90年代，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[14]。
随着电子技术、计算机技术、现代控制技术等技术的迅猛发展，测速系统得到了不断的发展与完善，功能更强大[15]。
随着微型计算机技术的飞速发展和普及，数据采集系统也迅速地得到应用。
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、监视和记录，以便提高产品质量、降低成本、提供信息和手段[16]。
现在，在一个测速系统中，主要采用一些光学技术、光电技术等现代技术进行风速（转速）测量。
利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。
这些方法中的很多方法在小角度的精密测量中已经得到了成功应用，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，很多学者也做了研究。
风速与风力发电机的起动、自动跟风、电机并网/脱网以及停机保护都有直接关系，因此准确测量风速相当重要。
然而，由于瞬时风速是难以预测的随机变量，对风速测量的仪器要求很高[10]。
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，风电机从风中吸收的能量并不能完全转化为电能，且风电机需要从风中获取的能量是随着负载需求而变化的，风速变化时，如果不采取措施调整，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安全稳定工作和保证高质量的输出电能是很重要的[17]。
风速的测量为风力发电的一个非常重要的环节，风速值的有效获取不但可以保证风能的利用率，而且不同的风速决定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，为并网发电创造良好的前提条件[18]。
综上所述可得：
风速的研究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研究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，更安全有效地控制风力发电机组运行是本文研究的意义所在。
二、研究的基本内容，拟解决的主要问题
本课题研究的基本内容为：
（1）依托于模拟风电机组实验平台，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，在需要时可以方便地与计算机进行连接，从而实现数据的转移与后期处理。
（2）按照各模块的功能和技术要求选择合适的器件：
根据风速测量的精度选择合适的风速传感器、根据整体模块的技术要求选择合适的微处理器、根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、主控制器及其附属部分、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，及时进行查错和改正。
（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，应该进行仔细的学习和研究。
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、研究步骤、方法及措施
1、研究步骤
（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研究现状和发展趋势，分析所选题目的依据和研究意义，根据自己课题所完成的任务设计合适的总体方案。
（2）然后根据前期的总体方案逐项完成，由各模块具体要求来确定所需器件类型和参数，比如：
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、主控制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，及时进行查错和修改。
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准确性，若有问题，及时查找和改正。
（3）最后进行总结，撰写论文，准备答辩。
2、研究方法及措施
（1）以理论分析和模拟仿真为前提，了解并掌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实验系统，利用软件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准确性和可操作性。
（2）以实验调试为主，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。
通过这两方面的实验调试，验证整体系统的准确性和体现系统的真实性。
四、研究工作进度
1—2周：
查阅文献资料，总结：
（1）当前风力发电的现状，国内外研究动态情况。
（2）当前风力发电综合实验系统的研究现状与成果。
（3）风力发电系统中风速测量技术的发展情况。
根据文献资料的总结，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）根据本任务中风速测量要求的精度选择合适的风速传感器，掌握其工作原理。
（2）选择合适的单片机芯片作为主控制模块的核心，掌握其工作原理，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）根据风速传感器测风原理和单片机数据采集原理，按照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，掌握其工作原理，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主控制器芯片，掌握其工作原理，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，掌握其工作原理，完成其外围电路设计以及与单片机电路的连接。
（6）根据硬件资源情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）根据上述所选器件的电源需要来选择合适的电源管理芯片，掌握其工作原理，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决定。
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，按照各模块的功能进行调试，检查各部分功能是否准确实现，未实现部分应该及时进行找错和修改。
（2）硬件电路调试准确无误后，着手软件程序编写，软件程序应该按照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一致，若不一致，进行及时找错和修改。
16—17周：
论文撰写，准备毕业答辩。
在前期基本任务完成后，根据燕山大学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.风力发电的现状与发展趋势[J].甘肃科技，2008,2（24）:
9-11．
[2]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，2010,（18）:
31-32.
[3]解大,张延迟,张琪，等.大型风电机组仿真与实验系统—I综述及设计[J].实验室研究与探索，2009,28（5）：
20-23.
[4]GlobalWindEnergyCouncil（online）.Globalwindstatistics（2012）[EB/OL]（2013-02-11）
[5]AhmadZahedi.CurrentStatusandFutureProspectsoftheWindEnergy[J].IEEE,2012.54-58.
[6]AlshehriAbdullah,AfefFekih.AnOverviewoftheCurrentStateofWindEnergyTechnologyDevelopmentintheUS[C].2013IEEEGreenTechnologiesConference,2013.120-126.
[7]中国风能协会，中国风电发展报告2012[R].北京:
中国风能协会，2012.
[8]金圣子，王琳，朱连成,等.国内外风力发电发展与展望[J].辽宁科技大学学报，2013,36
（2）：
156-158.
[9]程永卓.浅谈中国风力发电的现状和发展前景[J].能源与节能，2013,（5）：
19-21.
[10]潘令春，蔡旭，曹云峰.基于LabVIEW的风力发电控制系统试验平台[J].电工技术，2008,（11）：
35-37.
[11]孟彦京，路昀菲.并网型励磁同步风力发电机实验系统的研制[J].电测与仪表，2013,50（6）：
73-77.
[12]王鹏，王武，张元敏.风力发电仿真实验平台开发及应用[J].实验技术与管理，2012,29（4）：
81-83.
[13]项甫根,谷安，章勇.基于触须传感器的风速测量研究[J].自动化仪表，2008,（9）：
47.
[14]金晶，唐慧强.基于ARM的超声波风速测量系统设计[J].仪表技术与传感器，2009,（6）：
1-2.
[15]HARVEYD，KELLERM.Windsenserandroboticmodelwaspdevelopment[C].ProceedingsofAustralasianConferenceonRobot.IcsandAutomation，Brisbane，2003.104-108.
[16]马明建，周长城.数据采集与处理技术[M]，西安交通大学出版社，2000.
[17]郑爽，苏勋文，刘宏洋.基于风速预测的风电机组电能质量监测系统[J].电测与仪表，2013,50（9）：
79-82.
[18]郑亮.风力发电机组风速检测的研究[D].保定：
华北电力大学，2008.
六、指导教师意见
指导教师签字：
七、系级教学单位审核意见：
审查结果：
□通过□完善后通过□未通过
负责人签字：
燕山大学
本科毕业设计（论文）中期报告
课题名称：
学院（系）：
电气工程学院（电力工程系）
年级专业：
2010级电力系统及其自动化3班
学生姓名:
完成日期：
2014年5月8日
一、毕业设计进展情况
1、根据文献资料的总结，开题报告和文献综述已经完成，提出了课题总体设计方案。
2、完成各部分器件的选择：
①风速传感器：
JL-FS2风速传感器（数字型RS485）。
②STM32芯片：
STM32F103ZET6，144引脚，方便进行扩展功能。
③Flash选择：
NANDFlash型号HY27UF081G2a，存储容量为1G，用于存储数据；
NorFlash型号SST39VF160，存储容量16M，用于存储应用程序。
④电源主控芯片：
LM1117
⑤LCD选择：
ILI9320
3、学习神舟Ⅲ号STM32开发板硬件知识，为下一步的开发应用做基础。
4、绘制程序流程图，然后开始书写各模块程序。
5、3000字以上外文资料翻译成中文，已完成。
6、1—3中任务基本完成，4中任务部分未完成。
二、毕业设计具体实施方案
根据确定的各部分器件，确定了对应的STM32开发板，首先仔细学习板子硬件资源，了解开发板各部分工作原理。
然后编写程序，先绘制程序流程图，明确了各模块关系，再着手编写各模块程序，以模块进行调试，最后进行整体调试。
（1）程序流程图：
（3）风速测量仪拟设定菜单功能键及其操作流程：
1）按键介绍：
按键0：
复位键
按键1：
工作模式选择键（测量模式、参数设置模式、通信模式）
按键2：
修改参数键（预设置参数值加1，到达最大值后回零）
按键3：
移动光标（选择当前可操作数）
按键4：
确认键（显示界面切换，所有参数修改完毕，切换至主界面时，修改后的参数有效）
2）操作流程
①系统供电主界面显示：
当前日期、时间、风速
②按下“按键1”，通过“按键3和4”操作可以进入不同的工作模式。
③选择进入参数设置模式，通过“按键3和4”操
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