风力发电系统

译者序

前言

鸣谢

作者简介

第1章 概述

1.1 全球风能利用情况

1.1.1 亚洲

1.1.2 北美洲

1.1.3 欧洲

1.1.4 拉丁美洲

1.1.5 太平洋地区

1.1.6 非洲和中东地区

1.2 市场预测

1.3 当前和未来的技术发展

1.3.1 风力发电机组

1.3.2 电力电子变流器技术

1.3.3 海上风电场

1.3.4 运行与维护

1.3.5 中大容量电力传输

1.3.6 可变性与可预测性

1.3.7 储能

1.3.8 电网规范

1.4 本书中的风力发电

1.5 结论

参考文献

第1部分 风力发电系统

第2章 风力发电机的损耗和效率计算方法

2.1 引言

2.2 笼型感应发电机的计算方法

2.2.1 计算方法概述

2.2.2 计算所需模型和公式

2.2.3 计算结果

2.3 永磁同步发电机的计算方法

2.3.1 系统配置

2.3.2 计算所需的模型和公式

2.3.3 计算结果

2.4 双馈感应发电机的计算方法

2.4.1 系统配置

2.4.2 计算所需的模型和公式

2.5 三种风力发电机（IG、PMSG、DFIG）利用率的比较研究

2.5.1 威布尔分布函数

2.5.2 利用率计算结果

2.6 结论

参考文献

第3章 超导直驱风力发电机：优势与挑战

3.1 引言

3.2 大容量海上风力机

3.3 驱动链

3.4 发电机类型

3.5 第一代：铜和钢材料

3.5.1 欧姆定律和发热

3.5.2 磁钢和磁路

3.6 第二代：Nd2Fe14B、铜和钢材料

3.7 第三代：超导体、铜和钢

3.7.1 超导率

3.7.2 高温超导材料

3.7.3 赛道状线圈和发电机设计

3.8 直驱超导发电机的优势

3.9 技术挑战

3.9.1 低温箱厚度的最小化

3.9.2 转矩传递管

3.9.3 当前发展状况和备选方案

3.9.4 路线图

3.10 结论

参考文献

第4章 风力发电系统中SiC电力电子新技术的潜在应用和影响

4.1 风力发电和电力电子技术概述

4.1.1 风力发电系统中电力电子技术的发展状况

4.1.2 SiC电力电子开关及其在风力发电系统中的潜在应用

4.2 SiC全功率风力发电系统变流器的研究

4.2.1 风力发电系统的部件及其模型

4.2.2 仿真和讨论

4.3 结论

参考文献

第5章 一种风电场中风力机/发电机互连的新方法

5.1 引言

5.2 系统的基本方程

5.3 系统结构

5.4 任意台风力发电机构成的系统的运行方法

5.4.1 通过晶闸管逆变器连接的负载

5.4.2 直流环节连接电阻负载

5.5 两台风力发电机互连的基本特性

5.6 动态特性

5.6.1 系统的动态模型

5.6.2 恒定叶尖速比控制系统

5.6.3 自然风驱动风力机时的动态响应

5.7 多台风力机的动态响应（4台风力机的情况）

5.8 结论

参考文献

第6章 开关磁阻变速风力发电机的并网方案

6.1 引言

6.2 SRG结构

6.3 转矩的产生

6.3.1 工作原理

6.3.2 磁化曲线

6.3.3 静态转矩曲线

6.4 SRG变流器系统

6.5 SRG的静态特性

6.6 SRG磁化曲线的表示方法

6.7 SRG静态特性的计算

6.8 SRG的逆变电路

6.8.1 不对称半桥功率逆变器

6.8.2 带有分离直流电源的功率逆变器

6.8.3 带有双线绕组的SRG的功率逆变器

6.9 SRG在风能中的应用

6.9.1 风力机建模

6.9.2 包括变流器的SRG建模

6.9.3 网侧逆变器的控制

6.9.4 模型系统

6.9.5 仿真结果

6.1 0结论

参考文献

第7章 风力发电机的动态模型与控制

7.1 风力机的结构

7.2 风力机模型

7.2.1 风力机的控制方法

7.2.2 MPE算法下的风力机动态特征

7.3 发电机的动态特性

7.4 电力电子变流器的动态性能

7.5 风力机的控制

7.5.1 偏航控制

7.5.2 变桨距控制

7.5.3 发电机控制

7.5.4 电力电子变流器控制

参考文献

第2部分 风电行业的基本问题

第8章 风力机的电压闪变测量

8.1 引言

8.2 风力机电压波动的测试过程

8.2.1 虚拟电网

8.2.2 连续运行

8.2.3 切换运行

8.3 电能质量测试系统

8.3.1 SAC2调节系统

8.3.2 SARPE2.1 控制系统

8.3.3 闪变测量的后期处理模块

8.4 虚拟电网的分析

8.4.1 由um（t）计算u0（t）

8.4.2 um（t）滤波后u0（t）的计算

8.5 使用实际信号的结果

8.6 结论

参考文献

第9章 每小时风速和功率预测的灰色预测器

9.1 引言

9.1.1 基于时间序列的预测技术

9.1.2 基于空间的预测技术

9.1.3 物理功率预测模型

9.2 灰色预测滚动模型

9.2.1 GM（1，1）传统灰色滚动模型

9.2.2 基于自适应α模型的GM（1，1）模型

9.2.3 改进的转移灰色模型

9.2.4 平均灰色模型

9.3 每小时风力发电预测

9.4 结论

参考文献

第10章 大型风力机叶片的防雷保护

10.1 引言

10.2 风力机闪电发生率估计

10.3 旋转叶片的影响

10.4 风力机雷电流的瞬变状态

10.5 碳纤维增强塑料的影响

10.6 风力机感应雷的影响

10.7 结论与建议

参考文献

第11章 风电场的雷电浪涌

11.1 引言

11.1.1 风力机雷击事故

11.1.2 冬季闪电和“回流浪涌

11.1.3 加强风电场集电系统的必要性

11.2 雷电浪涌分析的风电场模型

11.2.1 风电场模型

11.2.2 冬季雷模型

11.2.3 浪涌保护设备模型

11.2.4 ARENE和PSCAD/EMTDC模型描述

11.3 雷电浪涌分析Ⅰ：ARENE和EMTDC比较

11.3.1 浪涌电流波形的基本比较

11.3.2 风电场浪涌电流传播比较

11.3.3 风电场浪涌电流传播趋势

11.4 雷电浪涌分析Ⅱ：回流浪涌引发的SPD事故

11.4.1 风电场浪涌电流传播分析

11.4.2 浪涌电流波形分析

11.4.3 SPD烧损比分析

11.4.4 结论性的讨论

11.5 雷电浪涌分析Ⅲ：架空地线的影响

11.5.1 风电场集电线的模型

11.5.2 SPD波形观察

11.5.3 SPD烧损概率估计

11.5.4 接地系统电位升高估计

11.5.5 结论性的讨论

11.6 结论

参考文献

第12章 风力发电的并网和系统运行

12.1 引言

12.2 并网要求

12.2.1 有功功率控制

12.2.2 频率控制

12.2.3 电压控制

12.2.4 通信要求

12.2.5 监控与数据采集（SCADA）

12.2.6 其他要求

12.3 风力发电系统运行：印度经验

12.3.1 风力发电的收益

12.3.2 运行问题

12.3.3 并网和分布式发电

12.3.4 互补的商业机制

12.3.5 风能和太阳能发电调度的特惠政策

12.4 讨论

12.5 结论

参考文献

第13章 提高自治孤岛系统中可再生能源接入能力的抽水蓄能应用

13.1 引言

13.2 系统概述

13.3 规章制度概述

13.4 HPS岛屿自治电网的运行规程

13.4.1 替代规程的讨论

13.4.2 本章所提的岛屿电力系统运行规程

13.4.3 HPS内部管理决策

13.5 所提规程的评估

13.5.1 系统建模

13.5.2 个案研究

13.6 HPS投资预计

13.6.1 容量保证计算

13.6.2 HPS投资经济评估

13.7 实例：伊卡里亚岛HPS

13.7.1 伊卡里亚岛HPS和电力系统说明

13.7.2 伊卡里亚岛HPS的内部运行规程

13.7.3 HPS运行结果

13.8 技术问题讨论

13.9 结论

附录1：伊卡里亚岛HPS和APS的技术数据

附录2：基本财务指标

参考文献

第14章 采用最优储能的SMES抑制电网频率波动

14.1 引言

14.1.1 可再生能源

14.1.2 未来世界风能的前景

14.2 SMES概述

14.2.1 SMES的优点

14.2.2 SMES在负载频率控制方面的应用

14.3 系统模型的仿真分析

14.4 稳压器和调节系统

14.4.1 水能、热能和核能发电的调节器

14.4.2 电压自动调节器

14.4.3 负载频率控制模型

14.5 计算电力系统频率的方法

14.5.1 SMES的控制系统

14.5.2 线路参考功率PLref的产生

14.6 SMES额定功率的分析

14.7 仿真结果

14.8 结论

参考文献

第3部分 海上风电趋势

第15章 海上强风发电的空间观测

15.1 引言

15.2 散射仪

15.3 高度因素

15.4 稳定因素

15.5 气候分布

15.6 区域特征

15.6.1 空气动力学

15.6.2 陆地地形

15.7 结论

参考文献

第16章 采用电网换相整流器的HVDC输电环节连接的4个并联运行

海上风电场的潮流控制和稳定性提高

16.1 引言

16.2 所研究系统的结构

16.2.1 风速模型

16.2.2 风力机模型

16.2.3 质量弹簧阻尼器模型

16.2.4 感应发电机模型

16.2.5 励磁电容器组模型

16.2.6 升压变压器、交流输电线和电网模型

16.2.7 电网换相整流器的HVDC输电环节模型

16.3 采用模态控制理论设计的PIDRCR

16.3.1 线性化系统

16.3.2 PIDRCR的设计

16.4 稳态分析

16.4.1 不同风速下的稳态运行条件

16.4.2 不同风速下的动态稳定性

16.4.3 PIDRCR参数的特征值灵敏度

16.4.4 分析结果的总结

16.5 不同风速扰动条件下的动态性能仿真

16.5.1 施加于4台IG的相同风速扰动

16.5.2 施加于4台IG的不同风速扰动

16.6 结论

附录

参考文献

第17章 HVDC输电连接的大型海上风电场的故障穿越

17.1 HVDC输电互连的大型海上风电场

17.2 系统概述和运行原理

17.2.1 GSVSC的建模和控制

17.2.2 WFVSC的建模和控制

17.3 陆上电网交流侧故障时系统的故障穿越

17.3.1 GSVSC

17.3.2 WFVSC

17.4 案例分析

17.4.1 选择1

17.4.2 选择2

17.4.3 选择3

17.5 结论

参考文献

第18章 采用基于二极管的HVDC输电环节连接的海上风电场

18.1 引言

18.1.1 大型海上风电场的HVDC输电连接

18.1.2 基于二极管的HVDC输电环节

18.1.3 本章所提方案

18.2 整个系统的概述和建模

18.2.1 概述

18.2.2 风力机

18.2.3 海上交流电网和基于二极管的HVDC输电环节

18.3 风电场和HVDC输电集成控制

18.3.1 总体控制策略

18.3.2 风力机控制

18.3.3 风力机并网

18.3.4 集成的风电场和HVDC输电控制

18.3.5 使用VDCOL输电环节的保护

18.4 系统性能

18.4.1 孤岛运行（运行模式A）

18.4.2 并网运行

18.4.3 暂态性能

18.5 讨论与结论

参考文献

第19章 具有HVDC输电的风电场的惯性和基频响应特性

19.1 引言

19.2 LCCHVDC输电的平均模型和传统控制

19.3 HVDC输电的惯性响应优化和频率下垂控制

19.3.1 惯性响应优化

19.3.2 频率下垂控制

19.4 风电的协调控制

19.5 案例分析

19.5.1 对惯性改善结果的讨论

19.5.2 频率下垂

19.5.3 惯性改善和频率下垂

19.5.4 基于VSC的HVDC输电应用

19.6 结论

参考文献

第20章 带有双向变流器的HOTT功率控制器（HPB）

20.1 引言

20.2 HPB模型系统

20.2.1 模型建立

20.2.2 海上风力发电机

20.2.3 潮汐能发电机（飞轮）

20.2.4 最大潮流控制

20.2.5 逆变器电路结构

20.3 混合系统（电路结构）

20.4 改变电压频率50Hz-46Hz-50Hz

20.5 实验结果

20.6 讨论

20.7 结论

参考文献

第21章 并网海上风电场的HVDC输电系统大功率电能传输

21.1 引言

21.2 系统综述

21.3 系统各组成部分的建模与控制

21.3.1 风力机

21.3.2 直流风电场

21.3.3 海上HVDC输电子站的全桥DCDC变流器

21.3.4 陆上HVDC输电子站

21.4 仿真分析

21.4.1 动态特性分析

21.4.2 暂态特性分析

21.5 结论

附录

参考文献

《国际电气工程先进技术译丛·风力发电系统：技术与趋势》主要包括使用不同类型风力发电机和必要控制方案的风力发电系统、风电场及电网调度、海上风力发电技术等三部分内容。书中对风力发电系统的效率、大功率风力发电机、高效率功率变流器技术、电网规范及接入、雷电保护、储能等进行了深入的分析介绍，还对包括海上风速预测、基于HVDC输电的海上风电场电力传输、海上风电与潮汐能混合发电等进行了介绍。《国际电气工程先进技术译丛·风力发电系统：技术与趋势》汇聚了不同科学家对风力发电系统的最新研究成果，理论与实践相结合，书中给出了丰富的工程图表及计算过程和公式。《国际电气工程先进技术译丛·风力发电系统：技术与趋势》不仅可以作为从事新能源发电技术的科技人员阅读，也可以作为高等院校相关专业的教学参考用书。

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　　 “国际电气工程先进技术译丛”的出版目的主要是为广大国内读者提供一个展示国外先进技术成果的窗口，使国内读者有一个可以更好地了解国外技术的平台。“国际电气工程先进技术译丛”可供电气工程及相关专业工程技术人员、科研人员及大专院校相关专业师生参考。