风力发电中的电力电子变流技术

序

前言

第1章绪论

1．1风力发电现状介绍

1．2风力发电系统分类

1．3风力发电机组并网方式对比分析

1．3．1适合于异步发电机的并网方式

1．3．2适合于变速恒频发电机的并网方式

1．4风力发电与电力电子变流技术

1．4．1不可控整流器后接晶闸管逆变器和无功补偿型拓扑结构

1．4．2不可控整流器后接直流侧电压变化的PWM电压源型逆变器型拓扑结构

1．4．3不可控整流器后接直流侧电压稳定的PWM电压源型逆变器型拓扑结构

1．4．4PWM整流器后接电压源型PWM逆变器型拓扑结构

1．4．5不可控整流器后接电流源型逆变器型拓扑结构

1．4．6二极管箝位型拓扑结构

1．4．7级联H桥型拓扑结构

1．4．8飞跨电容型拓扑结构

第2章调制技术

2．1正弦脉宽调制

2．2空间矢量调制

2．3脉宽调制的AAV分析方法

2．3．1活动面积矢量的概念

2．3．2SPWM的AAV分析

2．3．3SVM的AAV分析

2．3．4仿真验证

2．4sVM与SPWM通用调制算法

2．4．1SPWM与SVM的通用实现流程

2．4．2实验验证

2．5单周期控制方法

2．5．1双并联Boost整流器及其单周控制

2．5．2仿真验证

2．5．3结论

2．6空间矢量滞环技术

2．6．1控制原理

2．6．2仿真验证

2．6．3结论

2．7载波相移技术

2．7．1载波相移技术的概念

2．7．2波形谐波分析

2．7．3仿真验证

2．8其他调制方法

第3章风力发电系统中的典型变流方案

3．1整流技术方案

3．1．1不可控整流方案

3．1．2多脉波不可控整流方案

3．1．3三相单管整流方案

3．1．4PWM整流方案

3．2斩波技术方案

3．2．1Boost斩波器

3．2．2Boost斩波器PFC控制

3．3逆变技术方案

3．3．1基于晶闸管的逆变方案

3．3．2电压源型PWM逆变方案

3．3．3电流源型逆变方案

3．4典型方案实例

3．4．1不可控整流+Boost+逆变方案

3．4．2双PWM背靠背方案

第4章大功率变流技术

4．1器件串并联技术

4．2多电平变流技术

4．2．1二极管箝位型多电平技术

4．2．2飞跨电容箝位型多电平技术

4．2．3级联H桥型多电平技术

4．2．4级联飞跨电容型多电平技术

4．2．5DRC混合箝位型多电平技术

4．2．6级联二极管箝位型多电平技术

4．2．7小结

4．3模块并联技术

4．3．1Boost电路的并联技术

4．3．2带耦合电感的并联Boost

4．3．3并联三相单管整流电路

4．3．4逆变器共母线并联

4．3．5并联背靠背

4．3．6并联方案举例

4．4多重化技术

4．4．1多重化方波整流电路

4．4．2多重化方波逆变电路

4．4．3多重化PWM逆变电路

第5章低电压穿越技术

5．1风力发电系统并网运行标准规范

5．2双馈型风力发电机组的电压跌落特性

5．2．1理论分析

5．2．2仿真验证

5．2．3实验验证

5．2．4小结

5．3电网故障时风力发电系统中的保护电路

5．3．1两种主流变速恒频风力发电系统

5．3．2双馈型风力发电系统的保护电路

5．3．3直驱型风力发电系统的保护电路

5．3．4小结

5．4电网电压跌落发生器的研制

5．4．1几种常用的电压跌落发生器的拓扑结构

5．4．2基于变压器形式的VSG实验

5．4．3基于晶闸管的VSG实验

5．4．4小结

5．5双馈型风力发电系统的低电压穿越技术

5．6直驱型风力发电系统的低电压穿越技术

5．7电压跌落的检测技术

5．7．1检测方法

5．7．2仿真验证

5．7．3实验验证

5．7．4小结

第6章风力发电外围应用技术

6．1最大风能捕获

6．2风力机模拟

6．3变桨距控制

6．3．1变桨距和定桨距

6．3．2变桨距的执行方式

6．3．3变桨距控制策略

6．3．4变桨距系统的设计

6．3．5独立变桨技术

6．3．6小结

第7章展望

7．1风力发电技术发展趋势

7．1．1风力发电装备制造技术

7．1．2风电场开发技术

7．1．3标准与规范建设

7．1．4海上风电场开发技术

7．2风力发电面临的挑战

缩略语

参考文献

　　值此风力发电技术突飞猛进的时期，变流技术的进步有着十分重要的意义。风力发电中的电力电子变流技术是实用性极强的技术，内容丰富。中国科学院电工研究所长期从事于风力发电技术研究，电力电子变流技术是一个重要的方向。根据多年研发、试验与应用的经验，李建林、许洪华等同志编写了《风力发电中的电力电子变流技术》一书。该书主要供中等技术水平的科技人员阅读，在概念和应用实例方面照顾到其他层面的科技人员，可作为电力电子技术专业，尤其是新成立的风力发电专业的研究生教材，也可作为从事本专业科技工作人员的参考书，期望能为我国风电发展的人才成长发挥应有的作用。　　随着能源问题的日益突出和国家节能减排政策的推进，我国风电事业取得了长足的进展．风力发电机组单机容最逐步增大，表现形式也是百花齐放，有失速型、双馈型、直接驱动型、半直接驱动型等。随着风力发电机组单机容量的不断增大，其核心部件变流器的功率等级也相应不断增大。风力发电中的电力电子变流技术逐步成为国内外学者关注的热点，一些常规的电力电子变流技术需要进行系列改良才能更好地适应于风力发电系统。为此，本书尝试性地从电力电子器件串并联技术、多电平技术、多重化技术等方丽进行探索性研究，对与之相应的调制方法：载波层叠、载波相移技术等也进行了剖卡厅。书中对几种典型的变流器拓扑，不仅进行了原理性的仿真验证，而且制作了样机，并在中国科学院电工研究所新能源组的20kw直接驱动型风力发电实验平台和22kw双馈型风力发电实验平台进行了实验验证。大部分研究成果，作者已经以学术论文的形式在国内外期刊发表，在此为方便广大读者，作者对其主要研究成果进行归纳总结，编成此书。本书旨在对风力发电系统中涉及的电力电子变流技术进行探讨，以期通过本书的研究，为我国风力发电机组变流器的选择提供一些可以借鉴的资料，为海上风力发电以及大规模风力发电机组并入电网进行一些前期的理沦基础研究和技术储备。