风力发电系统的功率变换与控制

前言符号表缩略语第1章 概述1.1 简介1.2 风力发电系统概述1.2.1 装机容量和发展速度1.2.2 各种容量的风力机1.2.3 离网及并网应用1.2.4 陆上及海上应用1.2.5 风力发电系统的成本1.3 风力机的技术1.3.1 水平轴和垂直轴风力机1.3.2 定速和变速风力机1.3.3 失速型和变桨型风力机功率控制1.4 风力发电系统结构1.4.1 不带变流器的定速风力发电系统1.4.2 基于部分功率变流器的变速风力发电系统1.4.3 带全功率变流器的变速系统1.5 并网导则1.5.1 故障穿越要求1.5.2 无功功率控制1.6 小结参考文献第2章 风力发电系统控制原理2.1 简介2.2 风力机2.2.1 叶片2.2.2 变桨距机构2.2.3 齿轮箱2.2.4 风轮机械制动器2.2.5 发电机2.2.6 偏航控制系统2.2.7 塔架和基础2.2.8 风向风速传感器（风速计）2.3 风力机空气动力学2.3.1 风力机的功率特性2.3.2 气动功率控制：被动失速、主动失速和变桨距控制技术2.3.3 叶尖速度比2.4 最大功率点跟踪（MPPT）控制2.4.1 基于风力机功率曲线的最大功率点跟踪控制2.4.2 基于最佳叶尖速度比的最大功率点跟踪控制2.4.3 基于最优转矩控制的最大功率点跟踪控制2.5 小结参考文献第3章 风力发电机和建模3.1 简介3.2 参考坐标系变换3.2.1 abc/dq参考坐标系变换3.2.2 abc/αβ参考坐标系变换3.3 异步发电机模型3.3.1 结构3.3.2 空间矢量模型3.3.3 dq轴参考坐标系模型3.3.4 仿真模型3.3.5 异步发电机的暂态特性3.3.6 稳态等效电路3.4 同步发电机3.4.1 结构3.4.2 同步发电机动态模型3.4.3 稳态等效电路3.5 小结参考文献第4章 风力发电系统中的功率变流器4.1 介绍4.2 交流电压控制器（软起动器）4.2.1 单相交流电压控制器4.2.2 三相交流电压控制器4.3 多重化并联升压变流器4.3.1 单通道升压变流器4.3.2 双通道多重化并联升压变流器4.3.3 多通道多重化并联升压变流器4.4 两电平电压源变流器4.4.1 正弦波PWM4.4.2 空间矢量调制4.4.3 谐波分析4.5 三电平中点箝位式变流器4.5.1 变流器拓扑4.5.2 空间矢量调制4.6 PWM电流源变流器4.6.1 电流源逆变器拓扑4.6.2 特定谐波消除4.6.3 空间矢量调制4.6.4 PWM电流源整流器4.7 并网逆变器控制4.7.1 电压定向控制4.7.2 具有解耦控制器的电压定向控制4.7.3 采用电压定向控制和无功功率控制的并网逆变器4.8 小结参考文献第5章 风力发电系统结构5.1 简介5.2 定速风力发电系统5.2.1 单速风力发电系统5.2.2 双速风力发电系统5.3 基于异步发电机的变速风力发电系统5.3.1 带有外部转子电阻的绕线转子异步发电机5.3.2 具有部分功率变流器的双馈异步发电机风力发电系统5.3.3 采用全功率变流器的笼型异步发电机风力发电系统5.4 变速同步风力发电系统5.4.1 采用全功率背靠背功率变流器结构5.4.2 采用二极管整流器和DC/DC变流器结构5.4.3 用于多绕组发电机的分布式变流器5.5 小结参考文献第6章 基于异步发电机的定速风力发电系统6.1 简介6.2 定速风力发电系统结构6.2.1 风力机6.2.2 齿轮箱6.2.3 发电机6.2.4 软起动器6.2.5 无功功率补偿6.2.6 主要特征和缺点6.3 工作原理6.3.1 笼型异步发电机的定速运行6.3.2 定速风力发电系统的双速运行6.4 采用软起动器并网6.5 无功功率补偿6.6 小结参考文献第7章 基于笼型异步发电机的变速风力发电系统7.1 简介7.2 直接磁场定向控制7.2.1 磁场定向7.2.2 笼型异步发电机风力发电系统直接磁场定向控制7.2.3 转子磁链计算器7.2.4 直接磁场定向控制风力发电系统的动态和稳态分析7.3 间接磁场定向控制7.3.1 间接磁场定向控制的工作原理7.3.2 采用间接磁场定向控制的笼型异步发电机风力发电系统的稳态分析7.4 直接转矩控制技术7.4.1 直接转矩控制的原理7.4.2 开关逻辑7.4.3 定子磁链和转矩计算器7.4.4 基于直接转矩控制的笼型异步发电机风力发电系统暂态分析7.4.5 基于直接转矩控制的笼型异步发电机风力发电系统稳态分析7.5 电流源变流器风力发电系统的控制7.5.1 简介7.5.2 在变化量α和固定值m条件下，对电流源变流器风力发电系统的控制7.5.3 电流源变流器风力发电系统的稳态性能分析7.6 小结参考文献第8章 基于双馈异步发电机的风力发电系统8.1 简介8.2 双馈异步发电机的超同步和亚同步运行8.3 双馈异步发电机的单位功率因数运行8.3.1 带转子侧变流器的双馈异步发电机稳态等效电路8.3.2 双馈异步发电机风力发电系统的转矩转差率特性8.3.3 双馈异步发电机风力发电系统在PFs=1时的稳态分析8.3.4 简化计算8.4 超前和滞后功率因数运行8.5 双馈异步发电机风力发电系统定子电压定向控制8.5.1 定子电压定向控制的原理8.5.2 系统控制框图8.5.3 双馈异步发电机风力发电系统的暂态特性8.5.4 双馈异步发电机风力发电系统的稳态性能8.6 双馈异步发电机风力发电系统的起动和实验8.7 小结参考文献第9章 基于同步发电机的变速风力发电系统9.1 简介9.2 系统结构9.3 同步发电机的控制9.3.1 零d轴电流（ZDC）控制9.3.2 单位电流最大转矩（MTPA）控制9.3.3 单位功率因数（UPF）控制9.3.4 零d轴电流、单位电流最大转矩和单位功率因数控制方法的比较9.4 采用背靠背电压源变流器的同步发电机风力发电系统9.4.1 采用零d轴电流控制和最优转矩控制的隐极式同步发电机风力发电系统9.4.2 隐极式同步发电机风力发电系统的暂态和稳态分析9.4.3 凸极式同步发电机风力发电系统的单位电流最大转矩和转速反馈控制9.4.4 凸极式同步发电机风力发电系统的暂态和稳态分析9.4.5 网侧最大功率点跟踪控制9.5 采用DC/DC升压变流器的同步发电机风力发电系统9.6 同步发电机风力发电系统的无功功率控制9.7 基于电流源变流器（CSC）的同步发电机风力发电系统9.7.1 采用触发延迟角控制的电流源变流器风力发电系统9.7.2 采用电流源变流器的风力发电系统的无功功率控制9.8 小结参考文献附录附录A标幺值规定附录B发电机参数B.1 笼型异步发电机B.2 双馈异步发电机B.3 同步发电机附录C问题与解答274符号表符号表

　　本书对风力发电系统的功率变换与控制进行了详细的介绍，提出了很多解决方案，包括风力发电系统的离网和并网运行、陆上和海上应用、水平轴和垂直轴风力机、定速和变速运行、失速和变桨距控制、并网导则等，并针对基于异步发电机的定速风力发电系统、笼型异步发电机变速风力发电系统、基于双馈异步发电机的风力发电系统、同步发电机的变速风力发电系统等，进行深入剖析，给出了具体的建模方法与控制措施。　　本书可供从事风力发电的研究和工程设计人员参考，也完全可作为研究生或高年级本科生的教材。