前言

第1章 绪论

1．1概述

1．2风力发电的发展与现状

1．3风力发电机组的类型及构成

1．4风力发电系统的仿真

1．5仿真软件概述

第2章 风力机的气动和机械系统建模

2．1概述

2．2风速模型

2．3风轮模型

2．4轴系模型

2．5仿真算例

第3章 定速异步风力发电机组的原理及建模

3．1概述

3．2结构和原理

3．3稳态模型及特性

3．4仿真算例

第4章 双馈异步风力发电机组的原理及建模

4．1概述

4．2运行原理和功率关系

4．3动态模型

4．4控制策略

4．5仿真算例

第5章 全功率换流器驱动风力发电机组的原理及建模

5．1概述

5．2全功率驱动的风力发电机组的原理

5．3直驱式永磁同步风力发电机组

5．4全功率换流器驱动的异步风电机组

5．5仿真算例

第6章 风力发电对电力系统的影响

6．1概述

6．2风电并网特点及基本参数

6．3风电并网对电力系统的局部影响

6．4　风力发电并网对电力系统全系统范围的影响

6．5仿真算例

第7章 电网扰动情况下变速风力发电机组控制技术

7．1概述

7．2 PMSG的低电压穿越技术

7．3 DFIG在电网电压不平衡时的控制

7．4仿真算例

第8章 电网友好型风力发电机组控制技术

8．1概述

8．2风力发电机组的动态无功补偿

8．3虚拟惯性控制

8．4对系统功率振荡的阻尼控制

8．5仿真算例

第9章 基于VSC—HVDC的风电场联网

9．1概述

9．2 VSC HVDC的建模

9．3 VSC—HVDC的控制策略

9．4多端电压型直流输电

9．5　多风电场通过VSC—MTDC联网及功率外送仿真

附录 2100433B

本书首先介绍风力发电的机械和电气系统数学模型及并网控制策略的原理，然后结合具体算例，通过DIgSILENT和MATLAB/Simulink两种仿真软件建立典型风电机组的仿真模型，分析其最大功率跟踪控制、有功和频率调节、无功和电压控制、低电压穿越、虚拟惯性控制等风电机组并网控制的主要特性，以及电网允许风电接纳能力、电网潮流计算与无功优化计算、风电接入对电网暂态稳定性影响等。此外，通过柔性直流输电的海上风电和大型风电基地的风电场并网已成为新的研究热点，本书将介绍其基本原理和仿真建模。

本书主要介绍双馈感应电机风力发电系统的建模、仿真与控制技术。在介绍风力发电系统基本概念及其基本理论的基础上，系统地介绍了双馈感应电机风力发电机稳态数学模型及其运行、双馈感应电机的动态数学模型、背靠背功率变换器数学模型及其控制技术、双馈感应电机矢量控制技术以及基于MATLAB/SIMULINK仿真软件完成的双馈感应电机风力发电系统仿真。

电力电子新技术系列图书序言

前言

本书涉及的常用符号表

第1 章　绪论 1

1. 1　风能开发与利用 1

1. 1. 1　能源危机问题 1

1. 1. 2　生态环境问题 1

1. 1. 3　风能开发与利用 2

1. 2　风力发电系统技术发展 6

1. 2. 1　恒速恒频风力发电系统 7

1. 2. 2　变速恒频风力发电系统 7

1. 3　双馈感应电机风力发电系统描述 12

1. 3. 1　双馈感应电机风力发电系统接入电网方式 12

1. 3. 2　双馈感应电机风力发电系统功率变换器技术 14

1. 3. 3　双馈感应电机技术 18

1. 3. 4　双馈感应电机风力发电系统典型拓扑结构及其优点 19

1. 3. 5　双馈感应电机风力发电系统控制技术 21

1. 4　本书内容概述 24

参考文献 26

第2 章　风力发电系统基本概念及其基础理论 30

2. 1　风力发电系统的基本概念 30

2. 1. 1　风力发电系统基本组成 30

2. 1. 2　风轮结构 32

2. 1. 3　风轮功率控制 32

2. 2　风力发电系统理论基础 34

2. 2. 1　风能 34

2. 2. 2　贝兹极限 35

2. 2. 3　风轮的特性系数 37

2. 2. 4　Cp λ 曲线 39

2. 2. 5　CT λ 曲线 40

2. 2. 6　风轮输出功率表达式 41

2. 2. 7　风轮输出转矩表达式 43

2. 3　变速风力发电系统功率控制分区 44

2. 4　变速风力发电系统转速控制分区 46

2. 4. 1　变速风力发电系统最小和最大转速控制 47

2. 4. 2　变速风力发电系统额定功率控制 48

2. 4. 3　变速风力发电系统最大风能跟踪控制 49

2. 5　小结 51

参考文献 52

第3 章　双馈感应电机稳态数学模型及其运行 53

3. 1　双馈感应电机的结构及其优点 53

3. 2　双馈感应电机基本概念 54

3. 2. 1　双馈感应电机的电磁力 54

3. 2. 2　转速差和转差率概念 55

3. 2. 3　双馈感应电机转子频率 56

3. 2. 4　双馈感应电机稳态等效电路 57

3. 2. 5　双馈感应电机稳态数学模型及其相量图 62

3. 3　双馈感应电机的稳态运行 66

3. 3. 1　双馈感应电机基本有功功率流动及其平衡关系 66

3. 3. 2　转子铜耗和转换功率的分解 67

3. 3. 3　双馈感应电机有功功率计算 70

3. 3. 4　双馈感应电机电磁转矩计算 72

3. 3. 5　双馈感应电机无功功率计算 73

3. 3. 6　双馈感应电机有功功率、电磁转矩和转速之间的近似关系 74

3. 3. 7　双馈感应电机四象限运行 75

3. 3. 8　双馈风力发电系统变速恒频运行 78

3. 3. 9　双馈感应电机稳态数学模型标幺值系统 79

3. 4　小结 82

参考文献 83

第4 章　双馈感应电机动态数学模型 84

4. 1　三相自然静止ABC/ abc 坐标系下双馈感应电机的数学模型 84

4. 2　两相正交坐标系下双馈感应电机数学模型 91

4. 2. 1　坐标变换 91

4. 2. 2　两相任意旋转dq0 坐标系下的双馈感应电机数学模型 93

4. 2. 3　静止αβ 坐标系下的双馈感应电机数学模型 100

4. 2. 4　同步旋转xy 坐标系下的双馈感应电机数学模型 102

4. 3　双馈感应电机在正交坐标系下的状态方程 104

4. 3. 1　任意旋转dq0 坐标系下双馈感应电机状态方程 104

4. 3. 2　两相静止αβ 坐标系下双馈感应电机状态方程 106

4. 3. 3　两相同步xy 坐标系下双馈感应电机状态方程 107

4. 4　双馈感应电机数学模型的空间矢量表征 108

4. 4. 1　空间矢量概念 108

4. 4. 2　三相自然静止坐标系下的双馈感应电机数学模型空间矢量表征 109

4. 4. 3　任意旋转两相dq 坐标系下双馈感应电机数学模型空间矢量表征 110

4. 5　标幺值系统及其转换 112

4. 6　双馈感应电机仿真模型实现 116

4. 7　小结 118

参考文献 118

第5 章　背靠背功率变换器数学模型及其控制技术 119

5. 1　交直交电压型功率变换器基本拓扑及工作原理 119

5. 2　网侧系统稳态运行 120

5. 3　背靠背功率变换器数学模型 123

5. 3. 1　网侧变换器数学模型 123

5. 3. 2　网侧滤波器数学模型 128

5. 3. 3　转子侧变换器数学模型 129

5. 3. 4　直流侧数学模型 130

5. 3. 5　背靠背功率变换器仿真模型实现 131

5. 4　功率变换器调制技术 133

5. 4. 1　正弦波脉宽调制技术 133

5. 4. 2　三次谐波注入的正弦波脉宽调制技术 136

5. 4. 3　空间矢量脉宽调制技术 140

5. 5　网侧变换器控制技术 152

5. 5. 1　网侧滤波器两相正交坐标系下数学模型 152

5. 5. 2　网侧变换器电网电压定向矢量控制技术(VOC) 154

5. 6　小结 165

参考文献 165

第6 章　双馈感应电机矢量控制技术 167

6. 1　矢量控制技术 167 2100433B

本书将管理科学问题进行分类总结，在阐述了系统建模、系统仿真等的概念内涵、基本理论、基本方法与技术的基础上，重点围绕基于MATLAB和NetLogo两种工具软件的管理科学问题的建模与仿真进行了详细实例讲解与分析。本书中，在MATLAB工具软件应用部分，围绕管理领域中的预测问题、分类问题、评价问题、优化问题等几类主要问题，对包括神经网络、灰色系统、层次分析法、遗传算法、模拟退火算法、粒子群算法等在内的建模仿真方法的基本原理、应用步骤、实例、程序代码等进行了详细讲解；在NetLogo工具软件部分，强调了建模仿真技术的操作性，通过层层深入的实例逐步明晰了该建模仿真技术的操作步骤，后结合网络危机信息传播演化仿真这一综合实例系统地讲解了如何对某一管理科学问题进行模型构建与仿真。