序

序二

译者的话

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符号

单位

1 绪论

第1部分 理论背景和技术规范

2 风力发电发展史与现状

2.1 引言

2.2 历史背景

2.2.1 机械动力生产

2.2.2 电力生产

2.3 世界风力发电现状

2.3.1 并网风力发电概述

2.3.2 欧洲

2.3.3 北美洲

2.3.4 南美洲和中美洲

2.3.5 亚太地区

2.3.6 中东地区和非洲

2.3.7 独立发电系统概述

2.3.8 风力发电经济

2.3.9 环境问题

2.4 风力机技术现状

2.5 结论

致谢

参考文献

3 风力发电系统：概述

3.1 引言

3.2 电力系统历史

3.3 风力发电与电力系统现状

3.4 风力发电并网问题

3.5 电气工程基础

3.6 风力发电特性

3.6.1 风

3.6.2 物理特性

3.6.3 风力发电

3.7 风力发电并网的基本问题

3.7.1 用户的要求

3.7.2 风电场运营商的要求

3.7.3 并网问题

3.8 结论

附录：用来说明风力发电并网系统的等效机械系统

1.引言

2.有功平衡

3.无功平衡

参考文献

4 风力机中的发电机和电力电子设备

4.1 引言

4.2 技术发展动态

4.2.1 风力机技术概述

4.2.2 功率控制原理概述

4.2.3 发电机发展动态

4.2.4 电力电子设备发展动态

4.2.5 市场占有率发展动态

4.3 发电机类型发展动态

4.3.1 感应发电机

4.3.2 同步发电机

4.3.3 其他类型发电机

4.4 电力电子设备类型

4.4.1 软启动器

4.4.2 电容器组

4.4.3 整流器和逆变器

4.4.4 变频器

4.5 风电场的电力电子设备解决方案

4.6 结论

参考文献

5 风力机的电能质量标准

5.1 引言

5.2 风力机的电能质量特性

5.2.1 额定参数

5.2.2 最大允许功率

5.2.3 最大测量功率

5.2.4 无功功率

5.2.5 闪变系数

5.2.6 风力机投切操作最大次数

5.2.7 闪变阶跃因子

5.2.8 电压变动系数

5.2.9 谐波电流

5.2.10 不同风力机类型的电能质量特性总结

5.3 电压质量影响

5.3.1 一般情况

5.3.2 研究案例

5.3.3 缓慢电压波动

5.3.4 闪变

5.3.5 电压跌落

5.3.6 谐波电压

5.4 讨论

5.5 结论

参考文献

6 电能质量测量

6.1 引言

6.2 电能质量测量要求

6.2.1 标准

6.2.2 技术要求

6.2.3 未来形势

6.3 风力机和风电场的电能质量特性

6.3.1 峰值功率

6.3.2 无功功率

6.3.3 谐波

6.3.4 闪变

6.3.5 投切操作

6.4 并网评估

6.5 结论

参考文献

7 风电场并网技术规范

7.1 引言

7.2 技术规范概述

7.2.1 110kV以下的电网规范

7.2.2 110kV以上的电网规范

7.2.3 组合规范

7.3 并网规范的技术比较

7.3.1 有功功率控制

7.3.2 频率控制

7.3.3 电压控制

7.3.4 分接开关

7.3.5 风电场保护

7.3.6 建模信息和验证

7.3.7 通信和外部控制

7.3.8 并网规范的讨论

7.4 新并网规范的技术解决方案

7.4.1 绝对功率约束

7.4.2 平衡控制

7.4.3 功率比限制控制方法

7.4.4 △控制

7.5 并网实践

7.6 结论

参考文献

8 电力系统对风力发电的要求

8.1 引言

8.2 电力系统运行

8.2.1 系统可靠性

8.2.2 频率控制

8.2.3 电压管理

8.3 风力发电量和电力系统

8.3.1 风力发电模式

8.3.2 发电量变化和平滑效应

8.3.3 风力发电量的可预测性

8.4 风力发电对电力系统的影响

8.4.1 对备用的短期影响

8.4.2 其他短期影响

……

第2部分 并网经验

第3部分 未来概念

第4部分 风力机的动态建模2100433B

Thomas Ackermann（托马斯·阿克曼），德国柏林科技大学机械工程硕士及工商管理硕士，新西兰达尼丁（Dunedin）大学物理学硕士，瑞典斯德哥尔摩皇家工学院博士。除风力发电外，他的主要研究方向还包括分布式发电和市场规则对解除管制的电力市场中分布式发电发展的影响等，他曾经在德国、瑞典、中国、美国、新西兰、澳大利亚和印度从事风电领域工作。目前是瑞典斯德哥尔摩皇家工学院（KTH）的研究员，并通过欧盟的TEMPUS计划在克罗地亚萨格勒布大学参与风力发电教育工作。

本书共有4部分。第1部分介绍风力发电的历史和现状、电机和电力电子技术的发展、世界各国的电能质量规范及并网技术要求等；第2部分介绍丹麦、德国、瑞典、美国和印度等国在风电接入电力系统方面的经验、教训以及相关的风能预测、经济分析和独立系统等方面的成果；第3部分探讨风力发电大规模发展过程中的电网电压控制、功率传输以及电能管理等方面的问题和解决方案；第4部分研究并网系统中的风力机建模及风电对系统稳定性的影响。 本书可供进行风能开发利用的科技人员参考使用。书 名: 风力发电系统

本书阐明了电力系统中的风机建模、相关的电力电子技术以及电能质量控制等重要问题；并详细介绍了欧洲和印度并网风电建设的状况及其经验和教训；同时也探讨了风电并网系统中的电压控制、主动电网管理以及氢储存等一系列重要课题。该译著可供国内需要了解国外风力发电现状及有关经验的科技人员参阅，为正在进行风机建模以及对电力系统影响研究的人员提供宝贵的参考资料。同时，该书也为有志于风力发电的研究人员指出了研究的方向。目前，国内还很缺乏这种有关并网风力发电分析的著作，该书的问世将有助于推进我国风电工业的发展并为该领域的人才培养产生积极的作用。

《风力发电系统的功率变换》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，并针对基于一部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。

全程模拟风力发电系统。 2100433B

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