风力发电的模拟与控制PDF电子书下载

第1章　风力发电 1

1.1 风电场 2

1.2　风力发电系统 2

1.2.1　风力机 3

1.2.2　风力机的结构 5

1.3　风电机组与常规发电厂的比较 8

1.3.1　局部影响 8

1.3.2　系统范围的影响 9

1.4　电网法规关于风电接入的相关规章 11

参考文献 12

第2章　风电机组中的电力电子技术 14

2.1　用于FSIG风电机组的软起动器 15

2.2　电压源变流器（VSC） 17

2.2.1　两电平VSC 17

2.2.2　方波运行 18

2.2.3　基于载波的PW(MCB-PWM) 19

2.2.4 开关频率最优PWM(SFO-PWM) 21

2.2.5　规则与不规则采样PWM(RS-PWM与NRS-PWM) 21

2.2.6 特定谐波消去PWM(SHEM) 22

2.2.7 电压空间矢量开关模式(SV-PWM) 23

2.2.8 滞环开关模式 24

2.3 VSC在变速系统中的应用 25

2.3.1　采用二极管桥的VSC 25

2.3.2　背靠背VSC 26

参考文献 28

第3章　同步发电机的模拟 29

3.1 同步发电机的结构 29

3.2　同步发电机的气隙磁场 29

3.3 同步发电机的线圈表示 31

3.4　dq坐标系下的发电机方程 33

3.5　稳态运行 35

3.6　具有阻尼绕组的同步发电机 36

3.7　非降阶模型 38

3.8　降阶模型 39

3.9　大型同步发电机的控制 39

3.9.1　励磁控制 40

3.9.2　原动机控制 41

参考文献 42

第4章　基于定速感应发电机（FSIG）的风电机组 43

4.1　感应电机结构 43

4.1.1　笼型转子 43

4.1.2　绕线转子 44

4.2　稳态特性 44

4.3　用于风力发电的FSIG结构 46

4.3.1　双速运行方式 47

4.3.2　可变转差率运行 47

4.3.3　无功补偿设备 48

4.4　感应电机的模拟 49

4.4.1 FSIG的一个暂态电抗后的电势模型 49

4.5　FSIG风电机组的动态性能 53

4.5.1　小扰动 53

4.5.2　电网故障期间的性能 55

参考文献 57

第5章　基于双馈感应发电机（DFIG）的风电机组 59

5.1 DFIG的典型结构 59

5.2　稳态特性 59

5.2.1　稳态下的有功功率关系 61

5.2.2　运行状态矢量图 62

5.3　最优风功率捕获控制 63

5.4　DFIG的控制方案 64

5.4.1 电流模式控制（PVdq） 64

5.4.2　转子磁链幅值和相角控制 68

5.5　动态性能评估 69

5.5.1　小干扰 69

5.5.2　电网故障时的性能 72

参考文献 74

第6章　基于全功率变流器（FRC）的风电机组 75

6.1 基于同步发电机的FRC风电机组 75

6.1.1　直驱式风电机组的发电机 75

6.1.2　永磁同步发电机与电励磁同步发电机 76

6.1.3　永磁同步发电机 76

6.1.4　风电机组控制和动态性能评估 77

6.2　基于感应发电机的FRC型风电机组 86

6.2.1　稳态性能 86

6.2.2　FRC-IG风电机组的控制 87

6.2.3　FRC-IG风电机组的性能特性 90

参考文献 90

第7章　风轮动态性能对风电机组运行的影响 92

7.1 叶片的弯曲动态 92

7.2　三质块模型的推导 93

7.3　等效两质块模型 96

7.4　FSIG和DFIG风电机组性能的评估 98

参考文献 100

第8章　风电场对电网动态性能的影响 102

8.1　动态稳定性及其评估 102

8.2　同步发电机的动态特性 103

8.3 同步发电机的同步功率和阻尼功率模型 103

8.4　自动电压调节器对阻尼的影响 105

8.5　发电机运行状态对阻尼的影响 106

8.6　调速器对发电机运行的影响 108

8.7　暂态稳定性 109

8.8　电压稳定性 110

8.9　通用测试系统 112

8.10　发电机类型对电网动态稳定性的影响 113

8.10.1 发电机2为同步发电机 113

8.10.2　发电机2为基于FSIG的风电场 114

8.10.3　发电机2为基于DFIG的风电场（PVdq控制） 114

8.10.4 发电机2为基于DFIG的风电场（FMAC控制） 114

8.10.5　发电机2为基于FRC的风电场 114

8.11 风电场与系统的动态相互作用 115

8.11.1　FSIG对系统阻尼的影响 115

8.11.2　DFIG对系统阻尼的影响 118

8.12　风力发电对系统暂态性能的影响 121

8.12.1　发电机2为同步发电机 121

8.12.2　发电机2为FSIG风电场 122

8.12.3 发电机2为DFIG风电场 122

8.12.4　发电机2为FRC风电场 123

参考文献 124

第9章　电力系统稳定器与风电场的系统阻尼能力 125

9.1 用于同步发电机的电力系统稳定器 125

9.1.1　要求和功能 125

9.1.2 同步发电机的PSS及对发电机性能的影响 126

9.2　用于DFIG的电力系统稳定器 129

9.2.1　要求和功能 129

9.2.2 DFIG-PSS及其对性能的影响 134

9.3　用于FRC风电场的电力系统稳定器 137

9.3.1　要求和功能 137

9.3.2　FRC-PSS及其对性能的影响 139

参考文献 144

第10章　风电场接入电力系统 145

10.1　无功补偿 145

10.1.1　静止无功补偿器（SVC） 145

10.1.2　静止同步补偿器（STATCOM） 147

10.1.3 STATCOM与FSIG的稳定性 148

10.2　高压交流接入 149

10.3　高压直流接入 150

10.3.1 LCC-HVDC 151

10.3.2 VSC-HVDC 151

10.3.3 多端HVDC 152

10.3.4　高压直流输电——机会和挑战 153

10.4　海底电网设计实例 155

10.4.1　Beatrice海上风电场 155

10.4.2　陆上电网连接点 156

10.4.3　技术分析 158

10.4.4　成本分析 160

10.4.5　推荐的连接点 160

参考文献 161

第11章　应对系统故障的风电机组控制 164

11.1 风电机组对频率调节的影响 164

11.1.1　频率控制 164

11.1.2　风电机组的转动惯量 165

11.1.3　快速一次响应 166

11.1.4　慢速一次响应 168

11.2　故障穿越（FRT） 172

11.2.1　FSIG机组 172

11.2.2　DFIG机组 173

11.2.3　FRC机组 175

11.2.4 VSC-HVDC用于连接FSIG风电场 176

11.2.5 VSC-HVDC用于连接FRC风电场 177

参考文献 179

附录 181

附录A　状态空间概念和模型 181

附录B　特征值与特征矢量概论 186

附录C　状态方程的线性化 190

附录D　通用测试系统模型的参数 192