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第1章 绪论 1

1.1 双馈式风力发电系统 2

1.2 直驱式永磁同步风力发电系统 5

1.3 光伏发电技术的研究现状 7

1.4 储能技术及其在可再生能源发电中的应用 10

1.5 可再生能源发电系统的故障穿越技术 17

1.5.1 风电机组LVRT标准的要求 17

1.5.2 风力发电LVRT的实现方法 18

1.5.3 光伏电站LVRT标准的要求 19

1.5.4 光伏电站LVRT的实现方法 20

第2章 双馈式异步风力发电机数学模型 21

2.1 双馈式电机的数学模型 22

2.1.1 功率不变约束条件下的坐标变换 22

2.1.2 绕组匝数不变约束条件下的坐标变换 28

2.1.3 三相静止坐标系下双馈式电机的多变量数学模型 29

2.1.4 两相同步旋转坐标系下双馈式电机动态数学模型（Kron方程） 38

2.2 双馈式电机的标幺值方程 43

2.3 电网电压不平衡时双馈式电机和网侧变换器的动态数学模型 46

2.3.1 电网电压不平衡时双馈式电机的动态数学模型 46

2.3.2 电网电压不平衡时双馈式电机网侧变换器的动态数学模型 48

第3章 双馈式风力发电系统并网运行与控制 51

3.1 转子侧变换器传统PI控制器设计 51

3.1.1 电流环PI调节器设计 51

3.1.2 转速环PI调节器设计 53

3.2 转子侧变换器内模控制器设计 54

3.2.1 IMC在电流环的应用 54

3.2.2 IMC在转速环的应用 56

3.3 转子侧变换器改进的准PR控制 57

3.4 网侧变换器的数学模型 59

3.5 网侧变换器电网电压定向矢量控制 62

3.6 网侧变换器虚拟电网磁链定向矢量控制 64

3.6.1 虚拟电网磁链的引入 64

3.6.2 d轴虚拟电网磁链定向下PWM整流器的数学模型 65

3.6.3 虚拟电网磁链观测器 66

3.6.4 d轴虚拟电网磁链定向PWM整流器矢量控制系统 67

3.7 网侧变换器准PR控制 67

3.7.1 PR控制器及其特性 67

3.7.2 网侧变换器的准PR矢量控制 71

第4章 双馈式风力发电系统仿真研究 72

4.1 基于MATLAB的双馈式风力发电系统仿真 72

4.1.1 转子侧变换器控制系统仿真模型 72

4.1.2 网侧变换器控制系统仿真模型 72

4.1.3 双馈式风电系统仿真模型 74

4.1.4 2MW双馈式风力发电并网仿真分析 75

4.2 基于PSCAD的双馈式风力发电系统仿真 77

4.2.1 转子侧变换器控制系统仿真模型 77

4.2.2 网侧变换器控制系统仿真模型 78

4.2.3 风力机及变桨距仿真模型 78

4.2.4 基于PSCAD的双馈式风电系统仿真模型 82

4.2.5 MW级双馈式风力发电柔性并网仿真结果分析 82

4.3 基于RTDS的双馈式风电系统仿真研究 84

4.3.1 基于RTDS的双馈式风力发电系统建模 84

4.3.2 转子侧变换器仿真 84

4.3.3 网侧变换器仿真 88

4.3.4 基于RTDS的双馈式风电机组LVRT仿真 92

第5章 直驱式永磁同步风力发电机数学模型 96

5.1 同步电动机的分类 96

5.2 同步电机的基本方程 97

5.2.1 定子电路方程 98

5.2.2 转子电路方程 101

5.3 dq0坐标变换 101

5.4 同步电机的标幺值方程 106

5.5 永磁同步电机的数学模型 113

第6章 直驱式永磁风力发电系统并网运行与控制 116

6.1 直驱式风力发电系统并网方式概述 116

6.2 直驱式风力发电系统的几种全功率变换器拓扑结构 116

6.2.1 不可控整流器＋PWM电压源型逆变器拓扑结构 117

6.2.2 背靠背双PWM电压型变换器拓扑结构 117

6.2.3 二极管钳位型拓扑结构 118

6.2.4 级联H桥型拓扑结构 119

6.2.5 飞跨电容型拓扑结构 120

6.3 机侧PWM变换器及其控制 121

6.3.1 机侧PWM变换器的数学模型 121

6.3.2 机侧PWM变换器的运行控制及仿真分析 123

6.4 网侧PWM变换器及其控制 128

6.4.1 两电平PWM变换器的数学模型 128

6.4.2 三电平PWM变换器的数学模型 132

6.4.3 网侧PWM变换器的运行控制及仿真分析 133

第7章 永磁直驱式风力发电系统仿真建模研究 137

7.1 直驱式风力发电系统并网仿真 137

7.1.1 直驱式永磁同步发电系统在PSCAD/EMTDC中建模 137

7.1.2 风力机的模型 137

7.1.3 发电机侧控制器的建模 138

7.1.4 电网侧控制器建模 138

7.1.5 仿真结果分析 141

7.2 基于二极管中点钳位（NPC）型三电平变换器的永磁直驱式风电系统 145

7.2.1 三电平逆变器基本理论 145

7.2.2 三电平SVPWM的算法 146

7.2.3 三电平逆变器的MATLAB仿真 152

7.2.4 基于三电平变换器的永磁直驱式风电系统并网仿真 156

7.3 实现LVRT仿真分析 163

7.3.1 适用于直流环节的保护方案分析 163

7.3.2 直流侧增加储能的永磁直驱式风电系统 164

7.3.3 双向DC/DC变换器的控制策略 165

7.3.4 基于超级电容储能的直驱式风电机组LVRT仿真分析 166

7.4 基于复合储能的直驱式风电机组建模仿真 170

7.4.1 基于复合储能的直驱式风电系统仿真模型 170

7.4.2 基于复合储能的直驱式风电机组LVRT仿真分析 170

7.4.3 平滑风电出力仿真分析 175

第8章 面向风电系统的DVR基本原理与控制策略 179

8.1 风电系统中常见电网故障类型 179

8.2 电压幅值和相角检测方法 180

8.2.1 三相abc-dq的派克变换检测算法 181

8.2.2 构造虚拟三相的dq检测法 182

8.2.3 单相求导法的αβ-dq变换 182

8.3 电压正负序分离方法 184

8.3.1 不平衡电网电压描述 185

8.3.2 常规典型正负序分离方法 187

8.3.3 基于谐振控制器的正负序分离方法 189

8.4 DFIG-DVR系统拓扑及工作原理 192

8.5 DVR主电路系统结构 194

8.5.1 逆变单元 195

8.5.2 耦合单元 195

8.5.3 滤波单元 196

8.5.4 直流储能单元 197

8.6 DVR逆变单元控制策略 197

8.6.1 DVR等效数学模型 198

8.6.2 PR控制器及特性分析 199

8.6.3 基于准PR控制器的复合控制策略 203

8.6.4 复合控制策略性能分析 205

第9章 储能型DVR提升风电／光伏LVRT能力 208

9.1 DVR提升双馈式风电机组故障穿越仿真研究 208

9.1.1 三相对称故障下DFIG机组LVRT仿真 209

9.1.2 三相不对称故障下DFIG机组LVRT仿真 218

9.2 4种方式实现直驱式风电机组故障穿越仿真研究 226

9.2.1 采用卸荷电路实现直驱式风电机组LVRT运行 229

9.2.2 改进控制策略实现直驱式风电机组LVRT运行 230

9.2.3 新型混合储能实现直驱式风电机组LVRT运行 231

9.2.4 UDVR实现直驱式风电机组LVRT运行 232

9.3 DVR提升MW级光伏发电系统故障穿越仿真研究 234

9.3.1 PCC发生三相对称故障时PVG系统的LVRT仿真 237

9.3.2 PCC发生不对称故障时PVG系统的LVRT仿真 240

第10章 风电机组LVRT测试实例 244

10.1 LVRT技术研究的必要性 244

10.2 现有的LVRT技术 246

10.2.1 双馈式风力发电系统LVRT技术 246

10.2.2 直驱式风力发电系统LVRT技术 249

10.3 测试设备及程序 251

10.3.1 风电机组LVRT测试设备 252

10.3.2 风电机组LVRT测试程序 253

10.4 双馈式机组LVRT测试实例分析 253

10.4.1 电压跌落至75％Ue 254

10.4.2 电压跌落至50％Ue 256

10.4.3 电压跌落至20％Ue 259

10.5 直驱式机组LVRT测试实例分析 262

10.5.1 电压跌落至75％Ue 262

10.5.2 电压跌落至50％Ue 265

10.5.3 电压跌落至20％Ue 267

第11章 光伏电池数学建模与MPPT控制 271

11.1 光伏电池的工作原理 271

11.2 光伏电池的等效电路及数学模型 271

11.3 光伏电池输出特性的仿真分析 274

11.4 MPPT控制与仿真 275

11.4.1 MPPT控制 276

11.4.2 DC/DC变换器 277

11.4.3 PWM控制 278

11.5 MPPT仿真分析 279

11.5.1 标准工况下光伏阵列仿真分析 279

11.5.2 光照强度变化时光伏阵列仿真分析 280

11.5.3 温度变化时光伏阵列仿真分析 281

第12章 储能系统与能量管理策略 283

12.1 储能PCS简介 283

12.2 蓄电池 285

12.2.1 蓄电池的充放电特性 285

12.2.2 蓄电池的数学模型 286

12.3 超级电容器 288

12.4 全钒液流电池 288

12.5 双DC/DC变换器建模与仿真 291

12.5.1 三重化双向DC/DC变换器的数学模型 291

12.5.2 三重化双向DC/DC变换器的控制策略 294

第13章 风光储发电系统建模与仿真 296

13.1 风光储发电系统简介 296

13.2 风力发电和光伏发电的随机性及波动性分析 297

13.3 风力发电和光伏发电的功率数据问题与处理 299

13.4 风光储系统中的储能容量配置方法 304

13.4.1 单一储能类型系统控制与配置 305

13.4.2 混合储能系统 308

13.5 光伏逆变器的建模与仿真 315

13.5.1 单台光伏逆变器的建模与控制 315

13.5.2 多台光伏逆变器并联运行与环流分析 318

13.6 光伏发电系统LVRT运行 326

13.6.1 电网故障时Crowbar电路的保护策略 327

13.6.2 Crowbar电路的控制策略 329

13.6.3 基于Crowbar电路的LVRT仿真 329

参考文献 333