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第1章 绪论 1

1.1 风能转换系统的结构 2

1.2 风力发电技术 2

1.3 风电机组的控制技术 3

1.3.1 风力机的功率调节 3

1.3.2 恒速恒频技术与变速恒频技术 4

第2章 风资源 5

2.1 我国的风资源分布状况 5

2.2 风的形成 7

2.3 风特性 8

2.3.1 平均风速 8

2.3.2 风能 10

2.3.3 湍流 11

2.4 风电机组的塔影效应 12

2.5 瞬时风速变化模型 13

2.5.1 极端风速模型（EWM） 13

2.5.2 极端运行阵风（EOG） 13

2.5.3 极端风向变化（EDC） 14

2.5.4 极端相关阵风（ECG） 14

2.5.5 方向变化的极端相关阵风（ECD） 15

2.5.6 极端风切变（EWS） 15

第3章 风力发电原理 16

3.1 风轮转子 16

3.2 风力涡轮空气动力学 17

3.2.1 制动盘模型 17

3.2.2 贝茨极限 19

3.2.3 叶素模型 20

3.2.4 力、力矩和功率 22

3.2.5 流过风轮的风速 24

3.3 稳恒湍流 25

3.3.1 风剪效应 25

3.3.2 塔影效应 26

3.3.3 随机湍流 27

3.4 风力的利用方法——叶片设计 28

3.4.1 风轮叶片特性的计算理论 28

3.4.2 动量-叶素理论推导 29

3.4.3 诱导因子α、α′的计算方法 30

3.5 风力机性能计算方法 31

3.6 风轮输出特性计算举例 32

3.7 湍流状态下叶素理论修正 35

3.8 叶片设计 36

第4章 风力发电机组设计载荷 39

4.1 风力机载荷 39

4.1.1 风电机组的载荷工况 39

4.1.2 风轮的气动载荷 41

4.2 重力和惯性载荷 42

4.2.1 重力引起的载荷 42

4.2.2 离心力引起的载荷 42

4.2.3 离心力引起的锥角效应 43

4.3 运行载荷 43

4.3.1 阵风引起的弯曲力 44

4.3.2 风轮的旋转效应 45

4.4 极限载荷 45

4.5 载荷统计外推法 45

4.6 载荷谱 48

4.6.1 雨流法 48

4.6.2 从雨流矩阵到载荷谱 48

4.6.3 等效载荷 48

4.7 风力机设计载荷的计算举例 49

4.7.1 载荷计算准备 49

4.7.2 Bladed软件载荷的输出 53

4.7.3 载荷分析 56

4.8 载荷计算坐标系及其转换 58

4.8.1 坐标系定义 58

4.8.2 坐标系转换 60

第5章 风电机组总体设计技术 62

5.1 设计流程 62

5.2 设计工作 65

5.2.1 设计主要内容 65

5.2.2 分析计算工作内容 65

5.3 设计要求 65

5.4 机组的设计流程 66

5.5 设计原则 66

5.6 设计方法 67

5.7 风电机组总体参数设计 68

5.7.1 大型风力发电机组的总体技术参数 68

5.7.2 基本设计参数 69

5.8 风电机组选型设计 71

5.8.1 功率控制方式 71

5.8.2 恒速、双速、变速风力发电机 73

5.8.3 制动系统 74

5.8.4 传动系统 76

5.8.5 润滑系统 78

5.8.6 风轮和塔架间的相对位置确定 79

5.8.7 塔架 79

5.9 风力发电机组的总体布局设计 80

5.9.1 风力发电机组的总体布局基本形式 80

5.9.2 大型兆瓦级风电机组几种主要的布置形式 82

第6章 风力发电机组的结构动力学 85

6.1 模态分析法 85

6.2 结构模态分析理论 86

6.3 系统响应的求解 88

6.3.1 单自由度振动系统响应 88

6.3.2 任意激励的响应 89

6.4 风电机组的振动 90

6.4.1 叶片摆动所产生振动 90

6.4.2 传动链的摆动 90

6.5 风力发电机组的振动抑制 92

6.5.1 风电机组的模态坐标系下的状态空间形式 92

6.5.2 缩减系统自由度 94

6.5.3 欲配置的极点的确定 98

6.6 系统的极点配置 99

6.6.1 系统的能控性 99

6.6.2 系统极点配置 99

6.7 制动器输出 100

6.8 实现方法 100

第7章 风力发电系统模型 102

7.1 风力发电机组的模型 102

7.2 机械子系统——传动系统 103

7.3 气动子系统——风轮气动特性 106

7.4 电气子系统 106

7.4.1 直接耦合的鼠笼式感应电机 106

7.4.2 控制定子的鼠笼式感应发电机 108

7.4.3 控制转子的双馈感应发电机 108

7.5 桨距子系统 110

7.6 整个风力发电机组的模型 111

第8章 风电机组的控制技术 113

8.1 风电机组的基本运行过程 113

8.1.1 待机状态 113

8.1.2 风力发电机组的自启动 114

8.1.3 自启动的条件 114

8.1.4 叶轮对风 115

8.1.5 制动解除 115

8.1.6 定桨失速风力发电机组并网与切换 115

8.2 安全保护系统 116

8.3 风电机组常规控制技术 116

8.3.1 变桨距控制技术 116

8.3.2 最佳叶尖速比控制技术 117

8.3.3 变速运行方式 118

8.4 闭环控制技术 120

8.4.1 恒速变距机组闭环控制技术 120

8.4.2 变速机组中的变距控制技术 122

8.4.3 转矩控制和变距控制之间的转换 122

8.4.4 塔架振动控制 123

8.4.5 驱动链扭转振动控制 124

8.4.6 独立变距控制 124

8.5 数字PID控制算法 125

8.5.1 位置式PID控制算法 125

8.5.2 增量式PID控制算法 126

8.6 变速恒频控制技术 127

8.7 优化反馈控制方法 128

8.8 增益调度控制技术 129

8.8.1 传统的增益调度设计方法 130

8.8.2 基于LPV的增益调度设计方法 131

8.8.3 变速变桨风力发电机组LPV模型 132

8.9 凸多面体结构的LPV控制器设计 133

8.9.1 凸分解LPV模型 133

8.9.2 仿真研究 137

附录 风电机组机械子系统模型推导 140

参考文献 144