第1章 风能 1
1.1 简介 1
1.2 风能转换系统的现状与发展趋势 1
1.2.1 风能转换系统技术上的问题 1
1.2.2 风力机 3
1.2.3 小功率风能转换系统 4
1.2.4 风能转换系统的控制 4
1.3 本书概要 5
第2章 风能转换系统 7
2.1 风能 7
2.2 风能转换系统技术 10
2.3 风力机的空气动力特性 11
2.3.1 致动盘的概念 11
2.3.2 风力机的性能 13
2.4 传动链 14
2.5 发电系统 15
2.5.1 恒速WECS 15
2.5.2 变速WECS 17
2.6 混合发电系统中的风力发电机 19
2.7 控制目标 21
第3章 WECS的模型 23
3.1 简介和问题陈述 23
3.2 风力机的空气动力模型 24
3.2.1 固定点风速模型 24
3.2.2 风力机的特性 29
3.2.3 基于风轮风速的转矩计算 34
3.3 发电机模型 37
3.3.1 感应发电机 38
3.3.2 同步发电机 42
3.4 传动装置模型 44
3.4.1 刚性传动链 44
3.4.2 柔性传动链 46
3.5 电力电子变流器和电网模型 46
3.6 线性化和特征值分析 49
3.6.1 基于感应发电机的WECS 49
3.6.2 基于同步发电机的WECS 53
3.7 案例研究（1）：基于SCIG的WECS的降阶线性模型 56
第4章 风力机控制系统 58
4.1 控制目标 58
4.2 主控制目标的物理基础 58
4.2.1 主动变桨控制 59
4.2.2 主动失速控制 60
4.2.3 被动变桨控制 60
4.2.4 被动失速控制 61
4.3 WECS优化控制原则 61
4.3.1 变速定桨距WECS实例 61
4.3.2 定速变桨距WECS实例 64
4.4 WECS的主工作策略 65
4.4.1 变速定桨距WECS的控制 65
4.4.2 变桨距WECS的控制 70
4.5 混合标准的优化控制：能量效率-疲劳载荷 74
4.6 整体运行的增益调度控制 76
4.7 WECS中的发电机控制 78
4.7.1 感应发电机的矢量控制 78
4.7.2 永磁同步发电机的控制 82
4.8 并网运行和电能质量评估控制系统 83
4.8.1 电力系统稳定性 83
4.8.2 电能质量 87
第5章 基于能量效率准则的WECS优化控制设计方法 90
5.1 问题陈述和现状 90
5.1.1 非线性模型下的优化控制方法 90
5.1.2 采用线性化模型的最优控制策略 93
5.1.3 小结 95
5.2 最大功率点跟踪（MPPT）策略 96
5.2.1 问题陈述及文献回顾 96
5.2.2 风速湍流在MPPT中的应用 99
5.2.3 案例研究（2）：经典MPPTT与风速湍流作为搜索信号的MPPT 103
5.2.4 小结 106
5.3 PI控制 107
5.3.1 问题陈述 107
5.3.2 控制器设计 108
5.3.3 案例研究（3）：2MW WECS优化控制中PI速度控制的应用 110
5.3.4 案例研究（4）：6kV WECS优化控制中PI功率控制的应用 112
5.4 开关控制 113
5.4.1 控制器设计 113
5.4.2 案例研究（5） 117
5.5 滑模控制 118
5.5.1 建模 119
5.5.2 基于减轻机械负荷的能量优化 119
5.5.3 案例研究（6） 121
5.5.4 实时仿真结果 122
5.5.5 小结 124
5.6 反馈线性化控制 125
5.6.1 WECS建模 125
5.6.2 控制器设计 127
5.6.3 案例研究（7） 130
5.7 QFT鲁棒控制 131
5.7.1 WECS建模 132
5.7.2 基于QFT的控制设计 132
5.7.3 案例研究（8） 133
5.8 小结 138
第6章 WECS多目标优化控制 141
6.1 简介 141
6.2 WECS的LQ控制 141
6.2.1 问题陈述 141
6.2.2 输入-输出方法 142
6.2.3 案例研究（9）：R-S-T控制器在柔性耦合发电机WECS LQ控制中的应用 144
6.3 WECS最优控制的频率分离原理 146
6.3.1 WECS动态性能的频率分离原则 146
6.3.2 优化控制结构和设计程序（2LFSP） 147
6.3.3 滤波和风速估计的推算 150
6.4 2LFSP在刚性耦合发电机WECS中的应用 152
6.4.1 建模 152
6.4.2 低频环稳态优化 154
6.4.3 高频环LQG动态优化 154
6.4.4 高频环LQ动态优化 156
6.4.5 案例研究（10） 158
6.4.6 整体实时仿真结果 161
6.5 2LFPS在柔性耦合发电机WECS中的应用 165
6.5.1 建模 165
6.5.2 低频环稳态优化 166
6.5.3 高频环动态优化 167
6.5.4 案例研究（11） 168
6.6 2LFSP有效性的小结 170
6.7 多目标整体控制方案 171
6.7.1 大功率风力发电机的控制目标 171
6.7.2 多目标控制的整体最优化和频率分离原则 172
6.7.3 WECS频率范围模型 174
6.7.4 风速湍流部分的频谱特性 175
6.7.5 WECS控制系统的开环带宽限制 177
6.7.6 WECS的频率分离控制 179
第7章 WECS控制结构的实验研究设备系统 183
7.1 简介 183
7.2 WECS的机电仿真器 184
7.2.1 硬件在环（HIL）系统的原理 184
7.2.2 设计HIL系统的具体过程 186
7.2.3 WECS物理仿真器的构建 187
7.2.4 WECS HIL仿真器的误差估计 188
7.3 案例研究（12）：基于DFIG的WECS的HIL仿真器的构建 192
7.3.1 对WECS仿真器的要求 193
7.3.2 实时物理仿真器（RTPS）的构建 193
7.3.3 研究物理系统（IPS）的构建和发电机控制 196
7.3.4 WECS整体运行模拟 198
7.4 小结 200
第8章 结论 201
附录 203
附录A 案例研究中各WECS的特性 203
附录B 理论背景和发展 205
B.1 滑模控制 205
B.2 反馈线性化控制 206
B.3 QFT鲁棒控制 210
附录C 图片、图表和实时影像 215
参考文献 221