第1章 绪论 1
1.1 研究背景及其意义 1
1.2 风电发展现状 2
1.2.1 全球风电发展现状 2
1.2.2 中国风电发展情况 3
1.3 风电发展面临的问题 3
1.4 风力发电系统有功功率平滑控制技术研究现状 5
1.5 变速风电机组参与调频的研究现状 8
1.6 双馈发电系统电网故障穿越技术的研究现状 11
1.6.1 常见电网故障类型 11
1.6.2 电网电压故障对双馈电机的影响 12
1.6.3 国内外电网对风力发电系统低电压穿越（LVRT）相关规定 12
1.6.4 DFIG低电压穿越硬件保护电路 15
1.6.5 故障状态下控制技术的研究 18
1.6.6 网侧变换器的控制策略 20
1.7 本书的主要研究内容 21
第2章 风力发电机并网情况分析 24
2.1 引言 24
2.2 风力发电技术 24
2.2.1 恒速恒频风力发电技术 25
2.2.2 变速恒频风力发电技术 25
2.3 风力发电机的运行机理 28
2.4 风力机与传动模型 30
2.4.1 风速模型 30
2.4.2 风力机模型 31
2.4.3 传动机构模型 33
2.5 恒速恒频风力发电机数学模型 33
2.6 变速恒频双馈风力发电机数学模型 35
2.6.1 双馈电机的组成 35
2.6.2 双馈电机的数学模型 36
2.7 风力发电机并网分析 38
2.7.1 并网风力发电机的模型 38
2.7.2 风力发电机并网分析 39
2.8 小结 43
第3章 常规机组和风力发电频率特性比较 44
3.1 不同风电机组的频率响应特性分析 44
3.1.1 普通异步发电机的频率响应特性 44
3.1.2 DFIG机组的频率响应特性 46
3.2 常规机组和风力发电频率特性比较 49
3.2.1 双馈发电机可能释放的动能远远超过常规同步发电机 49
3.2.2 常规机组和风力发电频率响应特性比较 49
3.2.3 讨论 50
3.3 变速风力发电短期有功功率支持能力 51
3.4 小结 53
第4章 基于功率滤波的风力场功率平滑控制 54
4.1 风电功率波动特性分析 54
4.1.1 风速波动特性分析 54
4.1.2 风电功率波动特性 55
4.1.3 风能波动的频率范围 56
4.1.4 风电功率波动的时空分布特性 57
4.2 风力发电机扩展桨距控制原理 58
4.3 基于功率滤波的风电场功率平滑控制 61
4.3.1 基于分频风电场功率平滑控制 62
4.3.2 仿真结果及分析 65
4.4 小结 68
第5章 采用超级电容器储能的永磁直驱风电机组输出功率平滑控制 69
5.1 直驱风电系统的结构 69
5.2 电机侧变换器的控制策略 70
5.3 储能单元控制策略 71
5.3.1 超级电容模型 71
5.3.2 储能单元结构原理 72
5.3.3 储能单元数学模型 73
5.3.4 储能单元储能容量的配置 74
5.4 网侧逆变单元控制策略 75
5.4.1 电网侧变流器数学模型 75
5.4.2 网侧逆变器控制策略 76
5.5 永磁同步发电机的数学模型 76
5.6 输出功率平滑控制策略 77
5.7 输出功率平滑的仿真研究 78
5.7.1 仿真模型 78
5.7.2 输出功率稳定仿真 80
5.8 小结 82
第6章 双馈风力发电机参与系统频率调节 83
6.1 频率响应机理分析 83
6.1.1 惯性控制分析 83
6.1.2 控制器参数对系统惯性的影响分析 84
6.2 系统仿真 85
6.2.1 仿真系统模型 85
6.2.2 双馈发电机的频率响应 86
6.2.3 初始转速对惯性控制的影响 87
6.2.4 控制器参数对惯性控制的影响 88
6.2.5 最大功率跟踪MPT特性的影响 89
6.2.6 滤波器参数的影响 90
6.2.7 频率上升情况分析 90
6.3 新的调频控制策略 91
6.4 小结 93
第7章 变速风力发电机提供调频备用容量 94
7.1 变速风电发电机调频和储备控制机理 94
7.2 新型风电调频和储备控制策略 96
7.2.1 基本思想 96
7.2.2 风力发电机卸载运行 97
7.2.3 根据频率变化改变运行点 99
7.3 仿真实例 100
7.3.1 卸载运行和备用容量 100
7.3.2 风速低情况下双馈发电机作为旋转备用电机 101
7.3.3 在风速高时满负荷运行 104
7.3.4 在中风速时部分负荷运行 104
7.3.5 紧急调控模式 105
7.4 本章小结 106
第8章 基于分层架构的风电场频率调节 107
8.1 风电场频率控制方案 108
8.1.1 风电场控制层 109
8.1.2 风力发电机组控制层 111
8.1.3 运营管理层 111
8.1.4 发电机输出功率协调 111
8.2 小结 113
第9章 基于状态反馈线性化的DFIG低电压穿越控制 114
9.1 引言 114
9.2 状态反馈线性化基本理论 115
9.2.1 仿射非线性系统及其相对阶 115
9.2.2 MIMO精确线性化的条件 116
9.2.3 线性化标准型 117
9.2.4 线性最优控制设计方法 119
9.3 转子侧变换器低电压穿越的控制 120
9.3.1 转子侧控制策略 120
9.3.2 转子侧非线性控制器设计 121
9.3.3 仿真结果和分析 127
9.4 网侧变换器的状态反馈线性化的控制 131
9.4.1 网侧非线性策略和控制器设计 131
9.4.2 仿真结果和分析 135
9.5 本章小结 137
第10章 基于Crowbar电路的DFIG低电压穿越的研究 139
10.1 引言 139
10.2 LVRT的硬件保护方法 139
10.2.1 Crowbar电路的工作模式和控制方法 140
10.2.2 基于抑制浪涌电流为目标的Crowbar的设计 141
10.2.3 仿真验证 144
10.3 LVRT对电机轴系的影响 146
10.3.1 两质块轴系模型 146
10.3.2 DFIG的稳态电磁转矩 146
10.3.3 Crowbar电路的DFIG瞬态电磁转矩研究 147
10.3.4 仿真验证 149
10.4 LVRT时DFIG无功功率分析 152
10.4.1 带有Crowbar电路的DFIG无功功率消耗分析 152
10.4.2 仿真验证 153
10.5 本章小结 155
附录 156
参考文献 159