第1章 绪论 1
1.1 可再生能源的利用与风力发电 1
1.1.1 能源、环境危机和绿色能源的开发 1
1.1.2 风能开发与风力发电的历史、现状与趋势 2
1.2 风力发电技术的发展概述 13
1.2.1 风力机的基础理论与运行特性 13
1.2.2 恒速恒频与变速恒频的风力发电技术 16
1.2.3 双馈风电变换器的控制策略 21
1.2.4 风电技术研究中值得关注的若干问题 23
第2章 变速恒频风力发电系统的运行控制基础 29
2.1 变速恒频风力发电系统的运行控制 29
2.1.1 风力机的运行特性 29
2.1.2 变速恒频风力发电系统的运行控制策略 31
2.2 风力发电系统的最大风能追踪运行机理 33
2.3 双馈异步风力发电机的最大风能追踪控制 34
2.3.1 有功功率参考值P* s的计算 35
2.3.2 无功功率参考值Q* s的计算 36
2.3.3 最大风能追踪控制的实现 37
2.4 双馈异步风力发电机用交流励磁电源 38
2.4.1 两电平电压型双PWM变换器 39
2.4.2 交-直-交电压源与电流源并联型变换器 40
2.4.3 晶闸管相控交-交变换器 43
2.4.4 矩阵式变换器 44
2.4.5 多电平变换器 46
2.4.6 五种变换器的比较 48
第3章 双馈异步风力发电机的运行理论 52
3.1 双馈异步风力发电机的系统结构 52
3.2 双馈异步风力发电机的数学模型 54
3.2.1 三相静止坐标系中DFIG的数学模型 54
3.2.2 任意速旋转坐标系中DFIG的数学模型 57
3.3 双馈异步风力发电机的功率关系 60
3.3.1 同步速ω1旋转坐标系中DFIG风电系统的等效电路 60
3.3.2 同步速ω1旋转dq坐标系中DFIG风电系统的功率表达 60
3.4 双馈异步风力发电机的并网与运行控制 64
第4章 理想电网条件下双馈异步风力发电机的运行控制 69
4.1 网侧PWM变换器及其控制 70
4.1.1 网侧PWM变换器的数学模型 70
4.1.2 网侧PWM变换器的稳态特性 74
4.1.3 网侧PWM变换器的运行控制 77
4.1.4 网侧PWM变换器的无电网电压传感器虚拟电网磁链定向矢量控制 79
4.2 转子侧PWM变换器及其控制 85
4.2.1 转子侧PWM变换器的数学模型 85
4.2.2 转子侧PWM变换器的运行控制 86
4.3 理想电网电压条件下双馈异步风力发电机的传统矢量控制技术 88
4.3.1 定子磁链定向矢量控制 88
4.3.2 电网电压定向矢量控制 90
4.3.3 双馈异步风力发电机最大风能追踪控制的实现 92
4.4 双馈异步风力发电机的实验运行研究 93
4.4.1 并网前空载稳态运行实验 94
4.4.2 并网运行实验 96
4.4.3 网侧变换器无电网电压传感器虚拟电网磁链定向矢量控制实验 100
第5章 电网故障对双馈异步风力发电机运行的影响 101
5.1 电网故障类型 102
5.2 三相电网电压对称跌落对DFIG风电系统运行的影响 105
5.3 三相电网电压不平衡或不对称跌落对DFIG风电系统的影响 110
5.3.1 电网电压不平衡对网侧变换器运行的影响 110
5.3.2 电网电压不平衡对转子侧变换器运行的影响 110
5.3.3 电网电压不对称跌落对DFIG风电系统运行的影响 113
5.4 现代风电并网规范 117
5.5 电网电压故障下增强DFIG风电系统运行能力的控制对策和保护措施 120
第6章 双馈异步风力发电机的低电压穿越运行 122
6.1 现有DFIG风电系统的低电压穿越技术 122
6.1.1 改进控制策略 123
6.1.2 定子侧低电压穿越方案 125
6.1.3 转子侧低电压穿越方案 126
6.2 计及定子磁链动态过程的改进矢量控制 129
6.2.1 定子电压定向（SVO）的DFIG矢量控制改进方案 130
6.2.2 定子磁链定向（SFO）的DFIG矢量控制改进方案 132
6.2.3 运行仿真 133
6.3 基于Crowbar保护装置的低电压穿越运行 136
第7章 电网电压不平衡条件下双馈异步风力发电机系统的建模与控制 145
7.1 电网电压不平衡条件下双馈异步风力发电机的动态模型 145
7.1.1 不对称三相电磁量的瞬时对称分量及其表达形式 146
7.1.2 电网电压不平衡条件下网侧变换器的动态模型 148
7.1.3 电网电压不平衡条件下转子侧变换器的动态模型 155
7.2 电网电压不平衡条件下双馈异步风力发电机的运行控制策略 161
7.2.1 电网电压不平衡条件下转子侧变换器的控制目标 161
7.2.2 电网电压不平衡条件下网侧变换器的控制目标 166
7.2.3 运行仿真 170
7.3 电网电压不平衡条件下DFIG风电系统控制基准的检测技术 174
7.3.1 理想电网条件下的锁相环原理 174
7.3.2 电网电压不平衡条件下现有的锁相环技术 176
7.3.3 正、负序双dq型锁相环技术 177
7.3.4 基于正、负序分解原理的锁相环技术 179
7.3.5 基于广义积分器原理的锁相环技术 184
第8章 电网电压不平衡条件下双馈异步风力发电机的矢量控制 187
8.1 基于正、反转同步速旋转坐标系中双dq、PI电流调节器的矢量控制系统 188
8.1.1 网侧变换器双dq、PI电流调节器的控制系统设计 188
8.1.2 转子侧变换器双dq、PI电流调节器的控制系统设计 192
8.1.3 运行仿真 195
8.2 基于正、反转同步速旋转坐标系中主、辅电流调节器的矢量控制系统 197
8.2.1 网侧变换器主、辅电流调节器的控制系统设计 198
8.2.2 转子侧变换器主、辅电流调节器的控制系统设计 201
8.2.3 运行仿真 202
8.3 基于两相静止坐标系中比例谐振（PR）电流调节器的矢量控制系统 205
8.3.1 比例谐振（PR）调节器的工作原理 205
8.3.2 网侧变换器比例谐振电流调节器的控制系统设计 207
8.3.3 转子侧变换器比例谐振电流调节器的控制系统设计 210
8.3.4 运行仿真 212
8.4 基于正转同步速旋转坐标系中比例积分谐振（PIR）电流调节器的矢量控制系统 215
8.4.1 网侧变换器比例积分谐振电流调节器的控制系统设计 216
8.4.2 转子侧变换器比例积分谐振电流调节器的控制系统设计 217
8.4.3 运行仿真 220
8.5 不对称电网故障下双馈异步风力发电机网侧、转子侧变换器的协同控制 222
8.6 转子侧变换器输出电压容量对双馈异步风力发电机不对称运行控制的影响 223
8.7 计及网侧、转子侧变换器电流容量限制的双馈异步风力发电机不对称电网故障运行控制 228
第9章 双馈异步风力发电机的直接功率控制 232
9.1 直接功率控制的基本概念 232
9.1.1 瞬时有功、无功功率定义 233
9.1.2 传统DPC策略——LUT-DPC 235
9.1.3 改进DPC策略 238
9.2 理想电网条件下双馈异步风力发电机的直接功率控制 250
9.3 电网电压不平衡条件下双馈异步风力发电机的直接功率控制 254
9.3.1 对称电网故障时DFIG的DPC 254
9.3.2 不对称电网故障时DFIG的DPC 257
9.3.3 不对称电网故障时DFIG的谐波电流抑制 259
9.3.4 基于DPC的网侧变换器和转子侧变换器协同控制 265
参考文献 270