电网友好型风光储一体化仿真与控制
出版时间：2017年版
丛编项： 新能源应用技术丛书
内容简介
本书针对全球主流并网型双馈式和直驱式风力发电系统、光伏发电系统以及储能技术在可再生能源领域的应用展开研究。全书共13章，对风力发电系统的工作原理、数学模型、仿真建模、运行与控制、低电压穿越（LVRT）仿真与测试、混合储能平滑风电出力、新型动态电压恢复器提升风电LVRT能力，以及光伏电池的数学模型、储能系统的能量管理、动态电压恢复器提升光伏LVRT能力、风光储一体化仿真建模等关键问题进行了深入细致的研究与探讨，相关结论具有重要的理论意义与工程指导价值。本书集理论性、系统性、工程性、新颖性于一体，内容翔实、理论研究紧扣工程实践，可为风力发电和光伏发电工程实践提供一定的理论基础和技术依据。本书可用作高等院校新能源发电专业的本科生教材和相关专业研究生科研参考书，也可供从事可再生能源发电的研发人员及工程技术人员参考。
目录
前言
第1章绪论1
11双馈式风力发电系统2
12直驱式永磁同步风力发电系统5
13光伏发电技术的研究现状7
14储能技术及其在可再生能源发电中的应用10
15可再生能源发电系统的故障穿越技术17
151风电机组LVRT标准的要求17
152风力发电LVRT的实现方法18
153光伏电站LVRT标准的要求19
154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
21双馈式电机的数学模型22
211功率不变约束条件下的坐标变换22
212绕组匝数不变约束条件下的坐标变换28
213三相静止坐标系下双馈式电机的多变量数学模型29
214两相同步旋转坐标系下双馈式电机动态数学模型(Kron方程)38
22双馈式电机的标幺值方程43
23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
231电网电压不平衡时双馈式电机的动态数学模型46
232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
31转子侧变换器传统PI控制器设计51
311电流环PI调节器设计51
312转速环PI调节器设计53
32转子侧变换器内模控制器设计54
321IMC在电流环的应用54
322IMC在转速环的应用56
33转子侧变换器改进的准PR控制57
34网侧变换器的数学模型59
35网侧变换器电网电压定向矢量控制62
36网侧变换器虚拟电网磁链定向矢量控制64
361虚拟电网磁链的引入64
362d轴虚拟电网磁链定向下PWM整流器的数学模型65
363虚拟电网磁链观测器66
364d轴虚拟电网磁链定向PWM整流器矢量控制系统67
37网侧变换器准PR控制67
371PR控制器及其特性67
372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
41基于MATLAB的双馈式风力发电系统仿真72
411转子侧变换器控制系统仿真模型72
412网侧变换器控制系统仿真模型72
413双馈式风电系统仿真模型74
4142MW双馈式风力发电并网仿真分析75
42基于PSCAD的双馈式风力发电系统仿真77
421转子侧变换器控制系统仿真模型77
422网侧变换器控制系统仿真模型78
423风力机及变桨距仿真模型78
424基于PSCAD的双馈式风电系统仿真模型82
425MW级双馈式风力发电柔性并网仿真结果分析82
43基于RTDS的双馈式风电系统仿真研究84
431基于RTDS的双馈式风力发电系统建模84
432转子侧变换器仿真84
433网侧变换器仿真88
434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
51同步电动机的分类96
52同步电机的基本方程97
521定子电路方程98
522转子电路方程101
53dq0坐标变换101
54同步电机的标幺值方程106
55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
61直驱式风力发电系统并网方式概述116
62直驱式风力发电系统的几种全功率变换器拓扑结构116
621不可控整流器+PWM电压源型逆变器拓扑结构117
622背靠背双PWM电压型变换器拓扑结构117
623 二极管钳位型拓扑结构118
624级联H桥型拓扑结构119
625飞跨电容型拓扑结构120
63机侧PWM变换器及其控制121
631机侧PWM变换器的数学模型121
632机侧PWM变换器的运行控制及仿真分析123
64网侧PWM变换器及其控制128
641两电平PWM变换器的数学模型128
642三电平PWM变换器的数学模型132
643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
71直驱式风力发电系统并网仿真137
711直驱式永磁同步发电系统在PSCAD/EMTDC中建模137
712风力机的模型137
713发电机侧控制器的建模138
714电网侧控制器建模138
715仿真结果分析141
72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
721三电平逆变器基本理论145
722三电平SVPWM的算法146
723三电平逆变器的MATLAB仿真152
724基于三电平变换器的永磁直驱式风电系统并网仿真156
73实现LVRT仿真分析163
731适用于直流环节的保护方案分析163
732直流侧增加储能的永磁直驱式风电系统164
733双向DC/DC变换器的控制策略165
734基于超级电容储能的直驱式风电机组LVRT仿真分析166
74基于复合储能的直驱式风电机组建模仿真170
741基于复合储能的直驱式风电系统仿真模型170
742基于复合储能的直驱式风电机组LVRT仿真分析170
743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
81风电系统中常见电网故障类型179
82电压幅值和相角检测方法180
821三相abcdq的派克变换检测算法181
822构造虚拟三相的dq检测法182
823单相求导法的αβdq变换182
83电压正负序分离方法184
831不平衡电网电压描述185
832常规典型正负序分离方法187
833基于谐振控制器的正负序分离方法189
84DFIGDVR系统拓扑及工作原理192
85DVR主电路系统结构194
851逆变单元195
852耦合单元195
853滤波单元196
854直流储能单元197
86DVR逆变单元控制策略197
861DVR等效数学模型198
862PR控制器及特性分析199
863基于准PR控制器的复合控制策略203
864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
91DVR提升双馈式风电机组故障穿越仿真研究208
911三相对称故障下DFIG机组LVRT仿真209
912三相不对称故障下DFIG机组LVRT仿真218
924种方式实现直驱式风电机组故障穿越仿真研究226
921采用卸荷电路实现直驱式风电机组LVRT运行229
922改进控制策略实现直驱式风电机组LVRT运行230
923新型混合储能实现直驱式风电机组LVRT运行231
924UDVR实现直驱式风电机组LVRT运行232
93DVR提升MW级光伏发电系统故障穿越仿真研究234
931PCC发生三相对称故障时PVG系统的LVRT仿真237
932PCC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
101LVRT技术研究的必要性244
102现有的LVRT技术246
1021双馈式风力发电系统LVRT技术246
1022直驱式风力发电系统LVRT技术249
103测试设备及程序251
1031风电机组LVRT测试设备252
1032风电机组LVRT测试程序253
104双馈式机组LVRT测试实例分析253
1041电压跌落至75%Ue254
1042电压跌落至50%Ue256
1043电压跌落至20%Ue259
105直驱式机组LVRT测试实例分析262
1051电压跌落至75%Ue262
1052电压跌落至50%Ue265
1053电压跌落至20%Ue267
第11章光伏电池数学建模与MPPT控制271
111光伏电池的工作原理271
112光伏电池的等效电路及数学模型271
113光伏电池输出特性的仿真分析274
114MPPT控制与仿真275
1141MPPT控制276
1142DC/DC变换器277
1143PWM控制278
115MPPT仿真分析279
1151标准工况下光伏阵列仿真分析279
1152光照强度变化时光伏阵列仿真分析280
1153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
121储能PCS简介283
122蓄电池285
1221蓄电池的充放电特性285
1222蓄电池的数学模型286
123超级电容器288
124全钒液流电池288
125双向DC/DC变换器建模与仿真291
1251三重化双向DC/DC变换器的数学模型291
1252三重化双向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
131风光储发电系统简介296
132风力发电和光伏发电的随机性及波动性分析297
133风力发电和光伏发电的功率数据问题与处理299
134风光储系统中的储能容量配置方法304
1341单一储能类型系统控制与配置305
1342混合储能系统308
135光伏逆变器的建模与仿真315
1351单台光伏逆变器的建模与控制315
1352多台光伏逆变器并联运行与环流分析318
136光伏发电系统LVRT运行326
1361电网故障时Crowbar电路的保护策略327
1362Crowbar电路的控制策略329
1363基于Crowbar电路的LVRT仿真329
参考文献333
