风力发电系统功率控制与载荷抑制技术
作 者： 陈家伟 著
出版时间： 2018
内容简介
《风力发电系统功率控制与载荷抑制技术》主要围绕变速风力发电系统在运行过程中的功率控制和载荷抑制问题展开深入的研究，为实现风力发电系统单位发电功率所需成本小化的目标提供有效的解决方法。《风力发电系统功率控制与载荷抑制技术》内容分为三部分：第一部分阐述变速风力发电系统的结构和工作原理，建立并分析永磁直驱风力发电系统的模型，为全面掌握其运行特性打下坚实基础；第二部分研究风力发电系统的功率控制技术，提出一种较为通用的新型全风速范围功率控制器及其设计方法，解决采用现有控制器时系统大a率跟踪速度随风速时刻变化，无法按需设计跟踪速度的难题；第三部分深入分析风力发电系统中的传动链在运行过程中承受的不同动态载荷的产生机理，提出相应的抑制策略，保证机组的长期服役。
目录
第1章 绪论 1
1.1 风力发电的发展背景 1
1.1.1 发展清洁能源，筑建绿色家园 1
1.1.2 风能的开发利用 2
1.2 风力发电的现状 3
1.2.1 全球风力发电的现状 3
1.2.2 我国风力发电的现状 5
1.3 风力发电系统中的控制技术 6
1.3.1 风力发电系统的基本控制目标 6
1.3.2 功率控制技术的研究现状 7
1.3.3 载荷抑制策略的研究现状 9
1.4 本章小结 10
第2章 风力发电系统建模及运行特性分析 11
2.1 风力发电系统组成及常用结构 11
2.1.1 恒速运行机组结构 12
2.1.2 有级变速运行机组结构 13
2.1.3 带部分功率变换结构 13
2.1.4 带全功率变换结构 14
2.1.5 本书实例分析中采用的机组结构 14
2.2 风速模型 15
2.2.1 平均风速模型 16
2.2.2 湍流风速模型 17
2.3 风力发电系统模型的建立 18
2.3.1 风力机的空气动力学 18
2.3.2 传动链模型 19
2.3.3 电气子系统模型 20
2.3.4 风力发电系统的模型 21
2.4 风力发电系统特性分析 22
2.5 本章小结 26
第3章 风力机特性模拟技术 27
3.1 风力机模拟的必要性 27
3.2 风力机模拟系统原动机的选取 28
3.2.1 直流电动机 28
3.2.2 异步电动机 29
3.2.3 永磁同步电动机 29
3.2.4 三种电动机的简单比较 29
3.3 风力机的模拟 30
3.3.1 风力机的静态模拟 30
3.3.2 风力机的动态模拟 31
3.3.3 转速加速度的计算方法 32
3.4 风力机模拟系统的设计 36
3.4.1 硬件设计 36
3.4.2 软件设计 38
3.5 本章小结 39
第4章 变速风力发电系统的功率控制技术 40
4.1 风力发电系统功率控制概述 40
4.2 低风速区的最大功率点跟踪控制策略研究 41
4.2.1 MPPT基本策略原理分析 41
4.2.2 新型最大功率点跟踪控制策略 45
4.2.3 MPPT跟踪速度分析及跟踪系统带宽恒定方法 53
4.3 高风速区限转速及限功率控制策略研究 61
4.3.1 恒转速控制策略 62
4.3.2 恒功率控制策略 63
4.4 全风速功率控制策略实验研究 71
4.5 风力发电系统的智能控制技术初探 72
4.5.1 自适应模糊控制技术 73
4.5.2 单神经元控制技术 88
4.6 本章小结 89
第5章 变速定桨风力发电系统的载荷抑制技术 91
5.1 风力发电系统承受的传动链载荷 91
5.1.1 载荷分类及其定义 91
5.1.2 载荷的相互影响关系 95
5.2 瞬态载荷的优化控制技术 96
5.2.1 瞬态载荷与MPPT系统带宽关系分析 96
5.2.2 MPPT带宽优化选取原则 97
5.3 气动载荷的抑制技术 98
5.3.1 系统阻尼分析 99
5.3.2 阻尼注入后系统性能分析 100
5.3.3 阻尼注入方法 102
5.4 定桨距机组的过渡载荷抑制技术 108
5.4.1 过渡载荷的测试 108
5.4.2 软失速控制策略 109
5.4.3 软失速控制运行性能实验研究 111
5.5 小功率机组高频载荷抑制技术 114
5.5.1 高频载荷抑制原理分析 115
5.5.2 一种简单的高频载荷抑制方法 117
5.5.3 高频载荷抑制策略实验分析 118
5.6 本章小结 120
第6章 10kW离网风力发电系统研制实例 121
6.1 10kW离网风力发电系统设计要求 121
6.2 系统总体设计 122
6.3 主功率电路设计 123
6.3.1 交错并联Boost变换器 123
6.3.2 Buck/Boost双向直直变换器的设计 124
6.3.3 逆变器的选择 125
6.3.4 偏航与制动电机驱动器设计 125
6.4 离网风力发电系统的功率控制与能量管理策略 126
6.4.1 机组工况分析 127
6.4.2 能量管理策略 128
6.5 辅助控制系统设计 130
6.5.1 启动与停机控制 130
6.5.2 自动偏航控制 131
6.5.3 自动解缆控制 132
6.6 离网风力发电系统实验研究 133
6.7 本章小结 134
参考文献 135
附录 143
附录一：风力发电系统实验平台与数据检测系统图 143
附录二：程序流程图 144
附录三：功率谱密度MATLAB计算方法 147
附录四：Boost和BDC电感磁芯设计方法 148
