風力發(fā)電系統(tǒng)導語

本書闡明了電力系統(tǒng)中的風機建模、相關(guān)的電力電子技術(shù)以及電能質(zhì)量控制等重要問題；并詳細介紹了歐洲和印度并網(wǎng)風電建設(shè)的狀況及其經(jīng)驗和教訓；同時也探討了風電并網(wǎng)系統(tǒng)中的電壓控制、主動電網(wǎng)管理以及氫儲存等一系列重要課題。該譯著可供國內(nèi)需要了解國外風力發(fā)電現(xiàn)狀及有關(guān)經(jīng)驗的科技人員參閱，為正在進行風機建模以及對電力系統(tǒng)影響研究的人員提供寶貴的參考資料。同時，該書也為有志于風力發(fā)電的研究人員指出了研究的方向。目前，國內(nèi)還很缺乏這種有關(guān)并網(wǎng)風力發(fā)電分析的著作，該書的問世將有助于推進我國風電工業(yè)的發(fā)展并為該領(lǐng)域的人才培養(yǎng)產(chǎn)生積極的作用。

本書共有4部分。第1部分介紹風力發(fā)電的歷史和現(xiàn)狀、電機和電力電子技術(shù)的發(fā)展、世界各國的電能質(zhì)量規(guī)范及并網(wǎng)技術(shù)要求等；第2部分介紹丹麥、德國、瑞典、美國和印度等國在風電接入電力系統(tǒng)方面的經(jīng)驗、教訓以及相關(guān)的風能預測、經(jīng)濟分析和獨立系統(tǒng)等方面的成果；第3部分探討風力發(fā)電大規(guī)模發(fā)展過程中的電網(wǎng)電壓控制、功率傳輸以及電能管理等方面的問題和解決方案；第4部分研究并網(wǎng)系統(tǒng)中的風力機建模及風電對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。 本書可供進行風能開發(fā)利用的科技人員參考使用。書 名: 風力發(fā)電系統(tǒng)

Thomas Ackermann（托馬斯·阿克曼），德國柏林科技大學機械工程碩士及工商管理碩士，新西蘭達尼丁（Dunedin）大學物理學碩士，瑞典斯德哥爾摩皇家工學院博士。除風力發(fā)電外，他的主要研究方向還包括分布式發(fā)電和市場規(guī)則對解除管制的電力市場中分布式發(fā)電發(fā)展的影響等，他曾經(jīng)在德國、瑞典、中國、美國、新西蘭、澳大利亞和印度從事風電領(lǐng)域工作。目前是瑞典斯德哥爾摩皇家工學院（KTH）的研究員，并通過歐盟的TEMPUS計劃在克羅地亞薩格勒布大學參與風力發(fā)電教育工作。

序

序二

譯者的話

作者簡介

縮略詞

符號

單位

1 緒論

第1部分 理論背景和技術(shù)規(guī)范

2 風力發(fā)電發(fā)展史與現(xiàn)狀

2.1 引言

2.2 歷史背景

2.2.1 機械動力生產(chǎn)

2.2.2 電力生產(chǎn)

2.3 世界風力發(fā)電現(xiàn)狀

2.3.1 并網(wǎng)風力發(fā)電概述

2.3.2 歐洲

2.3.3 北美洲

2.3.4 南美洲和中美洲

2.3.5 亞太地區(qū)

2.3.6 中東地區(qū)和非洲

2.3.7 獨立發(fā)電系統(tǒng)概述

2.3.8 風力發(fā)電經(jīng)濟

2.3.9 環(huán)境問題

2.4 風力機技術(shù)現(xiàn)狀

2.5 結(jié)論

致謝

參考文獻

3 風力發(fā)電系統(tǒng)：概述

3.1 引言

3.2 電力系統(tǒng)歷史

3.3 風力發(fā)電與電力系統(tǒng)現(xiàn)狀

3.4 風力發(fā)電并網(wǎng)問題

3.5 電氣工程基礎(chǔ)

3.6 風力發(fā)電特性

3.6.1 風

3.6.2 物理特性

3.6.3 風力發(fā)電

3.7 風力發(fā)電并網(wǎng)的基本問題

3.7.1 用戶的要求

3.7.2 風電場運營商的要求

3.7.3 并網(wǎng)問題

3.8 結(jié)論

附錄：用來說明風力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的等效機械系統(tǒng)

1.引言

2.有功平衡

3.無功平衡

參考文獻

4 風力機中的發(fā)電機和電力電子設(shè)備

4.1 引言

4.2 技術(shù)發(fā)展動態(tài)

4.2.1 風力機技術(shù)概述

4.2.2 功率控制原理概述

4.2.3 發(fā)電機發(fā)展動態(tài)

4.2.4 電力電子設(shè)備發(fā)展動態(tài)

4.2.5 市場占有率發(fā)展動態(tài)

4.3 發(fā)電機類型發(fā)展動態(tài)

4.3.1 感應(yīng)發(fā)電機

4.3.2 同步發(fā)電機

4.3.3 其他類型發(fā)電機

4.4 電力電子設(shè)備類型

4.4.1 軟啟動器

4.4.2 電容器組

4.4.3 整流器和逆變器

4.4.4 變頻器

4.5 風電場的電力電子設(shè)備解決方案

4.6 結(jié)論

參考文獻

5 風力機的電能質(zhì)量標準

5.1 引言

5.2 風力機的電能質(zhì)量特性

5.2.1 額定參數(shù)

5.2.2 最大允許功率

5.2.3 最大測量功率

5.2.4 無功功率

5.2.5 閃變系數(shù)

5.2.6 風力機投切操作最大次數(shù)

5.2.7 閃變階躍因子

5.2.8 電壓變動系數(shù)

5.2.9 諧波電流

5.2.10 不同風力機類型的電能質(zhì)量特性總結(jié)

5.3 電壓質(zhì)量影響

5.3.1 一般情況

5.3.2 研究案例

5.3.3 緩慢電壓波動

5.3.4 閃變

5.3.5 電壓跌落

5.3.6 諧波電壓

5.4 討論

5.5 結(jié)論

參考文獻

6 電能質(zhì)量測量

6.1 引言

6.2 電能質(zhì)量測量要求

6.2.1 標準

6.2.2 技術(shù)要求

6.2.3 未來形勢

6.3 風力機和風電場的電能質(zhì)量特性

6.3.1 峰值功率

6.3.2 無功功率

6.3.3 諧波

6.3.4 閃變

6.3.5 投切操作

6.4 并網(wǎng)評估

6.5 結(jié)論

參考文獻

7 風電場并網(wǎng)技術(shù)規(guī)范

7.1 引言

7.2 技術(shù)規(guī)范概述

7.2.1 110kV以下的電網(wǎng)規(guī)范

7.2.2 110kV以上的電網(wǎng)規(guī)范

7.2.3 組合規(guī)范

7.3 并網(wǎng)規(guī)范的技術(shù)比較

7.3.1 有功功率控制

7.3.2 頻率控制

7.3.3 電壓控制

7.3.4 分接開關(guān)

7.3.5 風電場保護

7.3.6 建模信息和驗證

7.3.7 通信和外部控制

7.3.8 并網(wǎng)規(guī)范的討論

7.4 新并網(wǎng)規(guī)范的技術(shù)解決方案

7.4.1 絕對功率約束

7.4.2 平衡控制

7.4.3 功率比限制控制方法

7.4.4 △控制

7.5 并網(wǎng)實踐

7.6 結(jié)論

參考文獻

8 電力系統(tǒng)對風力發(fā)電的要求

8.1 引言

8.2 電力系統(tǒng)運行

8.2.1 系統(tǒng)可靠性

8.2.2 頻率控制

8.2.3 電壓管理

8.3 風力發(fā)電量和電力系統(tǒng)

8.3.1 風力發(fā)電模式

8.3.2 發(fā)電量變化和平滑效應(yīng)

8.3.3 風力發(fā)電量的可預測性

8.4 風力發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響

8.4.1 對備用的短期影響

8.4.2 其他短期影響

……

第2部分 并網(wǎng)經(jīng)驗

第3部分 未來概念

第4部分 風力機的動態(tài)建模2100433B

《風力發(fā)電系統(tǒng)的功率變換》對風力發(fā)電系統(tǒng)的功率變換與控制進行了詳細的介紹，提出了很多解決方案，包括風力發(fā)電系統(tǒng)的離網(wǎng)和并網(wǎng)運行、陸上和海上應(yīng)用、水平軸和垂直軸風力機、定速和變速運行、失速和變槳距控制、并網(wǎng)導則等，并針對基于一部發(fā)電機的定速風力發(fā)電系統(tǒng)、籠型異步發(fā)電機變速風力發(fā)電系統(tǒng)、基于雙饋異步發(fā)電系統(tǒng)、同步發(fā)電機的變速風力發(fā)電系統(tǒng)等，進行深入剖析，給出了具體的建模方法與控制措施。

全程模擬風力發(fā)電系統(tǒng)。 2100433B

電力電子新技術(shù)系列圖書序言

前言

本書涉及的常用符號表

第1 章　緒論 1

1. 1　風能開發(fā)與利用 1

1. 1. 1　能源危機問題 1

1. 1. 2　生態(tài)環(huán)境問題 1

1. 1. 3　風能開發(fā)與利用 2

1. 2　風力發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展 6

1. 2. 1　恒速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng) 7

1. 2. 2　變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng) 7

1. 3　雙饋感應(yīng)電機風力發(fā)電系統(tǒng)描述 12

1. 3. 1　雙饋感應(yīng)電機風力發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)方式 12

1. 3. 2　雙饋感應(yīng)電機風力發(fā)電系統(tǒng)功率變換器技術(shù) 14

1. 3. 3　雙饋感應(yīng)電機技術(shù) 18

1. 3. 4　雙饋感應(yīng)電機風力發(fā)電系統(tǒng)典型拓撲結(jié)構(gòu)及其優(yōu)點 19

1. 3. 5　雙饋感應(yīng)電機風力發(fā)電系統(tǒng)控制技術(shù) 21

1. 4　本書內(nèi)容概述 24

參考文獻 26

第2 章　風力發(fā)電系統(tǒng)基本概念及其基礎(chǔ)理論 30

2. 1　風力發(fā)電系統(tǒng)的基本概念 30

2. 1. 1　風力發(fā)電系統(tǒng)基本組成 30

2. 1. 2　風輪結(jié)構(gòu) 32

2. 1. 3　風輪功率控制 32

2. 2　風力發(fā)電系統(tǒng)理論基礎(chǔ) 34

2. 2. 1　風能 34

2. 2. 2　貝茲極限 35

2. 2. 3　風輪的特性系數(shù) 37

2. 2. 4　Cp λ 曲線 39

2. 2. 5　CT λ 曲線 40

2. 2. 6　風輪輸出功率表達式 41

2. 2. 7　風輪輸出轉(zhuǎn)矩表達式 43

2. 3　變速風力發(fā)電系統(tǒng)功率控制分區(qū) 44

2. 4　變速風力發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制分區(qū) 46

2. 4. 1　變速風力發(fā)電系統(tǒng)最小和最大轉(zhuǎn)速控制 47

2. 4. 2　變速風力發(fā)電系統(tǒng)額定功率控制 48

2. 4. 3　變速風力發(fā)電系統(tǒng)最大風能跟蹤控制 49

2. 5　小結(jié) 51

參考文獻 52

第3 章　雙饋感應(yīng)電機穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型及其運行 53

3. 1　雙饋感應(yīng)電機的結(jié)構(gòu)及其優(yōu)點 53

3. 2　雙饋感應(yīng)電機基本概念 54

3. 2. 1　雙饋感應(yīng)電機的電磁力 54

3. 2. 2　轉(zhuǎn)速差和轉(zhuǎn)差率概念 55

3. 2. 3　雙饋感應(yīng)電機轉(zhuǎn)子頻率 56

3. 2. 4　雙饋感應(yīng)電機穩(wěn)態(tài)等效電路 57

3. 2. 5　雙饋感應(yīng)電機穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型及其相量圖 62

3. 3　雙饋感應(yīng)電機的穩(wěn)態(tài)運行 66

3. 3. 1　雙饋感應(yīng)電機基本有功功率流動及其平衡關(guān)系 66

3. 3. 2　轉(zhuǎn)子銅耗和轉(zhuǎn)換功率的分解 67

3. 3. 3　雙饋感應(yīng)電機有功功率計算 70

3. 3. 4　雙饋感應(yīng)電機電磁轉(zhuǎn)矩計算 72

3. 3. 5　雙饋感應(yīng)電機無功功率計算 73

3. 3. 6　雙饋感應(yīng)電機有功功率、電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之間的近似關(guān)系 74

3. 3. 7　雙饋感應(yīng)電機四象限運行 75

3. 3. 8　雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)變速恒頻運行 78

3. 3. 9　雙饋感應(yīng)電機穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型標幺值系統(tǒng) 79

3. 4　小結(jié) 82

參考文獻 83

第4 章　雙饋感應(yīng)電機動態(tài)數(shù)學模型 84

4. 1　三相自然靜止ABC/ abc 坐標系下雙饋感應(yīng)電機的數(shù)學模型 84

4. 2　兩相正交坐標系下雙饋感應(yīng)電機數(shù)學模型 91

4. 2. 1　坐標變換 91

4. 2. 2　兩相任意旋轉(zhuǎn)dq0 坐標系下的雙饋感應(yīng)電機數(shù)學模型 93

4. 2. 3　靜止αβ 坐標系下的雙饋感應(yīng)電機數(shù)學模型 100

4. 2. 4　同步旋轉(zhuǎn)xy 坐標系下的雙饋感應(yīng)電機數(shù)學模型 102

4. 3　雙饋感應(yīng)電機在正交坐標系下的狀態(tài)方程 104

4. 3. 1　任意旋轉(zhuǎn)dq0 坐標系下雙饋感應(yīng)電機狀態(tài)方程 104

4. 3. 2　兩相靜止αβ 坐標系下雙饋感應(yīng)電機狀態(tài)方程 106

4. 3. 3　兩相同步xy 坐標系下雙饋感應(yīng)電機狀態(tài)方程 107

4. 4　雙饋感應(yīng)電機數(shù)學模型的空間矢量表征 108

4. 4. 1　空間矢量概念 108

4. 4. 2　三相自然靜止坐標系下的雙饋感應(yīng)電機數(shù)學模型空間矢量表征 109

4. 4. 3　任意旋轉(zhuǎn)兩相dq 坐標系下雙饋感應(yīng)電機數(shù)學模型空間矢量表征 110

4. 5　標幺值系統(tǒng)及其轉(zhuǎn)換 112

4. 6　雙饋感應(yīng)電機仿真模型實現(xiàn) 116

4. 7　小結(jié) 118

參考文獻 118

第5 章　背靠背功率變換器數(shù)學模型及其控制技術(shù) 119

5. 1　交直交電壓型功率變換器基本拓撲及工作原理 119

5. 2　網(wǎng)側(cè)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行 120

5. 3　背靠背功率變換器數(shù)學模型 123

5. 3. 1　網(wǎng)側(cè)變換器數(shù)學模型 123

5. 3. 2　網(wǎng)側(cè)濾波器數(shù)學模型 128

5. 3. 3　轉(zhuǎn)子側(cè)變換器數(shù)學模型 129

5. 3. 4　直流側(cè)數(shù)學模型 130

5. 3. 5　背靠背功率變換器仿真模型實現(xiàn) 131

5. 4　功率變換器調(diào)制技術(shù) 133

5. 4. 1　正弦波脈寬調(diào)制技術(shù) 133

5. 4. 2　三次諧波注入的正弦波脈寬調(diào)制技術(shù) 136

5. 4. 3　空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù) 140

5. 5　網(wǎng)側(cè)變換器控制技術(shù) 152

5. 5. 1　網(wǎng)側(cè)濾波器兩相正交坐標系下數(shù)學模型 152

5. 5. 2　網(wǎng)側(cè)變換器電網(wǎng)電壓定向矢量控制技術(shù)(VOC) 154

5. 6　小結(jié) 165

參考文獻 165

第6 章　雙饋感應(yīng)電機矢量控制技術(shù) 167

6. 1　矢量控制技術(shù) 167 2100433B