雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的建模、仿真與控制

電力電子新技術(shù)系列圖書(shū)序言

前言

本書(shū)涉及的常用符號(hào)表

第1 章　緒論 1

1. 1　風(fēng)能開(kāi)發(fā)與利用 1

1. 1. 1　能源危機(jī)問(wèn)題 1

1. 1. 2　生態(tài)環(huán)境問(wèn)題 1

1. 1. 3　風(fēng)能開(kāi)發(fā)與利用 2

1. 2　風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展 6

1. 2. 1　恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 7

1. 2. 2　變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 7

1. 3　雙饋感應(yīng)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)描述 12

1. 3. 1　雙饋感應(yīng)電機(jī)風(fēng)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(jī)風(fēng)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(jī)技術(shù) 18

1. 3. 4　雙饋感應(yīng)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其優(yōu)點(diǎn) 19

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

1. 4　本書(shū)內(nèi)容概述 24

參考文獻(xiàn) 26

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

2. 1　風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本概念 30

2. 1. 1　風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)基本組成 30

2. 1. 2　風(fēng)輪結(jié)構(gòu) 32

2. 1. 3　風(fēng)輪功率控制 32

2. 2　風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)理論基礎(chǔ) 34

2. 2. 1　風(fēng)能 34

2. 2. 2　貝茲極限 35

2. 2. 3　風(fēng)輪的特性系數(shù) 37

2. 2. 4　Cp λ 曲線(xiàn) 39

2. 2. 5　CT λ 曲線(xiàn) 40

2. 2. 6　風(fēng)輪輸出功率表達(dá)式 41

2. 2. 7　風(fēng)輪輸出轉(zhuǎn)矩表達(dá)式 43

2. 3　變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率控制分區(qū) 44

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

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

2. 4. 2　變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)額定功率控制 48

2. 4. 3　變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大風(fēng)能跟蹤控制 49

2. 5　小結(jié) 51

參考文獻(xiàn) 52

第3 章　雙饋感應(yīng)電機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型及其運(yùn)行 53

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

3. 2　雙饋感應(yīng)電機(jī)基本概念 54

3. 2. 1　雙饋感應(yīng)電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)子頻率 56

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

3. 2. 5　雙饋感應(yīng)電機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型及其相量圖 62

3. 3　雙饋感應(yīng)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行 66

3. 3. 1　雙饋感應(yīng)電機(jī)基本有功功率流動(dòng)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(jī)有功功率計(jì)算 70

3. 3. 4　雙饋感應(yīng)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩計(jì)算 72

3. 3. 5　雙饋感應(yīng)電機(jī)無(wú)功功率計(jì)算 73

3. 3. 6　雙饋感應(yīng)電機(jī)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(jī)四象限運(yùn)行 75

3. 3. 8　雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)變速恒頻運(yùn)行 78

3. 3. 9　雙饋感應(yīng)電機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型標(biāo)幺值系統(tǒng) 79

3. 4　小結(jié) 82

參考文獻(xiàn) 83

第4 章　雙饋感應(yīng)電機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 84

4. 1　三相自然靜止ABC/ abc 坐標(biāo)系下雙饋感應(yīng)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 84

4. 2　兩相正交坐標(biāo)系下雙饋感應(yīng)電機(jī)數(shù)學(xué)模型 91

4. 2. 1　坐標(biāo)變換 91

4. 2. 2　兩相任意旋轉(zhuǎn)dq0 坐標(biāo)系下的雙饋感應(yīng)電機(jī)數(shù)學(xué)模型 93

4. 2. 3　靜止αβ 坐標(biāo)系下的雙饋感應(yīng)電機(jī)數(shù)學(xué)模型 100

4. 2. 4　同步旋轉(zhuǎn)xy 坐標(biāo)系下的雙饋感應(yīng)電機(jī)數(shù)學(xué)模型 102

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

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

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

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

4. 4　雙饋感應(yīng)電機(jī)數(shù)學(xué)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(biāo)系下的雙饋感應(yīng)電機(jī)數(shù)學(xué)模型空間矢量表征 109

4. 4. 3　任意旋轉(zhuǎn)兩相dq 坐標(biāo)系下雙饋感應(yīng)電機(jī)數(shù)學(xué)模型空間矢量表征 110

4. 5　標(biāo)幺值系統(tǒng)及其轉(zhuǎn)換 112

4. 6　雙饋感應(yīng)電機(jī)仿真模型實(shí)現(xiàn) 116

4. 7　小結(jié) 118

參考文獻(xiàn) 118

第5 章　背靠背功率變換器數(shù)學(xué)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?fù)浼肮ぷ髟?119

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

5. 3　背靠背功率變換器數(shù)學(xué)模型 123

5. 3. 1　網(wǎng)側(cè)變換器數(shù)學(xué)模型 123

5. 3. 2　網(wǎng)側(cè)濾波器數(shù)學(xué)模型 128

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

5. 3. 4　直流側(cè)數(shù)學(xué)模型 130

5. 3. 5　背靠背功率變換器仿真模型實(shí)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(biāo)系下數(shù)學(xué)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(xiàn) 165

第6 章　雙饋感應(yīng)電機(jī)矢量控制技術(shù) 167

6. 1　矢量控制技術(shù) 167 2100433B

本書(shū)主要介紹雙饋感應(yīng)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的建模、仿真與控制技術(shù)。在介紹風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)基本概念及其基本理論的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地介紹了雙饋感應(yīng)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型及其運(yùn)行、雙饋感應(yīng)電機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型、背靠背功率變換器數(shù)學(xué)模型及其控制技術(shù)、雙饋感應(yīng)電機(jī)矢量控制技術(shù)以及基于MATLAB/SIMULINK仿真軟件完成的雙饋感應(yīng)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)仿真。

《控制系統(tǒng)仿真與CAD》以MATLAB 7"_blank" href="/item/自動(dòng)控制系統(tǒng)/1801668" data-lemmaid="1801668">自動(dòng)控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)為主線(xiàn)，系統(tǒng)地介紹了控制系統(tǒng)的建模、分析、設(shè)計(jì)的基本原理和仿真方法。《控制系統(tǒng)仿真與CAD》共分5章，分別為控制系統(tǒng)仿真及工具軟件概述、控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述、控制系統(tǒng)分析、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真和控制系統(tǒng)CAD——Simulink基礎(chǔ)。

《控制系統(tǒng)仿真與CAD》結(jié)構(gòu)清晰，語(yǔ)言簡(jiǎn)練，圖文并茂，并用大量的例題來(lái)配合所述內(nèi)容，由淺入深，生動(dòng)易學(xué)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和可操作性，可作為高等學(xué)校自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)與儀器、電子工程、通信等本科專(zhuān)業(yè)“控制系統(tǒng)仿真”課程的教材，也可作為工程技術(shù)人員的參考用書(shū)。

本教材首先對(duì)機(jī)電系統(tǒng)建模與仿真的相關(guān)概念進(jìn)行了闡述和區(qū)分。然后介紹了相似原理及其在機(jī)電系統(tǒng)建模中的應(yīng)用，更強(qiáng)調(diào)機(jī)和電這兩個(gè)系統(tǒng)之間的相似。除了通常主要討論數(shù)學(xué)模型的建立外，本教材還側(cè)重介紹了實(shí)物、半實(shí)物模型的建立。在講授完上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，介紹了建模、仿真和相似原理在典型機(jī)電系統(tǒng)中的應(yīng)用，如：輪式移動(dòng)平臺(tái)、關(guān)節(jié)式機(jī)械手、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、飛行動(dòng)力地面模擬系統(tǒng)等。

通過(guò)對(duì)本教材的學(xué)習(xí)，為本學(xué)科的進(jìn)一步學(xué)習(xí)和科學(xué)研究奠定了基礎(chǔ)，也可以在一定程度上彌補(bǔ)目前出版的教材主要偏重計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)仿真（即介紹運(yùn)動(dòng)控制中的建模仿真多、抽象符號(hào)和數(shù)學(xué)計(jì)算多，而物理系統(tǒng)和實(shí)踐環(huán)節(jié)少），不利于學(xué)生全面地了解機(jī)、電系統(tǒng)綜合知識(shí)的問(wèn)題。

本書(shū)是在參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合作者從事機(jī)械電子工程教學(xué)、研究工作的經(jīng)驗(yàn)以及我國(guó)實(shí)際情況，按照理論聯(lián)系實(shí)際的原則編寫(xiě)而成的。全書(shū)分為7章：第1章闡述了建模仿真的基本概念，以及機(jī)械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的相似；第2章介紹了系統(tǒng)的半實(shí)物模型，以及機(jī)電系統(tǒng)的一階、二階數(shù)學(xué)模型及其特性；第3章簡(jiǎn)要討論了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的描述方法，以及計(jì)算機(jī)在建模仿真中的作用；第4章探討了動(dòng)力學(xué)模型的建立，動(dòng)、靜態(tài)特性測(cè)試方法，以及建模仿真在輪式移動(dòng)平臺(tái)中的應(yīng)用；第5章以關(guān)節(jié)式機(jī)械手為例，介紹了機(jī)構(gòu)分析和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型建立與仿真；第6章闡述了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（電機(jī)）的建模、實(shí)物仿真和數(shù)字仿真；第7章通過(guò)分析飛行動(dòng)力地面系統(tǒng)，建立了數(shù)學(xué)模型加機(jī)械實(shí)物的仿真模型，然后運(yùn)用相似原理，以電路替代原有機(jī)械系統(tǒng)，建立了簡(jiǎn)化模型。

各章后的思考題有的是幫助讀者回顧本章的要點(diǎn)，有的則是引導(dǎo)讀者進(jìn)一步思考，不一定能在書(shū)中找到現(xiàn)成的答案。

以作者的學(xué)術(shù)和工程經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過(guò)工程系統(tǒng)的建模與控制提供了對(duì)機(jī)械、電氣、流體和熱力系統(tǒng)統(tǒng)一的處理方法。內(nèi)容涵蓋了傳統(tǒng)、先進(jìn)和智能控制，儀器儀表，實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)。包括理論，分析技術(shù)，常用的計(jì)算工具，仿真細(xì)節(jié)和應(yīng)用。

《工程系統(tǒng)的建模與控制》克服了其它有關(guān)建模和控制方面書(shū)的不足之處，書(shū)中的建模都與實(shí)際物理系統(tǒng)有關(guān)，并闡明了控制系統(tǒng)所適應(yīng)的特定技術(shù)。盡管使用了MATLAB，Simulink和LabVIEW，作者全面地解釋了方法背后的要點(diǎn)和解析基礎(chǔ)，對(duì)給定的系統(tǒng)如何選擇合適的工具，對(duì)結(jié)果進(jìn)行解釋和驗(yàn)證，以及軟件工具的局限性。這樣的方法可以使讀者掌握核心主題，學(xué)會(huì)在實(shí)際中使用概念。