譯者序

前言

第1章風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)概述1

1.1引言1

1.2恒速風(fēng)力機(jī)（FSWT）的基本概念1

1.2.1風(fēng)力機(jī)的基本介紹1

1.2.2風(fēng)力機(jī)的功率控制4

1.2.3風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)6

1.2.4商用風(fēng)力機(jī)實(shí)例8

1.3變速風(fēng)力機(jī)(VSWTs)9

1.3.1變速風(fēng)力機(jī)的建模10

1.3.2變速風(fēng)力機(jī)的控制系統(tǒng)13

1.3.3變速風(fēng)力機(jī)的電氣系統(tǒng)19

1.4基于DFIM VSWT的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)22

1.4.1DFIM VSWT的電氣配置22

1.4.2風(fēng)電場(chǎng)的電氣配置28

1.4.3WEGS控制結(jié)構(gòu)30

1.5并網(wǎng)導(dǎo)則要求34

1.5.1頻率與電壓運(yùn)行范圍34

1.5.2無功功率與電壓控制能力35

1.5.3有功功率控制36

1.5.4電力系統(tǒng)穩(wěn)定器功能39

1.5.5低電壓穿越（LVRT）39

1.6電壓跌落與LVRT39

1.6.1電力系統(tǒng)40

1.6.2電壓跌落42

1.6.3西班牙的驗(yàn)證程序46

1.7DFIMVSWT制造商48

1.7.1工業(yè)解決方案：風(fēng)力機(jī)制造商48

1.7.2一臺(tái)2.4MW風(fēng)力機(jī)的建模61

1.7.3發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)與功率變換器容量67

1.8對(duì)后續(xù)各章的介紹71

參考文獻(xiàn)72

第2章背靠背電力電子變換器73

2.1引言73

2.2基于兩電平拓?fù)涞谋晨勘匙儞Q器74

2.2.1網(wǎng)側(cè)系統(tǒng)74

2.2.2轉(zhuǎn)子側(cè)變換器及dv/dt濾波器80

2.2.3直流母線83

2.2.4可控開關(guān)驅(qū)動(dòng)脈沖的產(chǎn)生方法84

2.3多電平VSC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)94

2.3.1三電平中點(diǎn)鉗位式VSC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(3L-NPC)96

2.4網(wǎng)側(cè)系統(tǒng)的控制108

2.4.1網(wǎng)側(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)模型108

2.4.2網(wǎng)側(cè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型112

2.4.3網(wǎng)側(cè)系統(tǒng)的矢量控制116

2.5總結(jié)123

參考文獻(xiàn)123

第3章DFIM穩(wěn)態(tài)模型125

3.1引言125

3.2穩(wěn)態(tài)等效電路125

3.2.1DFIM基本概念125

3.2.2穩(wěn)態(tài)等效電路126

3.2.3相量圖130

3.3不同運(yùn)行工況下的速度和功率流向132

3.3.1有功功率的基本關(guān)系132

3.3.2轉(zhuǎn)矩表達(dá)式134

3.3.3無功功率表達(dá)式135

3.3.4有功功率、轉(zhuǎn)矩和速度之間的近似關(guān)系135

3.3.5四象限運(yùn)行136

3.4標(biāo)幺化138

3.4.1基準(zhǔn)值138

3.4.2變量和參數(shù)標(biāo)幺化139

3.4.3標(biāo)幺制下的DFIM穩(wěn)態(tài)方程140

3.4.4例3.1：一臺(tái)2MWDFIM參數(shù)141

3.4.5例3.2：不同功率等級(jí)的DFIM參數(shù)143

3.4.6例3.3：2MWDFIM相量圖以及標(biāo)幺化分析144

3.5穩(wěn)態(tài)工作曲線：性能評(píng)估146

3.5.1轉(zhuǎn)子電壓比：頻率、幅值和相位147

3.5.2轉(zhuǎn)子電壓比：電壓幅值、頻率比值（V-F）恒定153

3.5.3轉(zhuǎn)子電壓改變：控制定子側(cè)無功和轉(zhuǎn)矩155

3.6DFIM應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的設(shè)計(jì)要求161

3.7總結(jié)164

參考文獻(xiàn)165

第4章DFIM動(dòng)態(tài)模型166

4.1引言166

4.2DFIM動(dòng)態(tài)建模166

4.2.1αβ坐標(biāo)系下模型168

4.2.2dq坐標(biāo)系下模型170

4.2.3αβ模型的狀態(tài)空間表示171

4.2.4dq模型的狀態(tài)空間表示183

4.2.5穩(wěn)態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型間的關(guān)系187

4.3總結(jié)190

參考文獻(xiàn)190

第5章DFIM測(cè)試192

5.1引言192

5.2DFIM模型參數(shù)的離線估算192

5.2.1對(duì)DFIM模型參數(shù)的考慮193

5.2.2采用VSC估算定轉(zhuǎn)子電阻195

5.2.3基于VSC的漏感估算198

5.2.4空載條件下采用VSC估測(cè)勵(lì)磁電感和鐵損203

5.3總結(jié)208

參考文獻(xiàn)208

第6章電壓跌落時(shí)DFIM的特性分析210

6.1引言210

6.2轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)210

6.3正常工況運(yùn)行特性211

6.4三相電壓跌落212

6.4.1轉(zhuǎn)子開路電壓完全跌落的情況213

6.4.2轉(zhuǎn)子開路部分電壓跌落的情況216

6.5不對(duì)稱電壓跌落221

6.5.1對(duì)稱分量法基本原理222

6.5.2對(duì)稱分量法應(yīng)用于DFIM224

6.5.3單相電壓跌落226

6.5.4相間電壓跌落230

6.6轉(zhuǎn)子電流的影響232

6.6.1三相電壓完全跌落時(shí)轉(zhuǎn)子電流的影響232

6.6.2一般情況下的轉(zhuǎn)子電壓235

6.7電壓跌落期間雙饋感應(yīng)電機(jī)的等效模型237

6.7.1線性等效模型238

6.7.2非線性等效模型239

6.7.3電網(wǎng)模型240

6.8小結(jié)240

參考文獻(xiàn)241

第7章并網(wǎng)DFIM風(fēng)電機(jī)組的矢量控制策略243

7.1引言243

7.2矢量控制243

7.2.1電流指令值的計(jì)算244

7.2.2電流指令值的限制246

7.2.3電流控制環(huán)247

7.2.4坐標(biāo)定向250

7.2.5完整控制系統(tǒng)251

7.3矢量控制的小信號(hào)穩(wěn)定性251

7.3.1坐標(biāo)定向的影響252

7.3.2控制器調(diào)節(jié)的影響256

7.4電網(wǎng)電壓不平衡條件下矢量控制的行為262

7.4.1坐標(biāo)定向262

7.4.2轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的飽和262

7.4.3定子電流和電磁轉(zhuǎn)矩的振蕩263

7.5電壓跌落下矢量控制的行為265

7.5.1輕微電壓跌落266

7.5.2嚴(yán)重電壓跌落270

7.6電網(wǎng)擾動(dòng)下的控制方案272

7.6.1去磁電流272

7.6.2雙重控制策略279

7.7總結(jié)288

參考文獻(xiàn)289

第8章DFIM直接控制技術(shù)292

8.1引言292

8.2DFIM直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）293

8.2.1基本原理293

8.2.2控制框圖295

8.2.3例8.1:2MWDFIM直接轉(zhuǎn)矩控制302

8.2.4轉(zhuǎn)子電壓矢量對(duì)DFIM影響的研究303

8.2.5例8.2:采用DTC下2MWDFIM的頻譜分析308

8.2.6轉(zhuǎn)子磁鏈幅值參考值的產(chǎn)生308

8.3DFIM直接功率控制（DPC）311

8.3.1基本原理311

8.3.2控制框圖312

8.3.3例8.3:2MWDFIM直接功率控制316

8.3.4轉(zhuǎn)子電壓矢量對(duì)DFIM影響的研究317

8.4DFIM定開關(guān)頻率的預(yù)測(cè)直接轉(zhuǎn)矩控制（P-DTC）320

8.4.1基本原理321

8.4.2控制框圖322

8.4.3例8.4：開關(guān)頻率800Hz時(shí)，15kW和2MWDFIM的P-DTC330

8.4.4例8.5：4kHz開關(guān)頻率下15kWDFIM的P-DTC策略333

8.5DFIM定開關(guān)頻率的預(yù)測(cè)直接功率控制（P-DPC）333

8.5.1基本原理334

8.5.2控制框圖335

8.5.3例8.6：定開關(guān)頻率1kHz下15kWDFIM的P-DPC339

8.6基于多電平變換器的DFIM定開關(guān)頻率P-DPC和P-DTC341

8.6.1前言341

8.6.2基于3L-NPCVSC的DFIMP-DPC342

8.6.3基于3L-NPCVSC的DFIMP-DTC357

8.7電網(wǎng)電壓擾動(dòng)下基于直接控制技術(shù)的控制解決方案361

8.7.1前言361

8.7.2不平衡電網(wǎng)電壓下的DPC策略361

8.7.3不平衡電網(wǎng)電壓下的DTC策略366

8.7.4電壓跌落下的DTC372

8.8總結(jié)377

參考文獻(xiàn)377

第9章低電壓穿越（LVRT）的硬件解決方案381

9.1引言381

9.2與LVRT相關(guān)的并網(wǎng)導(dǎo)則381

9.3Crowbar383

9.3.1主動(dòng)型Crowbar的設(shè)計(jì)384

9.3.2三相電壓跌落的響應(yīng)特性386

9.3.3不對(duì)稱跌落的響應(yīng)特性387

9.3.4Crowbar和控制算法的協(xié)調(diào)390

9.4制動(dòng)斬波器391

9.4.1獨(dú)立安裝的制動(dòng)斬波器性能392

9.4.2Crowbar和制動(dòng)斬波器的配合393

9.5其他保護(hù)技術(shù)394

9.5.1負(fù)載代替394

9.5.2風(fēng)電場(chǎng)解決方案395

9.6總結(jié)395

參考文獻(xiàn)396

第10章其他控制問題：估算器結(jié)構(gòu)和并網(wǎng)DFIM的起動(dòng)398

10.1簡(jiǎn)介398

10.2估算器和觀測(cè)器結(jié)構(gòu)398

10.2.1一般考慮398

10.2.2用于轉(zhuǎn)子側(cè)DPC的定子有功和無功功率估算399

10.2.3轉(zhuǎn)子側(cè)矢量控制中基于定子電壓的定子磁鏈估算器400

10.2.4轉(zhuǎn)子側(cè)矢量控制中基于定子電壓的定子磁鏈同步402

10.2.5轉(zhuǎn)子側(cè)DPC、DTC和矢量控制所需的定轉(zhuǎn)子磁鏈估算器403

10.2.6定轉(zhuǎn)子磁鏈全階觀測(cè)器403

10.3DFIM風(fēng)電機(jī)組的起動(dòng)406

10.3.1編碼器整定408

10.3.2與電網(wǎng)同步412

10.3.3DFIM風(fēng)電機(jī)組序列化起動(dòng)過程416

10.4總結(jié)425

參考文獻(xiàn)425

第11章基于DFIM的獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)427

11.1引言427

11.1.1獨(dú)立運(yùn)行DFIM系統(tǒng)的要求427

11.1.2直流側(cè)帶儲(chǔ)能裝置的DFIM特性428

11.1.3濾波電容的選擇430

11.2獨(dú)立運(yùn)行下DFIM系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述432

11.2.1獨(dú)立運(yùn)行下DFIM模型432

11.2.2基于電流源饋電的獨(dú)立運(yùn)行DFIM模型436

11.2.3獨(dú)立運(yùn)行DFIM的極坐標(biāo)模型439

11.2.4基于電流源饋電的獨(dú)立運(yùn)行DFIM的極坐標(biāo)模型443

11.3定子電壓控制445

11.3.1基于PLL的幅值和頻率控制445

11.3.2不平衡負(fù)載條件下獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)電壓不對(duì)稱校正452

11.3.3非線性負(fù)載條件下電壓諧波抑制455

11.4并網(wǎng)前獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)采用PLL控制同步458

11.5總結(jié)461

參考文獻(xiàn)461

第12章風(fēng)力發(fā)電的新趨勢(shì)463

12.1引言463

12.2風(fēng)力發(fā)電未來的挑戰(zhàn)：什么是必須創(chuàng)新的463

12.2.1風(fēng)電場(chǎng)位置的選取464

12.2.2能量、效率與可靠性的增加465

12.2.3電網(wǎng)一體化466

12.2.4環(huán)境問題466

12.3技術(shù)趨勢(shì)：如何實(shí)現(xiàn)467

12.3.1風(fēng)電機(jī)組的機(jī)械結(jié)構(gòu)467

12.3.2功率傳輸技術(shù)468

12.4總結(jié)478

參考文獻(xiàn)479

附錄482

A.1空間矢量表達(dá)482

A.1.1空間矢量表示法482

A.1.2不同坐標(biāo)系之間的變換484

A.1.3功率表達(dá)486

A.2考慮鐵損的DFIM動(dòng)態(tài)建模487

A.2.1αβ坐標(biāo)系中的模型488

A.2.2dq坐標(biāo)系中的模型490

A.2.3用狀態(tài)空間表示的αβ模型491

參考文獻(xiàn)493