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第1章 绪论1

1.1可再生能源的利用与风力发电1

1.1.1能源、环境危机和绿色能源的开发1

1.1.2风能开发与风力发电的历史、现状与趋势2

1.2风力发电技术的发展概述13

1.2.1风力机的基础理论与运行特性13

1.2.2恒速恒频与变速恒频的风力发电技术16

1.2.3双馈风电变换器的控制策略21

1.2.4风电技术研究中值得关注的若干问题23

第2章 变速恒频风力发电系统的运行控制基础29

2.1变速恒频风力发电系统的运行控制29

2.1.1风力机的运行特性29

2.1.2变速恒频风力发电系统的运行控制策略31

2.2风力发电系统的最大风能追踪运行机理33

2.3双馈异步风力发电机的最大风能追踪控制34

2.3.1有功功率参考值P*s的计算35

2.3.2无功功率参考值Q*s的计算36

2.3.3最大风能追踪控制的实现37

2.4双馈异步风力发电机用交流励磁电源38

2.4.1两电平电压型双PWM变换器39

2.4.2交—直—交电压源与电流源并联型变换器40

2.4.3晶闸管相控交—交变换器43

2.4.4矩阵式变换器44

2.4.5多电平变换器46

2.4.6五种变换器的比较48

第3章 双馈异步风力发电机的运行理论52

3.1双馈异步风力发电机的系统结构52

3.2双馈异步风力发电机的数学模型54

3.2.1三相静止坐标系中DFIG的数学模型54

3.2.2任意速旋转坐标系中DFIG的数学模型57

3.3双馈异步风力发电机的功率关系60

3.3.1同步速ω1旋转坐标系中DFIG风电系统的等效电路60

3.3.2同步速ω1旋转dq坐标系中DFIG风电系统的功率表达60

3.4双馈异步风力发电机的并网与运行控制64

第4章 理想电网条件下双馈异步风力发电机的运行控制69

4.1网侧PWM变换器及其控制70

4.1.1网侧PWM变换器的数学模型70

4.1.2网侧PWM变换器的稳态特性74

4.1.3网侧PWM变换器的运行控制77

4.1.4网侧PWM变换器的无电网电压传感器虚拟电网磁链定向矢量控制79

4.2转子侧PWM变换器及其控制85

4.2.1转子侧PWM变换器的数学模型85

4.2.2转子侧PWM变换器的运行控制86

4.3理想电网电压条件下双馈异步风力发电机的传统矢量控制技术88

4.3.1定子磁链定向矢量控制88

4.3.2电网电压定向矢量控制90

4.3.3双馈异步风力发电机最大风能追踪控制的实现92

4.4双馈异步风力发电机的实验运行研究93

4.4.1并网前空载稳态运行实验94

4.4.2并网运行实验96

4.4.3网侧变换器无电网电压传感器虚拟电网磁链定向矢量控制实验100

第5章 电网故障对双馈异步风力发电机运行的影响101

5.1电网故障类型102

5.2三相电网电压对称跌落对DFIG风电系统运行的影响105

5.3三相电网电压不平衡或不对称跌落对DFIG风电系统的影响110

5.3.1电网电压不平衡对网侧变换器运行的影响110

5.3.2电网电压不平衡对转子侧变换器运行的影响110

5.3.3电网电压不对称跌落对DFIG风电系统运行的影响113

5.4现代风电并网规范117

5.5电网电压故障下增强DFIG风电系统运行能力的控制对策和保护措施120

第6章 双馈异步风力发电机的低电压穿越运行122

6.1现有DFIG风电系统的低电压穿越技术122

6.1.1改进控制策略123

6.1.2定子侧低电压穿越方案125

6.1.3转子侧低电压穿越方案126

6.2计及定子磁链动态过程的改进矢量控制129

6.2.1定子电压定向（SVO）的DFIG矢量控制改进方案130

6.2.2定子磁链定向（SFO）的DFIG矢量控制改进方案132

6.2.3运行仿真133

6.3基于Crowbar保护装置的低电压穿越运行136

第7章 电网电压不平衡条件下双馈异步风力发电机系统的建模与控制145

7.1电网电压不平衡条件下双馈异步风力发电机的动态模型145

7.1.1不对称三相电磁量的瞬时对称分量及其表达形式146

7.1.2电网电压不平衡条件下网侧变换器的动态模型148

7.1.3电网电压不平衡条件下转子侧变换器的动态模型155

7.2电网电压不平衡条件下双馈异步风力发电机的运行控制策略161

7.2.1电网电压不平衡条件下转子侧变换器的控制目标161

7.2.2电网电压不平衡条件下网侧变换器的控制目标166

7.2.3运行仿真170

7.3电网电压不平衡条件下DFIG风电系统控制基准的检测技术174

7.3.1理想电网条件下的锁相环原理174

7.3.2电网电压不平衡条件下现有的锁相环技术176

7.3.3正、负序双dq型锁相环技术177

7.3.4基于正、负序分解原理的锁相环技术179

7.3.5基于广义积分器原理的锁相环技术184

第8章 电网电压不平衡条件下双馈异步风力发电机的矢量控制187

8.1基于正、反转同步速旋转坐标系中双dq、PI电流调节器的矢量控制系统188

8.1.1网侧变换器双dq、PI电流调节器的控制系统设计188

8.1.2转子侧变换器双dq、PI电流调节器的控制系统设计192

8.1.3运行仿真195

8.2基于正、反转同步速旋转坐标系中主、辅电流调节器的矢量控制系统197

8.2.1网侧变换器主、辅电流调节器的控制系统设计198

8.2.2转子侧变换器主、辅电流调节器的控制系统设计201

8.2.3运行仿真202

8.3基于两相静止坐标系中比例谐振（PR）电流调节器的矢量控制系统205

8.3.1比例谐振（PR）调节器的工作原理205

8.3.2网侧变换器比例谐振电流调节器的控制系统设计207

8.3.3转子侧变换器比例谐振电流调节器的控制系统设计210

8.3.4运行仿真212

8.4基于正转同步速旋转坐标系中比例积分谐振（PIR）电流调节器的矢量控制系统215

8.4.1网侧变换器比例积分谐振电流调节器的控制系统设计216

8.4.2转子侧变换器比例积分谐振电流调节器的控制系统设计217

8.4.3运行仿真220

8.5不对称电网故障下双馈异步风力发电机网侧、转子侧变换器的协同控制222

8.6转子侧变换器输出电压容量对双馈异步风力发电机不对称运行控制的影响223

8.7计及网侧、转子侧变换器电流容量限制的双馈异步风力发电机不对称电网故障运行控制228

第9章 双馈异步风力发电机的直接功率控制232

9.1直接功率控制的基本概念232

9.1.1瞬时有功、无功功率定义233

9.1.2传统DPC策略——LUT-DPC235

9.1.3改进DPC策略238

9.2理想电网条件下双馈异步风力发电机的直接功率控制250

9.3电网电压不平衡条件下双馈异步风力发电机的直接功率控制254

9.3.1对称电网故障时DFIG的DPC254

9.3.2不对称电网故障时DFIG的DPC257

9.3.3不对称电网故障时DFIG的谐波电流抑制259

9.3.4基于DPC的网侧变换器和转子侧变换器协同控制265

参考文献270