風(fēng)力發(fā)電中的電力電子變流技術(shù)

前言

　　發(fā)展和利用風(fēng)能是國際的大趨勢，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)已成為一個朝陽產(chǎn)業(yè)。我國風(fēng)能資源豐富，風(fēng)電在電力結(jié)構(gòu)中的份額會越來越大。為此，必須大力提高國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備制造能力，加速風(fēng)力發(fā)電設(shè)備國產(chǎn)化進(jìn)程，建立具有自主知識產(chǎn)權(quán)的知名品牌，這方面已取得了一些成效。截止到2003年，600kw風(fēng)力發(fā)電機(jī)組國產(chǎn)化率已達(dá)96％，國產(chǎn)化機(jī)組在國內(nèi)風(fēng)電市場累計(jì)占有率為15．35％，2003年度國產(chǎn)化機(jī)組在國內(nèi)風(fēng)電市場銷售量占當(dāng)年風(fēng)電市場新增容量的33．46％；研制開發(fā)兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作已經(jīng)開始。

內(nèi)容概要

隨著能源問題的日益突出和國家節(jié)能減排政策的推進(jìn)，我國風(fēng)電事業(yè)取得了長足的進(jìn)展．風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容最逐步增大，表現(xiàn)形式也是百花齊放，有失速型、雙饋型、直接驅(qū)動型、半直接驅(qū)動型等。隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量的不斷增大，其核心部件——變流器的功率等級也相應(yīng)不斷增大。風(fēng)力發(fā)電中的電力電子變流技術(shù)逐步成為國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)，一些常規(guī)的電力電子變流技術(shù)需要進(jìn)行系列改良才能更好地適應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。為此，本書嘗試性地從電力電子器件串并聯(lián)技術(shù)、多電平技術(shù)、多重化技術(shù)等方麗進(jìn)行探索性研究，對與之相應(yīng)的調(diào)制方法：載波層疊、載波相移技術(shù)等也進(jìn)行了剖卡廳。書中對幾種典型的變流器拓?fù)洌粌H進(jìn)行了原理性的仿真驗(yàn)證，而且制作了樣機(jī)，并在中國科學(xué)院電工研究所新能源組的20kw直接驅(qū)動型風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺和22kw雙饋型風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。大部分研究成果，作者已經(jīng)以學(xué)術(shù)論文的形式在國內(nèi)外期刊發(fā)表，在此為方便廣大讀者，作者對其主要研究成果進(jìn)行歸納總結(jié)，編成此書。本書旨在對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中涉及的電力電子變流技術(shù)進(jìn)行探討，以期通過本書的研究，為我國風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器的選擇提供一些可以借鑒的資料，為海上風(fēng)力發(fā)電以及大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并入電網(wǎng)進(jìn)行一些前期的理淪基礎(chǔ)研究和技術(shù)儲備。

作者簡介

李建林  1976年生，博士，博士后，中國科學(xué)院電工研究所副研究員，碩士生導(dǎo)師。中國可再生能源風(fēng)能協(xié)會委員，全國風(fēng)力機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會委員，中國電氣工程大典可再生能源發(fā)電工程編委，電工技術(shù)學(xué)會、動力工程學(xué)會新能源專委會委員，《電網(wǎng)技術(shù)》、《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》、《

書籍目錄

序前言第1章  緒論  1.1  風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀介紹  1.2  風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)分類  1.3  風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)方式對比分析    1.3.1  適合于異步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)方式    1.3.2 適合于變速恒頻發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)方式  1.4  風(fēng)力發(fā)電與電力電子變流技術(shù)    1.4.1  不可控整流器后接晶閘管逆變器和無功補(bǔ)償型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)    1.4.2  不可控整流器后接直流側(cè)電壓變化的PWM電壓源型逆變器型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)    1.4.3  不可控整流器后接直流側(cè)電壓穩(wěn)定的PWM電壓源型逆變器型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)    1.4.4  PWM整流器后接電壓源型PWM逆變器型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)    1.4.5  不可控整流器后接電流源型逆變器型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)    1.4.6  二極管箝位型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)    1.4.7  級聯(lián)H橋型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)    1.4.8  飛跨電容型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)第2章  調(diào)制技術(shù)  2.1  正弦脈寬調(diào)制  2.2  空間矢量調(diào)制  2.3  脈寬調(diào)制的AAV分析方法    2.3.1  活動面積矢量的概念    2.3.2  SPWM的AAV分析    2.3.3  SVM的AAV分析    2.3.4  仿真驗(yàn)證  2.4 sVM與SPWM通用調(diào)制算法    2.4.1  SPWM與SVM的通用實(shí)現(xiàn)流程    2.4.2實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證  2.5  單周期控制方法    2.5.1  雙并聯(lián)Boost整流器及其單周控制    2.5.2  仿真驗(yàn)證    2.5.3  結(jié)論  2.6  空間矢量滯環(huán)技術(shù)    2.6.1  控制原理    2.6.2  仿真驗(yàn)證    2.6.3  結(jié)論  2.7  載波相移技術(shù)    2.7.1  載波相移技術(shù)的概念    2.7.2  波形諧波分析    2.7.3  仿真驗(yàn)證  2.8  其他調(diào)制方法第3章  風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的典型變流方案  3.1  整流技術(shù)方案    3.1.1  不可控整流方案    3.1.2  多脈波不可控整流方案    3.1.3  三相單管整流方案    3.1.4  PWM整流方案  3.2  斬波技術(shù)方案    3.2.1  Boost斬波器    3.2.2  Boost斬波器PFC控制  3.3  逆變技術(shù)方案    3.3.1  基于晶閘管的逆變方案    3.3.2 電壓源型PWM逆變方案    3.3.3 電流源型逆變方案  3.4  典型方案實(shí)例    3.4.1  不可控整流+Boost+逆變方案    3.4.2  雙PWM背靠背方案第4章  大功率變流技術(shù)  4.1  器件串并聯(lián)技術(shù)  4.2  多電平變流技術(shù)    4.2.1  二極管箝位型多電平技術(shù)    4.2.2 飛跨電容箝位型多電平技術(shù)    4.2.3  級聯(lián)H橋型多電平技術(shù)    4.2.4  級聯(lián)飛跨電容型多電平技術(shù)    4.2.5  DRC混合箝位型多電平技術(shù)    4.2.6  級聯(lián)二極管箝位型多電平技術(shù)    4.2.7  小結(jié)  4.3模塊并聯(lián)技術(shù)    4.3.1 Boost電路的并聯(lián)技術(shù)    4.3.2帶耦合電感的并聯(lián)Boost    4.3.3  并聯(lián)三相單管整流電路    4.3.4  逆變器共母線并聯(lián)    4.3.5  并聯(lián)背靠背    4.3.6  并聯(lián)方案舉例  4.4  多重化技術(shù)    4.4.1  多重化方波整流電路    4.4.2  多重化方波逆變電路    4.4.3  多重化PWM逆變電路第5章  低電壓穿越技術(shù)  5.1  風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范  5.2  雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電壓跌落特性    5.2.1  理論分析    5.2.2  仿真驗(yàn)證    5.2.3  實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證    5.2.4  小結(jié)  5.3  電網(wǎng)故障時風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的保護(hù)電路    5.3.1  兩種主流變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)    5.3.2  雙饋型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的保護(hù)電路    5.3.3  直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的保護(hù)電路    5.3.4  小結(jié)  5.4  電網(wǎng)電壓跌落發(fā)生器的研制    5.4.1  幾種常用的電壓跌落發(fā)生器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)    5.4.2  基于變壓器形式的VSG實(shí)驗(yàn)    5.4.3  基于晶閘管的VSG實(shí)驗(yàn)    5.4.4  小結(jié)  5.5  雙饋型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越技術(shù)  5.6  直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越技術(shù)  5.7  電壓跌落的檢測技術(shù)    5.7.1  檢測方法    5.7.2  仿真驗(yàn)證    5.7.3  實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證    5.7.4  小結(jié)第6章  風(fēng)力發(fā)電外圍應(yīng)用技術(shù)  6.1  最大風(fēng)能捕獲  6.2  風(fēng)力機(jī)模擬  6.3  變槳距控制    6.3.1  變槳距和定槳距    6.3.2  變槳距的執(zhí)行方式    6.3.3  變槳距控制策略    6.3.4  變槳距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)    6.3.5  獨(dú)立變槳技術(shù)    6.3.6  小結(jié)第7章  展望  7.1  風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展趨勢    7.1.1  風(fēng)力發(fā)電裝備制造技術(shù)    7.1.2  風(fēng)電場開發(fā)技術(shù)    7.1.3  標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范建設(shè)    7.1.4  海上風(fēng)電場開發(fā)技術(shù)  7.2  風(fēng)力發(fā)電面臨的挑戰(zhàn)縮略語參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　1.1　風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀介紹　　近來可再生能源的開發(fā)利用越發(fā)受到重視，而風(fēng)力發(fā)電是其中最廉價、最有希望的綠色能源。在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中，大型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成為其主要發(fā)展方向之一。但是其主要技術(shù)仍然掌握在少數(shù)國家手中，我國風(fēng)力發(fā)電絕大部分關(guān)鍵技術(shù)落后，有些甚至是空白。在“九五”期間，我國重點(diǎn)對600kW三葉片、定槳距、失速型、雙速發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行了研制，掌握了整體總裝技術(shù)和關(guān)鍵部件葉片、電控、發(fā)電機(jī)、齒輪箱等的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，并初步掌握了總體設(shè)計(jì)技術(shù)。對變槳距600kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組也研制了樣機(jī)。對變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組只研制過20kW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。要實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電的產(chǎn)業(yè)化，必須降低成本。而掌握自主知識產(chǎn)權(quán)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備設(shè)計(jì)制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵部件的國產(chǎn)化是降低成本的必要手段?！笆濉逼陂g國家在“863攻關(guān)計(jì)劃”中對兆瓦級變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行攻關(guān)，同時國家科技部對750kW的失速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的產(chǎn)品化和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)行攻關(guān)。　　從國際風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展的趨勢來看，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量越來越大，陸地風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主力機(jī)型單機(jī)容量在1.5MW、2MW，近海風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主力機(jī)型單機(jī)容量多為3MW以上，雙饋型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是目前國際風(fēng)力發(fā)電市場的主流機(jī)型。國產(chǎn)兆瓦級雙饋型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組目前還沒有定型產(chǎn)品，與其配套的控制系統(tǒng)及變流器還處于樣機(jī)研制階段。國家科技部在“十五”期間的“863攻關(guān)計(jì)劃”中支持了兆瓦級變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的攻關(guān)工作，自主研制的1MW雙饋型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組樣機(jī)已投入試運(yùn)行。由北京科諾偉業(yè)科技有限公司和中國科學(xué)院電工研究所共同研制的1 MW雙饋型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)和變流器樣機(jī)已經(jīng)在甘肅玉門風(fēng)電場成功并網(wǎng)運(yùn)行。

編輯推薦

　　值此風(fēng)力發(fā)電技術(shù)突飛猛進(jìn)的時期，變流技術(shù)的進(jìn)步有著十分重要的意義。風(fēng)力發(fā)電中的電力電子變流技術(shù)是實(shí)用性極強(qiáng)的技術(shù)，內(nèi)容豐富。中國科學(xué)院電工研究所長期從事于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)研究，電力電子變流技術(shù)是一個重要的方向。根據(jù)多年研發(fā)、試驗(yàn)與應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，李建林、許洪華等同志編寫了《風(fēng)力發(fā)電中的電力電子變流技術(shù)》一書。該書主要供中等技術(shù)水平的科技人員閱讀，在概念和應(yīng)用實(shí)例方面照顧到其他層面的科技人員，可作為電力電子技術(shù)專業(yè)，尤其是新成立的風(fēng)力發(fā)電專業(yè)的研究生教材，也可作為從事本專業(yè)科技工作人員的參考書，期望能為我國風(fēng)電發(fā)展的人才成長發(fā)揮應(yīng)有的作用。

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