風力發(fā)電中的電力電子變流技術

前言

　　發(fā)展和利用風能是國際的大趨勢，風電產(chǎn)業(yè)已成為一個朝陽產(chǎn)業(yè)。我國風能資源豐富，風電在電力結構中的份額會越來越大。為此，必須大力提高國內(nèi)風力發(fā)電設備制造能力，加速風力發(fā)電設備國產(chǎn)化進程，建立具有自主知識產(chǎn)權的知名品牌，這方面已取得了一些成效。截止到2003年，600kw風力發(fā)電機組國產(chǎn)化率已達96％，國產(chǎn)化機組在國內(nèi)風電市場累計占有率為15．35％，2003年度國產(chǎn)化機組在國內(nèi)風電市場銷售量占當年風電市場新增容量的33．46％；研制開發(fā)兆瓦級風力發(fā)電機組的工作已經(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，我國風電事業(yè)取得了長足的進展．風力發(fā)電機組單機容最逐步增大，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。隨著風力發(fā)電機組單機容量的不斷增大，其核心部件——變流器的功率等級也相應不斷增大。風力發(fā)電中的電力電子變流技術逐步成為國內(nèi)外學者關注的熱點，一些常規(guī)的電力電子變流技術需要進行系列改良才能更好地適應于風力發(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、多電平技術、多重化技術等方麗進行探索性研究，對與之相應的調(diào)制方法：載波層疊、載波相移技術等也進行了剖卡廳。書中對幾種典型的變流器拓撲，不僅進行了原理性的仿真驗證，而且制作了樣機，并在中國科學院電工研究所新能源組的20kw直接驅(qū)動型風力發(fā)電實驗平臺和22kw雙饋型風力發(fā)電實驗平臺進行了實驗驗證。大部分研究成果，作者已經(jīng)以學術論文的形式在國內(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行歸納總結，編成此書。本書旨在對風力發(fā)電系統(tǒng)中涉及的電力電子變流技術進行探討，以期通過本書的研究，為我國風力發(fā)電機組變流器的選擇提供一些可以借鑒的資料，為海上風力發(fā)電以及大規(guī)模風力發(fā)電機組并入電網(wǎng)進行一些前期的理淪基礎研究和技術儲備。

作者簡介

李建林  1976年生，博士，博士后，中國科學院電工研究所副研究員，碩士生導師。中國可再生能源風能協(xié)會委員，全國風力機械標準化技術委員會委員，中國電氣工程大典可再生能源發(fā)電工程編委，電工技術學會、動力工程學會新能源專委會委員，《電網(wǎng)技術》、《電工技術學報》、《

書籍目錄

序前言第1章  緒論  1.1  風力發(fā)電現(xiàn)狀介紹  1.2  風力發(fā)電系統(tǒng)分類  1.3  風力發(fā)電機組并網(wǎng)方式對比分析    1.3.1  適合于異步發(fā)電機的并網(wǎng)方式    1.3.2 適合于變速恒頻發(fā)電機的并網(wǎng)方式  1.4  風力發(fā)電與電力電子變流技術    1.4.1  不可控整流器后接晶閘管逆變器和無功補償型拓撲結構    1.4.2  不可控整流器后接直流側電壓變化的PWM電壓源型逆變器型拓撲結構    1.4.3  不可控整流器后接直流側電壓穩(wěn)定的PWM電壓源型逆變器型拓撲結構    1.4.4  PWM整流器后接電壓源型PWM逆變器型拓撲結構    1.4.5  不可控整流器后接電流源型逆變器型拓撲結構    1.4.6  二極管箝位型拓撲結構    1.4.7  級聯(lián)H橋型拓撲結構    1.4.8  飛跨電容型拓撲結構第2章  調(diào)制技術  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  仿真驗證  2.4 sVM與SPWM通用調(diào)制算法    2.4.1  SPWM與SVM的通用實現(xiàn)流程    2.4.2實驗驗證  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  仿真驗證    2.5.3  結論  2.6  空間矢量滯環(huán)技術    2.6.1  控制原理    2.6.2  仿真驗證    2.6.3  結論  2.7  載波相移技術    2.7.1  載波相移技術的概念    2.7.2  波形諧波分析    2.7.3  仿真驗證  2.8  其他調(diào)制方法第3章  風力發(fā)電系統(tǒng)中的典型變流方案  3.1  整流技術方案    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  4.1  器件串并聯(lián)技術  4.2  多電平變流技術    4.2.1  二極管箝位型多電平技術    4.2.2 飛跨電容箝位型多電平技術    4.2.3  級聯(lián)H橋型多電平技術    4.2.4  級聯(lián)飛跨電容型多電平技術    4.2.5  DRC混合箝位型多電平技術    4.2.6  級聯(lián)二極管箝位型多電平技術    4.2.7  小結  4.3模塊并聯(lián)技術    4.3.1 Boost電路的并聯(lián)技術    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    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  5.1  風力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運行標準規(guī)范  5.2  雙饋型風力發(fā)電機組的電壓跌落特性    5.2.1  理論分析    5.2.2  仿真驗證    5.2.3  實驗驗證    5.2.4  小結  5.3  電網(wǎng)故障時風力發(fā)電系統(tǒng)中的保護電路    5.3.1  兩種主流變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)    5.3.2  雙饋型風力發(fā)電系統(tǒng)的保護電路    5.3.3  直驅(qū)型風力發(fā)電系統(tǒng)的保護電路    5.3.4  小結  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)生器的拓撲結構    5.4.2  基于變壓器形式的VSG實驗    5.4.3  基于晶閘管的VSG實驗    5.4.4  小結  5.5  雙饋型風力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越技術  5.6  直驅(qū)型風力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越技術  5.7  電壓跌落的檢測技術    5.7.1  檢測方法    5.7.2  仿真驗證    5.7.3  實驗驗證    5.7.4  小結第6章  風力發(fā)電外圍應用技術  6.1  最大風能捕獲  6.2  風力機模擬  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)的設計    6.3.5  獨立變槳技術    6.3.6  小結第7章  展望  7.1  風力發(fā)電技術發(fā)展趨勢    7.1.1  風力發(fā)電裝備制造技術    7.1.2  風電場開發(fā)技術    7.1.3  標準與規(guī)范建設    7.1.4  海上風電場開發(fā)技術  7.2  風力發(fā)電面臨的挑戰(zhàn)縮略語參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　1.1　風力發(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，而風力發(fā)電是其中最廉價、最有希望的綠色能源。在風力發(fā)電技術中，大型變速恒頻風力發(fā)電技術已經(jīng)成為其主要發(fā)展方向之一。但是其主要技術仍然掌握在少數(shù)國家手中，我國風力發(fā)電絕大部分關鍵技術落后，有些甚至是空白。在“九五”期間，我國重點對600kW三葉片、定槳距、失速型、雙速發(fā)電機的風力發(fā)電機組進行了研制，掌握了整體總裝技術和關鍵部件葉片、電控、發(fā)電機、齒輪箱等的設計制造技術，并初步掌握了總體設計技術。對變槳距600kW風力發(fā)電機組也研制了樣機。對變速恒頻風力發(fā)電機組只研制過20kW的風力發(fā)電機組。要實現(xiàn)風力發(fā)電的產(chǎn)業(yè)化，必須降低成本。而掌握自主知識產(chǎn)權的風力發(fā)電設備設計制造技術，實現(xiàn)關鍵部件的國產(chǎn)化是降低成本的必要手段?！笆濉逼陂g國家在“863攻關計劃”中對兆瓦級變速恒頻風力發(fā)電機組進行攻關，同時國家科技部對750kW的失速型風力發(fā)電機組的產(chǎn)品化和產(chǎn)業(yè)化進行攻關?！　膰H風力發(fā)電技術發(fā)展的趨勢來看，風力發(fā)電機組單機容量越來越大，陸地風力發(fā)電機組主力機型單機容量在1.5MW、2MW，近海風力發(fā)電機組的主力機型單機容量多為3MW以上，雙饋型變速恒頻風力發(fā)電機組是目前國際風力發(fā)電市場的主流機型。國產(chǎn)兆瓦級雙饋型變速恒頻風力發(fā)電機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研制階段。國家科技部在“十五”期間的“863攻關計劃”中支持了兆瓦級變速恒頻風力發(fā)電機組的攻關工作，自主研制的1MW雙饋型變速恒頻風力發(fā)電機組樣機已投入試運行。由北京科諾偉業(yè)科技有限公司和中國科學院電工研究所共同研制的1 MW雙饋型變速恒頻風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)和變流器樣機已經(jīng)在甘肅玉門風電場成功并網(wǎng)運行。

編輯推薦

　　值此風力發(fā)電技術突飛猛進的時期，變流技術的進步有著十分重要的意義。風力發(fā)電中的電力電子變流技術是實用性極強的技術，內(nèi)容豐富。中國科學院電工研究所長期從事于風力發(fā)電技術研究，電力電子變流技術是一個重要的方向。根據(jù)多年研發(fā)、試驗與應用的經(jīng)驗，李建林、許洪華等同志編寫了《風力發(fā)電中的電力電子變流技術》一書。該書主要供中等技術水平的科技人員閱讀，在概念和應用實例方面照顧到其他層面的科技人員，可作為電力電子技術專業(yè)，尤其是新成立的風力發(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，期望能為我國風電發(fā)展的人才成長發(fā)揮應有的作用。

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