風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓運(yùn)行技術(shù)

前言

　　目前我國風(fēng)力發(fā)電還處在起步階段，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量占總發(fā)電量的比重還較小，但是隨著國家能源需求的不斷擴(kuò)大，風(fēng)力發(fā)電在我國的發(fā)展速度日益加快，尤其是兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的引進(jìn)，新建風(fēng)電場規(guī)模的成倍增長，我國風(fēng)力發(fā)電的規(guī)模化發(fā)展只是時間問題。因此，我國也逐步面臨了一些大規(guī)模利用風(fēng)力發(fā)電所必須面對的問題，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓運(yùn)行就是其中之一。國外電網(wǎng)運(yùn)營商已經(jīng)將風(fēng)力發(fā)電作為了一種主要的能源形式加以規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化，而我國在該領(lǐng)域的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)重缺失，風(fēng)力發(fā)電的規(guī)范化運(yùn)行同歐洲和美國還有很大的差距。

內(nèi)容概要

作為《風(fēng)力發(fā)電中的電力電子變流技術(shù)》一書的姊妹篇，本書從數(shù)學(xué)角度出發(fā)，針對典型的雙饋型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和直接驅(qū)動型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模及暫態(tài)分析；通過仿真和實(shí)驗(yàn)雙重方法，對電壓跌落情況下雙饋型和直接驅(qū)動型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓運(yùn)行特性進(jìn)行了驗(yàn)證，并對兩種系統(tǒng)中的網(wǎng)側(cè)PWM變流器低電壓運(yùn)行控制技術(shù)及在電網(wǎng)電壓不平衡情況下的控制技術(shù)進(jìn)行了深入分析。本書還對電網(wǎng)電壓跌落相關(guān)的保護(hù)電路、電網(wǎng)電壓跌落發(fā)生器及電壓跌落檢測方法進(jìn)行了匯總剖析。本書對上述這些關(guān)鍵問題進(jìn)行了初步探索，得出一些有益的結(jié)論，旨在對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓運(yùn)行特性進(jìn)行探討，以期通過本書的研究，為今后我國風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)之間的關(guān)系，乃至我國風(fēng)電行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供一定的理論依據(jù)和技術(shù)基礎(chǔ)。　　本書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。

作者簡介

　　許洪華，1967年生，中國科學(xué)院電工研究所研究員，博士生導(dǎo)師?，F(xiàn)任中國科學(xué)院電工研究所副所長，可再生能源發(fā)電研究發(fā)展中心主任，北京科諾偉業(yè)科技有限公司董事長兼總經(jīng)理，中國太陽能學(xué)會理事，《太陽能學(xué)報(bào)》編委，中國電機(jī)工程學(xué)會風(fēng)力與潮汐發(fā)電專委會委員，中國農(nóng)村能源行業(yè)協(xié)會理事會理事，中國農(nóng)村能源行業(yè)協(xié)會小型電源專業(yè)委員會副主任，國家發(fā)展計(jì)劃委員會“中國光明工程”專家組成員。1996年獲中國科學(xué)院科技進(jìn)步二等獎1項(xiàng)，重要成果5項(xiàng)，一般成果1項(xiàng)：1998年獲國務(wù)院突出貢獻(xiàn)政府特殊津貼；2000年獲中國科學(xué)技術(shù)發(fā)展基金會交大國飛杯陽光獎；2001年獲得“九五”國家重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃優(yōu)秀科技成果獎；2002年獲中國科學(xué)院電工研究所“突出貢獻(xiàn)獎”；2005年獲中國科學(xué)院鑒定成果1項(xiàng)。發(fā)表論文150余篇，參加編寫專著2部，發(fā)明專利20余項(xiàng)。主要研究方向：并網(wǎng)及獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電及其混合發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及控制技術(shù)研究。長期從事風(fēng)電、光電及其混合發(fā)電系統(tǒng)的研究以及可再生能源技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價和政策研究，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電氣控制、風(fēng)電場集中和遠(yuǎn)程監(jiān)控、風(fēng)／光互補(bǔ)示范電站。進(jìn)行了多項(xiàng)可再生能源政策研究。　　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)》、《電力系統(tǒng)自動化》、《中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)》等雜志特約審稿人，IEEE會員。2005年獲浙江大學(xué)電力電子與電氣傳動專業(yè)博士學(xué)位，2005～2007年在中國科學(xué)院電工研究所從事博士后科研工作，研究方向?yàn)榭稍偕茉窗l(fā)電技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、電力電子技術(shù)。出站后至今在中國科學(xué)院電工研究所從事風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的科研工作，任副研究員，碩士生導(dǎo)師。近年來發(fā)表文章150余篇，其中40余篇被E}檢索，發(fā)明專利10項(xiàng)。編著了《風(fēng)力發(fā)電中的電力電子變流技術(shù)》（機(jī)械工業(yè)出版社），參與翻譯了《風(fēng)能技術(shù)》（TonyBurton等著，武鑫等譯科學(xué)出版社）。參與編寫了《中國電氣工程大典》（可再生能源卷：風(fēng)力發(fā)電技術(shù)）。

書籍目錄

序前言第1章 緒論　1.1 風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展情況　1.2 電網(wǎng)電壓跌落對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的影響　1.3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的研究現(xiàn)狀　　1.3.1 雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的研究現(xiàn)狀　　1.3.2 直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的研究現(xiàn)狀　　　1.3.2.1 直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)　　　1.3.2.2 直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓運(yùn)行和無功功率控制能力　　1.4 國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)LVRT的相關(guān)規(guī)定　　1 5 小結(jié)第2章 典型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模及暫態(tài)分析　2.1 DFIG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模及暫態(tài)分析　　2.1.1 DFIG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型及控制方法　　2.1.2 DFlG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的暫態(tài)數(shù)學(xué)模型及控制方法　2.2 直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模及暫態(tài)分析　　2.2.1 直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型及控制方法　　　2.2.1.1 背靠背雙PWM變流器的基本控制策略　　　2.2.1.2 永磁同步發(fā)電機(jī)的新型控制策略　　2.2.2 直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的暫態(tài)數(shù)學(xué)模型及控制方法　2.3 小結(jié)第3章 雙饋型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓運(yùn)行特性　3.1 電壓跌落情況下DFIG的響應(yīng)特性分析與仿真驗(yàn)證　　3.1.1 電壓跌落期間　　3.1.2 電壓恢復(fù)后　　3.1.3 仿真驗(yàn)證　3.2 不同電壓跌落情況下的DFIG響應(yīng)特性　　3.2.1 30％—28電壓跌落特性　　3.2.2 50％—O.5s電壓跌落特性　　3.2.3 85％—0.2s電壓跌落特性　3.3 DFIG應(yīng)對電網(wǎng)故障的無功功率支持策略分析　　3.3.1 電網(wǎng)電壓跌落時不同無功功率補(bǔ)償時刻對DFIG系統(tǒng)的影響　　3.3.2 電網(wǎng)電壓跌落時不同無功功率補(bǔ)償方法對DFIG系統(tǒng)的影響　　3.3.3 電網(wǎng)電壓跌落時不同系統(tǒng)運(yùn)行條件對DFIG系統(tǒng)的影響　　3.3.4 仿真分析　3.4 DFIG低電壓運(yùn)行實(shí)驗(yàn)研究　　3.4.1 電壓跌落發(fā)生器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果　　3.4.2 轉(zhuǎn)子側(cè)Crowbar(保護(hù))電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果　　3.4.3 跌落持續(xù)ls，未進(jìn)行電壓跌落檢測的實(shí)驗(yàn)結(jié)果　　3.4.4 跌落持續(xù)200ms，未進(jìn)行電壓跌落檢測的實(shí)驗(yàn)結(jié)果　　3.4.5 跌落持續(xù)1s，進(jìn)行電壓跌落檢測的實(shí)驗(yàn)結(jié)果　　3.4.6 電壓跌落期間進(jìn)行無功功率補(bǔ)償?shù)膶?shí)驗(yàn)結(jié)果　　3.4.7 實(shí)驗(yàn)分析　3.5 小結(jié)第4章 直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓運(yùn)行特性　4.1 兩種典型直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)　　4.1.1 不可控整流+交錯Boost+逆變器結(jié)構(gòu)　　4.1.2 背靠背雙PWM變流器結(jié)構(gòu)　4.2 提高直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓運(yùn)行能力的直流側(cè)卸荷電路控制策略分析　　4.2.1 直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在電網(wǎng)故障條件下的特性分析　　4.2.2 直流側(cè)卸荷電路工作原理　　4.2.3 直流側(cè)卸荷電路實(shí)現(xiàn)方法　4.3 不可控整流+交錯Boost+逆變器直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)LVRT特性分析　　4.3.1 三種典型電壓跌落情況下的響應(yīng)特性仿真分析　　　4.3.1.1 30％—2s電壓跌落特性仿真　　　4.3.1.2 50％—0.5s電壓跌落特性仿真　　　4.3.1.3 85％—0.2s電壓跌落特性仿真　　4.3.2 低電壓運(yùn)行實(shí)驗(yàn)分析　　　4.3.2.1 雙管Boost同相驅(qū)動實(shí)驗(yàn)　　　4.3.2.2 雙管Boost移相驅(qū)動實(shí)驗(yàn)　　　4.3.2.3 三相電壓型逆變器在電壓跌落情況下運(yùn)行特性的驗(yàn)證　4.4 背靠背變流器直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)LVRT特性分析　　4.4.1 背靠背變流器直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)仿真模型介紹　　4.4.2 運(yùn)行在不同功率因數(shù)條件下的電壓跌落特性分析　　4.4.3 電壓跌落條件下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對電網(wǎng)的無功功率支持分析　4.5 直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)故障條件下sTATCOM運(yùn)行模式分析　　4.5.1 STATCOM運(yùn)行模式工作原理分析　　4.5.2 STATCOM運(yùn)行模式仿真驗(yàn)證　　4.5.3 STATCOM運(yùn)行模式實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證　4.6 小結(jié)第5章 風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)側(cè)變流器低電壓運(yùn)行控制技術(shù)　5.1 穩(wěn)態(tài)時網(wǎng)側(cè)變流器的運(yùn)行特性　　5.1.1 單位功率因數(shù)運(yùn)行　　5.1.2 非單位功率因數(shù)運(yùn)行　5.2 電網(wǎng)電壓跌落和負(fù)載突變時網(wǎng)側(cè)變流器的響應(yīng)特性　　5.2.1 電網(wǎng)電壓跌落50％時的仿真結(jié)果　　5.2.2 負(fù)載突變時的仿真結(jié)果　5.3 前饋控制策略原理　　5.3.1 傳統(tǒng)前饋控制策略　　5.3.2 改進(jìn)的前饋控制策略　5.4 加入前饋控制的仿真結(jié)果　　5.4.1 電網(wǎng)電壓跌落50％時的仿真結(jié)果　　5.4.2 負(fù)載電阻從200Ω變?yōu)?00Ω時的仿真結(jié)果　5.5 網(wǎng)側(cè)變流器應(yīng)對電網(wǎng)電壓跌落的實(shí)驗(yàn)結(jié)果　　5.5.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)介紹　　5.5.2 電網(wǎng)電壓穩(wěn)定情況下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果　　5.5.3 電網(wǎng)電壓跌落情況下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果　　5.5.4 電網(wǎng)電壓前饋控制的實(shí)驗(yàn)結(jié)果　　5.5.5 負(fù)載前饋控制的實(shí)驗(yàn)結(jié)果  5.6 小結(jié)第6章 網(wǎng)側(cè)變流器在電網(wǎng)電壓不平衡情況下的控制技術(shù)  6.1 網(wǎng)側(cè)變流器的數(shù)學(xué)模型　　6.1.1 電網(wǎng)電壓平衡情況下網(wǎng)側(cè)變流器的數(shù)學(xué)模型　　6.1.2 電網(wǎng)電壓不平衡情況下網(wǎng)側(cè)變流器的數(shù)學(xué)模型　　　6.1.2.1 基于兩相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型　　　6.1.2.2 基于同步坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型　　　6.1.2.3 交流側(cè)電流控制算法　6.2 電網(wǎng)電壓不平衡情況下網(wǎng)側(cè)變流器的控制方法　　6.2.1 抑制交流側(cè)負(fù)序電流的控制方法　　6.2.2 抑制直流側(cè)電壓波動的控制方法　　6.2.3 基于預(yù)測電流的控制方法　　　6.2.3.1 電壓不平衡情況下的預(yù)測電流控制方法　　　6.2.3.2 電壓平衡情況下的預(yù)測電流控制方法　　6.2.4 恒功率控制方法　　6.2.5 雙閉環(huán)控制策略　6.3 仿真結(jié)果　　6.3.1 基于預(yù)測電流的仿真波形　　6.3.2 恒功率控制方法的仿真波形　　6.3.3 雙電流閉環(huán)控制的仿真波形　　6.3.4 控制方法對比討論　6.4 小結(jié)第7章 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓運(yùn)行外圍設(shè)備　7.1 電網(wǎng)故障時風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的保護(hù)電路　　7.1.1 DFIG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的保護(hù)電路　　　7.1.1.1 轉(zhuǎn)子側(cè)保護(hù)電路　　　7.1.1.2 定子側(cè)保護(hù)電路　　　7.1.1.3 直流側(cè)保護(hù)電路　　　7.1.1.4 組合保護(hù)電路　　7.1.2 直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的保護(hù)電路　　　7.1.2.1 直流側(cè)保護(hù)電路　　　7.1.2.2 采用輔助變流器的保護(hù)電路　7.2 電網(wǎng)電壓跌落發(fā)生器的研制　　7.2.1 幾種常用的VSG拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)　　　7.2.1.1 基于阻抗形式實(shí)現(xiàn)的VSG　　　7.2.1.2 基于變壓器形式實(shí)現(xiàn)的VSG　　　7.2.1.3 基于電力電子變換形式實(shí)現(xiàn)的VSG　　7.2.2 基于變壓器和接觸器的VSG實(shí)驗(yàn)　　　7.2.2.1 小功率模式實(shí)驗(yàn)結(jié)果　　　7.2.2.2 大功率模式實(shí)驗(yàn)結(jié)果　　7.2.3 基于變壓器和晶閘管的VSG實(shí)驗(yàn)　　7.2.4 基于變壓器和IGBT的VSG實(shí)驗(yàn)　7.3 電壓跌落的檢測技術(shù)　　7.3.1 檢測方法討論　　7.3.2 仿真驗(yàn)證　　7.3.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證　7.4 小結(jié)縮略語參考文獻(xiàn)

編輯推薦

　　《風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓運(yùn)行技術(shù)》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。

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