風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓運行技術(shù)

前言

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

內(nèi)容概要

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

作者簡介

　　許洪華，1967年生，中國科學院電工研究所研究員，博士生導師。現(xiàn)任中國科學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，中國太陽能學會理事，《太陽能學報》編委，中國電機工程學會風力與潮汐發(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)展計劃委員會“中國光明工程”專家組成員。1996年獲中國科學院科技進步二等獎1項，重要成果5項，一般成果1項：1998年獲國務院突出貢獻政府特殊津貼；2000年獲中國科學技術(shù)發(fā)展基金會交大國飛杯陽光獎；2001年獲得“九五”國家重點科技攻關(guān)計劃優(yōu)秀科技成果獎；2002年獲中國科學院電工研究所“突出貢獻獎”；2005年獲中國科學院鑒定成果1項。發(fā)表論文150余篇，參加編寫專著2部，發(fā)明專利20余項。主要研究方向：并網(wǎng)及獨立運行風力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電及其混合發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計及控制技術(shù)研究。長期從事風電、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)濟評價和政策研究，包括風力發(fā)電機組電氣控制、風電場集中和遠程監(jiān)控、風／光互補示范電站。進行了多項可再生能源政策研究?！　±罱?976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(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)學會、動力工程學會新能源專委會委員，《電網(wǎng)技術(shù)》、《電工技術(shù)學報》、《電力系統(tǒng)自動化》、《中國電機工程學報》等雜志特約審稿人，IEEE會員。2005年獲浙江大學電力電子與電氣傳動專業(yè)博士學位，2005～2007年在中國科學院電工研究所從事博士后科研工作，研究方向為可再生能源發(fā)電技術(shù)、風力發(fā)電技術(shù)、電力電子技術(shù)。出站后至今在中國科學院電工研究所從事風力發(fā)電領(lǐng)域的科研工作，任副研究員，碩士生導師。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。編著了《風力發(fā)電中的電力電子變流技術(shù)》（機械工業(yè)出版社），參與翻譯了《風能技術(shù)》（TonyBurton等著，武鑫等譯科學出版社）。參與編寫了《中國電氣工程大典》（可再生能源卷：風力發(fā)電技術(shù)）。

書籍目錄

序前言第1章 緒論　1.1 風力發(fā)電的發(fā)展情況　1.2 電網(wǎng)電壓跌落對風力發(fā)電系統(tǒng)的影響　1.3 風力發(fā)電機組的研究現(xiàn)狀　　1.3.1 雙饋型風力發(fā)電機組的研究現(xiàn)狀　　1.3.2 直驅(qū)型風力發(fā)電機組的研究現(xiàn)狀　　　1.3.2.1 直驅(qū)型風力發(fā)電系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)　　　1.3.2.2 直驅(qū)型風力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓運行和無功功率控制能力　　1.4 國內(nèi)外風力發(fā)電系統(tǒng)LVRT的相關(guān)規(guī)定　　1 5 小結(jié)第2章 典型風力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學建模及暫態(tài)分析　2.1 DFIG風力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學建模及暫態(tài)分析　　2.1.1 DFIG風力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型及控制方法　　2.1.2 DFlG風力發(fā)電系統(tǒng)的暫態(tài)數(shù)學模型及控制方法　2.2 直驅(qū)型風力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學建模及暫態(tài)分析　　2.2.1 直驅(qū)型風力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型及控制方法　　　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)電機的新型控制策略　　2.2.2 直驅(qū)型風力發(fā)電系統(tǒng)的暫態(tài)數(shù)學模型及控制方法　2.3 小結(jié)第3章 雙饋型風力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓運行特性　3.1 電壓跌落情況下DFIG的響應特性分析與仿真驗證　　3.1.1 電壓跌落期間　　3.1.2 電壓恢復后　　3.1.3 仿真驗證　3.2 不同電壓跌落情況下的DFIG響應特性　　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低電壓運行實驗研究　　3.4.1 電壓跌落發(fā)生器的實驗結(jié)果　　3.4.2 轉(zhuǎn)子側(cè)Crowbar(保護)電路的實驗結(jié)果　　3.4.3 跌落持續(xù)ls，未進行電壓跌落檢測的實驗結(jié)果　　3.4.4 跌落持續(xù)200ms，未進行電壓跌落檢測的實驗結(jié)果　　3.4.5 跌落持續(xù)1s，進行電壓跌落檢測的實驗結(jié)果　　3.4.6 電壓跌落期間進行無功功率補償?shù)膶嶒灲Y(jié)果　　3.4.7 實驗分析　3.5 小結(jié)第4章 直驅(qū)型風力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓運行特性　4.1 兩種典型直驅(qū)型風力發(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)型風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓運行能力的直流側(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)卸荷電路實現(xiàn)方法　4.3 不可控整流+交錯Boost+逆變器直驅(qū)型風力發(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 低電壓運行實驗分析　　　4.3.2.1 雙管Boost同相驅(qū)動實驗　　　4.3.2.2 雙管Boost移相驅(qū)動實驗　　　4.3.2.3 三相電壓型逆變器在電壓跌落情況下運行特性的驗證　4.4 背靠背變流器直驅(qū)型風力發(fā)電系統(tǒng)LVRT特性分析　　4.4.1 背靠背變流器直驅(qū)型風力發(fā)電系統(tǒng)仿真模型介紹　　4.4.2 運行在不同功率因數(shù)條件下的電壓跌落特性分析　　4.4.3 電壓跌落條件下風力發(fā)電機組對電網(wǎng)的無功功率支持分析　4.5 直驅(qū)型風力發(fā)電系統(tǒng)故障條件下sTATCOM運行模式分析　　4.5.1 STATCOM運行模式工作原理分析　　4.5.2 STATCOM運行模式仿真驗證　　4.5.3 STATCOM運行模式實驗驗證　4.6 小結(jié)第5章 風力發(fā)電網(wǎng)側(cè)變流器低電壓運行控制技術(shù)　5.1 穩(wěn)態(tài)時網(wǎng)側(cè)變流器的運行特性　　5.1.1 單位功率因數(shù)運行　　5.1.2 非單位功率因數(shù)運行　5.2 電網(wǎng)電壓跌落和負載突變時網(wǎng)側(cè)變流器的響應特性　　5.2.1 電網(wǎng)電壓跌落50％時的仿真結(jié)果　　5.2.2 負載突變時的仿真結(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)變流器應對電網(wǎng)電壓跌落的實驗結(jié)果　　5.5.1 實驗系統(tǒng)介紹　　5.5.2 電網(wǎng)電壓穩(wěn)定情況下的實驗結(jié)果　　5.5.3 電網(wǎng)電壓跌落情況下的實驗結(jié)果　　5.5.4 電網(wǎng)電壓前饋控制的實驗結(jié)果　　5.5.5 負載前饋控制的實驗結(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)學模型　　　6.1.2.1 基于兩相靜止坐標系下的數(shù)學模型　　　6.1.2.2 基于同步坐標系下的數(shù)學模型　　　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 基于預測電流的控制方法　　　6.2.3.1 電壓不平衡情況下的預測電流控制方法　　　6.2.3.2 電壓平衡情況下的預測電流控制方法　　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 風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓運行外圍設(shè)備　7.1 電網(wǎng)故障時風力發(fā)電系統(tǒng)的保護電路　　7.1.1 DFIG風力發(fā)電系統(tǒng)的保護電路　　　7.1.1.1 轉(zhuǎn)子側(cè)保護電路　　　7.1.1.2 定子側(cè)保護電路　　　7.1.1.3 直流側(cè)保護電路　　　7.1.1.4 組合保護電路　　7.1.2 直驅(qū)型風力發(fā)電系統(tǒng)的保護電路　　　7.1.2.1 直流側(cè)保護電路　　　7.1.2.2 采用輔助變流器的保護電路　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拓撲結(jié)構(gòu)　　　7.2.1.1 基于阻抗形式實現(xiàn)的VSG　　　7.2.1.2 基于變壓器形式實現(xiàn)的VSG　　　7.2.1.3 基于電力電子變換形式實現(xiàn)的VSG　　7.2.2 基于變壓器和接觸器的VSG實驗　　　7.2.2.1 小功率模式實驗結(jié)果　　　7.2.2.2 大功率模式實驗結(jié)果　　7.2.3 基于變壓器和晶閘管的VSG實驗　　7.2.4 基于變壓器和IGBT的VSG實驗　7.3 電壓跌落的檢測技術(shù)　　7.3.1 檢測方法討論　　7.3.2 仿真驗證　　7.3.3 實驗驗證　7.4 小結(jié)縮略語參考文獻

編輯推薦

　　《風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓運行技術(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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