風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化控制

內(nèi)容概要

本書(shū)涵蓋了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)所涉及的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域：風(fēng)力資源、風(fēng)電場(chǎng)微觀(guān)選址、風(fēng)力機(jī)類(lèi)型、風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、風(fēng)電場(chǎng)數(shù)學(xué)建模、風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)、風(fēng)電機(jī)組優(yōu)化控制器、風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、變流器控制、變槳距控制系統(tǒng)以及風(fēng)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等諸多方面。書(shū)中詳細(xì)給出了風(fēng)電系統(tǒng)控制部分的技術(shù)細(xì)節(jié)和具體實(shí)現(xiàn)方法，并通過(guò)仿真、實(shí)驗(yàn)雙重手段，對(duì)不同控制策略下所得到的詳實(shí)波形進(jìn)行了對(duì)比分析，有一定的工程理論價(jià)值和工程借鑒、示范作用。本書(shū)適用于從事風(fēng)力發(fā)電行業(yè)、電力電子與電力系統(tǒng)行業(yè)、風(fēng)電控制系統(tǒng)、風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行與維護(hù)的工程師參考，亦可作為風(fēng)電控制系統(tǒng)工具手冊(cè)使用，尤其適合高等院校的本科生和研究生閱讀。

書(shū)籍目錄

譯者的話(huà) 譯者簡(jiǎn)介 原系列叢書(shū)編輯前言 前言 本書(shū)所用的物理量匯總 本書(shū)所用的首字母縮略詞匯總 第1章  風(fēng)能1   1.1  簡(jiǎn)介1   1.2  風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)1     1.2.1  風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)技術(shù)上的問(wèn)題1     1.2.2  風(fēng)力機(jī)3     1.2.3  小功率風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)4     1.2.4  風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的控制4   1.3  本書(shū)概要5 第2章  風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)7   2.1  風(fēng)能7   2.2  風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)技術(shù)10   2.3  風(fēng)力機(jī)的空氣動(dòng)力特性11     2.3.1  致動(dòng)盤(pán)的概念11     2.3.2  風(fēng)力機(jī)的性能13   2.4  傳動(dòng)鏈14   2.5  發(fā)電系統(tǒng)15     2.5.1  恒速WECS15     2.5.2  變速WECS17   2.6  混合發(fā)電系統(tǒng)中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)19   2.7  控制目標(biāo)21 第3章  WECS的模型23   3.1  簡(jiǎn)介和問(wèn)題陳述23   3.2  風(fēng)力機(jī)的空氣動(dòng)力模型24     3.2.1  固定點(diǎn)風(fēng)速模型24     3.2.2  風(fēng)力機(jī)的特性29     3.2.3  基于風(fēng)輪風(fēng)速的轉(zhuǎn)矩計(jì)算34   3.3  發(fā)電機(jī)模型37     3.3.1  感應(yīng)發(fā)電機(jī)38     3.3.2  同步發(fā)電機(jī)42   3.4  傳動(dòng)裝置模型44     3.4.1  剛性傳動(dòng)鏈44     3.4.2  柔性傳動(dòng)鏈46   3.5  電力電子變流器和電網(wǎng)模型46   3.6  線(xiàn)性化和特征值分析49     3.6.1  基于感應(yīng)發(fā)電機(jī)的WECS49     3.6.2  基于同步發(fā)電機(jī)的WECS53   3.7  案例研究（1）：基于SCIG的WECS的降階線(xiàn)性模型56 第4章  風(fēng)力機(jī)控制系統(tǒng)58   4.1  控制目標(biāo)58   4.2  主控制目標(biāo)的物理基礎(chǔ)58     4.2.1  主動(dòng)變槳控制59     4.2.2  主動(dòng)失速控制60     4.2.3  被動(dòng)變槳控制60     4.2.4  被動(dòng)失速控制61   4.3  WECS優(yōu)化控制原則61     4.3.1  變速定槳距WECS實(shí)例61     4.3.2  定速變槳距WECS實(shí)例64   4.4  WECS的主工作策略65     4.4.1  變速定槳距WECS的控制65     4.4.2  變槳距WECS的控制70   4.5  混合標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)化控制：能量效率?疲勞載荷74   4.6  整體運(yùn)行的增益調(diào)度控制76   4.7  WECS中的發(fā)電機(jī)控制78     4.7.1  感應(yīng)發(fā)電機(jī)的矢量控制78     4.7.2  永磁同步發(fā)電機(jī)的控制82   4.8  并網(wǎng)運(yùn)行和電能質(zhì)量評(píng)估控制系統(tǒng)83     4.8.1  電力系統(tǒng)穩(wěn)定性83     4.8.2  電能質(zhì)量87 第5章  基于能量效率準(zhǔn)則的WECS優(yōu)化控制設(shè)計(jì)方法90   5.1  問(wèn)題陳述和現(xiàn)狀90     5.1.1  非線(xiàn)性模型下的優(yōu)化控制方法90     5.1.2  采用線(xiàn)性化模型的最優(yōu)控制策略93     5.1.3  小結(jié)95   5.2  最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）策略96     5.2.1  問(wèn)題陳述及文獻(xiàn)回顧96     5.2.2  風(fēng)速湍流在MPPT中的應(yīng)用99     5.2.3  案例研究（2）：經(jīng)典MPPT與風(fēng)速湍流作為搜索信號(hào)的MPPT103     5.2.4  小結(jié)106   5.3  PI控制107     5.3.1  問(wèn)題陳述107     5.3.2  控制器設(shè)計(jì)108     5.3.3  案例研究（3）：2MW WECS優(yōu)化控制中PI速度控制的應(yīng)用110     5.3.4  案例研究（4）：6kV WECS優(yōu)化控制中PI功率控制的應(yīng)用112   5.4  開(kāi)關(guān)控制113     5.4.1  控制器設(shè)計(jì)113     5.4.2  案例研究（5）117   5.5  滑模控制118     5.5.1  建模119     5.5.2  基于減輕機(jī)械負(fù)荷的能量?jī)?yōu)化119     5.5.3  案例研究（6）121     5.5.4  實(shí)時(shí)仿真結(jié)果122     5.5.5  小結(jié)124   5.6  反饋線(xiàn)性化控制125     5.6.1  WECS建模125     5.6.2  控制器設(shè)計(jì)127     5.6.3  案例研究（7）130   5.7  QFT魯棒控制131     5.7.1  WECS建模132     5.7.2  基于QFT的控制設(shè)計(jì)132     5.7.3  案例研究（8）133   5.8  小結(jié)138 第6章  WECS多目標(biāo)優(yōu)化控制141   6.1  簡(jiǎn)介141   6.2  WECS的LQ控制141     6.2.1  問(wèn)題陳述141     6.2.2  輸入?輸出方法142     6.2.3  案例研究（9）：RST控制器在柔性耦合發(fā)電機(jī)WECS LQ控制中的應(yīng)用144   6.3  WECS最優(yōu)控制的頻率分離原理146     6.3.1  WECS動(dòng)態(tài)性能的頻率分離原則146     6.3.2  優(yōu)化控制結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)程序（2LFSP）147     6.3.3  濾波和風(fēng)速估計(jì)的推算150   6.4  2LFSP在剛性耦合發(fā)電機(jī)WECS中的應(yīng)用152     6.4.1  建模152     6.4.2  低頻環(huán)穩(wěn)態(tài)優(yōu)化154     6.4.3  高頻環(huán)LQG動(dòng)態(tài)優(yōu)化154     6.4.4  高頻環(huán)LQ動(dòng)態(tài)優(yōu)化156     6.4.5  案例研究（10）158     6.4.6  整體實(shí)時(shí)仿真結(jié)果161   6.5  2LFPS在柔性耦合發(fā)電機(jī)WECS中的應(yīng)用165     6.5.1  建模165     6.5.2  低頻環(huán)穩(wěn)態(tài)優(yōu)化166     6.5.3  高頻環(huán)動(dòng)態(tài)優(yōu)化167     6.5.4  案例研究（11）168   6.6  2LFSP有效性的小結(jié)170   6.7  多目標(biāo)整體控制方案171     6.7.1  大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制目標(biāo)171     6.7.2  多目標(biāo)控制的整體最優(yōu)化和頻率分離原則172     6.7.3  WECS頻率范圍模型174     6.7.4  風(fēng)速湍流部分的頻譜特性175     6.7.5  WECS控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)帶寬限制177     6.7.6  WECS的頻率分離控制179 第7章  WECS控制結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)研究設(shè)備系統(tǒng)183   7.1  簡(jiǎn)介183   7.2  WECS的機(jī)電仿真器184     7.2.1  硬件在環(huán)（HIL）系統(tǒng)的原理184     7.2.2  設(shè)計(jì)HIL系統(tǒng)的具體過(guò)程186     7.2.3  WECS物理仿真器的構(gòu)建187     7.2.4  WECS HIL仿真器的誤差估計(jì)188   7.3  案例研究（12）：基于DFIG的WECS的HIL仿真器的構(gòu)建192     7.3.1  對(duì)WECS仿真器的要求193     7.3.2  實(shí)時(shí)物理仿真器（RTPS）的構(gòu)建193     7.3.3  研究物理系統(tǒng)（IPS）的構(gòu)建和發(fā)電機(jī)控制196     7.3.4  WECS整體運(yùn)行模擬198   7.4  小結(jié)200 第8章  結(jié)論201 附錄203   附錄A  案例研究中各WECS的特性203   附錄B  理論背景和發(fā)展205     B.1  滑?？刂?05     B.2  反饋線(xiàn)性化控制206     B.3  QFT魯棒控制210   附錄C  圖片、圖表和實(shí)時(shí)影像215 參考文獻(xiàn)221

章節(jié)摘錄

　　變速WECS　　變速風(fēng)電機(jī)組是目前最常用的WECS之一。與恒速風(fēng)電機(jī)組相比，它具有很多優(yōu)勢(shì)。首先最重要的是，發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)頻率之間解耦，這就使得控制和優(yōu)化運(yùn)行更加靈活。當(dāng)然，需要用到電力電子變流器，它們是發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)之間的連接裝置。實(shí)際上，正是由于電力電子變流器，使得變速操作成為可能。在實(shí)現(xiàn)更高的風(fēng)能普及水平方面，由變速操作提供的高可控性是一個(gè)功能強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)（Sorensen等，2005Htansen and Hansen，2007）。　　變速操作允許風(fēng)電機(jī)組在最大空氣動(dòng)力效率下不斷調(diào)整其轉(zhuǎn)速（加速或減速）。設(shè)計(jì)恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)時(shí)，是在一種風(fēng)速下實(shí)現(xiàn)最大的空氣動(dòng)力效率，而變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以在一個(gè)很寬的風(fēng)速變化范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)最大空氣動(dòng)力效率。此外，變速運(yùn)行可以為了實(shí)現(xiàn)不同的目標(biāo)而采用先進(jìn)的控制策略，例如減少機(jī)械應(yīng)力、減少噪聲、增加風(fēng)能捕獲等（Ackermann，2005；Burton等，2007）?！　」β士刂颇芰χ傅氖秋L(fēng)力發(fā)電機(jī)的空氣動(dòng)力性能，特別是在功率限制運(yùn)行范圍內(nèi)。所有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)都具有某種功率控制功能?！　∈倏刂芖ECS　　功率控制最簡(jiǎn)單的形式是在高風(fēng)速下不改變?nèi)~片的幾何形狀而通過(guò)利用失速效應(yīng)來(lái)降低空氣動(dòng)力效率。隨著風(fēng)速的增加，風(fēng)輪空氣動(dòng)力“自然”地驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪處在失速工況。這種方法的關(guān)鍵在于葉片輪廓的特殊設(shè)計(jì)。此設(shè)計(jì)在額定功率附近提供了失速效應(yīng)，而且沒(méi)有不期望的空氣動(dòng)力特性。這一功率控制方法的缺點(diǎn)是：由風(fēng)力引起了較高的機(jī)械應(yīng)力，隨著空氣密度和電網(wǎng)頻率的變化，協(xié)助起動(dòng)和最大穩(wěn)態(tài)功耗的值并沒(méi)有變化（Hansen and Hansen，2007）。　　變槳距控制WECS和主動(dòng)失速控制WECS　　另一種控制功率的方法是改變槳距角從而改變?nèi)~片的幾何形狀。這種方法如今被廣泛應(yīng)用，通過(guò)改變槳距角從而改變風(fēng)速在葉片上的行程，也就是使葉片對(duì)風(fēng)或側(cè)風(fēng)。根據(jù)葉片改變的方向（對(duì)風(fēng)或側(cè)風(fēng)），又分為槳距控制和主動(dòng)失速控制。這兩種方法的具體分析和它們之間的差別將在后續(xù)章節(jié)給出。 　　……

圖書(shū)封面

圖書(shū)標(biāo)簽Tags

無(wú)

評(píng)論、評(píng)分、閱讀與下載

---

    風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化控制 PDF格式下載

---