風電場并網(wǎng)穩(wěn)定性技術(shù)

前言

　　隨著《可再生能源法》以及相關(guān)配套法規(guī)的制定、頒布和實施，我國風電行業(yè)迎來了發(fā)展的春天。6年來，我國風電裝機容量每年都增加100％左右，已經(jīng)提前3年并超額完成了“十一五”規(guī)劃的風力發(fā)電裝機目標。2008年我國新增風力發(fā)電裝機容量為6153.7MW，2009年新增風力發(fā)電裝機容量為13803.2MW。截止到2009年底，我國總風力發(fā)電裝機容量為25805.3MW，僅次于美國，居世界第二?！　★L能是不可控、間斷、隨機的，大規(guī)模風電并入電網(wǎng)后，必須解決電量消納問題。當風電場滿發(fā)時，當?shù)仉娋W(wǎng)不能完全消納，多余的電力如何處理。當風電場出力很小、甚至為零時，當?shù)仉娋W(wǎng)是否有足夠的備用機組能保證負荷用電需要。這里帶來的電力調(diào)度、電力調(diào)峰、電力儲存等問題，是全新的問題。　　風電場多處偏遠地區(qū)，一般接于電網(wǎng)末端，使系統(tǒng)潮流發(fā)生了改變，影響了電網(wǎng)的穩(wěn)定性?，F(xiàn)有電網(wǎng)在規(guī)劃之初沒有考慮風電的接入，接入風電后，風電場附近的電壓和功率可能超出安全范圍。

內(nèi)容概要

本書提出了提高風電場并網(wǎng)穩(wěn)定性的方法，它從機械和電氣兩方面人手，對風力發(fā)電機組進行了深入細致的研究：機械方面，重點體現(xiàn)在傳動鏈的模型和槳距控制等方面的改進；電氣方面，主要介紹了適用于風電場的各種控制方法，本書對恒速風力發(fā)電機組、變速風力發(fā)電機組、槳距控制器和氫能發(fā)生器等進行了詳細的介紹，并且對超導儲能、電容器儲能、飛輪儲能、靜止同步補償器／蓄電池等儲能裝置在風電場中的應用進行了深入探討。　　本書適用于在風力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域工作的工程技術(shù)人員、科研人員、在校學生，也適用于具有良好的數(shù)學和物理基礎(chǔ)的、任何想成為風電專家的人。

書籍目錄

譯者序原書序前言第1章 緒論　1.1 可再生能源　1.2 全球風力發(fā)電的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢　　1.2.1 美國　　1.2.2 亞洲　　1.2.3 歐洲　　1.2.4 中東和北非地區(qū)　　1.2.5 太平洋地區(qū)　　1.2.6 拉丁美洲和加勒比海地區(qū)　1.3 風力機技術(shù)綜述　1.4 風電場的并網(wǎng)　1.5 本書背景　1.6 本書的研究目標和范圍　1.7 本書概要第2章 風力機建?！?.1 風能輸出　　2.1.1 理想風力機的功率輸出　　2.1.2 實際風力機的功率輸出　2.2 風力發(fā)電機組系統(tǒng)　2.3 恒速風力發(fā)電機組系統(tǒng)　　2.3.1 恒速風力發(fā)電機組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)　　2.3.2 恒速風力發(fā)電機組系統(tǒng)特性　　2.3.3 驅(qū)動鏈模型　　2.3.4 不同驅(qū)動鏈模型的比較　2.4 變速風力發(fā)電機組系統(tǒng)　　2.4.1 變速風力發(fā)電機組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)　　2.4.2 變速風力發(fā)電機組系統(tǒng)特性　　2.4.3 變速風力發(fā)電機組對驅(qū)動鏈模型的影響　2.5 本章小結(jié)第3章 槳距控制器　3.1 傳統(tǒng)槳距控制器　3.2 基于模糊邏輯槳距控制器的功率和轉(zhuǎn)速控制　　3.2.1 控制器設計　　3.2.2 系統(tǒng)模型　　3.2.3 模糊邏輯槳距控制器的仿真結(jié)果　3.3 平滑風力發(fā)電機輸出功率的新型槳距控制器　　3.3.1 控制器功率輸入指令的計算　　3.3.2 槳距控制器的設計　　3.3.3 能量損失和平滑估算　　3.3.4 系統(tǒng)模型　　3.3.5 新型槳距控制器的仿真結(jié)果　3.4 本章小結(jié)第4章 靜止同步補償器　4.1 靜止同步補償器的基本原理　4.2 系統(tǒng)模型　4.3 靜止同步補償器的建模及控制策略　4.4 連接于恒速發(fā)電機的靜止同步補償器的仿真與分析　　4.4.1 用靜止同步補償器提高風力發(fā)電機組的暫態(tài)穩(wěn)定性　　4.4.2 用靜止同步補償器改善風力發(fā)電機組的電能質(zhì)量　　4.4.3 在靜止同步補償器補償下風力發(fā)電機組葉片一軸系的扭振阻尼　4.5 本章小結(jié)第5章 風電場中的儲能裝置　5.1 電力系統(tǒng)中的儲能裝置　　5.1.1 儲能裝置的應用　　5.1.2 裝置簡介　5.2 儲能裝置中電力電子技術(shù)的應用　5.3 風力發(fā)電用儲能裝置　　5.3.1 靜止同步補償器／電池儲能裝置　　5.3.2 超導儲能裝置　　5.3.3 飛輪儲能裝置　　5.3.4 電容器儲能裝置　5.4 性價比分析　5.5 本章小結(jié)第6章 風能制氫　6.1 氫能簡介　6.2 氫氣發(fā)生器的建?！?.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)　　6.3.1 模型1(整流器、直流斬波器和電解器)　　6.3.2 模型2(整流器和電解器)　　6.3.3 氫氣產(chǎn)量的計算方法　6.4 采用風能供電的氫氣發(fā)生器的應用現(xiàn)狀　6.5 在風力機塔架中的氫氣儲存　　6.5.1 壓力儲氫罐　　6.5.2 塔架　　6.5.3 儲氫塔架　6.6 本章小結(jié)第7章 帶儲能電容器和氫氣發(fā)生器的風電場運行策略　7.工儲能電容器系統(tǒng)的模型和控制策略　　7.1.1 雙電層電容器的模型　　7.1.2 電壓源變流器的建模和控制策略　　7.1.3 Buck／boostDC-DC變換器的建?！?.2 氫氣發(fā)生器的模型　7.3 風電場輸出功率的平滑和端電壓的控制　　7.3.1 系統(tǒng)模型　　7.3.2 輸出功率的參考值　　7.3.3 全系統(tǒng)仿真研究　7.4 電容器儲能提高風力發(fā)電機組的瞬態(tài)穩(wěn)定性　　7.4.1 瞬態(tài)分析的系統(tǒng)模型　　7.4.2 瞬態(tài)分析的仿真結(jié)果　7.5 本章小結(jié)第8章 變速永磁同步風力發(fā)電機組穩(wěn)定性的提高　8.1 最大功率點跟蹤　8.2 永磁同步發(fā)電機的建模　8.3 整流器斗直流環(huán)節(jié)+逆變器拓撲結(jié)構(gòu)的變速永磁同步風力發(fā)電機組　　8.3.1 發(fā)電機側(cè)整流器的建模與控制策略　　8.3.2 電網(wǎng)側(cè)逆變器的建模與控制策略　　8.3.3 系統(tǒng)模型　　8.3.4 仿真分析　8.4 整流器+直流斬波環(huán)節(jié)+直流環(huán)節(jié)十逆變器拓撲結(jié)構(gòu)的變速永磁同步風力發(fā)電機組　　8.4.1 整流器拓撲結(jié)構(gòu)　　8.4.2 直流斬波控制策略　　8.4.3 電網(wǎng)側(cè)逆變器模型與控制策略　　8.4.4 系統(tǒng)模型　　8.4.5 仿真分析　8.5 本章小結(jié)附錄　A.1 式(4-1)的推導　A.2 電解器參數(shù)參考文獻

章節(jié)摘錄

　　6）本書中的高能電容器系統(tǒng)（ECS）拓撲結(jié)構(gòu)可以明顯地減小并網(wǎng)型恒速風力發(fā)電機組的功率擾動，同時ECS拓撲結(jié)構(gòu)也適合于變速風力發(fā)電機組。平滑風力發(fā)電機組輸出功率的最主要問題是如何選定風電場的參考功率.一些國家由輸電公司（TSO）或者電網(wǎng)專家提供風電場并網(wǎng)協(xié)議，風電場并網(wǎng)協(xié)議根據(jù)電網(wǎng)電壓等級或者低電壓穿越能力是否易于實現(xiàn)來制定。由于風能具有隨機性，因此參考功率不易設定。　　此外，對單個風力發(fā)電機組設置參考功率會增加控制系統(tǒng)的復雜性。因此，強調(diào)基于參考線性功率以平滑風電場的輸出功率。然而，恒定的參考線性功率不是最佳選擇，假若如此，發(fā)電機控制系統(tǒng)會變得非常龐大?！　”緯捎弥笖?shù)移動平均模型產(chǎn)生參考線性功率。通過采用這種方法，可以減小發(fā)電機控制單元的規(guī)模。控制系統(tǒng)的目標是通過消耗或者產(chǎn)生有功功率來跟隨參考線性功率的。發(fā)電機控制系統(tǒng)的控制策略為，IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）采用正弦脈寬調(diào)制的電壓源變流器和DC-DC斬波變流器。

編輯推薦

　　《風電場并網(wǎng)穩(wěn)定性技術(shù)》介紹了一種穩(wěn)定風電場功率輸出的通用方法，這其中包括了恒速和變速兩種風力發(fā)電機組構(gòu)成的系統(tǒng)?！讹L電場并網(wǎng)穩(wěn)定性技術(shù)》提供了一個適用于風電場建模和控制策略分析的工具，具體提出了一種采用儲能裝置減小風電場輸出功率和輸出端電壓波動的新方法，同時討論了該系統(tǒng)瞬態(tài)穩(wěn)定性的提高方法?！讹L電場并網(wǎng)穩(wěn)定性技術(shù)》還提供了進行系統(tǒng)建模和控制器設計的先進仿真工具，同時給出了仿真結(jié)果?！　∪蜃兣h(huán)境污染以及化石能源的日益衰竭，都成為了科技進步的巨大推動力。綠色能源技術(shù)為包含保護環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展在內(nèi)的綠色科技提供了一個展示的平臺。近年來，綠色科技研究熱點集中在能源和電源供應兩方面，風能是其最重要的研究方面之一。

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