能源是人類賴以生存和發(fā)展的驅(qū)動力，從蒸汽時代到電氣時代，每一次能源方式的變革都標志著人類文明的進步。盡管全球的能源消費結(jié)構(gòu)仍然以石油、煤炭、天然氣等化石能源為主，但是隨著全球能源危機、生態(tài)環(huán)境和氣候變化等問題的日益顯現(xiàn)，開發(fā)綠色低碳、高效清潔的新能源已成為世界各國共同的迫切需求與目標。
　　從十九世紀末風力發(fā)電機組的誕生，到今天風電產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化、規(guī)�；�運營，風力發(fā)電的優(yōu)勢在長期的探索與發(fā)展中逐步凸顯，成為未來全球能源轉(zhuǎn)型的主要方向之一。為了提升風電的市場競爭力，不僅要求風力發(fā)電機組向大容量、高可靠和智能化的方向發(fā)展，而且需要風電場建設向風況更復雜的低風速地區(qū)、環(huán)境更惡劣的海上區(qū)域拓展。這其中所面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)制約著風力發(fā)電的發(fā)展、關(guān)系著能源變革的進程。本書正是聚焦大型風力發(fā)電機組在復雜湍流風速環(huán)境下的風能捕獲問題，從氣動、電氣和控制多學科交叉融合的視角，對該問題進行了深入分析、系統(tǒng)論述和前瞻探索。
　　全書具體內(nèi)容安排如下：
　　第1章梳理了風力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展歷史和未來趨勢，介紹了風力發(fā)電機組的基本組成、主要類型和運行原理，并從機電動態(tài)和電磁動態(tài)兩個時間尺度闡述了風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理。
　　第2章介紹了適用于風能捕獲跟蹤控制研究的風速模型、氣動模型和傳動鏈模型，并且闡述了關(guān)注機電動態(tài)的風力發(fā)電機組復雜模型與簡化模型。
　　第3章概述了變速風力發(fā)電機組的最大功率點跟蹤原理，介紹了基于該原理的變速風力機氣動設計方法與跟蹤控制方法。圍繞跟蹤損失和跟蹤失效問題，論述了湍流風速對大型風力機最大功率點跟蹤效果的影響，并提煉出提升風力機風能捕獲的三條技術(shù)路線。
　　第4章論述了基于提升風力機跟蹤性能的風能捕獲跟蹤控制技術(shù)，即第一條技術(shù)路線。主要包括：基于增大不平衡轉(zhuǎn)矩的改進方法、基于減小轉(zhuǎn)矩增益的改進方法和基于自適應調(diào)整轉(zhuǎn)矩增益的改進方法。
　　第5章論述了基于氣動參數(shù)與風力機跟蹤關(guān)聯(lián)協(xié)調(diào)的風能捕獲跟蹤控制技術(shù)，即第二條技術(shù)路線。主要包括：基于來流風能分布的運行工況描述方法、協(xié)調(diào)風力機跟蹤性能的翼型多攻角設計優(yōu)化、葉片氣動外形正設計方法和葉片氣動外形逆設計方法。
　　第6章論述了基于參考輸入與風力機跟蹤關(guān)聯(lián)協(xié)調(diào)的風能捕獲跟蹤控制技術(shù)，即第三條技術(shù)路線。主要包括：收縮跟蹤區(qū)間和有效跟蹤區(qū)間的提出，基于風能分布、神經(jīng)網(wǎng)絡和響應面模型的有效跟蹤區(qū)間估計方法及相應的針對傳統(tǒng)的最優(yōu)轉(zhuǎn)矩法的改進方法。
　　第7章論述了基于能控度優(yōu)化風力機結(jié)構(gòu)參數(shù)的風能捕獲跟蹤控制技術(shù)，在闡明狀態(tài)能控度與跟蹤控制效果內(nèi)在關(guān)系的基礎上，給出了基于參數(shù)攝動裕度能控度與能量能控度的風力機結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設計方法。
　　這些內(nèi)容是對作者過往風電研究工作的梳理和總結(jié)。該研究源自國網(wǎng)江蘇省電力有限公司于2008年設立的關(guān)于低風速風電的科技項目“風能綜合利用及示范應用研究”（J2008093），并具體經(jīng)歷了四個階段：
　　（1）發(fā)現(xiàn)低風速場景下傳統(tǒng)最大功率點跟蹤的跟蹤失效現(xiàn)象，探索了發(fā)生機理。
　　2008～2011年期間，在時任江蘇省電力試驗研究院研究室主任李群博士負責的低風速風電機組研發(fā)過程中，當時負責跟蹤控制策略研發(fā)的殷明慧博士發(fā)現(xiàn)：在某些低風速條件下，會出現(xiàn)無論使用怎樣的跟蹤控制策略，風力機都完全跟蹤不上傳統(tǒng)最優(yōu)轉(zhuǎn)速的現(xiàn)象。進一步研究表明，這是由于低風速風場普遍存在的風速湍流特性對風力機動態(tài)響應特性提出了更高的要求，但風輪尺寸大幅增大卻嚴重降低了低風速風力機的動態(tài)響應性能，致使風力機跟蹤性能與跟蹤要求之間的矛盾加劇、從而造成經(jīng)典最大功率點跟蹤（Maximum Power Point Tracking．MPPT）控制難以實現(xiàn)低風速風能高效率捕獲的結(jié)果。這部分內(nèi)容具體參見第3章。
　�。�2）改進了低風速風力機MPPT控制策略，得出在目前技術(shù)條件下單純依賴控制系統(tǒng)設計已很難進一步實質(zhì)性地提高風能捕獲效率的結(jié)論。這一方面的研究獲得國家自然科學基金“復雜風場最大功率點跟蹤控制的機理分析與設計”（61203129）資助。
　　這一研究集中在2012～2015年，相關(guān)工作主要是試圖通過優(yōu)化控制系統(tǒng)設計參數(shù)的傳統(tǒng)方法解決（1）中提出的跟蹤控制問題。研究發(fā)現(xiàn)：低風速場景下，盡管控制系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化設計可以部分提高風能捕獲效率，但由于發(fā)電機容量和機組結(jié)構(gòu)載荷的限制，僅僅通過該技術(shù)途徑已經(jīng)很難取得風能捕獲效率的顯著提升。在此期間攻讀博士學位的張小蓮博士、周連俊博士和陳載宇博士圍繞提升跟蹤性能問題先后取得的相關(guān)研究進展，為獲得這一結(jié)論提供了可靠的理論分析與仿真實驗依據(jù)。這部分內(nèi)容具體參見第4章。
　�。�3）開展了氣動參數(shù)一跟蹤控制一體化設計，以進一步突破低風速場景風能捕獲效率瓶頸。相關(guān)研究先后獲得“一體化設計新探索：系統(tǒng)的控制性設計、概念與方法”（61174038）和“受控對象結(jié)構(gòu)與控制器一體化設計：低風速風機氣動參數(shù)與MPPT控制的關(guān)聯(lián)協(xié)調(diào)優(yōu)化方法”（61673 213）兩項國家自然科學基金資助。