譯者序

前言

第1章風力發(fā)電系統(tǒng)概述1

1.1引言1

1.2恒速風力機（FSWT）的基本概念1

1.2.1風力機的基本介紹1

1.2.2風力機的功率控制4

1.2.3風力機空氣動力學6

1.2.4商用風力機實例8

1.3變速風力機(VSWTs)9

1.3.1變速風力機的建模10

1.3.2變速風力機的控制系統(tǒng)13

1.3.3變速風力機的電氣系統(tǒng)19

1.4基于DFIM VSWT的風力發(fā)電系統(tǒng)22

1.4.1DFIM VSWT的電氣配置22

1.4.2風電場的電氣配置28

1.4.3WEGS控制結構30

1.5并網導則要求34

1.5.1頻率與電壓運行范圍34

1.5.2無功功率與電壓控制能力35

1.5.3有功功率控制36

1.5.4電力系統(tǒng)穩(wěn)定器功能39

1.5.5低電壓穿越（LVRT）39

1.6電壓跌落與LVRT39

1.6.1電力系統(tǒng)40

1.6.2電壓跌落42

1.6.3西班牙的驗證程序46

1.7DFIMVSWT制造商48

1.7.1工業(yè)解決方案：風力機制造商48

1.7.2一臺2.4MW風力機的建模61

1.7.3發(fā)電機穩(wěn)態(tài)運行點與功率變換器容量67

1.8對后續(xù)各章的介紹71

參考文獻72

第2章背靠背電力電子變換器73

2.1引言73

2.2基于兩電平拓撲的背靠背變換器74

2.2.1網側系統(tǒng)74

2.2.2轉子側變換器及dv/dt濾波器80

2.2.3直流母線83

2.2.4可控開關驅動脈沖的產生方法84

2.3多電平VSC拓撲結構94

2.3.1三電平中點鉗位式VSC拓撲結構(3L-NPC)96

2.4網側系統(tǒng)的控制108

2.4.1網側系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)模型108

2.4.2網側系統(tǒng)的動態(tài)模型112

2.4.3網側系統(tǒng)的矢量控制116

2.5總結123

參考文獻123

第3章DFIM穩(wěn)態(tài)模型125

3.1引言125

3.2穩(wěn)態(tài)等效電路125

3.2.1DFIM基本概念125

3.2.2穩(wěn)態(tài)等效電路126

3.2.3相量圖130

3.3不同運行工況下的速度和功率流向132

3.3.1有功功率的基本關系132

3.3.2轉矩表達式134

3.3.3無功功率表達式135

3.3.4有功功率、轉矩和速度之間的近似關系135

3.3.5四象限運行136

3.4標幺化138

3.4.1基準值138

3.4.2變量和參數(shù)標幺化139

3.4.3標幺制下的DFIM穩(wěn)態(tài)方程140

3.4.4例3.1：一臺2MWDFIM參數(shù)141

3.4.5例3.2：不同功率等級的DFIM參數(shù)143

3.4.6例3.3：2MWDFIM相量圖以及標幺化分析144

3.5穩(wěn)態(tài)工作曲線：性能評估146

3.5.1轉子電壓比：頻率、幅值和相位147

3.5.2轉子電壓比：電壓幅值、頻率比值（V-F）恒定153

3.5.3轉子電壓改變：控制定子側無功和轉矩155

3.6DFIM應用于風力發(fā)電設備的設計要求161

3.7總結164

參考文獻165

第4章DFIM動態(tài)模型166

4.1引言166

4.2DFIM動態(tài)建模166

4.2.1αβ坐標系下模型168

4.2.2dq坐標系下模型170

4.2.3αβ模型的狀態(tài)空間表示171

4.2.4dq模型的狀態(tài)空間表示183

4.2.5穩(wěn)態(tài)模型和動態(tài)模型間的關系187

4.3總結190

參考文獻190

第5章DFIM測試192

5.1引言192

5.2DFIM模型參數(shù)的離線估算192

5.2.1對DFIM模型參數(shù)的考慮193

5.2.2采用VSC估算定轉子電阻195

5.2.3基于VSC的漏感估算198

5.2.4空載條件下采用VSC估測勵磁電感和鐵損203

5.3總結208

參考文獻208

第6章電壓跌落時DFIM的特性分析210

6.1引言210

6.2轉子感應電動勢210

6.3正常工況運行特性211

6.4三相電壓跌落212

6.4.1轉子開路電壓完全跌落的情況213

6.4.2轉子開路部分電壓跌落的情況216

6.5不對稱電壓跌落221

6.5.1對稱分量法基本原理222

6.5.2對稱分量法應用于DFIM224

6.5.3單相電壓跌落226

6.5.4相間電壓跌落230

6.6轉子電流的影響232

6.6.1三相電壓完全跌落時轉子電流的影響232

6.6.2一般情況下的轉子電壓235

6.7電壓跌落期間雙饋感應電機的等效模型237

6.7.1線性等效模型238

6.7.2非線性等效模型239

6.7.3電網模型240

6.8小結240

參考文獻241

第7章并網DFIM風電機組的矢量控制策略243

7.1引言243

7.2矢量控制243

7.2.1電流指令值的計算244

7.2.2電流指令值的限制246

7.2.3電流控制環(huán)247

7.2.4坐標定向250

7.2.5完整控制系統(tǒng)251

7.3矢量控制的小信號穩(wěn)定性251

7.3.1坐標定向的影響252

7.3.2控制器調節(jié)的影響256

7.4電網電壓不平衡條件下矢量控制的行為262

7.4.1坐標定向262

7.4.2轉子側變換器的飽和262

7.4.3定子電流和電磁轉矩的振蕩263

7.5電壓跌落下矢量控制的行為265

7.5.1輕微電壓跌落266

7.5.2嚴重電壓跌落270

7.6電網擾動下的控制方案272

7.6.1去磁電流272

7.6.2雙重控制策略279

7.7總結288

參考文獻289

第8章DFIM直接控制技術292

8.1引言292

8.2DFIM直接轉矩控制（DTC）293

8.2.1基本原理293

8.2.2控制框圖295

8.2.3例8.1:2MWDFIM直接轉矩控制302

8.2.4轉子電壓矢量對DFIM影響的研究303

8.2.5例8.2:采用DTC下2MWDFIM的頻譜分析308

8.2.6轉子磁鏈幅值參考值的產生308

8.3DFIM直接功率控制（DPC）311

8.3.1基本原理311

8.3.2控制框圖312

8.3.3例8.3:2MWDFIM直接功率控制316

8.3.4轉子電壓矢量對DFIM影響的研究317

8.4DFIM定開關頻率的預測直接轉矩控制（P-DTC）320

8.4.1基本原理321

8.4.2控制框圖322

8.4.3例8.4：開關頻率800Hz時，15kW和2MWDFIM的P-DTC330

8.4.4例8.5：4kHz開關頻率下15kWDFIM的P-DTC策略333

8.5DFIM定開關頻率的預測直接功率控制（P-DPC）333

8.5.1基本原理334

8.5.2控制框圖335

8.5.3例8.6：定開關頻率1kHz下15kWDFIM的P-DPC339

8.6基于多電平變換器的DFIM定開關頻率P-DPC和P-DTC341

8.6.1前言341

8.6.2基于3L-NPCVSC的DFIMP-DPC342

8.6.3基于3L-NPCVSC的DFIMP-DTC357

8.7電網電壓擾動下基于直接控制技術的控制解決方案361

8.7.1前言361

8.7.2不平衡電網電壓下的DPC策略361

8.7.3不平衡電網電壓下的DTC策略366

8.7.4電壓跌落下的DTC372

8.8總結377

參考文獻377

第9章低電壓穿越（LVRT）的硬件解決方案381

9.1引言381

9.2與LVRT相關的并網導則381

9.3Crowbar383

9.3.1主動型Crowbar的設計384

9.3.2三相電壓跌落的響應特性386

9.3.3不對稱跌落的響應特性387

9.3.4Crowbar和控制算法的協(xié)調390

9.4制動斬波器391

9.4.1獨立安裝的制動斬波器性能392

9.4.2Crowbar和制動斬波器的配合393

9.5其他保護技術394

9.5.1負載代替394

9.5.2風電場解決方案395

9.6總結395

參考文獻396

第10章其他控制問題：估算器結構和并網DFIM的起動398

10.1簡介398

10.2估算器和觀測器結構398

10.2.1一般考慮398

10.2.2用于轉子側DPC的定子有功和無功功率估算399

10.2.3轉子側矢量控制中基于定子電壓的定子磁鏈估算器400

10.2.4轉子側矢量控制中基于定子電壓的定子磁鏈同步402

10.2.5轉子側DPC、DTC和矢量控制所需的定轉子磁鏈估算器403

10.2.6定轉子磁鏈全階觀測器403

10.3DFIM風電機組的起動406

10.3.1編碼器整定408

10.3.2與電網同步412

10.3.3DFIM風電機組序列化起動過程416

10.4總結425

參考文獻425

第11章基于DFIM的獨立發(fā)電系統(tǒng)427

11.1引言427

11.1.1獨立運行DFIM系統(tǒng)的要求427

11.1.2直流側帶儲能裝置的DFIM特性428

11.1.3濾波電容的選擇430

11.2獨立運行下DFIM系統(tǒng)的數(shù)學描述432

11.2.1獨立運行下DFIM模型432

11.2.2基于電流源饋電的獨立運行DFIM模型436

11.2.3獨立運行DFIM的極坐標模型439

11.2.4基于電流源饋電的獨立運行DFIM的極坐標模型443

11.3定子電壓控制445

11.3.1基于PLL的幅值和頻率控制445

11.3.2不平衡負載條件下獨立運行系統(tǒng)電壓不對稱校正452

11.3.3非線性負載條件下電壓諧波抑制455

11.4并網前獨立運行系統(tǒng)采用PLL控制同步458

11.5總結461

參考文獻461

第12章風力發(fā)電的新趨勢463

12.1引言463

12.2風力發(fā)電未來的挑戰(zhàn)：什么是必須創(chuàng)新的463

12.2.1風電場位置的選取464

12.2.2能量、效率與可靠性的增加465

12.2.3電網一體化466

12.2.4環(huán)境問題466

12.3技術趨勢：如何實現(xiàn)467

12.3.1風電機組的機械結構467

12.3.2功率傳輸技術468

12.4總結478

參考文獻479

附錄482

A.1空間矢量表達482

A.1.1空間矢量表示法482

A.1.2不同坐標系之間的變換484

A.1.3功率表達486

A.2考慮鐵損的DFIM動態(tài)建模487

A.2.1αβ坐標系中的模型488

A.2.2dq坐標系中的模型490

A.2.3用狀態(tài)空間表示的αβ模型491

參考文獻493