風(fēng)電變流技術(shù)

目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 主流風(fēng)電變流器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 2
1.2 風(fēng)電變流器的效率提升 3
1.3 風(fēng)電變流器的可靠性提升 5
1.4 風(fēng)電變流器的可用度提升 6
1.5 風(fēng)電機(jī)組的電網(wǎng)支撐與電網(wǎng)故障穿越 8
1.6 風(fēng)電變流技術(shù)展望 9
參考文獻(xiàn) 9
第2章 全功率變換風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 18
2.1 全功率變換風(fēng)電機(jī)組的工作原理 18
2.2 全功率風(fēng)電機(jī)組的數(shù)學(xué)模型 19
2.2.1 風(fēng)速模型 19
2.2.2 風(fēng)力機(jī)模型 21
2.2.3 槳距角控制模型 22
2.2.4 驅(qū)動(dòng)鏈模型 23
2.2.5 發(fā)電機(jī)模型 24
2.2.6 變流器模型 29
2.3 基本控制策略與控制參數(shù)設(shè)計(jì)方法 32
2.3.1 最大功率跟蹤控制 32
2.3.2 網(wǎng)側(cè)變換器控制 34
2.3.3 機(jī)側(cè)變換器控制 35
2.4 變流器控制參數(shù)設(shè)計(jì) 39
2.4.1 鎖相環(huán)控制參數(shù)設(shè)計(jì) 39
2.4.2 網(wǎng)側(cè)變換器控制參數(shù)設(shè)計(jì) 40
2.4.3 機(jī)側(cè)變換器控制參數(shù)設(shè)計(jì) 44
2.5 變流器主電路參數(shù)設(shè)計(jì)方法 46
2.5.1 網(wǎng)側(cè)變換器IGBT參數(shù)設(shè)計(jì) 46
2.5.2 機(jī)側(cè)變換器IGBT參數(shù)設(shè)計(jì) 47
2.5.3 網(wǎng)側(cè)濾波器參數(shù)設(shè)計(jì) 47
2.5.4 機(jī)側(cè)濾波器參數(shù)設(shè)計(jì) 49
2.5.5 直流母線電容參數(shù)設(shè)計(jì) 51
2.5.6 卸荷回路參數(shù)設(shè)計(jì) 52
2.6 設(shè)計(jì)案例 52
參考文獻(xiàn) 54
第3章 雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 55
3.1 雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本工作原理 55
3.2 雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型 56
3.2.1 雙饋感應(yīng)電機(jī)模型 56
3.2.2 網(wǎng)側(cè)濾波器與變流器直流側(cè)模型 60
3.2.3 機(jī)側(cè)變換器矢量控制 61
3.2.4 網(wǎng)側(cè)變換器矢量控制 65
3.2.5 機(jī)側(cè)變換器控制參數(shù)設(shè)計(jì) 66
3.2.6 網(wǎng)側(cè)變換器控制參數(shù)設(shè)計(jì) 68
3.3 主電路參數(shù)設(shè)計(jì)方法 70
3.3.1 轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變換器參數(shù)選型設(shè)計(jì) 70
3.3.2 直流母線電壓設(shè)計(jì) 73
3.3.3 直流母線電容參數(shù)設(shè)計(jì) 74
3.3.4 網(wǎng)側(cè)PWM變換器參數(shù)選型設(shè)計(jì) 75
3.4 雙饋風(fēng)電變流器設(shè)計(jì)案例與仿真分析 76
參考文獻(xiàn) 77
第4章 機(jī)側(cè)變換器優(yōu)化控制技術(shù) 81
4.1 全功率變換機(jī)組的機(jī)側(cè)變換器控制 82
4.1.1 基于PI的矢量控制 82
4.1.2 基于PR的控制策略研究及仿真驗(yàn)證 85
4.1.3 基于直接轉(zhuǎn)矩控制的算法研究及仿真分析 91
4.1.4 性能對(duì)比 98
4.2 雙饋風(fēng)電機(jī)組的機(jī)側(cè)變換器控制 100
4.2.1 機(jī)側(cè)變換器的矢量控制 100
4.2.2 機(jī)側(cè)變換器的直接功率(轉(zhuǎn)矩)控制 101
4.2.3 兩種控制策略的對(duì)比研究 107
4.2.4 控制策略實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 116
4.3 機(jī)側(cè)變換器對(duì)機(jī)組軸系扭振的控制 127
4.3.1 不同控制策略對(duì)軸系振蕩的阻尼作用 127
4.3.2 機(jī)組軸系扭振的鎮(zhèn)定控制 136
4.4 機(jī)側(cè)變換器的無(wú)速度傳感器控制 139
4.4.1 基于脈沖觀測(cè)器的發(fā)電機(jī)磁鏈估計(jì) 139
4.4.2 機(jī)側(cè)變換器無(wú)速度傳感器控制 145
參考文獻(xiàn) 150
第5章 網(wǎng)側(cè)變換器優(yōu)化控制技術(shù) 154
5.1 網(wǎng)側(cè)變換器動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化控制 154
5.1.1 雙閉環(huán)PI控制的動(dòng)態(tài)性能分析 154
5.1.2 電壓給定斜率限制和負(fù)載電流前饋 157
5.1.3 電壓平方反饋控制 158
5.1.4 無(wú)差拍預(yù)測(cè)電流控制 159
5.1.5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析 161
5.2 應(yīng)對(duì)電網(wǎng)電壓不平衡的電流優(yōu)化控制 162
5.2.1 正負(fù)序分解控制 162
5.2.2 滑?？刂?172
5.3 應(yīng)對(duì)電網(wǎng)電壓畸變的電流優(yōu)化控制 192
5.3.1 諧波畸變電網(wǎng)下網(wǎng)側(cè)變換器的功率模型 192
5.3.2 諧波畸變電網(wǎng)下比例多諧振調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)計(jì) 194
5.3.3 諧波畸變電網(wǎng)下基波電壓同步與諧波提取 202
5.3.4 網(wǎng)側(cè)變換器的比例多諧振控制系統(tǒng) 209
5.3.5 硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 210
5.4 直接功率控制 214
5.4.1 基于開(kāi)關(guān)表的網(wǎng)側(cè)變換器直接功率控制 214
5.4.2 基于空間矢量調(diào)制的網(wǎng)側(cè)變換器直接功率控制 217
5.4.3 直接功率控制器參數(shù)設(shè)計(jì)方法 218
5.4.4 仿真分析 219
5.5 無(wú)電網(wǎng)電壓傳感器控制 220
5.5.1 三相VSC的虛擬磁鏈定向控制 220
5.5.2 LCLVSC的簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型 224
5.5.3 LCLVSC的無(wú)電網(wǎng)電壓傳感器控制 225
5.5.4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 228
參考文獻(xiàn) 230
第6章 犔犆犔濾波器和中間直流環(huán)節(jié)的優(yōu)化 231
6.1 網(wǎng)側(cè)LCL濾波器的有源阻尼控制 231
6.1.1 反饋有源阻尼控制理論 232
6.1.2 反饋有源阻尼控制中反饋環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì) 234
6.1.3 LCLVSC的濾波有源阻尼控制 237
6.1.4 仿真分析 240
6.1.5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 243
6.2 變流器中間直流環(huán)節(jié)電壓波動(dòng)抑制 244
6.2.1 基于無(wú)源性理論的風(fēng)電機(jī)組聯(lián)合控制器設(shè)計(jì) 244
6.2.2 具有L 2干擾抑制的無(wú)源控制器改進(jìn) 253
6.2.3 變流器快速性能約束及功率斜率控制 255
6.2.4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析 261
參考文獻(xiàn) 264
第7章 風(fēng)電變流器的電網(wǎng)故障穿越與不間斷運(yùn)行 266
7.1 電網(wǎng)故障下雙饋感應(yīng)電機(jī)的暫態(tài)特性 266
7.1.1 對(duì)稱(chēng)電壓跌落時(shí)的轉(zhuǎn)子開(kāi)路電壓 266
7.1.2 對(duì)稱(chēng)電壓跌落時(shí)的轉(zhuǎn)子電流 268
7.1.3 仿真驗(yàn)證 270
7.2 電網(wǎng)故障穿越 273
7.2.1 國(guó)外電壓故障穿越相關(guān)規(guī)范 273
7.2.2 中國(guó)故障電壓穿越相關(guān)規(guī)范 275
7.2.3 低電壓穿越保護(hù)方案 276
7.3 故障不間斷運(yùn)行 285
7.3.1 定子側(cè)串聯(lián)阻抗 285
7.3.2 轉(zhuǎn)子側(cè)串聯(lián)電阻 302
參考文獻(xiàn) 313
第8章 模塊化組合并聯(lián)風(fēng)電變換器 314
8.1 多變流回路并聯(lián)技術(shù) 314
8.1.1 多變流回路并聯(lián)方法 314
8.1.2 多變換器并聯(lián)的環(huán)流特性 316
8.1.3 多變換器并聯(lián)的環(huán)流控制 319
8.1.4 多變換器并聯(lián)仿真分析 322
8.2 并聯(lián)變換器系統(tǒng)的效率提升技術(shù) 328
8.2.1 中低壓開(kāi)關(guān)混合的三電平NPC變換器 328
8.2.2 基于DPWM的交錯(cuò)并聯(lián)調(diào)制降損優(yōu)化 336
8.2.3 并聯(lián)變換器系統(tǒng)運(yùn)行效率優(yōu)化控制 343
8.2.4 發(fā)電機(jī)變流器組的整體效率優(yōu)化控制 353
8.3 基于環(huán)流的并聯(lián)變換器系統(tǒng)熱狀態(tài)控制 360
8.3.1 并聯(lián)變換器系統(tǒng)的主動(dòng)環(huán)流控制 361
8.3.2 基于環(huán)流的熱應(yīng)力平滑控制 365
8.3.3 基于環(huán)流的預(yù)防凝露控制 371
參考文獻(xiàn) 374
第9章 并聯(lián)變流系統(tǒng)的容錯(cuò)與重構(gòu)運(yùn)行 376
9.1 并聯(lián)型風(fēng)電變流器的容錯(cuò)控制 377
9.1.1 并聯(lián)變流系統(tǒng)的橋臂開(kāi)路故障運(yùn)行機(jī)制 377
9.1.2 并聯(lián)變流系統(tǒng)的容錯(cuò)控制策略 379
9.1.3 并聯(lián)三電平變換器系統(tǒng)的外管開(kāi)路故障容錯(cuò)控制 384
9.1.4 仿真分析與驗(yàn)證 389
9.2 故障重構(gòu)控制 392
9.2.1 并聯(lián)變流系統(tǒng)的故障重構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 392
9.2.2 故障檢測(cè)與故障隔離 395
9.2.3 并聯(lián)變流器系統(tǒng)重構(gòu)控制策略 396
9.2.4 仿真分析與驗(yàn)證 398
9.2.5 實(shí)驗(yàn)研究 402
參考文獻(xiàn) 404
第10章 風(fēng)電變流器的電壓源控制 405
10.1 基本概念 405
10.2 網(wǎng)側(cè)變換器的慣性同步控制 406
10.3 機(jī)側(cè)變換器的慣量傳遞控制 408
10.3.1 全功率變換風(fēng)電機(jī)組的機(jī)側(cè)變換器控制 408
10.3.2 雙饋風(fēng)電機(jī)組的機(jī)側(cè)變換器控制 410
10.4 電壓源控制的實(shí)驗(yàn)研究與對(duì)比分析 412
10.4.1 對(duì)電網(wǎng)頻率阻尼的能力 413
10.4.2 弱電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性 414
10.4.3 電網(wǎng)頻率的二次跌落 415
10.4.4 機(jī)組載荷分析 416
10.4.5 對(duì)比分析與綜合評(píng)估 417
10.4.6 機(jī)側(cè)慣量傳遞網(wǎng)側(cè)慣性同步控制的優(yōu)化 418
參考文獻(xiàn) 420
附錄1 2MW永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組變流控制器硬件在環(huán)實(shí)時(shí)仿真平臺(tái) 422
附錄2 350KW感應(yīng)電機(jī)全功率變換風(fēng)電機(jī)組變流系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 425
附錄3 2MW雙饋風(fēng)電機(jī)組變流控制器硬件在環(huán)實(shí)時(shí)仿真平臺(tái) 429
附錄4 雙變流回路并聯(lián)的3MW/4MVA全功率變流實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 432