風電變流技術 版權信息
- ISBN:9787030631466
- 條形碼:9787030631466 ; 978-7-03-063146-6
- 裝幀:平裝膠訂
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風電變流技術 本書特色
隨著大型風電場的快速建設,經濟有效的風能匯聚和傳輸方式已被日益關注。目前對大型風電場而言,交流型電網仍被用于風電場的電能匯聚,并通過工頻變壓器升壓經高壓交流線路輸送并網。其主要的弊端是需要笨重的工頻變壓器和無功補償裝置,用于海上風電場時還需要造價高昂的海上平臺來放置這些設備,另外交流電纜的輸送能力也較低、損耗較大。柔性高壓直流輸電技術由于其損耗低、無需無功補償,已被證明是遠距離輸送大規模風能的解決方案。本書將從電氣工程專業的角度,重點介紹大型風電場的柔性直流并網技術,包括已經工程化的大型交流風電場及其直流并網技術,以及預期中的全直流風電場及其直流并網技術和交直流風電場群的直流并網技術。其中每種風電場的柔性直流并網技術的內容將涵蓋:組網技術、關鍵裝備技術、運行與控制、故障與保護。
風電變流技術 內容簡介
本書共分十章, 該書從電氣工程專業的角度, 重點介紹大型風電場的柔性直流并網技術, 包括已經工程化的大型交流風電場及其直流并網技術, 以及預期中的全直流風電場及其直流并網技術和交直流風電場群的直流并網技術。
風電變流技術 目錄
目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 主流風電變流器的電路拓撲結構 2
1.2 風電變流器的效率提升 3
1.3 風電變流器的可靠性提升 5
1.4 風電變流器的可用度提升 6
1.5 風電機組的電網支撐與電網故障穿越 8
1.6 風電變流技術展望 9
參考文獻 9
第2章 全功率變換風力發電系統 18
2.1 全功率變換風電機組的工作原理 18
2.2 全功率風電機組的數學模型 19
2.2.1 風速模型 19
2.2.2 風力機模型 21
2.2.3 槳距角控制模型 22
2.2.4 驅動鏈模型 23
2.2.5 發電機模型 24
2.2.6 變流器模型 29
2.3 基本控制策略與控制參數設計方法 32
2.3.1 *大功率跟蹤控制 32
2.3.2 網側變換器控制 34
2.3.3 機側變換器控制 35
2.4 變流器控制參數設計 39
2.4.1 鎖相環控制參數設計 39
2.4.2 網側變換器控制參數設計 40
2.4.3 機側變換器控制參數設計 44
2.5 變流器主電路參數設計方法 46
2.5.1 網側變換器IGBT參數設計 46
2.5.2 機側變換器IGBT參數設計 47
2.5.3 網側濾波器參數設計 47
2.5.4 機側濾波器參數設計 49
2.5.5 直流母線電容參數設計 51
2.5.6 卸荷回路參數設計 52
2.6 設計案例 52
參考文獻 54
第3章 雙饋風力發電系統 55
3.1 雙饋風力發電系統的基本工作原理 55
3.2 雙饋風力發電系統的動態模型 56
3.2.1 雙饋感應電機模型 56
3.2.2 網側濾波器與變流器直流側模型 60
3.2.3 機側變換器矢量控制 61
3.2.4 網側變換器矢量控制 65
3.2.5 機側變換器控制參數設計 66
3.2.6 網側變換器控制參數設計 68
3.3 主電路參數設計方法 70
3.3.1 轉子側PWM變換器參數選型設計 70
3.3.2 直流母線電壓設計 73
3.3.3 直流母線電容參數設計 74
3.3.4 網側PWM變換器參數選型設計 75
3.4 雙饋風電變流器設計案例與仿真分析 76
參考文獻 77
第4章 機側變換器優化控制技術 81
4.1 全功率變換機組的機側變換器控制 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證 85
4.1.3 基于直接轉矩控制的算法研究及仿真分析 91
4.1.4 性能對比 98
4.2 雙饋風電機組的機側變換器控制 100
4.2.1 機側變換器的矢量控制 100
4.2.2 機側變換器的直接功率(轉矩)控制 101
4.2.3 兩種控制策略的對比研究 107
4.2.4 控制策略實驗驗證 116
4.3 機側變換器對機組軸系扭振的控制 127
4.3.1 不同控制策略對軸系振蕩的阻尼作用 127
4.3.2 機組軸系扭振的鎮定控制 136
4.4 機側變換器的無速度傳感器控制 139
4.4.1 基于脈沖觀測器的發電機磁鏈估計 139
4.4.2 機側變換器無速度傳感器控制 145
參考文獻 150
第5章 網側變換器優化控制技術 154
5.1 網側變換器動態性能優化控制 154
5.1.1 雙閉環PI控制的動態性能分析 154
5.1.2 電壓給定斜率限制和負載電流前饋 157
5.1.3 電壓平方反饋控制 158
5.1.4 無差拍預測電流控制 159
5.1.5 實驗驗證與分析 161
5.2 應對電網電壓不平衡的電流優化控制 162
5.2.1 正負序分解控制 162
5.2.2 滑模控制 172
5.3 應對電網電壓畸變的電流優化控制 192
5.3.1 諧波畸變電網下網側變換器的功率模型 192
5.3.2 諧波畸變電網下比例多諧振調節器的參數設計 194
5.3.3 諧波畸變電網下基波電壓同步與諧波提取 202
5.3.4 網側變換器的比例多諧振控制系統 209
5.3.5 硬件在環實驗驗證 210
5.4 直接功率控制 214
5.4.1 基于開關表的網側變換器直接功率控制 214
5.4.2 基于空間矢量調制的網側變換器直接功率控制 217
5.4.3 直接功率控制器參數設計方法 218
5.4.4 仿真分析 219
5.5 無電網電壓傳感器控制 220
5.5.1 三相VSC的虛擬磁鏈定向控制 220
5.5.2 LCLVSC的簡化數學模型 224
5.5.3 LCLVSC的無電網電壓傳感器控制 225
5.5.4 實驗驗證 228
參考文獻 230
第6章 犔犆犔濾波器和中間直流環節的優化 231
6.1 網側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節的設計 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 實驗驗證 243
6.2 變流器中間直流環節電壓波動抑制 244
6.2.1 基于無源性理論的風電機組聯合控制器設計 244
6.2.2 具有L 2干擾抑制的無源控制器改進 253
6.2.3 變流器快速性能約束及功率斜率控制 255
6.2.4 實驗驗證與分析 261
參考文獻 264
第7章 風電變流器的電網故障穿越與不間斷運行 266
7.1 電網故障下雙饋感應電機的暫態特性 266
7.1.1 對稱電壓跌落時的轉子開路電壓 266
7.1.2 對稱電壓跌落時的轉子電流 268
7.1.3 仿真驗證 270
7.2 電網故障穿越 273
7.2.1 國外電壓故障穿越相關規范 273
7.2.2 中國故障電壓穿越相關規范 275
7.2.3 低電壓穿越保護方案 276
7.3 故障不間斷運行 285
7.3.1 定子側串聯阻抗 285
7.3.2 轉子側串聯電阻 302
參考文獻 313
第8章 模塊化組合并聯風電變換器 314
8.1 多變流回路并聯技術 314
8.1.1 多變流回路并聯方法 314
8.1.2 多變換器并聯的環流特性 316
8.1.3 多變換器并聯的環流控制 319
8.1.4 多變換器并聯仿真分析 322
8.2 并聯變換器系統的效率提升技術 328
8.2.1 中低壓開關混合的三電平NPC變換器 328
8.2.2 基于DPWM的交錯并聯調制降損優化 336
8.2.3 并聯變換器系統運行效率優化控制 343
8.2.4 發電機變流器組的整體效率優化控制 353
8.3 基于環流的并聯變換器系統熱狀態控制 360
8.3.1 并聯變換器系統的主動環流控制 361
8.3.2 基于環流的熱應力平滑控制 365
8.3.3 基于環流的預防凝露控制 371
參考文獻 374
第9章 并聯變流系統的容錯與重構運行 376
9.1 并聯型風電變流器的容錯控制 377
9.1.1 并聯變流系統的橋臂開路故障運行機制 377
9.1.2 并聯變流系統的容錯控制策略 379
9.1.3 并聯三電平變換器系統的外管開路故障容錯控制 384
9.1.4 仿真分析與驗證 389
9.2 故障重構控制 392
9.2.1 并聯變流系統的故障重構系統結構 392
9.2.2 故障檢測與故障隔離 395
9.2.3 并聯變流器系統重構控制策略 396
9.2.4 仿真分析與驗證 398
9.2.5 實驗研究 402
參考文獻 404
第10章 風電變流器的電壓源控制 405
10.1 基本概念 405
10.2 網側變換器的慣性同步控制 406
10.3 機側變換器的慣量傳遞控制 408
10.3.1 全功率變換風電機組的機側變換器控制 408
10.3.2 雙饋風電機組的機側變換器控制 410
10.4 電壓源控制的實驗研究與對比分析 412
10.4.1 對電網頻率阻尼的能力 413
10.4.2 弱電網運行的穩定性 414
10.4.3 電網頻率的二次跌落 415
10.4.4 機組載荷分析 416
10.4.5 對比分析與綜合評估 417
10.4.6 機側慣量傳遞網側慣性同步控制的優化 418
參考文獻 420
附錄1 2MW永磁直驅風電機組變流控制器硬件在環實時仿真平臺 422
附錄2 350KW感應電機全功率變換風電機組變流系統實驗平臺 425
附錄3 2MW雙饋風電機組變流控制器硬件在環實時仿真平臺 429
附錄4 雙變流回路并聯的3MW/4MVA全功率變流實驗系統 432
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風電變流技術 作者簡介
蔡旭,教授,博士生導師,上海交通大學能源研究院副院長,風電研究中心主任,上海市電源學會理事長。國家能源智能電網(上海)研發中心第一任常務副主任。研究方向為可再生能源與儲能接入裝備及其并網技術,主要從事風電變流與機組控制、風電直流送出與并網、電網級變換器、大容量電池儲能變換器研究工作。主持研發了國產首臺首套投入使用的海上風電變流器和世界上首臺示范運行的無變壓器高壓直掛儲能變換器。發表論文400余篇,出版專著4部,獲授權發明專利70余項,排名第一獲省部級科技獎8項。