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风力发电技术及其仿真分析
作者：刁统山 著
出版社：电子工业出版社
出版时间：2018-11-01
ISBN：9787121344923
定价：¥59.00
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内容简介
本书介绍风力发电技术及其仿真，内容包括风力发电系统的基本知识、风力发电系统的MATLAB仿真基础、风力发电系统Ansoft有限元仿真基础、双馈风力发电系统及其仿真分析、双转子风力发电系统及其仿真分析、永磁风力发电机有限元仿真分析、风力发电技术中的偏航电控系统、基于PLC的风力发电系统偏航程序设计等。此外，本书还介绍了当前风电研究常用的两个仿真软件MATLAB/Simulink和Ansoft，并结合相关理论知识进行了仿真研究与分析。
作者简介
刁统山，2013年12月毕业于山东大学电气工程学院，电机与电器专业，获工学博士学位，博士，讲师，中共党员。主要从事各种电机本体结构的设计，性能分析及控制等领域的应用研究工作。在国内外重要学术期刊及国际重要学术会议上共发表学术论文近10篇，其中EI收录6篇。作为主要成员参与过一项国家自然科学基金的研究。
目录
第1章 风力发电系统的基本知识 1
1．1 风力发电系统的主要类型和结构 1
1．1．1 风力发电系统的主要种类 1
1．1．2 风力发电系统的结构 4
1．2 风力发电机的主要类型 9
1．3 风力发电技术研究的热点问题 11
1．3．1 风力发电输出功率的预测 11
1．3．2 低电压穿越 13
1．3．3 风力发电场中的并网控制技术 14
1．4 风力发电技术的发展趋势 15
1．5 风力发电机的仿真技术 15
第2章 风力发电系统的MATLAB仿真基础 17
2．1 MATLAB工作窗口 17
2．1．1 MATLAB窗口及其说明 18
2．1．2 MATLAB菜单项的功能说明 18
2．2 MATLAB运行常识 19
2．3 MATLAB程序的基本说明 21
2．4 MATLAB常用命令与函数 21
2．5 MATLAB基本操作 22
2．6 Simulink简介 23
2．6．1 Simulink概述 23
2．6．2 Simulink的简单操作 23
2．6．3 MATLAB电力系统模块库的使用 30
2．6．4 Simulink的简单操作 31
2．7 MATLAB仿真软件在风力发电系统分析中的应用 32
2．7．1 单相桥式整流电路的Simulink建模 33
2．7．2 三相桥式整流电路的Simulink动态建模分析 36
2．7．3 输电线路出现故障时的建模和仿真分析 39
第3章 风力发电系统的Ansoft有限元仿真基础 47
3．1 RMxprt在发电机仿真中的基本操作 47
3．1．1 建模方法 48
3．1．2 发电机模型创建 48
3．1．3 发电机主要结构变量的输入 50
3．1．4 转子尺寸的输入 56
3．1．5 转轴参数选定 58
3．1．6 电动机仿真参数选定 59
3．1．7 发电机的仿真运行 60
3．2 RMxprt和Maxwell 2D联合仿真 62
3．2．1 RMxprt环境中发电机模型生成2D模型的操作 62
3．2．2 仿真运行曲线的输出 63
第4章 双馈风力发电系统及其仿真分析 66
4．1 双馈风力发电系统的主要结构部件和运行原理 67
4．1．1 风力发电中PWM的相关技术规定 67
4．1．2 双馈风力发电机运行原理 69
4．1．3 双馈风力发电机的功率关系 71
4．2 双馈风力发电机的数学模型 73
4．2．1 双馈风力发电机三相静止坐标系下的数学模型 73
4．2．2 双馈风力发电机数学模型的坐标变换 75
4．2．3 双馈风力发电机在任意速坐标系中的模型 76
4．3 双馈风力发电机稳态并网的调节方法 77
4．3．1 网侧PWM变换器的建模与控制 77
4．3．2 GSC在旋转坐标系中的建模 80
4．3．3 双馈风力发电机向量调节方法 81
4．3．4 双馈风力发电机的稳态性能 83
4．4 交流三相电网电压突然九落时双馈风力发电系统的仿真研究 87
4．4．1 交流三相电网电压突然跌落时的RSC控制方法 87
4．4．2 三相交流电网电压突然跌落时GSC应采取的措施 89
4．4．3 电网电压小幅跌落时双馈风力发电机控制策略仿真分析 91
4．5 基于SimPowerSystem的双馈风力发电系统仿真实例 92
第5章 双转子风力发电系统及其仿真分析 99
5．1 双转子风力发电机系统的结构和数学模型 99
5．1．1 双转子风力发电机结构 99
5．1．2 双转子风力发电机在三相静止坐标系中的数学模型 100
5．1．3 双转子风力发电机在两相旋转坐标系中的数学模型 106
5．1．4 双转子风力发电机在任意旋转坐标系中的数学模型 107
5．2 双转子风力发电系统的稳态并网控制研究 108
5．2．1 双转子风力发电系统转子侧变换器向量控制 108
5．2．2 双转子风力发电机的稳态运行研究 110
5．3 电网电压骤降故障状态下双转子风力发电机的控制策略 115
5．3．1 电压骤降故障状态下转子侧变换器控制策略 117
5．3．2 电网电压突降时双转子风力发电系统改进调节研究 120
5．3．3 电压跌落时双转子风力发电系统动态仿真 121
5．4 电网电压不平衡或不对称跌落仿真分析 122
5．4．1 电网电压出现不平衡分量时的功率和转矩 125
5．4．2 双转子风力发电机在电压不平衡时的研究 126
5．4．3 双转子风力发电系统在电网电压不平衡时的控制仿真研究 128
5．5 电网严重故障低电压穿越运行仿真 133
5．5．1 基于撬棒保护装置的低电压穿越的仿真分析 134
5．5．2 电网三相对称短路故障时低电压穿越运行仿真 139
5．5．3 电压跌落较长时间时低电压穿越研究 143
第6章 永磁风力发电机振动及其有限元分析 147
6．1 风力系统发电机简介 147
6．1．1 直驱风力发电机 147
6．1．2 双馈风力发电系统 148
6．2 永磁同步发电机 150
6．2．1 结构 150
6．2．2 永磁同步发电机的运行原理 151
6．2．3 永磁发电机振动机理及其分析方法研究 154
6．2．4 基于能量法的永磁发电机齿槽转矩削弱原理 158
6．3 永磁同步发电机齿槽转矩有限元仿真 160
6．3．1 永磁发电机本体构建 160
6．3．2 齿槽转矩仿真 164
6．4 直驱永磁同步风力发电系统MATLAB仿真 167
6．4．1 数学建模 167
6．4．2 永磁同步风力发电系统的控制策略 170
6．4．3 仿真分析 171
第7章 风力发电技术中的偏航电控系统 173
7．1 偏航电控系统简介 174
7．2 偏航系统正常运行的条件 174
7．3 偏航电控系统结构 176
7．4 偏航电控系统工作原理 178
7．5 自动偏航控制过程分析 181
7．6 偏航电控系统的维护和保养 187
第8章 基于PLC的风力发电系统偏航程序设计 190
8．1 PLC介绍 190
8．1．1 PLC的基本组成 190
8．1．2 PLC的工作原理 191
8．2 PLC的选型 192
8．2．1 德国西门子公司生产的S7-200 PLC及特点 193
8．2．2 PLC技术参数 194
8．3 中央处理器的工作方式 196
8．4 扩展模块 197
8．4．1 扩展模块简介 197
8．4．2 S7-200系列PLC内部触点和数据概述 197
8．5 基于PLC偏航系统的主要设备及系统控制要求与实现 201
8．5．1 PLC偏航系统的主要设备及系统控制要求 201
8．5．2 基于PLC偏航系统的程序实现 202
8．5．3 偏航驱动电气控制原理 2066
参考文献 211
1．1 风力发电系统的主要类型和结构 1
1．1．1 风力发电系统的主要种类 1
1．1．2 风力发电系统的结构 4
1．2 风力发电机的主要类型 9
1．3 风力发电技术研究的热点问题 11
1．3．1 风力发电输出功率的预测 11
1．3．2 低电压穿越 13
1．3．3 风力发电场中的并网控制技术 14
1．4 风力发电技术的发展趋势 15
1．5 风力发电机的仿真技术 15
第2章 风力发电系统的MATLAB仿真基础 17
2．1 MATLAB工作窗口 17
2．1．1 MATLAB窗口及其说明 18
2．1．2 MATLAB菜单项的功能说明 18
2．2 MATLAB运行常识 19
2．3 MATLAB程序的基本说明 21
2．4 MATLAB常用命令与函数 21
2．5 MATLAB基本操作 22
2．6 Simulink简介 23
2．6．1 Simulink概述 23
2．6．2 Simulink的简单操作 23
2．6．3 MATLAB电力系统模块库的使用 30
2．6．4 Simulink的简单操作 31
2．7 MATLAB仿真软件在风力发电系统分析中的应用 32
2．7．1 单相桥式整流电路的Simulink建模 33
2．7．2 三相桥式整流电路的Simulink动态建模分析 36
2．7．3 输电线路出现故障时的建模和仿真分析 39
第3章 风力发电系统的Ansoft有限元仿真基础 47
3．1 RMxprt在发电机仿真中的基本操作 47
3．1．1 建模方法 48
3．1．2 发电机模型创建 48
3．1．3 发电机主要结构变量的输入 50
3．1．4 转子尺寸的输入 56
3．1．5 转轴参数选定 58
3．1．6 电动机仿真参数选定 59
3．1．7 发电机的仿真运行 60
3．2 RMxprt和Maxwell 2D联合仿真 62
3．2．1 RMxprt环境中发电机模型生成2D模型的操作 62
3．2．2 仿真运行曲线的输出 63
第4章 双馈风力发电系统及其仿真分析 66
4．1 双馈风力发电系统的主要结构部件和运行原理 67
4．1．1 风力发电中PWM的相关技术规定 67
4．1．2 双馈风力发电机运行原理 69
4．1．3 双馈风力发电机的功率关系 71
4．2 双馈风力发电机的数学模型 73
4．2．1 双馈风力发电机三相静止坐标系下的数学模型 73
4．2．2 双馈风力发电机数学模型的坐标变换 75
4．2．3 双馈风力发电机在任意速坐标系中的模型 76
4．3 双馈风力发电机稳态并网的调节方法 77
4．3．1 网侧PWM变换器的建模与控制 77
4．3．2 GSC在旋转坐标系中的建模 80
4．3．3 双馈风力发电机向量调节方法 81
4．3．4 双馈风力发电机的稳态性能 83
4．4 交流三相电网电压突然九落时双馈风力发电系统的仿真研究 87
4．4．1 交流三相电网电压突然跌落时的RSC控制方法 87
4．4．2 三相交流电网电压突然跌落时GSC应采取的措施 89
4．4．3 电网电压小幅跌落时双馈风力发电机控制策略仿真分析 91
4．5 基于SimPowerSystem的双馈风力发电系统仿真实例 92
第5章 双转子风力发电系统及其仿真分析 99
5．1 双转子风力发电机系统的结构和数学模型 99
5．1．1 双转子风力发电机结构 99
5．1．2 双转子风力发电机在三相静止坐标系中的数学模型 100
5．1．3 双转子风力发电机在两相旋转坐标系中的数学模型 106
5．1．4 双转子风力发电机在任意旋转坐标系中的数学模型 107
5．2 双转子风力发电系统的稳态并网控制研究 108
5．2．1 双转子风力发电系统转子侧变换器向量控制 108
5．2．2 双转子风力发电机的稳态运行研究 110
5．3 电网电压骤降故障状态下双转子风力发电机的控制策略 115
5．3．1 电压骤降故障状态下转子侧变换器控制策略 117
5．3．2 电网电压突降时双转子风力发电系统改进调节研究 120
5．3．3 电压跌落时双转子风力发电系统动态仿真 121
5．4 电网电压不平衡或不对称跌落仿真分析 122
5．4．1 电网电压出现不平衡分量时的功率和转矩 125
5．4．2 双转子风力发电机在电压不平衡时的研究 126
5．4．3 双转子风力发电系统在电网电压不平衡时的控制仿真研究 128
5．5 电网严重故障低电压穿越运行仿真 133
5．5．1 基于撬棒保护装置的低电压穿越的仿真分析 134
5．5．2 电网三相对称短路故障时低电压穿越运行仿真 139
5．5．3 电压跌落较长时间时低电压穿越研究 143
第6章 永磁风力发电机振动及其有限元分析 147
6．1 风力系统发电机简介 147
6．1．1 直驱风力发电机 147
6．1．2 双馈风力发电系统 148
6．2 永磁同步发电机 150
6．2．1 结构 150
6．2．2 永磁同步发电机的运行原理 151
6．2．3 永磁发电机振动机理及其分析方法研究 154
6．2．4 基于能量法的永磁发电机齿槽转矩削弱原理 158
6．3 永磁同步发电机齿槽转矩有限元仿真 160
6．3．1 永磁发电机本体构建 160
6．3．2 齿槽转矩仿真 164
6．4 直驱永磁同步风力发电系统MATLAB仿真 167
6．4．1 数学建模 167
6．4．2 永磁同步风力发电系统的控制策略 170
6．4．3 仿真分析 171
第7章 风力发电技术中的偏航电控系统 173
7．1 偏航电控系统简介 174
7．2 偏航系统正常运行的条件 174
7．3 偏航电控系统结构 176
7．4 偏航电控系统工作原理 178
7．5 自动偏航控制过程分析 181
7．6 偏航电控系统的维护和保养 187
第8章 基于PLC的风力发电系统偏航程序设计 190
8．1 PLC介绍 190
8．1．1 PLC的基本组成 190
8．1．2 PLC的工作原理 191
8．2 PLC的选型 192
8．2．1 德国西门子公司生产的S7-200 PLC及特点 193
8．2．2 PLC技术参数 194
8．3 中央处理器的工作方式 196
8．4 扩展模块 197
8．4．1 扩展模块简介 197
8．4．2 S7-200系列PLC内部触点和数据概述 197
8．5 基于PLC偏航系统的主要设备及系统控制要求与实现 201
8．5．1 PLC偏航系统的主要设备及系统控制要求 201
8．5．2 基于PLC偏航系统的程序实现 202
8．5．3 偏航驱动电气控制原理 2066
参考文献 211
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