风力发电系统控制原理

　　全书共分9章。第1章简述可再生能源与风力发电的发展历史、基本原理和值得关注的若干问题。第2章主要介绍双馈风力发电系统的数学模型与建模方法。第3章重点介绍得到广泛应用和研究的理想电网条件下的双馈风电系统的控制策略，包括双馈风力发电机的矢量控制和网侧变换器的矢量控制。对双馈发电机直接功率控制策略和预测控制策略，本章也有介绍。第4章给出非理想电网条件下双馈风电系统的运行特性，包括电网故障类型及对风电系统的影响。第5章介绍双馈风电系统低电压穿越技术及其控制和保护策略。第6章介绍不对称电网条件下双馈风电系统的控制策略，包括模型预测控制和多目标控制。第7章介绍永磁同步风电系统数学模型、控制原理及弱电网条件下的运行控制。第8章介绍基于三电平变换器的中高压永磁同步风电系统和无变压器中高压永磁同步风电系统。第9章则介绍基于高压直流输电的海上风电系统，包括基于MMC和基于MFT的离岸风场高压直流输电系统。

　　第yi作者 马宏伟长期从事风电变流器高性能控制领域的研究工作。提出了直接虚功率控制方法，在保持传统直接功率控制的优势的同时，解决了并网前后控制算法平滑切换的问题，改善了双馈风机并网过程中的动态特性；将模型预测控制（MPC）应用于风电控制领域，获得了良好的动静态特性和参数鲁棒性，尤其保证了其在电压跌落、不平衡等故障电网条件下的不间断运行；针对不平衡电网条件下的双馈风电系统，提出了多目标控制策略，通过对一个参数的调节获得不同的优化控制目标。多次参与兆瓦级风电系统的设计、研发与现场调试，先后发表论文10余篇，SCI收录1篇，EI收录14篇。 第二作者 李永东 清华大学电机工程及应用电子技术系教授，法国图卢兹国家理工学院客座教授，哈尔滨理工大学客座教授，“中达学者”，“天山学者”特聘教授。长期从事大容量电力电子变换器及其在调速节能领域的应用，交流电机的全数字化控制及其在数控机床、高铁电力牵引和舰船电力推进中的应用，新能源发电等。主持国家自然基金项目4项、国家863项目和支撑计划项目各1项，中英、法、美、日、韩等国际合作交流项目10项，台达科教基金一般项目和重点项目各1项、其他横向及军工项目几十项。完成我国首台工业化高压大容量变频器的研制和生产，推广后产生巨大经济和社会效益。先后获得国家教育部科技成果进步二等奖、中国电工技术学会科技进步奖、IET（英国工程技术学会） Fellow、中国机械工程学会特等奖等。曾任“电力系统”国家重点实验室副主任兼电力电子分室主任，清华大学研究生院培养处副处长，国际交流与合作委员会委员，新疆大学电气学院院长。现任清华大学电力电子工程研究中心常务副主任，新概念汽车研究院副院长，IEEE（国际电气电子工程师学会）高级会员，IEEE IAS Beijing Chapter Chairman（工业应用分会北京分会主席），中国电工技术学会高级会员，电力电子学会副理事长，中国电工技术学会电控装置及系统专委会副主任委员，中国自动化学会电气自动化专委会副主任委员，学术委员会主任，中国电源学会交通电气化专委会主任委员。出版第yi作者专著3部，发表论文300多篇，其中SCI收录40余篇，EI收录100余篇。 第三作者 许烈 清华大学电机工程及应用电子技术系副教授，入选泰山产业领军人才计划，PCIM Asia技术委员会委员，IEEE会员，资源强制回收产业技术创新战略联盟专家组成员、多电飞机国际会议（2019）技术委员会主席。先后主持国家自然科学基金2项、清华大学自主科研计划1项、横向课题数项（总经费超过3000万元）。发表EI/SCI等高水平学术论文40余篇。 第四作者 柴建云 清华大学教授、博士生导师，高端装备研究院动力传动研究所所长。研究和教学领域包括新能源发电、特种电机和电力电子与电力传动等专业方向，承担和完成了多项国家973、863和科技支撑计划重大项目和自然科学基金重点项目以及数十项国际及国内校企合作研究项目。近年的学术兼职包括中国可再生能源学会理事、风能专委会委员，中国电机工程学会风力与潮汐发电专委会委员，中国电工技术学会风力发电专委会委员，中国风力机械标准委员会委员和中国微特电机标准委员会委员等。

电力电子新技术系列图书序言
前言
第1章绪论
1.1可再生能源与风力发电
1.1.1可再生能源技术的发展
1.1.2风力发电技术的发展
1.2风力发电系统概述
1.2.1风力发电系统基本原理
1.2.2典型的风力发电系统解决方案
1.3风力发电系统中值得关注的若干问题
1.3.1MPPT控制
1.3.2故障/非理想电网条件下不间断运行
1.3.3大容量中高压风电系统的结构与控制
1.3.4大规模海上风电系统的结构与控制
参考文献
第2章双馈风力发电系统数学模型与建模方法
2.1双馈电机数学模型
2.2网侧变换器数学模型
2.3图形化建模方法
2.3.1概述
2.3.2因果次序图
2.3.3宏观能量表示法
2.3.4风力机图形化建模与控制推导
参考文献
第3章理想电网条件下双馈风电系统的控制策略
3.1双馈风电系统矢量控制策略
3.1.1双馈风力发电机的矢量控制
3.1. 2网侧变换器的矢量控制
3.1.3MPPT控制
3.1.4双馈电机定子磁链观测
3.1. 5电压相位检测
3.1.6软并网技术
3.2双馈发电机直接功率控制策略
3.2.1基于PI-SVM的定子侧功率直接闭环控制
3.2.2基于滞环控制器开关状态表的定子侧直接功率控制
3.2.3双馈风力发电机的直接虚功率控制
3.3双馈风电系统模型预测控制策略
3.3.1网侧变换器模型预测控制
3.3.2双馈风力发电机模型预测控制
3.3.3基于模型预测控制的软并网方法
参考文献
第4章非理想电网条件下双馈风电系统的运行特性
4.1电网故障的类型
4.2电网故障下DFIG的运行特性
4.2.1电网对称跌落条件下DFIG的运行特性
4.2.2电网不对称故障下DFIG的运行特性
4.3电网故障下网侧变换器的运行特性
4.4电网故障对DFIG风电系统的影响
4.5现代风电系统并网规范
参考文献
第5章双馈风电系统低电压穿越技术
5.1概述
5.1.1改进控制策略的实现方法
5.1.2利用硬件保护电路的实现方法
5.2改进的控制策略
5.2.1基于动态前馈补偿的矢量控制
5.2.2基于PIR控制器的矢量控制
5.2.3考虑磁链暂态特性的模型预测控制
5.3硬件保护策略
5.3.1crowbar的设计与控制
5.3.2主动灭磁控制方法
5.3.3基于crowbar的重度电网低电压穿越策略
5.4低电压穿越算法的控制域
参考文献
第6章不对称电网条件下双馈风电系统的控制策略
6.1概述
6.2正负序分量分离与锁相环
6.2.1正负序分离方法
6.2.2不对称电网条件下的锁相环
6.3基于正反向同步坐标系的具有PI电流环的矢量控制
6.3.1基于正反向同步坐标系的网侧变换器矢量控制
6.3.2基于正反向同步坐标系的双馈电机矢量控制
6.4基于正向同步坐标系的具有PIR/MFPIR电流环的矢量控制
6.5不对称电网条件下的模型预测控制
6.5.1不对称电网条件下网侧变换器模型预测控制
6.5.2不对称电网条件下双馈电机模型预测控制
6.6多目标控制
6.6.1不对称电网条件下双馈风电系统的控制目标
6.6.2基于负序功率注入法的多目标控制
参考文献
第7章永磁同步风电系统及其弱电网运行控制
7.1永磁同步风电系统数学模型及控制原理
7.1.1永磁同步发电机数学模型
7.1.2永磁同步风电系统矢量控制
7.2弱电网条件下永磁同步风电系统的运行特性
7.2.1强电网与弱电网工作模式比较
7.2.2弱电网条件下的有功功率主动调节
7.3通过调节发电机转速控制风力机捕获功率的方法
7.3.1发电机转速对风力机捕获功率的影响
7.3.2直流母线电压控制的数学模型
7.3.3直流母线电压控制器设计
7.3.4直流母线储能环节的选择
7.3.5其他工况
7.4通过调节桨距角控制风力机捕获功率的方法
7.5弱电网条件下网侧变换器的模型及控制方法
7.5.1单台网侧变换器控制方法
7.5.2多台网侧变换器并联控制方法
参考文献
第8章中高压永磁同步风电系统技术
8.1基于三电平变换器的中高压风电系统
8.1.1三电平风电系统结构与控制
8.1.2三电平变换器控制目标的优化
8.1.3三电平变换器的故障检测与保护
8.2无变压器中高压永磁同步风力发电系统
8.2.1无变压器中高压永磁同步风电系统结构
8.2.2无变压器中高压永磁同步风电系统的控制策略
8.2.3无变压器中高压永磁同步风电系统性能优化
8.2.4采用串联整流器及三电平逆变桥的单元结构
参考文献
第9章基于高压直流输电的海上风电系统
9.1基于MMC的离岸风场高压直流输电系统
9.1.1模块化多电平变换器
9.1.2基于MMC的离岸风场高压直流输电系统的拓扑
9.1.3基于MMC的离岸风场高压直流输电系统的控制
9.2基于MFT的离岸风场高压直流输电系统
9.2.1矩阵变换器
9.2.2基于MFT的离岸风场高压直流输电系统的拓扑
9.2.3基于MFT的离岸风场高压直流输电系统的控制
参考文献