风力发电系统

内容概要

作者:(阿联酋)幕延 译者:温春雪、樊生文

书籍目录

译者序

前言

鸣谢

作者简介

第1章概述

1.1全球风能利用情况

1.1.1亚洲

1.1.2北美洲

1.1.3欧洲

1.1.4拉丁美洲

1.1.5太平洋地区

1.1.6非洲和中东地区

1.2市场预测

1.3当前和未来的技术发展

1.3.1风力发电机组

1.3.2电力电子变流器技术

1.3.3海上风电场

1.3.4运行与维护

1.3.5中大容量电力传输

1.3.6可变性与可预测性

1.3.7储能

1.3.8电网规范

1.4本书中的风力发电

1.5结论

参考文献

第1部分风力发电系统

第2章风力发电机的损耗和效率计算方法

2.1引言

2.2笼型感应发电机的计算方法

2.2.1计算方法概述

2.2.2计算所需模型和公式

2.2.3计算结果

2.3永磁同步发电机的计算方法

2.3.1系统配置

2.3.2计算所需的模型和公式

2.3.3计算结果

2.4双馈感应发电机的计算方法

2.4.1系统配置

2.4.2计算所需的模型和公式

2.5三种风力发电机（IG、PMSG、DFIG）利用率的比较研究

2.5.1威布尔分布函数

2.5.2利用率计算结果

2.6结论

参考文献

第3章超导直驱风力发电机：优势与挑战

3.1引言

3.2大容量海上风力机

3.3驱动链

3.4发电机类型

3.5第一代：铜和钢材料

3.5.1欧姆定律和发热

3.5.2磁钢和磁路

3.6第二代：Nd2Fe14B、铜和钢材料

3.7第三代：超导体、铜和钢

3.7.1超导率

3.7.2高温超导材料

3.7.3赛道状线圈和发电机设计

3.8直驱超导发电机的优势

3.9技术挑战

3.9.1低温箱厚度的最小化

3.9.2转矩传递管

3.9.3当前发展状况和备选方案

3.9.4路线图

3.10结论

参考文献

第4章风力发电系统中SiC电力电子新技术的潜在应用和影响

4.1风力发电和电力电子技术概述

4.1.1风力发电系统中电力电子技术的发展状况

4.1.2SiC电力电子开关及其在风力发电系统中的潜在应用

4.2SiC全功率风力发电系统变流器的研究

4.2.1风力发电系统的部件及其模型

4.2.2仿真和讨论

4.3结论

参考文献

第5章一种风电场中风力机/发电机互连的新方法

5.1引言

5.2系统的基本方程

5.3系统结构

5.4任意台风力发电机构成的系统的运行方法

5.4.1通过晶闸管逆变器连接的负载

5.4.2直流环节连接电阻负载

5.5两台风力发电机互连的基本特性

5.6动态特性

5.6.1系统的动态模型

5.6.2恒定叶尖速比控制系统

5.6.3自然风驱动风力机时的动态响应

5.7多台风力机的动态响应（4台风力机的情况）

5.8结论

参考文献

第6章开关磁阻变速风力发电机的并网方案

6.1引言

6.2SRG结构

6.3转矩的产生

6.3.1工作原理

6.3.2磁化曲线

6.3.3静态转矩曲线

6.4SRG变流器系统

6.5SRG的静态特性

6.6SRG磁化曲线的表示方法

6.7SRG静态特性的计算

6.8SRG的逆变电路

6.8.1不对称半桥功率逆变器

6.8.2带有分离直流电源的功率逆变器

6.8.3带有双线绕组的SRG的功率逆变器

6.9SRG在风能中的应用

6.9.1风力机建模

6.9.2包括变流器的SRG建模

6.9.3网侧逆变器的控制

6.9.4模型系统

6.9.5仿真结果

6.10结论

参考文献

第7章风力发电机的动态模型与控制

7.1风力机的结构

7.2风力机模型

7.2.1风力机的控制方法

7.2.2MPE算法下的风力机动态特征

7.3发电机的动态特性

7.4电力电子变流器的动态性能

7.5风力机的控制

7.5.1偏航控制

7.5.2变桨距控制

7.5.3发电机控制

7.5.4电力电子变流器控制

参考文献

第2部分风电行业的基本问题

第8章风力机的电压闪变测量

8.1引言

8.2风力机电压波动的测试过程

8.2.1虚拟电网

8.2.2连续运行

8.2.3切换运行

8.3电能质量测试系统

8.3.1SAC2调节系统

8.3.2SARPE 2.1控制系统

8.3.3闪变测量的后期处理模块

8.4虚拟电网的分析

8.4.1由um（t）计算u0（t）

8.4.2um（t）滤波后u0（t）的计算

8.5使用实际信号的结果

8.6结论

参考文献

第9章每小时风速和功率预测的灰色预测器

9.1引言

9.1.1基于时间序列的预测技术

9.1.2基于空间的预测技术

9.1.3物理功率预测模型

9.2灰色预测滚动模型

9.2.1GM（1，1）传统灰色滚动模型

9.2.2基于自适应α模型的GM（1，1）模型

9.2.3改进的转移灰色模型

9.2.4平均灰色模型

9.3每小时风力发电预测

9.4结论

参考文献

第10章大型风力机叶片的防雷保护

10.1引言

10.2风力机闪电发生率估计

10.3旋转叶片的影响

10.4风力机雷电流的瞬变状态

10.5碳纤维增强塑料的影响

10.6风力机感应雷的影响

10.7结论与建议

参考文献

第11章风电场的雷电浪涌

11.1引言

11.1.1风力机雷击事故

11.1.2冬季闪电和“回流浪涌”

11.1.3加强风电场集电系统的必要性

11.2雷电浪涌分析的风电场模型

11.2.1风电场模型

11.2.2冬季雷模型

11.2.3浪涌保护设备模型

11.2.4ARENE和PSCAD/EMTDC模型描述

11.3雷电浪涌分析Ⅰ：ARENE和EMTDC比较

11.3.1浪涌电流波形的基本比较

11.3.2风电场浪涌电流传播比较

11.3.3风电场浪涌电流传播趋势

11.4雷电浪涌分析Ⅱ：回流浪涌引发的SPD事故

11.4.1风电场浪涌电流传播分析

11.4.2浪涌电流波形分析

11.4.3SPD烧损比分析

11.4.4结论性的讨论

11.5雷电浪涌分析Ⅲ：架空地线的影响

11.5.1风电场集电线的模型

11.5.2SPD波形观察

11.5.3SPD烧损概率估计

11.5.4接地系统电位升高估计

11.5.5结论性的讨论

11.6结论

参考文献

第12章风力发电的并网和系统运行

12.1引言

12.2并网要求

12.2.1有功功率控制

12.2.2频率控制

12.2.3电压控制

12.2.4通信要求

12.2.5监控与数据采集（SCADA）

12.2.6其他要求

12.3风力发电系统运行：印度经验

12.3.1风力发电的收益

12.3.2运行问题

12.3.3并网和分布式发电

12.3.4互补的商业机制

12.3.5风能和太阳能发电调度的特惠政策

12.4讨论

12.5结论

参考文献

第13章提高自治孤岛系统中可再生能源接入能力的抽水蓄能应用

13.1引言

13.2系统概述

13.3规章制度概述

13.4HPS岛屿自治电网的运行规程

13.4.1替代规程的讨论

13.4.2本章所提的岛屿电力系统运行规程

13.4.3HPS内部管理决策

13.5所提规程的评估

13.5.1系统建模

13.5.2个案研究

13.6HPS投资预计

13.6.1容量保证计算

13.6.2HPS投资经济评估

13.7实例：伊卡里亚岛HPS

13.7.1伊卡里亚岛HPS和电力系统说明

13.7.2伊卡里亚岛HPS的内部运行规程

13.7.3HPS运行结果

13.8技术问题讨论

13.9结论

附录1：伊卡里亚岛HPS和APS的技术数据

附录2：基本财务指标

参考文献

第14章采用最优储能的SMES抑制电网频率波动

14.1引言

14.1.1可再生能源

14.1.2未来世界风能的前景

14.2SMES概述

14.2.1SMES的优点

14.2.2SMES在负载频率控制方面的应用

14.3系统模型的仿真分析

14.4稳压器和调节系统

14.4.1水能、热能和核能发电的调节器

14.4.2电压自动调节器

14.4.3负载频率控制模型

14.5计算电力系统频率的方法

14.5.1SMES的控制系统

14.5.2线路参考功率Plref的产生

14.6SMES额定功率的分析

14.7仿真结果

14.8结论

参考文献

第3部分海上风电趋势

第15章海上强风发电的空间观测

15.1引言

15.2散射仪

15.3高度因素

15.4稳定因素

15.5气候分布

15.6区域特征

15.6.1空气动力学

15.6.2陆地地形

15.7结论

参考文献

第16章采用电网换相整流器的HVDC输电环节连接的4个并联运行

海上风电场的潮流控制和稳定性提高

16.1引言

16.2所研究系统的结构

16.2.1风速模型

16.2.2风力机模型

16.2.3质量弹簧阻尼器模型

16.2.4感应发电机模型

16.2.5励磁电容器组模型

16.2.6升压变压器、交流输电线和电网模型

16.2.7电网换相整流器的HVDC输电环节模型

16.3采用模态控制理论设计的PID RCR

16.3.1线性化系统

16.3.2PID RCR的设计

ⅩⅩⅡ风力发电系统——技术与趋势

16.4稳态分析

16.4.1不同风速下的稳态运行条件

16.4.2不同风速下的动态稳定性

16.4.3PID RCR参数的特征值灵敏度

16.4.4分析结果的总结

16.5不同风速扰动条件下的动态性能仿真

16.5.1施加于4台IG的相同风速扰动

16.5.2施加于4台IG的不同风速扰动

16.6结论

附录

参考文献

第17章HVDC输电连接的大型海上风电场的故障穿越

17.1HVDC输电互连的大型海上风电场

17.2系统概述和运行原理

17.2.1GSVSC的建模和控制

17.2.2WFVSC的建模和控制

17.3陆上电网交流侧故障时系统的故障穿越

17.3.1GSVSC

17.3.2WFVSC

17.4案例分析

17.4.1选择1

17.4.2选择2

17.4.3选择3

17.5结论

参考文献

第18章采用基于二极管的HVDC输电环节连接的海上风电场

18.1引言

18.1.1大型海上风电场的HVDC输电连接

18.1.2基于二极管的HVDC输电环节

18.1.3本章所提方案

18.2整个系统的概述和建模

18.2.1概述

18.2.2风力机

18.2.3海上交流电网和基于二极管的HVDC输电环节

18.3风电场和HVDC输电集成控制

18.3.1总体控制策略

18.3.2风力机控制

18.3.3风力机并网

18.3.4集成的风电场和HVDC输电控制

18.3.5使用VDCOL输电环节的保护

18.4系统性能

18.4.1孤岛运行（运行模式A）

18.4.2并网运行

18.4.3暂态性能

18.5讨论与结论

参考文献

第19章具有HVDC输电的风电场的惯性和基频响应特性

19.1引言

19.2LCCHVDC输电的平均模型和传统控制

19.3HVDC输电的惯性响应优化和频率下垂控制

19.3.1惯性响应优化

19.3.2频率下垂控制

19.4风电的协调控制

19.5案例分析

19.5.1对惯性改善结果的讨论

19.5.2频率下垂

19.5.3惯性改善和频率下垂

19.5.4基于VSC的HVDC输电应用

19.6结论

参考文献

第20章带有双向变流器的HOTT功率控制器（HPB）

20.1引言

20.2HPB模型系统

20.2.1模型建立

20.2.2海上风力发电机

20.2.3潮汐能发电机（飞轮）

20.2.4最大潮流控制

20.2.5逆变器电路结构

20.3混合系统（电路结构）

20.4改变电压频率50Hz—46Hz—50Hz

20.5实验结果

20.6讨论

20.7结论

参考文献

第21章并网海上风电场的HVDC输电系统大功率电能传输

21.1引言

21.2系统综述

21.3系统各组成部分的建模与控制

21.3.1风力机

21.3.2直流风电场

21.3.3海上HVDC输电子站的全桥DCDC变流器

21.3.4陆上HVDC输电子站

21.4仿真分析

21.4.1动态特性分析

21.4.2暂态特性分析

21.5结论

附录

参考文献

编辑推荐

进入21世纪后，包括风力发电在内的可再生能源发电技术发展迅速，尤其是风力发电装机容量在世界各国都快速增加。风力发电技术已经成为国内高等院校、科研院所及相关企业的重点研究方向。    幕延编著的《风力发电系统——技术与趋势》根据不同学科领域的许多知名科学家和工程师的研究成果描述了风力发电系统当前的技术现状和未来的发展趋势。这些技术和发展趋势囊括了近年来已开发的风力发电系统如变速风力发电机的多变流器运行，风力发电机的雷电保护机制，基于先进控制方法的风力发电机电压闪变抑制和预测。

作者简介

本书主要包括使用不同类型风力发电机和必要控制方案的风力发电系统、风电场及电网调度、海上风力发电技术等三部分内容。书中对风力发电系统的效率、大功率风力发电机、高效率功率变流器技术、电网规范及接入、雷电保护、储能等进行了深入的分析介绍，还对包括海上风速预测、基于HVDC输电的海上风电场电力传输、海上风电与潮汐能混合发电等进行了介绍。本书汇聚了不同科学家对风力发电系统的最新研究成果，理论与实践相结合，书中给出了丰富的工程图表及计算过程和公式。本书不仅可以作为从事新能源发电技术的科技人员阅读，也可以作为高等院校相关专业的教学参考用书。

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