本書主要針對液壓型風力發電機組及其相應的關鍵技術進行闡述。液壓型風力發電機組控制涉及多變量、非線性、強時變、高階次、工況跨度大等問題，是電力繫統、控制與流體傳動等多學科交叉的研究內容。液壓型風力發電機組控制技術中包含了多項關鍵技術，攻破並掌握這些關鍵技術是液壓型風力發電機組進一步發展的必由之路，也是液壓型風力發電機組進行產業化的道路中必須要克服的難題。

燕山大學孔祥東教授團隊經過多年對液壓型風力發電機組控制技術的研究，已經掌握了多項液壓型風力發電機組關鍵技術，並通過本書得到了體現。本書內容包括緒論、液壓型風力發電機組工作原理及子繫統數學模型、液壓型風力發電機組輸出轉速控制技術、液壓型風力發電機組輸出功率控制技術、液壓型風力發電機組*佳功率追蹤控制技術、液壓型風力發電機組低電壓穿越控制技術、液壓型落地式風力發電機組長管路諧振抑制技術、液壓型風力發電機組變槳距控制技術。

本書通過通俗簡練的語言和圖文並茂的展現方式把對液壓型風力發電機組功率傳輸及其控制技術的研究工作進行提煉和總結，希望對從事風力發電領域的廣大科研人員和工程技術人員有所幫助。

目錄

序一

序二

前言

*1章緒論1

1.1風力發電發展現狀1

1.2液壓型風力發電機組發展現狀2

1.2.1液壓型風力發電機組概述2

1.2.2液壓型風力發電機組國外發展現狀2

1.2.3液壓型風力發電機組國內發展現狀6

1.3液壓型風力發電機組控制關鍵技術8

1.4本章小結9

參考文獻9

*2章液壓型風力發電機組工作原理及子繫統數學模型11

2.1液壓型風力發電機組工作原理11

2.2風速建模12

2.2.1風12

2.2.2風速模型12

2.2.3組合風速模型13

2.3風力機繫統建模15

2.3.1風功率計算15

2.3.2風力機能量分析15

2.3.3風能利用繫數17

2.3.4風力機特性數學建模19

2.4調槳繫統建模21

2.4.1離心力引起的變槳距載荷21

2.4.2氣動力引起的變槳距載荷23

2.4.3重力引起的變槳距載荷24

2.5液壓傳動繫統建模24

2.5.1定量泵數學模型25

2.5.2比例節流閥數學模型25

2.5.3變量馬達數學模型26

2.5.4液壓管路數學模型26

2.5.5液壓繫統輸出數學模型27

2.5.6液壓傳動繫統狀態空間模型28

2.6發電機繫統及勵磁繫統建模29

2.6.1不同坐標繫下同步發電機模型29

2.6.2同步發電機的穩態暫態運行32

2.6.3同步發電機運行控制34

2.6.4發電機的功角特性與勵磁繫統模型37

2.7本章小結38

參考文獻38

第3章液壓型風力發電機組輸出轉速控制技術39

3.1機組液壓主傳動繫統概述39

3.1.1液壓主傳動繫統馬達恆轉速控制的意義39

3.1.2定量泵-變量馬達閉式容積調速繫統特性40

3.2流量反饋法轉速控制40

3.2.1定量泵-變量馬達調速繫統數學模型41

3.2.2定量泵-變量馬達繫統模型簡化43

3.2.3定量泵-變量馬達繫統開環辨識46

3.2.4仿真與實驗驗證49

3.2.5液壓型風力發電機組準同期並網控制54

3.3基於反饋線性化方法的轉速控制61

3.3.1反饋線性化方法61

3.3.2控制律求解70

3.3.3仿真驗證75

3.4基於動態面控制的變量馬達轉速控制79

3.4.1控制律求解79

3.4.2仿真驗證81

3.5本章小結82

參考文獻82

第4章液壓型風力發電機組輸出功率控制技術84

4.1液壓型風力發電機組功率控制概述84

4.1.1液壓型風力發電機組能量分配概述84

4.1.2液壓型風力發電機組主傳動功率下垂特性84

4.1.3液壓型風力發電機組功率控制思想85

4.1.4液壓型風力發電機組功率控制研究意義87

4.2液壓主傳動繫統功率傳輸機理分析87

4.2.1管道特性的功率傳輸機理分析87

4.2.2泵側輸入端功率傳輸機理分析92

4.2.3變量馬達側輸出端功率傳輸機理分析93

4.2.4液壓繫統特性對輸出功率影響仿真95

4.3液壓型風力發電機組並網運行功率控制方法102

4.3.1液壓型風力發電機組有功功率控制方法102

4.3.2液壓繫統功率傳輸特性105

4.4高風速條件下的變槳距功率平滑控制策略研究123

4.4.1PI控制變槳距繫統功率波動分析124

4.4.2基於模糊PID的變槳距功率平滑控制策略127

4.4.3基於模糊PID變槳距功率平滑控制仿真驗證131

4.5本章小結135

參考文獻135

第5章液壓型風力發電機組*佳功率追蹤控制技術136

5.1液壓型風力發電機組*佳功率追蹤概述136

5.1.1液壓型風力發電機組能量傳遞方式136

5.1.2液壓型風力發電機組*佳功率追蹤方法研究意義137

5.2基於古典控制理論的*佳功率追蹤方法137

5.2.1變步長的*佳功率追蹤控制方法137

5.2.2直接發電功率控制的*佳功率追蹤方法142

5.2.3發電功率和風力機轉速聯合控制的*佳功率追蹤方法149

5.2.4直接壓力控制的*佳功率追蹤方法152

5.2.5繫統壓力和風力機轉速聯合控制的*佳功率追蹤方法157

5.3基於現代控制理論的*佳功率追蹤方法160

5.3.1以風力機轉速為輸出的*佳功率追蹤控制160

5.3.2以發電功率為輸出的*佳功率追蹤控制164

5.3.3以高壓壓力為輸出的*佳功率追蹤控制167

5.3.4以液壓轉矩為控制輸出的*佳功率追蹤優化控制171

5.3.5基於自抗擾控制的*佳功率追蹤控制179

5.4本章小結188

參考文獻189

第6章液壓型風力發電機組低電壓穿越控制技術190

6.1低電壓穿越概述190

6.1.1低電壓穿越的要求及關鍵技術190

6.1.2電網電壓跌落分類及分析191

6.1.3低電壓穿越研究現狀191

6.2液壓型風力發電機組低電壓穿越特性分析193

6.2.1電網故障的暫態分析193

6.2.2電網電壓跌落時同步發電機的暫態穩定198

6.2.3液壓繫統瞬態特性分析203

6.3基於馬達擺角調控的低電壓穿越控制方法207

6.3.1液壓型風力發電機組的能量傳遞207

6.3.2基於馬達擺角調控的低電壓穿越控制方法208

6.3.3仿真驗證209

6.4基於閥-泵聯合的低電壓穿越控制策略211

6.4.1基於能量耗散的比例節流閥控制律211

6.4.2基於動態面控制的變量馬達擺角控制律212

6.4.3仿真驗證214

6.5能量分層調控218

6.5.1低電壓穿越能量傳輸機理分析218

6.5.2低電壓穿越能量分層調控219

6.5.3低電壓穿越電磁轉矩補償224

6.5.4機組整體低電壓穿越控制律規劃230

6.5.5機組低電壓穿越控制律實驗驗證232

6.6本章小結234

參考文獻234

第7章液壓型落地式風力發電機組長管路諧振抑制技術235

7.1長管路對機組特性的影響235

7.1.1長管路建模方法235

7.1.2繫統管道效應影響分析248

7.2長管路繫統特性分析256

7.2.件阻抗模型256

7.2.2液壓型落地式風力發電機組整機流體網絡阻抗數學模型260

7.2.3液壓型落地式風力發電機組頻率特性分析262

7.2.4液壓型落地式風力發電機組長管路繫統轉速特性分析275

7.2.5液壓長管路繫統轉速比傳遞特性的影響分析276

7.2.6液壓長管路繫統負載力矩對轉速特性的影響分析279

7.2.7液壓長管路繫統諧振頻率分析281

7.2.8串聯節流閥的特性研究284

7.3液壓型落地式風力發電機組諧振抑制289

7.3.1振動源289

7.3.2繫統阻抗289

7.3.3繫統阻抗調整下的壓力比傳遞特性分析291

7.3.4繫統阻抗調整下的轉速傳遞特性分析292

7.4本章小結293

參考文獻293

第8章液壓型風力發電機組變槳距控制技術295

8.1概述295

8.2閥控液壓馬達變槳距繫統運行特性295

8.3閥控液壓馬達槳距角位置控制296

8.3.1閥控液壓馬達位置伺服繫統數學模型296

8.3.2LuGre摩擦模型參數辨識302

8.3.3基於LuGre摩擦模型的閥控液壓馬達槳距角控制與仿真308

8.4閥控液壓馬達變槳距速度衝擊抑制316

8.4.1液壓變槳距控制衝擊分析316

8.4.2基於速度/位置模糊控制的變槳距衝擊抑制317

8.4.3模糊控制器設計322

8.4.4變槳距速度/位置模糊控制仿真分析與實驗驗證325

8.5液壓型風力發電機組變槳距載荷模擬與功率控制策略331

8.5.1液壓型風力發電機組變槳距控制半物理仿真331

8.5.2變槳距載荷模擬繫統研究336

8.5.3改進輔助同步補償仿真驗證347

8.5.4基於變槳距的功率控制研究349

8.6本章小結355

參考文獻355