●序
前言
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繫統 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 優選功率跟蹤控制 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 雙饋風力發電繫統 55
3.1 雙饋風力發電繫統的基本工作原理 55
3.2 雙饋風力發電繫統的動態模型 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 基於PI的矢量控制 82
4.1.2 基於PR的控制策略研究及仿真驗證 85
4.1.3 基於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繫扭振的控制 127
4.3.1 不同控制策略對軸繫振蕩的阻尼作用 127
4.3.2 機組軸繫扭振的鎮定控制 136
4.4 機側變換器的無速度傳感器控制 139
4.4.1 基於脈衝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繫統 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 基於開關表的網側變換器直接功率控制 214
5.4.2 基於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 基於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範 273
7.2.2 中國故障電壓穿越相關規範 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 模塊化組合並聯風電變換器 314
8.1 多變流回路並聯技術 314
8.1.1 多變流回路並聯方法 314
8.1.2 多變換器並聯的環流特性 316
8.1.3 多變換器並聯的環流控制 319
8.1.4 多變換器並聯仿真分析 322
8.2 並聯變換器繫統的效率提升技術 328
8.2.1 中低壓開關混合的三電平NPC變換器 328
8.2.2 基於DPWM的交錯並聯調制降損優化 336
8.2.3 並聯變換器繫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 基於環流的並聯變換器繫統熱狀態控制 360
8.3.1 並聯變換器繫統的主動環流控制 361
8.3.2 基於環流的熱應力平滑控制 365
8.3.3 基於環流的預防凝露控制 371
參考文獻 374
第9章 並聯變流繫統的容錯與重構運行 376
9.1 並聯型風電變流器的容錯控制 377
9.1.1 並聯變流繫統的橋臂開路故障運行機制 377
9.1.2 並聯變流繫統的容錯控制策略 379
9.1.3 並聯三電平變換器繫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 並聯變流繫統的故障重構繫統結構 392
9.2.2 故障檢測與故障隔離 395
9.2.3 並聯變流器繫統重構控制策略 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
0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繫統實驗平臺 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 雙變流回路並聯的3MW/4MVA全功率變流實驗繫統 432
內容簡介
《風電變流技術》總結了作者在風電變流技術領域十餘年的研究成果，全面闡述了風電變流器本體的電力電子技術、風電變流器對機組的轉矩控制和對電網的並網控制技術，內容包括全功率變換風力發電繫統和雙饋風力發電繫統的原理、機側和網側變換器的優化控制、機側與網側變換器直流環節及變換器濾波環節的優化設計、風電變流器的電網故障穿越及其不間斷運行技術、變流器的模塊化並聯擴容技術、並聯型風電變流器的容錯與重構運行技術和風電變流器的電壓源型控制技術等。此外，《風電變流技術》還介紹了大量優化和改進風電變流器控制性能的新技術，並附有大量的設計案例、仿真分析與實驗驗證。
