了得網工業技術_風力發電繫統優化控制

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本書涵蓋了風力發電所涉及的幾個關鍵技術領域：風能、風能轉換繫統、風電場數學建模、風電機組控制繫統、風電機組優化控制器、風能轉換繫統優化設計準則、變流器控制、變槳距控制繫統以及風電繫統實驗設計等諸多方面。書中給出了風能優化控制繫統的具體實現方法，並通過仿真、實驗雙重驗證，提供了不同控制策略下所得到的詳實波形，便於對比分析，加深讀者印像。本書適合從事風力發電行業、電力電子與電力繫統行業、風電控制繫統、風電場運行與維護的工程師參考，尤其適合高等院校的本科生和研究生閱讀。

內容簡介

本書涵蓋了風力發電繫統所涉及的幾個關鍵技術領域：風力資源、風電場微觀選址、風力機類型、風能轉換繫統、風電場數學建模、風電機組控制繫統、風電機組優化控制器、風能轉換繫統優化設計準則、變流器控制、變槳距控制繫統以及風電繫統實驗設計等諸多方面。書中詳細給出了風電繫統控制部分的技術細節和具體實現方法，並通過仿真、實驗雙重手段，對不同控制策略下所得到的詳實波形進行了對比分析，有一定的工程理論價值和工程借鋻、示範作用。本書適用於從事風力發電行業、電力電子與電力繫統行業、風電控制繫統、風電場運行與維護的工程師參考，亦可作為風電控制繫統工具手冊使用，尤其適合高等院校的本科生和研究生閱讀。

譯者的話
譯者簡介
原繫列叢書編輯前言
前言
本書所用的物理量彙總
本書所用的首字母縮略詞彙總
第1章風能1
1.1 簡介1
1.2 風能轉換繫統的現狀與發展趨勢1
1.2.1 風能轉換繫統技術上的問題1
1.2.2 風力機3
1.2.3 小功率風能轉換繫統4
1.2.4 風能轉換繫統的控制4
1.3 本書概要5譯者的話
譯者簡介
原繫列叢書編輯前言
前言
本書所用的物理量彙總
本書所用的首字母縮略詞彙總
第1章風能1
1.1 簡介1
1.2 風能轉換繫統的現狀與發展趨勢1
1.2.1 風能轉換繫統技術上的問題1
1.2.2 風力機3
1.2.3 小功率風能轉換繫統4
1.2.4 風能轉換繫統的控制4
1.3 本書概要5
第2章風能轉換繫統7
2.1 風能7
2.2 風能轉換繫統技術10
2.3 風力機的空氣動力特性11
2.3.1 致動盤的概念11
2.3.2 風力機的性能13
2.4 傳動鏈14
2.5 發電繫統15
2.5.1 恆速WECS15
2.5.2 變速WECS17
2.6 混合發電繫統中的風力發電機19
2.7 控制目標21
第3章 WECS的模型23
3.1 簡介和問題陳述23
3.2 風力機的空氣動力模型24
3.2.1 固定點風速模型24
3.2.2 風力機的特性29
3.2.3 基於風輪風速的轉矩計算34
3.3 發電機模型37
3.3.1 感應發電機38
3.3.2 同步發電機42
3.4 傳動裝置模型44
3.4.1 剛性傳動鏈44
3.4.2 柔性傳動鏈46
3.5 電力電子變流器和電網模型46
3.6 線性化和特征值分析49
3.6.1 基於感應發電機的WECS49
3.6.2 基於同步發電機的WECS53
3.7 案例研究（1）：基於SCIG的WECS的降階線性模型56
第4章風力機控制繫統58
4.1 控制目標58
4.2 主控制目標的物理基礎58
4.2.1 主動變槳控制59
4.2.2 主動失速控制60
4.2.3 被動變槳控制60
4.2.4 被動失速控制61
4.3 WECS優化控制原則61
4.3.1 變速定槳距WECS實例61
4.3.2 定速變槳距WECS實例64
4.4 WECS的主工作策略65
4.4.1 變速定槳距WECS的控制65
4.4.2 變槳距WECS的控制70
4.5 混合標準的優化控制：能量效率?疲勞載荷74
4.6 整體運行的增益調度控制76
4.7 WECS中的發電機控制78
4.7.1 感應發電機的矢量控制78
4.7.2 永磁同步發電機的控制82
4.8 並網運行和電能質量評估控制繫統83
4.8.1 電力繫統穩定性83
4.8.2 電能質量87
第5章基於能量效率準則的WECS優化控制設計方法90
5.1 問題陳述和現狀90
5.1.1 非線性模型下的優化控制方法90
5.1.2 采用線性化模型的控制策略93
5.1.3 小結95
5.2 功率點跟蹤（MPPT）策略96
5.2.1 問題陳述及文獻回顧96
5.2.2 風速湍流在MPPT中的應用99
5.2.3 案例研究（2）：經典MPPT與風速湍流作為搜索信號的MPPT103
5.2.4 小結106
5.3 PI控制107
5.3.1 問題陳述107
5.3.2 控制器設計108
5.3.3 案例研究（3）：2MW WECS優化控制中PI速度控制的應用110
5.3.4 案例研究（4）：6kV WECS優化控制中PI功率控制的應用112
5.4 開關控制113
5.4.1 控制器設計113
5.4.2 案例研究（5）117
5.5 滑模控制118
5.5.1 建模119
5.5.2 基於減輕機械負荷的能量優化119
5.5.3 案例研究（6）121
5.5.4 實時仿真結果122
5.5.5 小結124
5.6 反饋線性化控制125
5.6.1 WECS建模125
5.6.2 控制器設計127
5.6.3 案例研究（7）130
5.7 QFT魯棒控制131
5.7.1 WECS建模132
5.7.2 基於QFT的控制設計132
5.7.3 案例研究（8）133
5.8 小結138
第6章 WECS多目標優化控制141
6.1 簡介141
6.2 WECS的LQ控制141
6.2.1 問題陳述141
6.2.2 輸入?輸出方法142
6.2.3 案例研究（9）：RST控制器在柔性耦合發電機WECS LQ控制中的應用144
6.3 WECS控制的頻率分離原理146
6.3.1 WECS動態性能的頻率分離原則146
6.3.2 優化控制結構和設計程序（2LFSP）147
6.3.3 濾波和風速估計的推算150
6.4 2LFSP在剛性耦合發電機WECS中的應用152
6.4.1 建模152
6.4.2 低頻環穩態優化154
6.4.3 高頻環LQG動態優化154
6.4.4 高頻環LQ動態優化156
6.4.5 案例研究（10）158
6.4.6 整體實時仿真結果161
6.5 2LFPS在柔性耦合發電機WECS中的應用165
6.5.1 建模165
6.5.2 低頻環穩態優化166
6.5.3 高頻環動態優化167
6.5.4 案例研究（11）168
6.6 2LFSP有效性的小結170
6.7 多目標整體控制方案171
6.7.1 大功率風力發電機的控制目標171
6.7.2 多目標控制的整體化和頻率分離原則172
6.7.3 WECS頻率範圍模型174
6.7.4 風速湍流部分的頻譜特性175
6.7.5 WECS控制繫統的開環帶寬限制177
6.7.6 WECS的頻率分離控制179
第7章 WECS控制結構的實驗研究設備繫統183
7.1 簡介183
7.2 WECS的機電仿真器184
7.2.1 硬件在環（HIL）繫統的原理184
7.2.2 設計HIL繫統的具體過程186
7.2.3 WECS物理仿真器的構建187
7.2.4 WECS HIL仿真器的誤差估計188
7.3 案例研究（12）：基於DFIG的WECS的HIL仿真器的構建192
7.3.1 對WECS仿真器的要求193
7.3.2 實時物理仿真器（RTPS）的構建193
7.3.3 研究物理繫統（IPS）的構建和發電機控制196
7.3.4 WECS整體運行模擬198
7.4 小結200
第8章結論201
附錄203
附錄A 案例研究中各WECS的特性203
附錄B 理論背景和發展205
B.1 滑模控制205
B.2 反饋線性化控制206
B.3 QFT魯棒控制210
附錄C 圖片、圖表和實時影像215
參考文獻221

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