气候变化和能源供给已越来越引起人们的关注，世界范围内风力发电已成为电能的一个重要来源。

现代风电机组采用先进的电力电子技术实现了对发电机的有效控制，并保证了其与电力系统运行的相容性。由徐政编译的这本《风力发电的模拟与控制》描述了大型风电机组中发电机和电力电子系统的基本原理和建模方法，同时讨论了它们怎样与电力系统相互作用以及风电机组对电力系统运行和稳定性的影响。

由徐政编译的这本《风力发电的模拟与控制》主要讲述了大型风电机组中发电机和电力电子系统的基本原理和模拟方法，并讨论了风电机组与电力系统之间的相互作用及其对电力系统运行和稳定性的影响。《风力发电的模拟与控制》适合于从事风力发电设备开发、风电场接人系统设计和电力系统运行的工程师以及高等学校电气工程专业的教师和研究生阅读。

译者序

原书前言

缩略语与物理量符号

第1章 风力发电1

 1.1 风电场2

 1.2 风力发电系统2

1.2.1 风力机3

1.2.2 风力机的结构5

 1.3 风电机组与常规发电厂的比较8

1.3.1 局部影响8

1.3.2 系统范围的影响9

 1.4 电网法规关于风电接入的相关规章11

 参考文献12

第2章 风电机组中的电力电子技术14

 2.1 用于FSIG风电机组的软起动器15

 2.2 电压源变流器(VSC)17

2.2.1 两电平VSC17

2.2.2 方波运行18

2.2.3 基于载波的PWM(CB-PWM)19

2.2.4 开关频率最优PWM(SFO-PWM)21

2.2.5 规则与不规则采样PWM(RS-PWM与NRS-PWM)21

2.2.6 特定谐波消去PWM(SHEM)22

2.2.7 电压空间矢量开关模式(SV-PWM)23

2.2.8 滞环开关模式24

 2.3 VSC在变速系统中的应用25

2.3.1 采用二极管桥的VSC25

2.3.2 背靠背VSC26

 参考文献28

第3章 同步发电机的模拟29

 3.1 同步发电机的结构29

 3.2 同步发电机的气隙磁场29

 3.3 同步发电机的线圈表示31

 3.4 dq坐标系下的发电机方程33

 3.5 稳态运行35

 3.6 具有阻尼绕组的同步发电机36

 3.7 非降阶模型38

 3.8 降阶模型39

 3.9 大型同步发电机的控制39

3.9.1 励磁控制40

3.9.2 原动机控制41

 参考文献42

第4章 基于定速感应发电机(FSIG)的风电机组43

 4.1 感应电机结构43

4.1.1 笼型转子43

4.1.2 绕线转子44

 4.2 稳态特性44

 4.3 用于风力发电的FSIG结构46

4.3.1 双速运行方式47

4.3.2 可变转差率运行47

4.3.3 无功补偿设备48

 4.4 感应电机的模拟49

4.4.1 FSIG的一个暂态电抗后的电势模型49

 4.5 FSIG风电机组的动态性能53

4.5.1 小扰动53

4.5.2 电网故障期间的性能55

 参考文献57

 风力发电的模拟与控制目录

第5章 基于双馈感应发电机(DFIG)的风电机组59

 5.1 DFIG的典型结构59

 5.2 稳态特性59

5.2.1 稳态下的有功功率关系61

5.2.2 运行状态矢量图62

 5.3 最优风功率捕获控制63

 5.4 DFIG的控制方案64

5.4.1 电流模式控制(PVdq)64

5.4.2 转子磁链幅值和相角控制68

 5.5 动态性能评估69

5.5.1 小干扰69

5.5.2 电网故障时的性能72

 参考文献74

第6章 基于全功率变流器(FRC)的风电机组75

 6.1 基于同步发电机的FRC风电机组75

6.1.1 直驱式风电机组的发电机75

6.1.2 永磁同步发电机与电励磁同步发电机76

6.1.3 永磁同步发电机76

6.1.4 风电机组控制和动态性能评估77

 6.2 基于感应发电机的FRC型风电机组86

6.2.1 稳态性能86

6.2.2 FRC-IG风电机组的控制87

6.2.3 FRC-IG风电机组的性能特性90

 参考文献90

第7章 风轮动态性能对风电机组运行的影响92

 7.1 叶片的弯曲动态92

 7.2 三质块模型的推导93

 7.3 等效两质块模型96

 7.4 FSIG和DFIG风电机组性能的评估98

 参考文献100

第8章 风电场对电网动态性能的影响102

 8.1 动态稳定性及其评估102

 8.2 同步发电机的动态特性103

 8.3 同步发电机的同步功率和阻尼功率模型103

 8.4 自动电压调节器对阻尼的影响105

 8.5 发电机运行状态对阻尼的影响106

 8.6 调速器对发电机运行的影响108

 8.7 暂态稳定性109

 8.8 电压稳定性110

 8.9 通用测试系统112

 8.10 发电机类型对电网动态稳定性的影响113

8.10.1 发电机2为同步发电机113

8.10.2 发电机2为基于FSIG的风电场114

8.10.3 发电机2为基于DFIG的风电场(PVdq控制)114

8.10.4 发电机2为基于DFIG的风电场(FMAC控制)114

8.10.5 发电机2为基于FRC的风电场114

 8.11 风电场与系统的动态相互作用115

8.11.1 FSIG对系统阻尼的影响115

8.11.2 DFIG对系统阻尼的影响118

 8.12 风力发电对系统暂态性能的影响121

8.12.1 发电机2为同步发电机121

8.12.2 发电机2为FSIG风电场122

8.12.3 发电机2为DFIG风电场122

8.12.4 发电机2为FRC风电场123

 参考文献124

第9章 电力系统稳定器与风电场的系统阻尼能力125

 9.1 用于同步发电机的电力系统稳定器125

9.1.1 要求和功能125

9.1.2 同步发电机的PSS及对发电机性能的影响126

 9.2 用于DFIG的电力系统稳定器129

9.2.1 要求和功能129

9.2.2 DFIG-PSS及其对性能的影响134

 9.3 用于FRC风电场的电力系统稳定器137

9.3.1 要求和功能137

9.3.2 FRC-PSS及其对性能的影响139

 参考文献144

第10章 风电场接入电力系统145

 10.1 无功补偿145

10.1.1 静止无功补偿器(SVC)145

10.1.2 静止同步补偿器(STATCOM)147

10.1.3 STATCOM与FSIG的稳定性148

 10.2 高压交流接入149

 10.3 高压直流接入150

10.3.1 LCC-HVDC151

10.3.2 VSC-HVDC151

10.3.3 多端HVDC152

10.3.4 高压直流输电——机会和挑战153

 10.4 海底电网设计实例155

10.4.1 Beatrice海上风电场155

10.4.2 陆上电网连接点156

10.4.3 技术分析158

10.4.4 成本分析160

10.4.5 推荐的连接点160

 参考文献161

第11章 应对系统故障的风电机组控制164

 11.1 风电机组对频率调节的影响164

11.1.1 频率控制164

11.1.2 风电机组的转动惯量165

11.1.3 快速一次响应166

11.1.4 慢速一次响应168

 11.2 故障穿越(FRT)172

11.2.1 FSIG机组172

11.2.2 DFIG机组173

11.2.3 FRC机组175

11.2.4 VSC-HVDC用于连接FSIG风电场176

11.2.5 VSC-HVDC用于连接FRC风电场177

 参考文献179

附录181

 附录A 状态空间概念和模型181

 附录B 特征值与特征矢量概论186

 附录C 状态方程的线性化190

 附录D 通用测试系统模型的参数192