风力发电机组控制技术

本书共分9章，主要针对目前两种主流风力发电系统——直驱永磁同步风力发电系统和双馈异步风力发电系统，在正常运行和电网故障时的工作原理、控制策略进行研究和探讨。本书系统介绍从风能的捕获到风电并网整个过程中风力发电机组的运行与控制技术，包括风力发电系统的组成、类型，风力发电系统中的电力电子装置和风力发电技术发展趋势；研究风力发电机组的功率控制策略，两种风力发电系统的工作原理与控制策略，以及提高风力发电机组低电压穿越能力的措施；还探讨了风力发电机组在电网故障时的运行与控制策略，提出提高风力发电系统故障容错能力的措施。
本书可作为从事风力发电机组的研发、运行和管理的研究人员、技术人员的参考书，同时可供高等院校电气工程专业的师生阅读，也可作为电气工程和能源工程专业的研究生教材。

章 绪论
1.1 风力发电概况
1.1.1 外国风力发电现状及展望
1.1.2 中国风力发电现状及展望
1.2 风力发电机组的基本组成
1.3 风力发电系统的主要类型
1.3.1 恒速恒频风力发电系统
1.3.2 有限变速风力发电系统
1.3.3 带部分功率变换器的变速恒频风力发电系统―双馈风力发电系统
1.3.4 带全功率变换器的变速恒频风力发电系统
1.3.5 采用其他类型发电机的风力发电系统
1.4 风力发电系统中的电力电子装置
1.4.1 软起动器
1.4.2 电容器组
1.4.3 变换器
1.4.4 风电场中的电力电子变换器拓扑结构
1.5 风力发电技术发展趋势
1.5.1 风力发电机组大型化
1.5.2 从陆地向海洋拓展
1.5.3 采用直驱型或半直驱型风力发电机组
1.5.4 提高风力发电机组的运行可靠性
1.5.5 分布式发电和微网技术
1.5.6 智能化控制
1.6 本章小结
第2章 风力发电机组的功率特性与功率控制
2.1 风力发电基本原理
2.2 风轮的空气动力学特性
2.2.1 风能的计算
2.2.2 风轮动量理论（贝兹极限理论）
2.2.3 影响输出功率的因素
2.3 风轮机的功率特性
2.4 风轮机的功率控制
2.4.1 风轮机的种类
2.4.2 风轮机的功率控制方式
2.5 风力发电机组的功率控制策略
2.5.1 风力发电机组的运行控制策略
2.5.2 额定风速以下时发电机组的运行控制
2.5.3 额定风速以上时发电机组的运行控制
2.6 优选功率点跟踪控制策略
2.6.1 最佳叶尖速比控制
2.6.2 功率信号回馈控制
2.6.3 爬山搜寻控制
2.6.4 改进的爬山搜寻控制
2.6.5 最优转矩控制
2.7 本章小结
第3章 直驱风力发电系统的变流控制策略
3.1 直驱风力发电系统的构成与工作原理
3.2 直驱风力发电系统的控制策略
3.2.1 变换器控制策略1（传统控制策略）
3.2.2 变换器控制策略2（新型控制策略）
3.2.3 两种控制策略的比较
3.3 实验研究
3.3.1 控制系统的硬件
3.3.2 控制系统的软件设计
3.3.3 实验验证
3.4 本章小结
第4章 双馈风力发电系统的运行原理
4.1 双馈风力发电系统的构成与工作原理
4.2 双馈发电机的电磁关系
4.2.1 双馈发电机的等效电路和基本方程式
4.2.2 双馈发电机的相量图
4.2.3 双馈风力发电机的功率特性
4.3 双馈风力发电机的数学模型
4.3.1 三相静止坐标系abc中的数学模型
4.3.2 两相旋转坐标系dq中的数学模型
4.4 双馈风力发电机功率变换器的控制
4.4.1 功率变换器控制原理
4.4.2 网侧变换器的控制
4.4.3 转子侧变换器的控制
4.5 实验验证
4.6 本章小结
第5章 风力发电机组的低电压穿越技术
5.1 风电的并网要求
5.1.1 频率和有功功率控制
5.1.2 短路功率和电压变化
5.1.3 无功功率控制
5.1.4 闪变
5.1.5 谐波
5.1.6 稳定性
5.2 风力发电机组的并网过程
5.2.1 双馈风力发电机组的并网控制
5.2.2 直驱风力发电机组的并网控制
5.3 直驱风力发电机组的低电压穿越技术
5.3.1 电网电压跌落概念
5.3.2 PMSG风轮的低电压穿越
5.3.3 风力发电系统的低电压穿越
5.4 双馈风力发电机组的低电压穿越技术
5.4.1 低电压穿越运行的控制目标
5.4.2 DFIG风轮的低电压穿越措施
5.5 本章小结
第6章 电网故障时网侧变换器的同步化方法研究
6.1 风力发电系统网侧变换器的电网同步化要求
6.2 锁相方法
6.2.1 开环锁相法
6.2.2 闭环锁相法
6.3 本章小结
第7章 电网故障时直驱风力发电系统的运行与控制
7.1 电网故障时直驱风力发电系统的控制策略
7.2 电网故障时直驱风力发电系统的控制
7.2.1 电网故障时直驱风力发电系统的控制结构
7.2.2 网侧变换器中的电流控制器
7.2.3 不平衡电压下直流母线电压的控制机理
7.3 不对称电网故障时直驱风力发电系统仿真与实验研究
7.4 本章小结
第8章 双馈风力发电系统的风轮控制策略
8.1 风力发电系统总体控制方案
8.2 风轮控制策略
8.2.1 控制策略
8.2.2 控制策略
8.3 控制器的设计
8.3.1 转速控制器1的设计
8.3.2 功率控制器1的设计
8.3.3 交叉耦合控制
8.3.4 转速控制器2的设计
8.3.5 功率控制器2的设计
8.4 本章小结
第9章 风力发电机组的故障容错技术
9.1 故障诊断概述
9.1.1 故障诊断的概念
9.1.2 故障诊断的由来
9.1.3 故障诊断的分类
9.1.4 故障诊断的任务
9.1.5 评价故障诊断的指标
9.1.6 故障诊断的发展历史
9.2 故障容错的基本理论
9.3 风力发电机组常见故障
9.3.1 风力发电机组叶片