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海上风力发电:控制、保护与并网

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  • 基本简介
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海上风力发电:控制、保护与并网
出版时间: 2017

内容简介
  本书第1章介绍了风电机组的技术﹑海上输电网络﹑风力发电对电力系统运行的影响以及风电并网规范等基本知识。第2章从机组组成﹑数学建模及其控制策略﹑不同类型故障下的动态响应以及故障穿越策略等多方面详细地解释了双馈感应风力发电机。第3章侧重于全功率变流器风力发电机,对永磁同步型和笼型感应全功率风力发电机的控制﹑电力系统阻尼器等进行了分析,本章还详述了典型的电励磁同步发电机的建模和控制。第4章从海上风电场电气系统的组成﹑电力汇集器﹑海上输电系统﹑海上变电站﹑无功功率补偿装置和海底电缆等方面出发,对海上风电场电气系统的主要组件所涉及的关键技术和原理﹑运行和控制等进行了阐述。 第5章通过丰富的范例展示了海上风电场的不同并网方式,并给出了各方式下的仿真运行结果。第6章涉及海上风电场中各个保护区的划分﹑交流输电线故障研究﹑以及通过直流并网的海上风电场的保护等内容。第7章介绍了在海上风电并网方面涌现的诸多新兴技术,如风力发电机载荷柔化技术﹑直流传输保护﹑储能技术﹑故障限流器、超导电缆等。附录A对运用于海上风力发电中的电压源换流器,如二电平换流器﹑三电平换流器、模块化多电平换流器等的拓扑和调制等进行了原理性介绍,便于读者理解前述章节的内容。附录B提供了不少算例,便于读者深入理解本书介绍的部分关键内容。本书内容较全面地涵盖了海上风力发电所涉及的关键技术,对海上风电场以及输电系统等各组成部分从基本原理到控制和运行等方面都有较全面和由浅入深的描述,不仅适合高等院校电气工程方向高年级本科生和研究生学习,也适合从事风力发电﹑特别是从事海上风力发电的生产制造、运行与控制等领域的工程技术人员参考。

目 录
译者序
原书前言
作者简介
缩略语与物理量符号
第1章 海上风力发电系统
1.1 背景
1.2 典型子系统
1.3 风力发电机技术
1.3.1 基础知识
1.3.2 构架
1.3.3 海上风力发电机技术现状
1.4 海上输电网
1.5 对电力系统运行的影响
1.5.1 电力系统动态与稳定
1.5.2 无功功率与电压支撑
1.5.3 频率支撑
1.5.4 风力发电机惯量响应
1.6 风电并网规则
致谢
参考文献
第2章 双馈感应风力发电机
2.1 介绍
2.1.1 感应发电机(IG)
2.1.2 背靠背换流器
2.1.3 齿轮箱
2.1.4 撬棒保护
2.1.5 风力发电机变压器
2.2 双馈感应风力发电机的结构和数学建模
2.2.1 感应发电机在abc坐标系下的模型
2.2.2 感应发电机在dq0坐标系下的模型
2.2.3 机械系统
2.2.4 撬棒保护
2.2.5 双馈感应发电机背靠背换流器的建模
2.2.6 电力电子换流器的平均值模型
2.2.7 直流回路
2.3 双馈感应风力发电机的控制
2.3.1 转速PI控制
2.3.2 双馈感应风力发电机无功功率的PI控制
2.3.3 转子电流的PI控制
2.3.4 直流电压的PI控制
2.3.5 网侧换流器电流的PI控制
2.4 双馈感应风力发电机动态性能评估
2.4.1 三相故障
2.4.2 对称电压跌落故障
2.4.3 非对称电压跌落故障
2.4.4 单相对地故障
2.4.5 相间短路故障
2.4.6 对称短路故障下的转矩特性
2.4.7 不对称短路故障下的转矩特性
2.4.8 电网故障对感应发电机无功功率消耗的影响
2.5 故障穿越能力与电网导则
2.5.1 撬棒保护的利弊
2.5.2 双馈感应风力发电机变量对其故障穿越能力的影响
2.6 提高双馈感应风力发电机故障穿越能力的先进控制策略
2.6.1 二自由度内模控制(IMC)
2.6.2 转速IMC控制器
2.6.3 转子电流IMC控制器
2.6.4 直流电压IMC控制器
2.6.5 网侧换流器电流IMC控制器
2.6.6 双馈感应风力发电机IMC控制器的鲁棒性调节
2.6.7 鲁棒稳定性原理
参考文献
第3章 全功率换流风力发电机
3.1 同步电机基础
3.1.1 同步发电机结构
3.1.2 同步发电机的气隙磁场
3.2 同步发电机dq坐标系模型
3.2.1 稳态运行
3.2.2 带阻尼绕组的同步发电机
3.3 大型同步发电机的控制
3.3.1 励磁控制
3.3.2 原动机控制
3.4 全功率换流风力发电机
3.5 基于同步发电机的全功率换流风力发电机
3.5.1 永磁同步发电机
3.5.2 基于永磁同步发电机的全功率换流风力发电机
3.5.3 发电机侧换流器控制
3.5.4 直流链建模
3.5.5 网侧换流器控制
3.6 基于笼型感应发电机的全功率换流风力发电机
3.6.1 全功率换流感应风力发电机的控制
3.7 基于全功率换流风力发电机的电力系统阻尼器
3.7.1 电力系统振荡阻尼控制器
3.7.2 风力发电对电网阻尼的影响
3.7.3 全功率换流风力发电机阻尼控制器对电网阻尼的影响
致谢
参考文献
第4章 海上风电场中的电气系统
4.1 典型组件
4.2 海上风力发电机概述
4.3 电力汇集器
4.3.1 风电场集群
4.4 海上输电系统
4.4.1 HVAC输电
4.4.2 HVDC输电
4.4.3 CSC-HVDC输电
4.4.4 VSC-HVDC输电
4.4.5 多端VSC-HVDC网络
4.5 海上变电站
4.6 无功功率补偿设备
4.6.1 静止无功功率补偿器(SVC)
4.6.2 静止同步补偿器(STATCOM)
4.7 海底电缆
4.7.1 交流海底电缆
4.7.2 直流海底电缆
4.7.3 地下和海底电缆建模
致谢
参考文献
第5章 海上风电场并网———案例研究
5.1 背景
5.2 利用点对点VSC-HVDC输电技术实现海上风电场并网
5.3 利用HVAC输电技术实现海上风电场并网
5.4 利用HVAC/VSC-HVDC并联输电技术实现海上风电场并网
5.5 利用多端VSC-HVDC网络技术实现海上风电场并网
5.6 利用多端VSC-HVDC连接区域间电力系统
致谢
参考文献
第6章 海上风电场的保护
6.1 风电场交流网络内的保护
6.1.1 风力发电机保护区
6.1.2 馈线保护区
6.1.3 母线保护区
6.1.4 高压变压器保护区
6.2 发生在海上双馈感应发电机风电场交流传输线上故障的研究
6.2.1 范例1
6.2.2 范例2
6.3 通过直流并网的海上风电场保护
6.3.1 VSC-HVDC换流器保护方案
6.3.2 直流传输线故障分析
6.3.3 极间故障
6.3.4 极-地故障
6.3.5 HVDC直流保护:挑战与趋势
6.3.6 基于双馈感应发电机的海上风电场直流输电线故障的仿真研究
致谢
参考文献
第7章 海上风电接入新技术
7.1 风力发电机载荷柔化先进控制技术
7.1.1 叶片桨距角控制
7.1.2 桨叶扭转控制
7.1.3 可变直径转子
7.1.4 流场主动控制
7.2 换流

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