直驅永磁風力發電機設計及併網控制

本書主要內容涉及直驅永磁型變速恆頻風力發電系統的運行控制基礎，直驅永磁風力發電機系統的建模和控制技術，永磁同步風力發電機原理、系統化匹配設計技術和齒槽轉矩削弱技術，理想電網條件下永磁同步風力發電系統的矢量控制，以及有功、無功功率解耦調節和最大風能捕獲追蹤運行。書中還就對稱電網故障下直驅永磁風力發電系統的低電壓穿越運行，小值不平衡電網故障下PMSG的運行理論，直驅永磁風電機組在電網電壓不對稱下的穿越運行，電網故障下鎖相環技術，同時還對電網電壓正常與故障下的預測直接功率控制技術作了深入探討，完善了併網型直驅永磁風力發電系統的基礎理論、設計方法與運行控制策略等方面的研究。 本書可作為新能源開發及風電技術專業的研究生教材，也可供從事風電產品研發、生產製造和運行管理的研究人員及工程技術人員參考。 ^[1] 

第1章 緒論 1

1.1 風力發電技術背景 1

1.1.1 風力發電的發展概況[1-6] 1

1.1.2 風力發電系統的主要類型及發展現狀 3

1.1.3 風力發電技術主要發展趨勢 6

1.2 直驅永磁同步風力發電系統的拓撲結構[7-11] 7

1.3 直驅永磁風力發電機及其設計技術研究現狀 9

1.3.1 直驅永磁風力發電機的主要類型[12-14] 9

1.3.2 永磁電機設計與分析方法[15-22] 11

1.3.3 永磁風力發電機研究現狀[23-43] 12

1.4 直驅永磁同步風力發電機控制方法研究現狀 14

1.4.1 理想電網條件下直驅永磁同步發電機控制方法f [44-45] 14

1.4.2 電網故障下直驅永磁風力發電機控制方法[46-51] 16

參考文獻 18

第2章 直驅永磁風力發電系統運行原理 22

2.1 直驅永磁風力發電系統結構及基本原理 22

2.2 直驅永磁風力發電系統建模 23

2.2.1 風力機原理及特性 23

2.2.2 直驅永磁發電機建模 25

2.2.3 機側PWM變流器的數學模型 33

2.2.4 網側PWM變流器的數學模型 35

2.3 直驅永磁風力發電系統的控制 38

2.3.1 機組功率控制策略 38

2.3.2 機側變流器控制策略 42

2.3.3 網側變流器控制策略 49

2.3.4 直驅永磁同步風力發電系統仿真分析 53

2.4 直驅永磁風力發電系統併網控制 71

2.4.1 風力發電系統併網要求 71

2.4.2 直驅永磁風力發電系統併網過程 74

參考文獻 74

第3章 直驅永磁風力發電機的運行特性與電磁設計 76

3.1 PWM變流器控制下直驅永磁風力發電機運行特性 76

3.1.1 PWM變流器對直驅永磁風力發電機的約束分析 76

3.1.2 isd=0控制策略下直驅永磁風力發電機運行特性 77

3.1.3 恆端電壓控制策略下直驅永磁風力發電機運行特性 79

3.1.4 單位功率因數控制策略下直驅永磁風力發電機運行特性 80

3.2 直驅永磁風力發電機參數化分析 82

3.2.1 極數對直驅永磁風力發電機的影響 82

3.2.2 極數/槽數匹配對直驅永磁風力發電機的影響 89

3.2.3 磁極參數對直驅永磁風力發電機的影響 92

3.2.4 匝數對直驅永磁風力發電機的影響 101

3.3 變流器約束下直驅永磁風力發電機的電磁設計 104

3.3.1 經典同步發電機設計與分析方法[5] 104

3.3.2 PWM整流器控制下直驅永磁風力發電機系統系統化設計 方法 106

3.3.3 直驅永磁風力發電機設計實例 109

3.3.4 2MW直驅永磁風力發電機仿真分析 121

3.3.5 直驅永磁風力發電機試驗 128

3.4 直驅永磁風力發電機齒槽轉矩及其削弱 131

3.4.1 永磁電機齒槽轉矩產生機理及削弱原理 131

3.4.2 齒槽轉矩削弱的基本方法[16~18] 136

3.4.3 基於重複單元磁極偏移削弱齒槽轉矩方法 145

參考文獻 159

第4章 電網故障下直驅永磁風力發電機組的運行 160

4.1 電網電壓對稱跌落下直驅永磁風力發電機組的控制 160

4.1.1 電網電壓跌落概念 160

4.1.2 電網電壓跌落對直驅永磁風力發電機組的影響 162

4.1.3 直驅永磁風力發電機組低電壓穿越措施 164

4.1.4 其他輔助策略 172

4.1.5 電壓跌落檢測方法 173

4.2 電網電壓小值不平衡下直驅永磁風力發電機組的控制 174

4.2.1 電網電壓小值不平衡時網側變流器的建模 175

4.2.2 不平衡分量正負序分解 178

4.2.3 直驅型永磁風力發電系統的電網同步化方法 180

4.2.4 電網電壓小值不平衡時網側變流器的控制 183

4.2.5 直流側母線電壓二倍電網頻率穩態波動條件下機側變流器 的控制 192

4.3 電網電壓不對稱故障下直驅永磁風力發電機組的控制 194

4.3.1 電網電壓不對稱故障下直驅永磁風力發電機組的控制 195

4.3.2 仿真分析 202

4.3.3 實驗分析 210

參考文獻 216

第5章 直驅永磁風力發電系統的直接功率控制 217

5.1 瞬時功率理論 217

5.1.1 電功率理論的概念及其發展過程 217

5.1.2 傳統電功率定義 218

5.1.3 瞬時功率定義與計算[18] 221

5.2 傳統直接功率控制策略 223

5.2.1 基於電壓定向的直接功率控制（V-DPC） 223

5.2.2 基於虛擬磁鏈定向的直接功率控制[20,23] 228

5.3 預測直接功率控制策略 234

5.3.1 預測控制概述 234

5.3.2 網側變流器模型預測直接功率控制 235

5.3.3 無差拍預測直接功率控制[12] 237

5.4 直驅永磁風力發電系統的直接功率控制 245

5.4.1 理想電網條件下直驅永磁風力發電系統的直接功率控制 245

5.4.2 電網不對稱故障下直驅永磁風力發電系統的直接功率控制 253

參考文獻 261 ^[1]