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第1章 绪论 1

1.1 风能开发与利用 1

1.1.1 能源危机问题 1

1.1.2 生态环境问题 1

1.1.3 风能开发与利用 2

1.2 风力发电系统技术发展 6

1.2.1 恒速恒频风力发电系统 7

1.2.2 变速恒频风力发电系统 7

1.3 双馈感应电机风力发电系统描述 12

1.3.1 双馈感应电机风力发电系统接入电网方式 12

1.3.2 双馈感应电机风力发电系统功率变换器技术 14

1.3.3 双馈感应电机技术 18

1.3.4 双馈感应电机风力发电系统典型拓扑结构及其优点 19

1.3.5 双馈感应电机风力发电系统控制技术 21

1.4 本书内容概述 24

参考文献 26

第2章 风力发电系统基本概念及其基础理论 30

2.1 风力发电系统的基本概念 30

2.1.1 风力发电系统基本组成 30

2.1.2 风轮结构 32

2.1.3 风轮功率控制 32

2.2 风力发电系统理论基础 34

2.2.1 风能 34

2.2.2 贝兹极限 35

2.2.3 风轮的特性系数 37

2.2.4 Cp-λ曲线 39

2.2.5 CT-λ曲线 40

2.2.6 风轮输出功率表达式 41

2.2.7 风轮输出转矩表达式 43

2.3 变速风力发电系统功率控制分区 44

2.4 变速风力发电系统转速控制分区 46

2.4.1 变速风力发电系统最小和最大转速控制 47

2.4.2 变速风力发电系统额定功率控制 48

2.4.3 变速风力发电系统最大风能跟踪控制 49

2.5 小结 51

参考文献 52

第3章 双馈感应电机稳态数学模型及其运行 53

3.1 双馈感应电机的结构及其优点 53

3.2 双馈感应电机基本概念 54

3.2.1 双馈感应电机的电磁力 54

3.2.2 转速差和转差率概念 55

3.2.3 双馈感应电机转子频率 56

3.2.4 双馈感应电机稳态等效电路 57

3.2.5 双馈感应电机稳态数学模型及其相量图 62

3.3 双馈感应电机的稳态运行 66

3.3.1 双馈感应电机基本有功功率流动及其平衡关系 66

3.3.2 转子铜耗和转换功率的分解 67

3.3.3 双馈感应电机有功功率计算 70

3.3.4 双馈感应电机电磁转矩计算 72

3.3.5 双馈感应电机无功功率计算 73

3.3.6 双馈感应电机有功功率、电磁转矩和转速之间的近似关系 74

3.3.7 双馈感应电机四象限运行 75

3.3.8 双馈风力发电系统变速恒频运行 78

3.3.9 双馈感应电机稳态数学模型标幺值系统 79

3.4 小结 82

参考文献 83

第4章 双馈感应电机动态数学模型 84

4.1 三相自然静止ABC/abc坐标系下双馈感应电机的数学模型 84

4.2 两相正交坐标系下双馈感应电机数学模型 91

4.2.1 坐标变换 91

4.2.2 两相任意旋转dq0坐标系下的双馈感应电机数学模型 93

4.2.3 静止αβ坐标系下的双馈感应电机数学模型 100

4.2.4 同步旋转xy坐标系下的双馈感应电机数学模型 102

4.3 双馈感应电机在正交坐标系下的状态方程 104

4.3.1 任意旋转dq0坐标系下双馈感应电机状态方程 104

4.3.2 两相静止αβ坐标系下双馈感应电机状态方程 106

4.3.3 两相同步xy坐标系下双馈感应电机状态方程 107

4.4 双馈感应电机数学模型的空间矢量表征 108

4.4.1 空间矢量概念 108

4.4.2 三相自然静止坐标系下的双馈感应电机数学模型空间矢量表征 109

4.4.3 任意旋转两相dq坐标系下双馈感应电机数学模型空间矢量表征 110

4.5 标幺值系统及其转换 112

4.6 双馈感应电机仿真模型实现 116

4.7 小结 118

参考文献 118

第5章 背靠背功率变换器数学模型及其控制技术 119

5.1 交－直－交电压型功率变换器基本拓扑及工作原理 119

5.2 网侧系统稳态运行 120

5.3 背靠背功率变换器数学模型 123

5.3.1 网侧变换器数学模型 123

5.3.2 网侧滤波器数学模型 128

5.3.3 转子侧变换器数学模型 129

5.3.4 直流侧数学模型 130

5.3.5 背靠背功率变换器仿真模型实现 131

5.4 功率变换器调制技术 133

5.4.1 正弦波脉宽调制技术 133

5.4.2 三次谐波注入的正弦波脉宽调制技术 136

5.4.3 空间矢量脉宽调制技术 140

5.5 网侧变换器控制技术 152

5.5.1 网侧滤波器两相正交坐标系下数学模型 152

5.5.2 网侧变换器电网电压定向矢量控制技术（VOC） 154

5.6 小结 165

参考文献 165

第6章 双馈感应电机矢量控制技术 167

6.1 矢量控制技术 167

6.2 矢量的定向 168

6.2.1 磁链定向和电压定向 169

6.3 双馈感应电机定子磁链定向矢量控制技术 171

6.3.1 双馈感应电机定子磁链定向数学模型 171

6.3.2 双馈感应电机转子电流控制 174

6.3.3 转子电流PI控制器参数设计 177

6.4 双馈感应电机最大风能跟踪控制 180

6.4.1 最佳转速给定法 180

6.4.2 转子电流参考值限值 183

6.4.3 磁链角观察 184

6.4.4 最大功率给定法 186

6.4.5 有功功率参考值计算 190

6.5 小结 191

参考文献 191

第7章 双馈感应电机风力发电系统仿真 192

7.1 MATLAB/SIMULINK软件介绍 192

7.2 风场仿真模型 194

7.2.1 风速模型 194

7.2.2 转子气动特性 195

7.3 风轮仿真模型 197

7.4 风力发电系统驱动链仿真模型 198

7.4.1 三质量块模型 198

7.4.2 两质量块模型 200

7.4.3 单质量块模型 201

7.5 双馈感应电机仿真模型 202

7.6 双馈感应电机定子磁链定向控制策略仿真模型实现 204

7.6.1 最佳转速给定控制仿真模型 204

7.6.2 最佳功率给定控制仿真模型 205

7.7 双馈感应电机风力发电系统仿真 206

7.7.1 仿真参数 206

7.7.2 最佳转速给定法的系统仿真模型 206

7.7.3 最佳功率给定法的系统仿真模型 207

7.7.4 仿真结果与分析 208

7.8 小结 213

参考文献 214