风力发电技术及其仿真分析

 

本书介绍风力发电技术及其仿真，内容包括风力发电系统的基本知识、风力发电系统的MATLAB仿真基础、风力发电系统Ansoft有限元仿真基础、双馈风力发电系统及其仿真分析、双转子风力发电系统及其仿真分析、永磁风力发电机有限元仿真分析、风力发电技术中的偏航电控系统、基于PLC的风力发电系统偏航程序设计等。此外，本书还介绍了当前风电研究常用的两个仿真软件MATLAB/Simulink和Ansoft，并结合相关理论知识进行了仿真研究与分析。

刁统山，2013年12月毕业于山东大学电气工程学院，电机与电器专业，获工学博士学位，博士，讲师，党员。主要从事各种电机本体结构的设计，性能分析及控制等领域的应用研究工作。在靠前外重要学术期刊及靠前重要学术会议上共发表学术论文近10篇，其中EI收录6篇。作为主要成员参与过一项国家自然科学基金的研究。

章风力发电系统的基本知识1
1.1风力发电系统的主要类型和结构1
1.1.1风力发电系统的主要种类1
1.1.2风力发电系统的结构4
1.2风力发电机的主要类型9
1.3风力发电技术研究的热点问题11
1.3.1风力发电输出功率的预测11
1.3.2低电压穿越13
1.3.3风力发电场中的并网控制技术14
1.4风力发电技术的发展趋势15
1.5风力发电机的仿真技术15
第2章风力发电系统的MATLAB仿真基础17
2.1MATLAB工作窗口17
2.1.1MATLAB窗口及其说明18
2.1.2MATLAB菜单项的功能说明18
2.2MATLAB运行常识19
2.3MATLAB程序的基本说明21
2.4MATLAB常用命令与函数21
2.5MATLAB基本操作22
2.6Simulink简介23
2.6.1Simulink概述23
2.6.2Simulink的简单操作23
2.6.3MATLAB电力系统模块库的使用30
2.6.4Simulink的简单操作31
2.7MATLAB仿真软件在风力发电系统分析中的应用32
2.7.1单相桥式整流电路的Simulink建模33
2.7.2三相桥式整流电路的Simulink动态建模分析36
2.7.3输电线路出现故障时的建模和仿真分析39
第3章风力发电系统的Ansoft有限元仿真基础47
3.1RMxprt在发电机仿真中的基本操作47
3.1.1建模方法48
3.1.2发电机模型创建48
3.1.3发电机主要结构变量的输入50
3.1.4转子尺寸的输入56
3.1.5转轴参数选定58
3.1.6电动机仿真参数选定59
3.1.7发电机的仿真运行60
3.2RMxprt和Maxwell2D联合仿真62
3.2.1RMxprt环境中发电机模型生成2D模型的操作62
3.2.2仿真运行曲线的输出63
第4章双馈风力发电系统及其仿真分析66
4.1双馈风力发电系统的主要结构部件和运行原理67
4.1.1风力发电中PWM的相关技术规定67
4.1.2双馈风力发电机运行原理69
4.1.3双馈风力发电机的功率关系71
4.2双馈风力发电机的数学模型73
4.2.1双馈风力发电机三相静止坐标系下的数学模型73
4.2.2双馈风力发电机数学模型的坐标变换75
4.2.3双馈风力发电机在任意速坐标系中的模型76
4.3双馈风力发电机稳态并网的调节方法77
4.3.1网侧PWM变换器的建模与控制77
4.3.2GSC在旋转坐标系中的建模80
4.3.3双馈风力发电机向量调节方法81
4.3.4双馈风力发电机的稳态性能83
4.4交流三相电网电压突然九落时双馈风力发电系统的仿真研究87
4.4.1交流三相电网电压突然跌落时的RSC控制方法87
4.4.2三相交流电网电压突然跌落时GSC应采取的措施89
4.4.3电网电压小幅跌落时双馈风力发电机控制策略仿真分析91
4.5基于SimPowerSystem的双馈风力发电系统仿真实例92
第5章双转子风力发电系统及其仿真分析99
5.1双转子风力发电机系统的结构和数学模型99
5.1.1双转子风力发电机结构99
5.1.2双转子风力发电机在三相静止坐标系中的数学模型100
5.1.3双转子风力发电机在两相旋转坐标系中的数学模型106
5.1.4双转子风力发电机在任意旋转坐标系中的数学模型107
5.2双转子风力发电系统的稳态并网控制研究108
5.2.1双转子风力发电系统转子侧变换器向量控制108
5.2.2双转子风力发电机的稳态运行研究110
5.3电网电压骤降故障状态下双转子风力发电机的控制策略115
5.3.1电压骤降故障状态下转子侧变换器控制策略117
5.3.2电网电压突降时双转子风力发电系统改进调节研究120
5.3.3电压跌落时双转子风力发电系统动态仿真121
5.4电网电压不平衡或不对称跌落仿真分析122
5.4.1电网电压出现不平衡分量时的功率和转矩125
5.4.2双转子风力发电机在电压不平衡时的研究126
5.4.3双转子风力发电系统在电网电压不平衡时的控制仿真研究128
5.5电网严重故障低电压穿越运行仿真133
5.5.1基于撬棒保护装置的低电压穿越的仿真分析134
5.5.2电网三相对称短路故障时低电压穿越运行仿真139
5.5.3电压跌落较长时间时低电压穿越研究143
第6章永磁风力发电机振动及其有限元分析147
6.1风力系统发电机简介147
6.1.1直驱风力发电机147
6.1.2双馈风力发电系统148
6.2永磁同步发电机150
6.2.1结构150
6.2.2永磁同步发电机的运行原理151
6.2.3永磁发电机振动机理及其分析方法研究154
6.2.4基于能量法的永磁发电机齿槽转矩削弱原理158
6.3永磁同步发电机齿槽转矩有限元仿真160
6.3.1永磁发电机本体构建160
6.3.2齿槽转矩仿真164
6.4直驱永磁同步风力发电系统MATLAB仿真167
6.4.1数学建模167
6.4.2永磁同步风力发电系统的控制策略170
6.4.3仿真分析171
第7章风力发电技术中的偏航电控系统173
7.1偏航电控系统简介174
7.2偏航系统正常运行的条件174
7.3偏航电控系统结构176
7.4偏航电控系统工作原理178
7.5自动偏航控制过程分析181
7.6偏航电控系统的维护和保养187
第8章基于PLC的风力发电系统偏航程序设计190
8.1PLC介绍190
8.1.1PLC的基本组成190
8.1.2PLC的工作原理191
8.2PLC的选型192
8.2.1德国西门子公司生产的S7-200PLC及特点193
8.2.2PLC技术参数194
8.3中央处理器的工作方式196
8.4扩展模块197
8.4.1扩展模块简介197
8.4.2S7-200系列PLC内部触点和数据概述197
8.5基于PLC偏航系统的主要设备及系统控制要求与实现201
8.5.1PLC偏航系统的主要设备及系统控制要求201
8.5.2基于PLC偏航系统的程序实现202
8.5.3偏航驱动电气控制原理2066
参考文献211