风力发电技术及其MATLAB与Bladed仿真

本书对大型风力机特别是兆瓦级水平轴三桨叶风力机的工作原理、基本组成、发展趋势作了概述，对当前风电研究的热点和难点，例如风和风速、风力机载荷计算、风力机主要组成部件建模、电气和液压变桨执行机构设计与建模、变桨控制策略、风电场监控与数据采集等进行了深入的理论研究。在此基础上，对当前风电研究常用的两个仿真软件MATLAB/Simulink和GH Bladed作了介绍，并考虑MATLAB/Simulink和GH Bladed两个软件各自的优缺点，结合相关理论知识作了详细的仿真研究和分析。

第1章 风力机原理和结构 1
1.1 风力机的工作原理 1
1.2 风力机的主要类型 3
1.3 风力机的发展趋势 6
1.4 风力机的仿真技术 8
第2章 MATLAB基础 10
2.1 MATLAB基础 10
2.1.1 MATLAB介绍 10
2.1.2 MATLAB 的系统开发环境 12
2.1.3 MATLAB计算基础 14
2.1.4 MATLAB程序设计基础 17
2.1.5 MATLAB常用命令 19
2.1.6 MATLAB绘图基础 19
2.2 Simulink基础 20
2.2.1 Simulink介绍 20
2.2.2 Simulink工作环境 21
2.2.3 SimPowerSystems工具箱 31
2.2.4 SimHydraulics工具箱 33
第3章 Bladed基础 36
3.1 GH Bladed介绍 36
3.2 GH Bladed的系统开发环境 36
3.2.1 工具条菜单 37
3.2.2 工具图标 37
3.2.3 操作顺序 45
3.2.4 输入数据 46
3.2.5 输入数据使用项目文件 46
3.2.6 输入数据进行计算 46
3.2.7 生成报告 47
3.2.8 用户自定义选项 47
3.2.9 实时帮助 47
第4章 风和风速 48
4.1 风特性 48
4.1.1 风力等级 48
4.1.2 风速与风级的关系 50
4.1.3 风的测量 50
4.1.4 风能资源的统计计算 51
4.2 风的建模 52
4.2.1 三维湍流模型 52
4.2.2 风剪切模型 53
4.2.3 塔影效应模型 53
4.2.4 基于MATLAB的风剪切和塔影效应风速模型 54
4.2.5 基于Bladed的三维湍流风速模型 61
第5章 风力机载荷分析与计算 67
5.1 风力机载荷情况 67
5.1.1 载荷分类 67
5.1.2 载荷情况 68
5.2 风力机坐标系选择 69
5.3 风力机气动载荷 70
5.3.1 动量理论 70
5.3.2 叶素理论 71
5.3.3 动量-叶素理论 72
5.3.4 空气动力载荷计算 73
5.4 基于MATLAB的气动载荷计算仿真 74
5.4.1 不考虑方位角变桨载荷计算 74
5.4.2 考虑方位角气动载荷计算 79
5.5 基于Bladed的稳态运行载荷计算 85
第6章 变速变桨距水平轴风力机仿真 94
6.1 叶轮模型 94
6.1.1 叶片的几何参数 95
6.1.2 叶轮的几何参数 96
6.2 塔架模型 97
6.3 传动链模型 98
6.3.1 定速模型 99
6.3.2 刚性轴模型 99
6.3.3 柔性轴模型 99
6.4 双馈感应发电机 99
6.4.1 双馈感应发电机工作原理 99
6.4.2 双馈感应发电机多变量数学模型 101
6.4.3 双馈感应发双馈感应发电机dq0坐标变换下数学模型 104
6.4.4 双馈感应发电机在dq0同步旋转坐标变换下按定子磁场定向的数学模型 105
6.5 双向PWM变换器功率控制模型 106
6.6 基于SimPowerSystem风力机仿真 109
第7章 电气伺服变桨执行机构 117
7.1 变桨执行机构 117
7.2 电气变桨执行机构 118
7.3 三闭环直流电动变桨仿真 120
7.3.1 主要参数计算 120
7.3.2 基于系统动态结构图仿真 121
7.3.3 基于SimPowerSystem仿真 131
第8章 液压伺服变桨机构 135
8.1 液压变桨执行机构 135
8.1.1 液压变桨执行机构工作原理 135
8.1.2 曲柄连杆机构 136
8.2 基于系统动态结构图仿真 137
8.2.1 液压变桨执行机构传递函数 137
8.2.2 变桨距液压系统设计 139
8.2.3 仿真研究 142
8.2.4 稳定性分析 144
8.3 基于SimHydraulics仿真 145
8.3.1 主要参数计算 145
8.3.2 仿真研究 147
8.3.3 稳定性分析 149
第9章 风力机功率控制策略 152
9.1 风力机最大能量捕获策略 152
9.1.1 最大能量捕获策略 152
9.1.2 PID控制策略 153
9.1.3 仿真研究 154
9.2 风电机组模糊滑模变结构控制技术 161
9.2.1 模糊控制技术 161
9.2.2 滑模变结构控制技术 166
9.2.3 风电机组模糊滑模变结构控制技术 168
9.2.4 仿真研究 170
9.3 分层多模最优控制策略 175
9.3.1 bang-bang控制策略 177
9.3.2 变速模糊控制策略 179
9.3.3 变桨自适应PID控制策略 180
9.3.4 仿真研究 180
9.4 独立变桨控制 185
9.4.1 独立变桨控制与风机功率 186
9.4.2 独立变桨控制策略 186
9.4.3 仿真研究 188
9.5 Bladed功率控制 192
9.5.1 功率控制 192
9.5.2 高级控制 193
9.5.3 外部控制器 194
9.5.4 功率控制仿真 195
第10章 风电场监控与数据采集系统仿真 199
10.1 风电场系统组成 199
10.1.1 风电场中风力发电机组的选择和安装 199
10.1.2 风电场监控系统组成 201
10.2 IEC 61400-25标准信息模型和通信映射方式 203
10.2.1 风电场监控通信要求和通信模型 203
10.2.2 风电场监控通信协议映射 206
10.2.3 风电场映射方式的选择 208
10.3 OPC接口规范与数据访问 210
10.3.1 OPC技术规范 210
10.3.2 OPC数据访问方法 211
10.3.3 OPC接口规范解析 212
10.4 基于OPC技术的风电场监控系统仿真 214
10.4.1 OPC技术在风电场监控中的应用 214
10.4.2 风电场监控系统软件平台 214
10.4.3 风电场监控系统仿真 216