直驱永磁风力发电机设计及并网控制

第1章 绪论 1

1.1 风力发电技术背景 1

1.1.1 风力发电的发展概况[1-6] 1

1.1.2 风力发电系统的主要类型及发展现状 3

1.1.3 风力发电技术主要发展趋势 6

1.2 直驱永磁同步风力发电系统的拓扑结构[7-11] 7

1.3 直驱永磁风力发电机及其设计技术研究现状 9

1.3.1 直驱永磁风力发电机的主要类型[12-14] 9

1.3.2 永磁电机设计与分析方法[15-22] 11

1.3.3 永磁风力发电机研究现状[23-43] 12

1.4 直驱永磁同步风力发电机控制方法研究现状 14

1.4.1 理想电网条件下直驱永磁同步发电机控制方法f [44-45] 14

1.4.2 电网故障下直驱永磁风力发电机控制方法[46-51] 16

参考文献 18

第2章 直驱永磁风力发电系统运行原理 22

2.1 直驱永磁风力发电系统结构及基本原理 22

2.2 直驱永磁风力发电系统建模 23

2.2.1 风力机原理及特性 23

2.2.2 直驱永磁发电机建模 25

2.2.3 机侧PWM变流器的数学模型 33

2.2.4 网侧PWM变流器的数学模型 35

2.3 直驱永磁风力发电系统的控制 38

2.3.1 机组功率控制策略 38

2.3.2 机侧变流器控制策略 42

2.3.3 网侧变流器控制策略 49

2.3.4 直驱永磁同步风力发电系统仿真分析 53

2.4 直驱永磁风力发电系统并网控制 71

2.4.1 风力发电系统并网要求 71

2.4.2 直驱永磁风力发电系统并网过程 74

参考文献 74

第3章 直驱永磁风力发电机的运行特性与电磁设计 76

3.1 PWM变流器控制下直驱永磁风力发电机运行特性 76

3.1.1 PWM变流器对直驱永磁风力发电机的约束分析 76

3.1.2 isd=0控制策略下直驱永磁风力发电机运行特性 77

3.1.3 恒端电压控制策略下直驱永磁风力发电机运行特性 79

3.1.4 单位功率因数控制策略下直驱永磁风力发电机运行特性 80

3.2 直驱永磁风力发电机参数化分析 82

3.2.1 极数对直驱永磁风力发电机的影响 82

3.2.2 极数/槽数匹配对直驱永磁风力发电机的影响 89

3.2.3 磁极参数对直驱永磁风力发电机的影响 92

3.2.4 匝数对直驱永磁风力发电机的影响 101

3.3 变流器约束下直驱永磁风力发电机的电磁设计 104

3.3.1 经典同步发电机设计与分析方法[5] 104

3.3.2 PWM整流器控制下直驱永磁风力发电机系统系统化设计 方法 106

3.3.3 直驱永磁风力发电机设计实例 109

3.3.4 2MW直驱永磁风力发电机仿真分析 121

3.3.5 直驱永磁风力发电机试验 128

3.4 直驱永磁风力发电机齿槽转矩及其削弱 131

3.4.1 永磁电机齿槽转矩产生机理及削弱原理 131

3.4.2 齿槽转矩削弱的基本方法[16~18] 136

3.4.3 基于重复单元磁极偏移削弱齿槽转矩方法 145

参考文献 159

第4章 电网故障下直驱永磁风力发电机组的运行 160

4.1 电网电压对称跌落下直驱永磁风力发电机组的控制 160

4.1.1 电网电压跌落概念 160

4.1.2 电网电压跌落对直驱永磁风力发电机组的影响 162

4.1.3 直驱永磁风力发电机组低电压穿越措施 164

4.1.4 其他辅助策略 172

4.1.5 电压跌落检测方法 173

4.2 电网电压小值不平衡下直驱永磁风力发电机组的控制 174

4.2.1 电网电压小值不平衡时网侧变流器的建模 175

4.2.2 不平衡分量正负序分解 178

4.2.3 直驱型永磁风力发电系统的电网同步化方法 180

4.2.4 电网电压小值不平衡时网侧变流器的控制 183

4.2.5 直流侧母线电压二倍电网频率稳态波动条件下机侧变流器 的控制 192

4.3 电网电压不对称故障下直驱永磁风力发电机组的控制 194

4.3.1 电网电压不对称故障下直驱永磁风力发电机组的控制 195

4.3.2 仿真分析 202

4.3.3 实验分析 210

参考文献 216

第5章 直驱永磁风力发电系统的直接功率控制 217

5.1 瞬时功率理论 217

5.1.1 电功率理论的概念及其发展过程 217

5.1.2 传统电功率定义 218

5.1.3 瞬时功率定义与计算[18] 221

5.2 传统直接功率控制策略 223

5.2.1 基于电压定向的直接功率控制（V-DPC） 223

5.2.2 基于虚拟磁链定向的直接功率控制[20,23] 228

5.3 预测直接功率控制策略 234

5.3.1 预测控制概述 234

5.3.2 网侧变流器模型预测直接功率控制 235

5.3.3 无差拍预测直接功率控制[12] 237

5.4 直驱永磁风力发电系统的直接功率控制 245

5.4.1 理想电网条件下直驱永磁风力发电系统的直接功率控制 245

5.4.2 电网不对称故障下直驱永磁风力发电系统的直接功率控制 253

参考文献 261

本书主要内容涉及直驱永磁型变速恒频风力发电系统的运行控制基础，直驱永磁风力发电机系统的建模和控制技术，永磁同步风力发电机原理、系统化匹配设计技术和齿槽转矩削弱技术，理想电网条件下永磁同步风力发电系统的矢量控制，以及有功、无功功率解耦调节和最大风能捕获追踪运行。书中还就对称电网故障下直驱永磁风力发电系统的低电压穿越运行，小值不平衡电网故障下PMSG的运行理论，直驱永磁风电机组在电网电压不对称下的穿越运行，电网故障下锁相环技术，同时还对电网电压正常与故障下的预测直接功率控制技术作了深入探讨，完善了并网型直驱永磁风力发电系统的基础理论、设计方法与运行控制策略等方面的研究。 本书可作为新能源开发及风电技术专业的研究生教材，也可供从事风电产品研发、生产制造和运行管理的研究人员及工程技术人员参考。

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