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第1章 概述1

1.1 风力发电系统建模的意义1

1.2 风电动态模型及分类2

1.3 动态建模的基本方法2

1.3.1 机理建模3

1.3.2 辨识建模3

1.4 风电动态建模研究现状4

1.4.1 机组级建模4

1.4.2 风场级建模6

1.5 常用的建模仿真工具7

参考文献9

第2章 风力发电系统及其控制与保护12

2.1 典型风力发电系统的结构12

2.1.1 定速风电机组13

2.1.2 双馈风电机组14

2.1.3 感应电机全功率变换风电机组15

2.1.4 同步电机直驱风电机组17

2.2 机械动力系统18

2.2.1 风力机18

2.2.2 传动系统21

2.2.3 塔架21

2.2.4 偏航系统22

2.2.5 变桨系统22

2.3 电气系统23

2.3.1 发电机23

2.3.2 风电变流器31

2.3.3 变流器保护电路48

2.3.4 升压变压器51

2.4 风电机组的运行、控制与保护52

2.4.1 风电机组的控制系统52

2.4.2 风电机组的偏航控制53

2.4.3 风电机组的变桨控制54

2.4.4 风电机组的启动56

2.4.5 风电机组的发电运行57

2.4.6 风电机组的保护64

2.5 本章小结66

参考文献67

第3章 动力学系统的时间尺度与模型69

3.1 系统动态时间尺度与模型的关系69

3.2 风电时间尺度与模型72

3.2.1 风速时间常数73

3.2.2 气动时间常数74

3.2.3 变桨系统时间常数75

3.2.4 传动系时间常数76

3.2.5 发电机时间常数77

3.2.6 变流器及电气控制时间常数79

3.2.7 风电系统时间尺度划分82

3.3 风电电力系统时间尺度83

3.4 本章小结84

参考文献84

第4章 风力机及风的动态建模86

4.1 风电机组模型的划分及其关联86

4.2 风速的建模88

4.2.1 风速模型的分类及特点88

4.2.2 风速的一般模型89

4.2.3 风速的空间分布90

4.2.4 用于动态仿真的多时间尺度风速建模方法92

4.3 风力机的数学模型102

4.3.1 风轮的空气动力学模型102

4.3.2 偏航系统模型107

4.3.3 变桨系统模型108

4.3.4 机械部分模型110

4.4 风力机特定动态及耦合问题的模拟119

4.4.1 风力机的动态入流现象及模拟120

4.4.2 桨叶面内模态与塔架左右模态的影响与模拟122

4.4.3 桨叶面外模态与塔架前后模态的影响与模拟123

4.4.4 风速空间分布不均匀的影响及模拟124

4.5 本章小结127

参考文献128

第5章 风力发电系统电气部分的建模130

5.1 电磁暂态模型130

5.1.1 发电机模型130

5.1.2 变流器及其控制模型134

5.1.3 变流器保护系统模型138

5.2 功率控制环和电流控制环时间尺度下的模型140

5.2.1 发电机变流器组的“三态”特性140

5.2.2 发电机模型141

5.2.3 变流器及其控制模型146

5.2.4 变流器保护系统模型149

5.3 动态模型中的机组保护151

5.4 本章小结152

参考文献153

第6章 风电机组的动态建模154

6.1 典型风电机组的详细模型154

6.1.1 双馈风电机组154

6.1.2 采用同步发电机的全功率风电机组154

6.1.3 采用鼠笼感应发电机的全功率风电机组156

6.2 面向机组分析设计的模型156

6.2.1 机组有功发电控制模型156

6.2.2 风电机组整机线性化模型162

6.2.3 机械振动及气弹耦合研究模型166

6.2.4 机组机电-电磁耦合分析模型170

6.2.5 气动-气弹-机电-电磁耦合精细化模型175

6.2.6 风电机组的阻抗分析模型182

6.3 面向电网分析的模型185

6.3.1 电磁暂态模型分析185

6.3.2 机电暂态模型分析186

6.3.3 动态模型的性能比较188

6.4 风电机组的电压源控制模型203

6.4.1 全功率机型电压源控制模型204

6.4.2 双馈机型电压源控制模型205

6.4.3 仿真分析206

6.5 本章小结213

参考文献213

第7章 风电场的动态等值建模215

7.1 风电场等值建模研究的基本方法及进展215

7.1.1 风电场等值基本方法215

7.1.2 风电场等值模型的研究进展217

7.2 风电机组的同调判别218

7.2.1 风场主导动态特性影响因素分析218

7.2.2 对电力系统阻尼特性的影响分析224

7.3 风电场的典型结构236

7.3.1 风电场升压站电气接线236

7.3.2 风电场场内汇集线路接线方式239

7.4 风电场聚合建模方法240

7.4.1 风电场机组分群方法240

7.4.2 参数聚合方法241

7.4.3 基于功率曲线的风电场单机聚合模型仿真验证及误差分析244

7.5 风场集电线路对聚合模型精度的影响250

7.5.1 静态输出精度250

7.5.2 电网故障情况下聚合模型的动态特性误差251

7.5.3 风速波动情况下聚合模型输出特性误差253

7.6 风电场降阶模型254

7.6.1 风电场中长期等值模型254

7.6.2 基于虚拟风机的风电场自适应静态等值模型256

7.7 本章小结257

参考文献257

第8章 模型的参数辨识与提取260

8.1 风力机气动曲线辨识260

8.2 轴系参数辨识262

8.3 机械模型的参数辨识264

8.3.1 转动惯量264

8.3.2 传动系统的等效刚度系数264

8.3.3 传动系统的阻尼系数265

8.3.4 非扭转机械模型中的参数266

8.4 变流器参数辨识267

8.5 本章小结268

参考文献268

第9章 风电模型工程应用案例269

9.1 双馈风电机组传动系统载荷疲劳测试评价及扭振抑制269

9.1.1 研究内容及相互关系269

9.1.2 疲劳测试与评价方法270

9.1.3 联合仿真建模273

9.1.4 仿真结果276

9.2 风电场群接入电力系统的安全稳定分析278

9.2.1 系统概况278

9.2.2 风电场的动态等值建模280

9.2.3 安全稳定分析示例结果280

9.3 大型风电场经柔性直流接入电网动态仿真分析285

9.3.1 案例工程系统概况285

9.3.2 风电场的建模及并网仿真分析287

9.3.3 风电场经柔直接入系统建模及仿真分析301

9.4 大型风电场场站控制器硬件在环实时仿真——控制策略验证307

9.4.1 RT-LAB实时仿真平台307

9.4.2 虚拟风电场仿真平台结构309

9.4.3 基于RT-LAB的虚拟风电场建模310

9.4.4 风电场的控制器及控制策略仿真验证311

9.5 风储协调控制器硬件在环实时仿真314

9.5.1 RTDS的软硬件特点314

9.5.2 基于RTDS的风储协调控制系统硬件在环建模316

9.5.3 基于RTDS的风储平抑功率波动运行控制策略验证325

9.6 本章小结329

参考文献329

附录A 风电机组参数330

附录B 风电机组故障保护参数335