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1 引言1

1.1 编写目的1

1.2 风电机组2

1.2.1 风电机组分类3

1.2.2 风电机组模型结构4

1.3 本书编制目的6

1.3.1 通用模型的开发6

1.3.2 风电场无功功率控制设计6

1.4 本书架构7

2 风电机组气动模型9

2.1 简介9

2.2 风能捕集9

2.3 风轮气动特性11

2.3.1 简化表示12

2.4 采用cp-λ表进行模拟13

2.4.1 cp-λ表的泛函表示法14

2.4.2 cp-λ表的多项式拟合表示法16

2.5 线性气动模型16

2.5.1 运行轨迹的线性化17

2.5.2 稳态工作轨迹18

2.5.3 偏导数△PΘ：对桨距角的功率变化21

2.5.4 偏导数△PΩ,WR：对叶轮转速的功率变化23

2.5.5 模型结构27

2.5.6 风速初始值计算27

2.5.7 设有功功率限制的风电机组的运行28

2.5.8 与cp-λ表的表示法进行比较31

2.5.9 与其他cp-λ表示法的比较32

2.6 动态流入现象的表示34

2.7 与测定结果的比较34

2.8 小结36

3 风电机组结构动力学模型39

3.1 简介39

3.2 传动链、叶片及塔架的高阶表示法39

3.2.1 齿轮箱表示法40

3.2.2 高阶传动链固有频率的表示41

3.2.3 叶片结构的详细表示41

3.2.4 塔影、转子不平衡及转子固有频率43

3.2.5 生产公差影响及老化效应43

3.2.6 塔架表示44

3.3 传动链的单质量块和双质量块表示45

3.3.1 传动链的单质量块表示46

3.3.2 传动链的双质量块表示46

3.3.3 单质量块表示和双质量块表示对比48

3.4 小结51

4 风电机组控制系统模型53

4.1 简介53

4.2 定速／限速风电机组的控制54

4.3 变速风电机组的控制56

4.3.1 低于额定风速运行56

4.3.2 以额定风速及超额定风速运行59

4.4 变桨距控制回路60

4.4.1 桨距-转速控制器60

4.4.2 桨距补偿器61

4.4.3 桨距角FRT增大62

4.4.4 桨距执行机构模型62

4.4.5 桨距控制器及执行机构模型63

4.5 转矩／有功功率控制回路63

4.5.1 功率或转矩PI控制63

4.5.2 传动链衰减对功率输出的影响65

4.6 小结67

5 发电机与变流器69

5.1 概述69

5.2 双馈发电机模型70

5.2.1 不带直流母线吸能器的双馈发电机设计局限性70

5.2.2 新型双馈发电机系统的升级保护71

5.2.3 双馈发电机系统的基础方程71

5.2.4 双馈发电机系统模型表示法72

5.2.5 机侧变流器控制表示74

5.2.6 双馈发电机与机侧变流器的集成模型76

5.2.7 网侧变流器（LSC）模型表示77

5.2.8 双馈发电机的聚合模型79

5.2.9 参考坐标系的选择81

5.2.10 模型参数的选择性识别82

5.2.11 采用一阶时滞得到的双馈发电机简化聚合模型82

5.3 全功率变流器模型83

5.3.1 全功率变流器模型表示84

5.4 模型结构84

5.4.1 诺顿等效（电流源）的实现84

5.4.2 电流限制86

5.4.3 风电机组变压器88

5.4.4 全功率变流器的直流母线吸能器88

5.4.5 发电机与变流器模型89

5.5 验证结果90

5.5.1 双馈发电机式风电机组的测量与模拟90

5.5.2 推荐双馈发电机模型与简化双馈发电机模型对比92

5.5.3 全功率变流器式风电机组的实测和模拟93

5.5.4 验证结果94

5.6 小结94

6 风电场的无功功率控制95

6.1 简介95

6.1.1 现有电网规范要求的局限性95

6.1.2 典型的风电场配置95

6.2 发电站和风电场的无功功率要求97

6.2.1 正常系统条件下的无功功率控制97

6.2.2 应对电压突变的快速电压控制97

6.2.3 总结99

6.3 同步发电机的无功电流贡献100

6.3.1 详细的同步发电机模型100

6.3.2 电网故障期间电流计算的简化模型103

6.3.3 同步发电机无功电流增益的静态计算104

6.3.4 同步发电机无功电流增益的动态模拟106

6.4 风电场无功功率控制的实施109

6.4.1 风电场的控制器设计109

6.4.2 风电机组使用参考电压的控制结构111

6.4.3 在风电机组层面使用无功功率或无功电流参考的控制结构115

6.5 推荐无功功率控制结构的评估119

6.5.1 风电场和同步发电机的对比120

6.5.2 电网故障期间使用死区进行风电机组无功功率控制的背景125

6.5.3 带死区的无功功率控制风电场的比较127

6.5.4 测定值的比较130

6.6 小结132

7 总结和结论133

7.1 通用风电机组模型的发展133

7.1.1 通用空气动力学模型133

7.1.2 通用机械模型134

7.1.3 风电机组控制模型134

7.1.4 通用双馈发电机和全功率变流器式发电机和变流器模型134

7.2 风电场无功功率控制135

7.2.1 电网要求分析135

7.2.2 风电场无功功率控制136

8 参考文献137

8.1 论文137

8.2 专著143

8.3 专利147

8.4 专利申请书147

A 附件149

A.1 空间向量149

A.1.1 控制表达149

A.1.2 负序表达150

A.1.3 零序分量150

A.2 符号法则151

A.2.1 有效值152

A.2.2 对称分量152

A.3 IEC 61400-21中规定的对称分量计算153

A.4 故障穿越测试程序154