《永磁同步全功率風力發電變流器及其控制》是2016年電子工業出版社出版的圖書，作者是張興、曹仁賢。
基本介紹
- 書名：永磁同步全功率風力發電變流器及其控制
- 作者：張興、曹仁賢
- ISBN：9787121301087
- 頁數：444
- 出版社：電子工業出版社
- 出版時間：2016-11
- 開本：16開
內容簡介,目錄,
內容簡介
本書以“永磁同步風力發電”和“電力電子變流技術”為基礎，從永磁同步發電機及其控制策略、各種變流器拓撲與控制，以及變流器主要電氣部件工藝與設計等角度出發，系統討論了永磁同步發電機、永磁同步發電機控制、網側變流器的控制、基於不控整流型的PMSG變流器、基於三電平拓撲的PMSG變流器、基於級聯多電平拓撲的PMSG變流器、基於模組化多電平變流器拓撲的PMSG變流器、基於矩陣變換器拓撲的PMSG變流器、基於電流源變流器拓撲的PMSG變流器、PMSG變流器的電網適應性控制，以及風電變流器主要部件工藝與設計等內容，為永磁同步全功率風電變流器技術的套用與研究提供一定的理論與技術參考。本書適合風電變流器、大功率變流器及其設計、永磁同步電機控制和可再生能源併網技術等領域的研究與工程技術人員閱讀，也可作為高校從事電力電子技術教學和研究的教師、研究生的參考書。
目錄
第1章 緒論 1
1.1 風力發電技術及其產業發展 1
1.1.1 全球風電發展現狀 1
1.1.2 中國風電發展概述 4
1.2 風力發電系統概述 5
1.2.1 風力發電基本原理 5
1.2.2 風力發電機的分類 6
1.2.3 風力發電機的組成 8
1.2.4 風電機組的功率控制 15
1.3 併網型風電機組的主要結構類型 18
1.3.1 定速型風電機組 18
1.3.2 變速恆頻型風電機組 19
1.4 永磁同步全功率風電變流器概述 20
1.4.1 永磁同步全功率風機變流器拓撲 20
1.4.2 主要全功率風機變流器簡介 25
參考文獻 30
第2章 永磁直驅同步發電機 32
2.1 概述 32
2.2 永磁直驅同步風力發電機的結構及分類 33
2.3 永磁材料 36
2.3.1 鐵磁材料的磁化曲線 36
2.3.2 永磁材料的性能指標 37
2.3.3 永磁材料的分類及釹鐵硼永磁材料 39
2.3.4 永磁材料的選用原則 42
2.4 永磁同步發電機的磁路計算 43
2.4.1 永磁同步發電機的等效磁路 43
2.4.2 永磁體工作點的確定 49
2.5 永磁同步發電機的運行特性 50
2.5.1 電壓方程和相量圖 50
2.5.2 永磁同步發電機的電樞反應及電樞反應電感 51
2.5.3 永磁同步發電機的功率方程和功角特性 52
2.5.4 永磁同步發電機的外特性和固有電壓調整率 53
2.5.5 永磁同步發電機的短路問題 54
2.5.6 電壓波形正弦性畸變率 54
2.5.7 永磁同步發電機的損耗和效率 55
2.6 MW級永磁同步風力發電機的電磁設計 57
2.6.1 電磁設計的特點 57
2.6.2 電磁設計的要點 58
2.7 永磁同步發電機的溫升與冷卻 67
2.7.1 永磁同步發電機的溫升 67
2.7.2 永磁同步發電機的傳熱分析 68
2.7.3 永磁同步發電機的最高溫升 70
2.7.4 永磁同步發電機的冷卻 71
2.8 本章小結 72
參考文獻 72
第3章 永磁同步發電機的控制 74
3.1 PMSG的矢量解耦控制策略 74
3.1.1 矢量控制原理 74
3.1.2 PMSG的磁場定向解耦控制 75
3.1.3 PMSG的弱磁控制 77
3.1.4 PMSG的效率最優控制 78
3.2 PMSG的直接轉矩控制 79
3.2.1 直接轉矩控制原理 79
3.2.2 定子磁鏈的估計 82
3.2.3 定子電流的最小化控制 84
3.3 PMSG的無速度感測器控制 85
3.3.1 PMSG無速度感測器控制概述 85
3.3.2 基於鎖相環和模型參考自適應的PMSG無速度感測器控制 89
3.3.3 基於滑模觀測器的PMSG無速度感測器控制 91
3.4 PMSG的參數辨識 98
3.4.1 參數辨識方法概述 98
3.4.2 基於最小二乘法的永磁同步發電機參數辨識 99
3.4.3 基於矢量控制系統的直接參數辨識法 102
3.5 本章小結 103
參考文獻 104
第4章 網側變流器的控制 109
4.1 概述 109
4.2 網側變流器的重複控制策略 111
4.2.1 重複控制基本原理及其設計方法 112
4.2.2 傳統重複控制結構問題分析 114
4.2.3 一種改進的重複控制結構 118
4.3 網側變流器的無差拍控制 122
4.3.1 系統物理電路的離散化模型 122
4.3.2 無差拍控制的一般方法 123
4.4 網側變流器的模型預測控制 126
4.4.1 系統模型的建立 127
4.4.2 滯環模型預測控制原理 128
4.4.3 HMPC控制系統諧振特性分析及其抑制 129
4.5 網側變流器的LCL濾波器及其改進 133
4.5.1 採用LCL濾波器時網側變流器輸出濾波性能分析 133
4.5.2 LCL濾波器改進拓撲的分析比較 136
4.6 本章小結 141
參考文獻 141
第5章 基於不控整流型的PMSG變流器 143
5.1 基於不控整流的PMSG變流器 143
5.2 基於Boost不控整流型PMSG變流器 145
5.2.1 採用無源PFC的基於Boost不控整流型PMSG變流器 146
5.2.2 採用有源PFC的基於Boost不控整流型PMSG變流器 147
5.2.3 基於Boost不控整流型PMSG變流器的控制 153
5.3 基於Vienna整流器的PMSG變流器 155
5.3.1 Vienna整流器的工作原理分析 156
5.3.2 Vienna整流器的控制 158
5.4 本章小結 159
參考文獻 160
第6章 基於三電平拓撲的PMSG變流器 161
6.1 三電平PMSG變流器的基本拓撲結構和關鍵技術 161
6.1.1 基於二極體箝位型三電平拓撲結構 161
6.1.2 基於飛跨電容的三電平拓撲結構 162
6.1.3 三電平變流器的關鍵技術 163
6.2 三電平PMSG變流器調製策略和網側濾波器的最佳化 170
6.2.1 DPWM調製策略比較分析 171
6.2.2 網側濾波器的最佳化設計 175
6.3 基於模組化並聯的三電平PMSG變流器 178
6.3.1 模組化並聯方案及其控制 179
6.3.2 模組化並聯變流器的零序環流分析 182
6.3.3 模組化並聯三電平的零序環流抑制 188
6.4 小結 196
參考文獻 196
第7章 基於級聯多電平拓撲的PMSG變流器 199
7.1 概述 199
7.2 H橋級聯型多電平逆變電路與多相PSMG 200
7.2.1 基於H橋逆變器的功率單元電路 200
7.2.2 基於H橋級聯型多電平逆變器拓撲 201
7.2.3 H橋級聯型逆變器工作原理 202
7.2.4 單相級聯H橋的併網控制 205
7.2.5 多相永磁同步發電機 208
7.3 採用級聯多電平技術的PMSG風電變流器拓撲與控制 209
7.3.1 基於不控整流級聯型PMSG風電變流器 209
7.3.2 基於可控整流級聯型PMSG風電變流器 212
7.4 級聯多電平逆變器的調製策略 216
7.4.1 級聯多電平逆變器的調製 216
7.4.2 階梯波調製法 216
7.4.3 載波調製PWM法 218
7.4.4 空間矢量調製法 223
7.4.5 單極性倍頻載波相移調製法的諧波特性 225
7.5 本章小結 228
參考文獻 228
第8章 基於MMC拓撲的PMSG變流器 231
8.1 MMC概述 231
8.2 基於MMC拓撲的風電變流器及其直流輸電系統 233
8.3 MMC的等效模型電路、運行及調製原理 237
8.3.1 MMC等效模型電路 238
8.3.2 MMC運行原理及基本方程 239
8.3.3 MMC調製原理 242
8.4 MMC電容電壓平衡策略 244
8.4.1 同一橋臂內子模組電容電壓的平衡控制策略 245
8.4.2 橋臂電壓均衡控制策略 248
8.4.3 輸出低頻交流時電容電壓脈動抑制策略 253
8.5 本章小結 258
參考文獻 259
第9章 基於矩陣變換器（MC）拓撲的 PMSG變流器 261
9.1 概述 261
9.1.1 常規矩陣變換器（CMC）的研究概況 262
9.1.2 雙級矩陣變換器（TSMC）的研究概況 263
9.1.3 基於MC的商用變頻器開發 264
9.1.4 基於MC的雙饋風電變流器技術 265
9.2 基於MC的PMSG直驅式風力發電系統 265
9.2.1 基於CMC-PMSG的直驅式風力發電系統 266
9.2.2 基於TSMC-PMSG的直驅式風力發電系統 266
9.2.3 基於SSMC -PMSG的直驅式風力發電系統 267
9.2.4 基於RMC -PMSG的直驅式風力發電系統 267
9.2.5 基於MC的PMSG變流器控制策略 268
9.3 常規矩陣變換器（CMC）的間接空間矢量調製策略 269
9.3.1 CMC基本原理 269
9.3.2 等效交—直—交結構的空間矢量調製 275
9.3.3 改進的降低開關損耗的的調製策略 282
9.3.4 四步換流策略 284
9.4 雙級矩陣變換器（TSMC）的調製策略 286
9.4.1 TSMC的空間矢量調製策略 286
9.4.2 TSMC的共模電壓抑制 293
9.5 基於CMC的控制器設計 296
9.5.1 控制電路結構 296
9.5.2 解碼器 297
9.5.3 延遲器 299
9.5.4 四步換流開關序列 300
9.6 本章小結 300
參考文獻 301
第10章 基於電流源型變流器（CSC）拓撲的PMSG變流器 303
10.1 概述 303
10.2 基於系統運行電流最佳化的CSC-PMSG協調控制策略 304
10.2.1 電流源型變流器直流電流控制 304
10.2.2 滿足發電機控制要求的CSC最小直流電流控制 306
10.2.3 滿足併網要求的CSC最小直流電流控制 308
10.2.4 運行電流最佳化的CSC-PMSG系統協調控制方案 311
10.2.5 電流最佳化控制策略仿真驗證 313
10.3 網側逆變器併網控制策略 315
10.3.1 電流源型併網逆變器主電路拓撲 316
10.3.2 電流內環變結構併網控制策略 317
10.3.3 控制策略仿真驗證 329
10.4 本章小結 333
參考文獻 333
第11章 PMSG變流器的電網適應性控制 336
11.1 PMSG變流器的電網適應性控制概述 336
11.2 電網電壓不平衡條件下PMSG變流器控制 337
11.2.1 不平衡控制關鍵技術 337
11.2.2 網側變流器的不平衡控制策略 345
11.3 電網電壓諧波下的PMSG變流器控制 354
11.3.1 電網電壓諧波下的PMSG變流器數學模型 354
11.3.2 電網電壓諧波下的PMSG變流器控制策略 355
11.4 PMSG變流器低電壓穿越（LVRT）及其控制策略 358
11.4.1 風力發電低電壓穿越的標準 358
11.4.2 電網電壓跌落的類型和特點 360
11.4.3 DMSG變流器低電壓穿越控制策略 361
11.5 PMSG變流器高電壓穿越（HVRT）及其控制策略 374
11.5.1 高電壓穿越（HVRT）的背景和研究現狀 374
11.5.2 PMSG變流器高電壓穿越控制策略 376
11.6 本章小結 378
參考文獻 379
第12章 風電變流器主要部件工藝與設計 381
12.1 變流器開關器件選型 381
12.1.1 IGBT模組選型的基本準則 382
12.1.2 IGBT模組電壓和電流的選擇 383
12.1.3 IGBT模組溫升設計要求 386
12.1.4 IGBT模組絕緣耐壓的選擇 392
12.2 薄膜電容概述 393
12.2.1 薄膜電容器及其基本構造 393
12.2.2 薄膜電容基本參數、等效模型以及主要參數間關係 395
12.2.3 常見薄膜材料參數比較 397
12.2.4 薄膜電容器常用填充材料 399
12.2.5 薄膜電容的工藝技術 402
12.2.6 DC-link薄膜電容簡介及其與鋁電解電容對比 404
12.2.7 DC-link薄膜電容在風電變流器中的套用 404
12.3 低電壓穿越電阻概述及套用 406
12.3.1 低電壓穿越電阻簡介 406
12.3.2 低電壓穿越電阻的套用與市場 407
12.3.3 低電壓穿越電阻材料的選擇 407
12.3.4 低電壓穿越電阻的結構、設計及測試 410
12.4 水冷電抗器的概述及套用 412
12.4.1 電抗器簡介 412
12.4.2 水冷電抗器的分類及特點 413
12.4.3 水冷電抗器的套用 414
12.5 疊層母排簡介及套用 414
12.5.1 疊層母排簡介 414
12.5.2 疊層母排材料的選擇 416
12.5.3 疊層母排的電感分析及低電感最佳化設計 418
12.5.4 絕緣材料的絕緣強度 421
12.5.5 疊層母排的設計原則和工藝 422
12.5.6 疊層母排的測試 426
參考文獻 428
