電網友好型風光儲一體化仿真與控制

內容簡介

本書針對全球主流併網型雙饋式和直驅式風力發電系統、光伏發電系統以及儲抹尋烏能技術在可再生能源領域的套用展開研究。全書共13章，對風力發電系統的工作原理、數學模型、仿真建模、運行與控制、低電壓穿越（LVRT）仿真與測試、混合儲能平滑風電出力、新型動態電壓恢復器提升風電LVRT能力，以及光伏電池的數學模型、儲能系統的能量管理、動態電壓恢復器提升光伏LVRT能力、風光儲一體化仿真建模等關鍵問題進行了深入細緻的研究與探討，相關結論具有重要的理論意義與工程指導價值。本書集理論性、系統性、工程性、新穎性於一體，內容翔實、理論研究緊扣工程實踐，可為風力發電和光伏發電工程實踐提供一定的理論基礎和技術依據。

本書可用作高等院校新能源發電專業的本科生教材和相關專業研究生科研參考書，也可供從事可再生能源發電的研發人員及工程技術人員參考。

圖書目錄

前言

第1章緒論1

1.1雙饋式風力發電系統2

1.2直驅式永磁同步風力發電系統5

1.3光伏發電技術的研究現狀7

1.4儲能技術及其在可再生能源發電中的套用10

1.5可再生能源發電系統的故障穿越技術17

1.5.1風電機組LVRT標準的要求17

1.5.2風力發電LVRT的實現方法18

1.5.3光伏電站LVRT標準的要求19

1.5.4光伏電站LVRT的實現方法20

第2章雙饋式異步風力發電機數學模型21

2.1雙饋式電機的數學模型22

2.1.1功率不變約束條件下的坐標變換22

2.1.2繞組匝數不變約束條件下的坐標變換28

2.1.3三相靜止坐標系下雙饋式電機的多變數數學模型29

2.1.4兩相同步旋轉坐標系下雙饋式電機動態數學模型(Kron方程)38

2.2雙饋式電機的標麼值方程43

2.3電網電壓不平衡時雙饋式電機和網側變換器的動態數學模型46

2.3.1電網電壓不平衡時雙饋式電機的動態數學模型46

2.3.2電網電壓不平衡時雙饋式電機網側變換器的動態數學模型48

第3章雙饋式風力發電系統併網運行與控制51

3.1轉子側變換器傳統PI控制器設計51

3.1.1電流環PI調節器設計51

3.1.2轉速環PI調節背殃囑器設計53

3.2轉子側變換器內模控制器設計54

3.2.1IMC在電流環的套用54

3.2.2IMC在轉速環的套用56

3.3轉子側變換器改進的準PR控制淚台廈57

3.4網側變換器的數學模型59

3.5網側變換器電網電壓定向矢量控制62

3.6網側變換器虛擬電網磁鏈定向矢量控制64

3.6.1虛擬電網磁鏈的引入64

3.6.2d軸虛擬電網磁鏈定向下PWM整流器的數學模型65

3.6.3虛擬電網磁鏈觀測器66

3.6.4d軸虛擬電網磁鏈定向PWM整流器矢量控制系統67

3.7網側變換器準PR控制67

3.7.1PR控制器及其特性67

3.7.2網側變換器的準PR矢量控制71

第4章雙饋式風力發電系統仿真研究72

4.1基於MATLAB的雙饋式風力發電系統仿真72

4.1.1轉子側變換器控制系統仿真整匙鴉想模型72

4.1.2網側變換器控制系統仿真模型72

4.1.3雙饋式風電系統仿真模型74

4.1.42MW雙饋式風力發電併網仿真分析75

4.2基於PSCAD的雙饋式風力發電系統仿真77

4.2.1轉子側變換器控制系統仿真模拳辨熱型77

4.2.2網側變換器控制系統仿真甩洪臘巴模型78

4.2.3風力機及變槳距仿真模型78

4.2.4基於PSCAD的雙饋式風電系統仿真去戶模型82

4.2.5MW級雙饋式風力發電柔性併網仿真結果分析82

4.3基於RTDS的雙饋式風電系統仿真研究84

4.3.1基於RTDS的雙饋式風力發電系統建模84

4.3.2轉子側變換器仿真84

4.3.3網側變換器仿真88

4.3.4基於RTDS的雙饋式風電機組LVRT仿真92

第5章直驅式永磁同步風力發電機數學模型96

5.1同步電動機的分類96

5.2同步電機的基本方程97

5.2.1定子電路方程98

5.2.2轉子電路方程101

5.3dq0坐標變換101

5.4同步電機的標麼值方程106

5.5永磁同步電機的數學模型113

第6章直驅式永磁風力發電系統併網運行與控制116

6.1直驅式風力發電系統併網方式概述116

6.2直驅式風力發電系統的幾種全功率變換器拓撲結構116

6.2.1不可控整流器+PWM電壓源型逆變器拓撲結構117

6.2.2背靠背雙PWM電壓型變換器拓撲結構117

6.2.3 二極體鉗位型拓撲結構118

6.2.4級聯H橋型拓撲結構119

6.2.5飛跨電容型拓撲結構120

6.3機側PWM變換器及其控制121

6.3.1機側PWM變換器的數學模型121

6.3.2機側PWM變換器的運行控制及仿真分析123

6.4網側PWM變換器及其控制128

6.4.1兩電平PWM變換器的數學模型128

6.4.2三電平PWM變換器的數學模型132

6.4.3網側PWM變換器的運行控制及仿真分析133

第7章永磁直驅式風力發電系統仿真建模研究137

7.1直驅式風力發電系統併網仿真137

7.1.1直驅式永磁同步發電系統在PSCAD/EMTDC中建模137

7.1.2風力機的模型137

7.1.3發電機側控制器的建模138

7.1.4電網側控制器建模138

7.1.5仿真結果分析141

7.2基於二極體中點鉗位（NPC）型三電平變換器的永磁直驅式風電系統145

7.2.1三電平逆變器基本理論145

7.2.2三電平SVPWM的算法146

7.2.3三電平逆變器的MATLAB仿真152

7.2.4基於三電平變換器的永磁直驅式風電系統併網仿真156

7.3實現LVRT仿真分析163

7.3.1適用於直流環節的保護方案分析163

7.3.2直流側增加儲能的永磁直驅式風電系統164

7.3.3雙向DC/DC變換器的控制策略165

7.3.4基於超級電容儲能的直驅式風電機組LVRT仿真分析166

7.4基於複合儲能的直驅式風電機組建模仿真170

7.4.1基於複合儲能的直驅式風電系統仿真模型170

7.4.2基於複合儲能的直驅式風電機組LVRT仿真分析170

7.4.3平滑風電出力仿真分析175

第8章面向風電系統的DVR基本原理與控制策略179

8.1風電系統中常見電網故障類型179

8.2電壓幅值和相角檢測方法180

8.2.1三相abcdq的派克變換檢測算法181

8.2.2構造虛擬三相的dq檢測法182

8.2.3單相求導法的αβdq變換182

8.3電壓正負序分離方法184

8.3.1不平衡電網電壓描述185

8.3.2常規典型正負序分離方法187

8.3.3基於諧振控制器的正負序分離方法189

8.4DFIGDVR系統拓撲及工作原理192

8.5DVR主電路系統結構194

8.5.1逆變單元195

8.5.2耦合單元195

8.5.3濾波單元196

8.5.4直流儲能單元197

8.6DVR逆變單元控制策略197

8.6.1DVR等效數學模型198

8.6.2PR控制器及特性分析199

8.6.3基於準PR控制器的複合控制策略203

8.6.4複合控制策略性能分析205

第9章儲能型DVR提升風電/光伏LVRT能力208

9.1DVR提升雙饋式風電機組故障穿越仿真研究208

9.1.1三相對稱故障下DFIG機組LVRT仿真209

9.1.2三相不對稱故障下DFIG機組LVRT仿真218

9.24種方式實現直驅式風電機組故障穿越仿真研究226

9.2.1採用卸荷電路實現直驅式風電機組LVRT運行229

9.2.2改進控制策略實現直驅式風電機組LVRT運行230

9.2.3新型混合儲能實現直驅式風電機組LVRT運行231

9.2.4UDVR實現直驅式風電機組LVRT運行232

9.3DVR提升MW級光伏發電系統故障穿越仿真研究234

9.3.1PCC發生三相對稱故障時PVG系統的LVRT仿真237

9.3.2PCC發生不對稱故障時PVG系統的LVRT仿真240

第10章風電機組LVRT測試實例244

10.1LVRT技術研究的必要性244

10.2現有的LVRT技術246

10.2.1雙饋式風力發電系統LVRT技術246

10.2.2直驅式風力發電系統LVRT技術249

10.3測試設備及程式251

10.3.1風電機組LVRT測試設備252

10.3.2風電機組LVRT測試程式253

10.4雙饋式機組LVRT測試實例分析253

10.4.1電壓跌落至75%Ue254

10.4.2電壓跌落至50%Ue256

10.4.3電壓跌落至20%Ue259

10.5直驅式機組LVRT測試實例分析262

10.5.1電壓跌落至75%Ue262

10.5.2電壓跌落至50%Ue265

10.5.3電壓跌落至20%Ue267

第11章光伏電池數學建模與MPPT控制271

11.1光伏電池的工作原理271

11.2光伏電池的等效電路及數學模型271

11.3光伏電池輸出特性的仿真分析274

11.4MPPT控制與仿真275

11.4.1MPPT控制276

11.4.2DC/DC變換器277

11.4.3PWM控制278

11.5MPPT仿真分析279

11.5.1標準工況下光伏陣列仿真分析279

11.5.2光照強度變化時光伏陣列仿真分析280

11.5.3溫度變化時光伏陣列仿真分析281

第12章儲能系統與能量管理策略283

12.1儲能PCS簡介283

12.2蓄電池285

12.2.1蓄電池的充放電特性285

12.2.2蓄電池的數學模型286

12.3超級電容器288

12.4全釩液流電池288

12.5雙向DC/DC變換器建模與仿真291

12.5.1三重化雙向DC/DC變換器的數學模型291

12.5.2三重化雙向DC/DC變換器的控制策略294

第13章風光儲發電系統建模與仿真296

13.1風光儲發電系統簡介296

13.2風力發電和光伏發電的隨機性及波動性分析297

13.3風力發電和光伏發電的功率數據問題與處理299

13.4風光儲系統中的儲能容量配置方法304

13.4.1單一儲能類型系統控制與配置305

13.4.2混合儲能系統308

13.5光伏逆變器的建模與仿真315

13.5.1單台光伏逆變器的建模與控制315

13.5.2多台光伏逆變器並聯運行與環流分析318

13.6光伏發電系統LVRT運行326

13.6.1電網故障時Crowbar電路的保護策略327

13.6.2Crowbar電路的控制策略329

13.6.3基於Crowbar電路的LVRT仿真329

參考文獻333

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