本書講述用于智能電網分析研究、風電并網控制仿真以及風電機組整機控制與保護研究所需的風電機組、風電場和場群的動態(tài)建模方法、模型與模型驗證，以及模型在并網控制分析、計算中的應用。系統(tǒng)論述風電機組詳細模型、機組各類控制策略與保護原理及設定值；分析電力系統(tǒng)不同時間尺度問題時風電機組動態(tài)模型的簡化方法；主流風機的動態(tài)模型、全工況動態(tài)仿真及模型的驗證；風電場和場群的動態(tài)聚合方法，聚合模型的簡化及其參數確定方法；典型風電場的動態(tài)聚合模型、風場全工況動態(tài)仿真及聚合模型驗證；風場群的聚合模型及模型驗證；典型模型在大規(guī)模風電基地的應用分析計算案例。
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目錄
《智能電網研究與應用叢書》序
前言
第1章 概述1
1.1風力發(fā)電系統(tǒng)建模的意義1
1.2風電動態(tài)模型及分類2
1.3動態(tài)建模的基本方法2
1.3.1機理建模3
1.3.2辨識建模3
1.4風電動態(tài)建模研究現(xiàn)狀4
1.4.1機組級建模4
1.4.2風場級建模6
1.5常用的建模仿真工具7
參考文獻9
第2章 風力發(fā)電系統(tǒng)及其控制與保護12
2.1典型風力發(fā)電系統(tǒng)的結構12
2.1.1定速風電機組13
2.1.2雙饋風電機組14
2.1.3感應電機傘功率變換風電機組15
2.1.4同步電機直驅風電機組17
2.2機械動力系統(tǒng)18
2.2.1風力機18
2.2.2傳動系統(tǒng)21
2.2.3塔架21
2.2.4偏航系統(tǒng)22
2.2.5變槳系統(tǒng)22
2.3電氣系統(tǒng)23
2.3.1發(fā)電機23
2.3.2風電變流器31
2.3.3變流器保護電路48
2.3.4升壓變壓器51
2.4風電機組的運行、控制與保護52
2.4.1風電機組的控制系統(tǒng)52
2.4.2風電機組的偏航控制53
2.4.3風電機組的變槳控制54
2.4.4風電機組的啟動56
2.4.5風電機組的發(fā)電運行57
2.4.6風電機組的保護64
2.5本章小結66
參考文獻67
第3章 動力學系統(tǒng)的時間尺度與模型69
3.1系統(tǒng)動態(tài)時間尺度與模型的關系69
3.2風電時間尺度與模型72
3.2.1風速時間常數73
3.2.2氣動時問常數74
3.2.3變槳系統(tǒng)時間常數75
3.2.4傳動系時問常數76
3.2.5發(fā)電機時間常數77
3.2.6變流器及電氣控制時問常數79
3.2.7風電系統(tǒng)時間尺度劃分82
3.3風電電力系統(tǒng)時間尺度83
3.4本章小結84
參考文獻84
第4章 風力機及風的動態(tài)建模86
4.1風電機組模型的劃分及其關聯(lián)86
4.2風速的建模88
4.2.1風速模型的分類及特點88
4.2.2風速的一般模型89
4.2.3風速的空間分布90
4.2.4用于動態(tài)仿真的多時間尺度風速建模方法92
4.3風力機的數學模型102
4.3.1風輪的空氣動力學模型102
4.3.2偏航系統(tǒng)模型107
4.3.3變槳系統(tǒng)模型108
4.3.4機械部分模型110
4.4風力機特定動態(tài)及耦合問題的模擬119
4.4.1風力機的動態(tài)人流現(xiàn)象及模擬120
4.4.2槳葉面內模態(tài)與塔架左右模態(tài)的影響與模擬122
4.4.3槳葉面外模態(tài)與塔架前后模態(tài)的影響與模擬123
4.4.4風速空間分布不均勻的影響及模擬124
4.5本章小結127
參考文獻128
第5章 風力發(fā)電系統(tǒng)電氣部分的建模130
5.1電磁暫態(tài)模型130
5.1.1發(fā)電機模型130
5.1.2變流器及其控制模型134
5.1.3變流器保護系統(tǒng)模型138
5.2功率控制環(huán)和電流控制環(huán)時間尺度下的模型140
5.2.1發(fā)電機變流器組的“三態(tài)”特性140
5.2.2發(fā)電機模型141
5.2.3變流器及其控制模型146
5.2.4變流器保護系統(tǒng)模型149
5.3動態(tài)模型中的機組保護151
5.4本章小結152
參考文獻153
第6章 風電機組的動態(tài)建模154
6.1典型風電機組的詳細模型154
6.1.1雙饋風電機組154
6.1.2果用同步發(fā)電機的傘功率風電機組154
6.1.3采用鼠籠感應發(fā)電機的全功率風電機組156
6.2面向機組分析設計的模型156
6.2.1機組有功發(fā)電控制模型156
6.2.2風電機組整機線性化模型162
6.2.3機械振動及氣彈耦合研究模型166
6.2.4機組機電電磁耦合分析模型170
6.2.5氣動-氣彈-機電-電磁耦合精細化模型175
6.2.6風電機組的阻抗分析模型182
6.3面向電網分析的模型185
6.3.1電磁暫態(tài)模型分析185
6.3.2機電暫態(tài)模型分析186
6.3.3動態(tài)模型的性能比較188
6.4風電機組的電壓源控制模型203
6.4.1全功率機型電壓源控制模型204
6.4.2雙饋機型電壓源控制模型205
6.4.3仿真分析206
6.5本章小結213
參考文獻213
第7章 風電場的動態(tài)等值建模215
7.1風電場等值建模研究的基本方法及進展215
7.1.1風電場等值基本方法215
7.1.2風電場等值模型的研究進展217
7.2風電機組的同調判別218
7.2.1風場主導動態(tài)特性影響因素分析218
7.2.2對電力系統(tǒng)阻尼特性的影響分析224
7.3風電場的典型結構236
7.3.1風電場升壓站電氣接線236
7.3.2風電場場內匯集線路接線方式239
7.4風電場聚合建模方法240
7.4.1風電場機組分群方法240
7.4.2參數聚合方法241
7.4.3基于功率曲線的風電場單機聚合模型仿真驗證及誤差分析244
7.5風場集電線路對聚合模型精度的影響250
7.5.1靜態(tài)榆出精度250
7.5.2電網故障情況下聚合模型的動態(tài)特性誤差251
7.5.3風速波動情況下聚合模型輸出特性誤差253
7.6風電場降階模型254
7.6.1風電場中長期等值模型254
7.6.2基于虛擬風機的風電場自適應靜態(tài)等值模型256
7.7本章小結257
參考文獻257
第8章 模型的參數辨識與提取260
8.1風力機氣動曲線辨識260
8.2軸系參數辨識262
8.3機械模型的參數辨識264
8.3.1轉動慣量264
8.3.2傳動系統(tǒng)的等效剛度系數264
8.3.3傳動系統(tǒng)的阻尼系數265
8.3.4非扭轉機械模型中的參數266
8.4變流器參數辨識267
8.5本章小結268
參考文獻268
第9章 風電模型工程應用案例269
9.1雙饋風電機組傳動系統(tǒng)載荷疲勞測試評價及扭振抑制269
9.1.1研究內容及相瓦關系269
9.1.2疲勞測試與評價方法270
9.1.3聯(lián)合仿真建模273
9.1.4仿真結果276
9.2風電場群接人電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定分析278
9.2.1系統(tǒng)概況278
9.2.2風電場的動態(tài)等值建模280
9.2.3安全穩(wěn)定分析示例結果280
9.3大型風電場經柔性直流接人電網動態(tài)仿真分析285
9.3.1案例工程系統(tǒng)概況285
9.3.2風電場的建模及并網仿真分析287
9.3.3風電場經柔直接入系統(tǒng)建模及仿真分析301
9.4大型風電場場站控制器硬件在環(huán)實時仿真——控制策略驗證307
9.4.1RTLAB實時仿真平臺307
9.4.2虛擬風電場仿真平臺結構309
9.4.3基于RTLAB的虛擬風電場建模310
9.4.4風電場的控制器及控制策略仿真驗證311
9.5風儲協(xié)調控制器硬件在環(huán)實時仿真314
9.5.1RTDS的軟硬件特點314
9.5.2基于RTDS的風儲協(xié)調控制系統(tǒng)硬件在環(huán)建模316
9.5.3基于RTDS的風儲平抑功率波動運行控制策略驗證325
9.6本章小結329
參考文獻329
附錄A 風電機組參數330
附錄B 風電機組故障保護參數335
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