雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的建模、仿真與控制

電力電子新技術(shù)系列圖書序言

前言

本書涉及的常用符號表

第1 章　緒論 1

1. 1　風(fēng)能開發(fā)與利用 1

1. 1. 1　能源危機問題 1

1. 1. 2　生態(tài)環(huán)境問題 1

1. 1. 3　風(fēng)能開發(fā)與利用 2

1. 2　風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展 6

1. 2. 1　恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 7

1. 2. 2　變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 7

1. 3　雙饋感應(yīng)電機風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)描述 12

1. 3. 1　雙饋感應(yīng)電機風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)方式 12

1. 3. 2　雙饋感應(yīng)電機風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率變換器技術(shù) 14

1. 3. 3　雙饋感應(yīng)電機技術(shù) 18

1. 3. 4　雙饋感應(yīng)電機風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)典型拓撲結(jié)構(gòu)及其優(yōu)點 19

1. 3. 5　雙饋感應(yīng)電機風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制技術(shù) 21

1. 4　本書內(nèi)容概述 24

參考文獻 26

第2 章　風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)基本概念及其基礎(chǔ)理論 30

2. 1　風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本概念 30

2. 1. 1　風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)基本組成 30

2. 1. 2　風(fēng)輪結(jié)構(gòu) 32

2. 1. 3　風(fēng)輪功率控制 32

2. 2　風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)理論基礎(chǔ) 34

2. 2. 1　風(fēng)能 34

2. 2. 2　貝茲極限 35

2. 2. 3　風(fēng)輪的特性系數(shù) 37

2. 2. 4　Cp λ 曲線 39

2. 2. 5　CT λ 曲線 40

2. 2. 6　風(fēng)輪輸出功率表達式 41

2. 2. 7　風(fēng)輪輸出轉(zhuǎn)矩表達式 43

2. 3　變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率控制分區(qū) 44

2. 4　變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制分區(qū) 46

2. 4. 1　變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最小和最大轉(zhuǎn)速控制 47

2. 4. 2　變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)額定功率控制 48

2. 4. 3　變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大風(fēng)能跟蹤控制 49

2. 5　小結(jié) 51

參考文獻 52

第3 章　雙饋感應(yīng)電機穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型及其運行 53

3. 1　雙饋感應(yīng)電機的結(jié)構(gòu)及其優(yōu)點 53

3. 2　雙饋感應(yīng)電機基本概念 54

3. 2. 1　雙饋感應(yīng)電機的電磁力 54

3. 2. 2　轉(zhuǎn)速差和轉(zhuǎn)差率概念 55

3. 2. 3　雙饋感應(yīng)電機轉(zhuǎn)子頻率 56

3. 2. 4　雙饋感應(yīng)電機穩(wěn)態(tài)等效電路 57

3. 2. 5　雙饋感應(yīng)電機穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型及其相量圖 62

3. 3　雙饋感應(yīng)電機的穩(wěn)態(tài)運行 66

3. 3. 1　雙饋感應(yīng)電機基本有功功率流動及其平衡關(guān)系 66

3. 3. 2　轉(zhuǎn)子銅耗和轉(zhuǎn)換功率的分解 67

3. 3. 3　雙饋感應(yīng)電機有功功率計算 70

3. 3. 4　雙饋感應(yīng)電機電磁轉(zhuǎn)矩計算 72

3. 3. 5　雙饋感應(yīng)電機無功功率計算 73

3. 3. 6　雙饋感應(yīng)電機有功功率、電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之間的近似關(guān)系 74

3. 3. 7　雙饋感應(yīng)電機四象限運行 75

3. 3. 8　雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)變速恒頻運行 78

3. 3. 9　雙饋感應(yīng)電機穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型標幺值系統(tǒng) 79

3. 4　小結(jié) 82

參考文獻 83

第4 章　雙饋感應(yīng)電機動態(tài)數(shù)學(xué)模型 84

4. 1　三相自然靜止ABC/ abc 坐標系下雙饋感應(yīng)電機的數(shù)學(xué)模型 84

4. 2　兩相正交坐標系下雙饋感應(yīng)電機數(shù)學(xué)模型 91

4. 2. 1　坐標變換 91

4. 2. 2　兩相任意旋轉(zhuǎn)dq0 坐標系下的雙饋感應(yīng)電機數(shù)學(xué)模型 93

4. 2. 3　靜止αβ 坐標系下的雙饋感應(yīng)電機數(shù)學(xué)模型 100

4. 2. 4　同步旋轉(zhuǎn)xy 坐標系下的雙饋感應(yīng)電機數(shù)學(xué)模型 102

4. 3　雙饋感應(yīng)電機在正交坐標系下的狀態(tài)方程 104

4. 3. 1　任意旋轉(zhuǎn)dq0 坐標系下雙饋感應(yīng)電機狀態(tài)方程 104

4. 3. 2　兩相靜止αβ 坐標系下雙饋感應(yīng)電機狀態(tài)方程 106

4. 3. 3　兩相同步xy 坐標系下雙饋感應(yīng)電機狀態(tài)方程 107

4. 4　雙饋感應(yīng)電機數(shù)學(xué)模型的空間矢量表征 108

4. 4. 1　空間矢量概念 108

4. 4. 2　三相自然靜止坐標系下的雙饋感應(yīng)電機數(shù)學(xué)模型空間矢量表征 109

4. 4. 3　任意旋轉(zhuǎn)兩相dq 坐標系下雙饋感應(yīng)電機數(shù)學(xué)模型空間矢量表征 110

4. 5　標幺值系統(tǒng)及其轉(zhuǎn)換 112

4. 6　雙饋感應(yīng)電機仿真模型實現(xiàn) 116

4. 7　小結(jié) 118

參考文獻 118

第5 章　背靠背功率變換器數(shù)學(xué)模型及其控制技術(shù) 119

5. 1　交直交電壓型功率變換器基本拓撲及工作原理 119

5. 2　網(wǎng)側(cè)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行 120

5. 3　背靠背功率變換器數(shù)學(xué)模型 123

5. 3. 1　網(wǎng)側(cè)變換器數(shù)學(xué)模型 123

5. 3. 2　網(wǎng)側(cè)濾波器數(shù)學(xué)模型 128

5. 3. 3　轉(zhuǎn)子側(cè)變換器數(shù)學(xué)模型 129

5. 3. 4　直流側(cè)數(shù)學(xué)模型 130

5. 3. 5　背靠背功率變換器仿真模型實現(xiàn) 131

5. 4　功率變換器調(diào)制技術(shù) 133

5. 4. 1　正弦波脈寬調(diào)制技術(shù) 133

5. 4. 2　三次諧波注入的正弦波脈寬調(diào)制技術(shù) 136

5. 4. 3　空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù) 140

5. 5　網(wǎng)側(cè)變換器控制技術(shù) 152

5. 5. 1　網(wǎng)側(cè)濾波器兩相正交坐標系下數(shù)學(xué)模型 152

5. 5. 2　網(wǎng)側(cè)變換器電網(wǎng)電壓定向矢量控制技術(shù)(VOC) 154

5. 6　小結(jié) 165

參考文獻 165

第6 章　雙饋感應(yīng)電機矢量控制技術(shù) 167

6. 1　矢量控制技術(shù) 167 2100433B

本書主要介紹雙饋感應(yīng)電機風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的建模、仿真與控制技術(shù)。在介紹風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)基本概念及其基本理論的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地介紹了雙饋感應(yīng)電機風(fēng)力發(fā)電機穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型及其運行、雙饋感應(yīng)電機的動態(tài)數(shù)學(xué)模型、背靠背功率變換器數(shù)學(xué)模型及其控制技術(shù)、雙饋感應(yīng)電機矢量控制技術(shù)以及基于MATLAB/SIMULINK仿真軟件完成的雙饋感應(yīng)電機風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)仿真。

《控制系統(tǒng)仿真與CAD》以MATLAB 7"_blank" href="/item/自動控制系統(tǒng)/1801668" data-lemmaid="1801668">自動控制系統(tǒng)分析與設(shè)計為主線，系統(tǒng)地介紹了控制系統(tǒng)的建模、分析、設(shè)計的基本原理和仿真方法?！犊刂葡到y(tǒng)仿真與CAD》共分5章，分別為控制系統(tǒng)仿真及工具軟件概述、控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述、控制系統(tǒng)分析、控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真和控制系統(tǒng)CAD——Simulink基礎(chǔ)。

《控制系統(tǒng)仿真與CAD》結(jié)構(gòu)清晰，語言簡練，圖文并茂，并用大量的例題來配合所述內(nèi)容，由淺入深，生動易學(xué)，具有很強的實用性和可操作性，可作為高等學(xué)校自動化、電氣工程及其自動化、測控技術(shù)與儀器、電子工程、通信等本科專業(yè)“控制系統(tǒng)仿真”課程的教材，也可作為工程技術(shù)人員的參考用書。

本教材首先對機電系統(tǒng)建模與仿真的相關(guān)概念進行了闡述和區(qū)分。然后介紹了相似原理及其在機電系統(tǒng)建模中的應(yīng)用，更強調(diào)機和電這兩個系統(tǒng)之間的相似。除了通常主要討論數(shù)學(xué)模型的建立外，本教材還側(cè)重介紹了實物、半實物模型的建立。在講授完上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，介紹了建模、仿真和相似原理在典型機電系統(tǒng)中的應(yīng)用，如：輪式移動平臺、關(guān)節(jié)式機械手、驅(qū)動系統(tǒng)、飛行動力地面模擬系統(tǒng)等。

通過對本教材的學(xué)習(xí)，為本學(xué)科的進一步學(xué)習(xí)和科學(xué)研究奠定了基礎(chǔ)，也可以在一定程度上彌補目前出版的教材主要偏重計算機數(shù)學(xué)仿真（即介紹運動控制中的建模仿真多、抽象符號和數(shù)學(xué)計算多，而物理系統(tǒng)和實踐環(huán)節(jié)少），不利于學(xué)生全面地了解機、電系統(tǒng)綜合知識的問題。

本書是在參考國內(nèi)外相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，結(jié)合作者從事機械電子工程教學(xué)、研究工作的經(jīng)驗以及我國實際情況，按照理論聯(lián)系實際的原則編寫而成的。全書分為7章：第1章闡述了建模仿真的基本概念，以及機械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的相似；第2章介紹了系統(tǒng)的半實物模型，以及機電系統(tǒng)的一階、二階數(shù)學(xué)模型及其特性；第3章簡要討論了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的描述方法，以及計算機在建模仿真中的作用；第4章探討了動力學(xué)模型的建立，動、靜態(tài)特性測試方法，以及建模仿真在輪式移動平臺中的應(yīng)用；第5章以關(guān)節(jié)式機械手為例，介紹了機構(gòu)分析和機械傳動系統(tǒng)的運動學(xué)模型建立與仿真；第6章闡述了驅(qū)動系統(tǒng)（電機）的建模、實物仿真和數(shù)字仿真；第7章通過分析飛行動力地面系統(tǒng)，建立了數(shù)學(xué)模型加機械實物的仿真模型，然后運用相似原理，以電路替代原有機械系統(tǒng)，建立了簡化模型。

各章后的思考題有的是幫助讀者回顧本章的要點，有的則是引導(dǎo)讀者進一步思考，不一定能在書中找到現(xiàn)成的答案。

以作者的學(xué)術(shù)和工程經(jīng)驗為基礎(chǔ)，通過工程系統(tǒng)的建模與控制提供了對機械、電氣、流體和熱力系統(tǒng)統(tǒng)一的處理方法。內(nèi)容涵蓋了傳統(tǒng)、先進和智能控制，儀器儀表，實驗和設(shè)計。包括理論，分析技術(shù)，常用的計算工具，仿真細節(jié)和應(yīng)用。

《工程系統(tǒng)的建模與控制》克服了其它有關(guān)建模和控制方面書的不足之處，書中的建模都與實際物理系統(tǒng)有關(guān)，并闡明了控制系統(tǒng)所適應(yīng)的特定技術(shù)。盡管使用了MATLAB，Simulink和LabVIEW，作者全面地解釋了方法背后的要點和解析基礎(chǔ)，對給定的系統(tǒng)如何選擇合適的工具，對結(jié)果進行解釋和驗證，以及軟件工具的局限性。這樣的方法可以使讀者掌握核心主題，學(xué)會在實際中使用概念。