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序1

前言1

第1章 绪论1

1.1 风力发电现状介绍1

1.2 风力发电系统分类3

1.3 风力发电机组并网方式对比分析10

1.3.1 适合于异步发电机的并网方式10

1.3.2 适合于变速恒频发电机的并网方式10

1.4 风力发电与电力电子变流技术15

1.4.1 不可控整流器后接晶闸管逆变器和无功补偿型拓扑结构15

1.4.2 不可控整流器后接直流侧电压变化的PWM电压源型逆变器型拓扑结构16

1.4.3 不可控整流器后接直流侧电压稳定的PWM电压源型逆变器型拓扑结构17

1.4.4 PWM整流器后接电压源型PWM逆变器型拓扑结构17

1.4.5 不可控整流器后接电流源型逆变器型拓扑结构18

1.4.6 二极管箝位型拓扑结构18

1.4.7 级联H桥型拓扑结构19

1.4.8 飞跨电容型拓扑结构20

第2章 调制技术21

2.1 正弦脉宽调制21

2.2 空间矢量调制24

2.3 脉宽调制的AAV分析方法25

2.3.1 活动面积矢量的概念25

2.3.2 SPWM的AAV分析27

2.3.3 SVM的AAV分析29

2.3.4 仿真验证31

2.4 SVM与SPWM通用调制算法34

2.4.1 SPWM与SVM的通用实现流程35

2.4.2 实验验证36

2.5 单周期控制方法39

2.5.1 双并联Boost整流器及其单周控制43

2.5.2 仿真验证44

2.5.3 结论46

2.6 空间矢量滞环技术47

2.6.1 控制原理47

2.6.2 仿真验证51

2.6.3 结论52

2.7 载波相移技术52

2.7.1 载波相移技术的概念52

2.7.2 波形谐波分析53

2.7.3 仿真验证56

2.8 其他调制方法59

第3章 风力发电系统中的典型变流方案61

3.1 整流技术方案61

3.1.1 不可控整流方案61

3.1.2 多脉波不可控整流方案61

3.1.3 三相单管整流方案63

3.1.4 PWM整流方案67

3.2 斩波技术方案70

3.2.1 Boost斩波器71

3.2.2 Boost斩波器PFC控制71

3.3 逆变技术方案76

3.3.1 基于晶闸管的逆变方案76

3.3.2 电压源型PWM逆变方案77

3.3.3 电流源型逆变方案81

3.4 典型方案实例82

3.4.1 不可控整流+Boost+逆变方案82

3.4.2 双PWM背靠背方案83

第4章 大功率变流技术85

4.1 器件串并联技术86

4.2 多电平变流技术88

4.2.1 二极管箝位型多电平技术88

4.2.2 飞跨电容箝位型多电平技术102

4.2.3 级联H桥型多电平技术112

4.2.4 级联飞跨电容型多电平技术113

4.2.5 DRC混合箝位型多电平技术118

4.2.6 级联二极管箝位型多电平技术124

4.2.7 小结130

4.3 模块并联技术131

4.3.1 Boost电路的并联技术131

4.3.2 带耦合电感的并联Boost144

4.3.3 并联三相单管整流电路148

4.3.4 逆变器共母线并联153

4.3.5 并联背靠背164

4.3.6 并联方案举例173

4.4 多重化技术173

4.4.1 多重化方波整流电路173

4.4.2 多重化方波逆变电路174

4.4.3 多重化PWM逆变电路175

第5章 低电压穿越技术176

5.1 风力发电系统并网运行标准规范176

5.2 双馈型风力发电机组的电压跌落特性177

5.2.1 理论分析177

5.2.2 仿真验证179

5.2.3 实验验证184

5.2.4 小结189

5.3 电网故障时风力发电系统中的保护电路189

5.3.1 两种主流变速恒频风力发电系统190

5.3.2 双馈型风力发电系统的保护电路191

5.3.3 直驱型风力发电系统的保护电路195

5.3.4 小结198

5.4 电网电压跌落发生器的研制198

5.4.1 几种常用的电压跌落发生器的拓扑结构199

5.4.2 基于变压器形式的VSG实验203

5.4.3 基于晶闸管的VSG实验208

5.4.4 小结210

5.5 双馈型风力发电系统的低电压穿越技术210

5.6 直驱型风力发电系统的低电压穿越技术214

5.7 电压跌落的检测技术222

5.7.1 检测方法222

5.7.2 仿真验证226

5.7.3 实验验证227

5.7.4 小结229

第6章 风力发电外围应用技术230

6.1 最大风能捕获230

6.2 风力机模拟234

6.3 变桨距控制238

6.3.1 变桨距和定桨距238

6.3.2 变桨距的执行方式240

6.3.3 变桨距控制策略241

6.3.4 变桨距系统的设计244

6.3.5 独立变桨技术245

6.3.6 小结245

第7章 展望246

7.1 风力发电技术发展趋势246

7.1.1 风力发电装备制造技术246

7.1.2 风电场开发技术247

7.1.3 标准与规范建设247

7.1.4 海上风电场开发技术248

7.2 风力发电面临的挑战250

缩略语253

参考文献254