风力发电工程技术丛书：风力发电系统的建模与仿真 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

王毅，朱晓荣，赵书强 著

图书标签:

• 风力发电
• 风能
• 可再生能源
• 电力系统
• 建模仿真
• MATLAB/Simulink
• 电气工程
• 新能源技术
• 风机控制
• 电力电子

出版社： 中国水利水电出版社

ISBN：9787517029748

版次：1

商品编码：11674563

包装：平装

丛书名： 风力发电工程技术丛书

开本：16开

出版时间：2015-01-01

用纸：胶版纸

页数：213

字数：332000

正文语种：中文

内容简介

　　《风力发电系统的建模与仿真》首先介绍风力发电的机械和电气系统数学模型及并网控制策略的原理，然后结合具体算例，通过DIgSILENT和MATLAB/Simulink两种仿真软件建立典型风电机组的仿真模型，分析其最大功率跟踪控制、有功和频率调节、无功和电压控制、低电压穿越、虚拟惯性控制等风电机组并网控制的主要特性，以及电网允许风电接纳能力、电网潮流计算与无功优化计算、风电接入对电网暂态稳定性影响等。此外，通过柔性直流输电的海上风电和大型风电基地的风电场并网已成为新的研究热点，本书将介绍其基本原理和仿真建模。

目录

第1章绪论1．1概述1．2风力发电的发展与现状1．3风力发电机组的类型及构成1．4风力发电系统的仿真1．5仿真软件概述第2章风力机的气动和机械系统建模2．1概述2．2风速模型2．3风轮模型2．4轴系模型2．5仿真算例第3章定速异步风力发电机组的原理及建模3．1概述3．2结构和原理3．3稳态模型及特性3．4仿真算例第4章双馈异步风力发电机组的原理及建模4．1概述4．2运行原理和功率关系4．3动态模型4．4控制策略4．5仿真算例第5章全功率换流器驱动风力发电机组的原理及建模5．1概述5．2全功率驱动的风力发电机组的原理5．3直驱式永磁同步风力发电机组5．4全功率换流器驱动的异步风电机组5．5仿真算例第6章风力发电对电力系统的影响6．1概述6．2风电并网特点及基本参数6．3风电并网对电力系统的局部影响6．4风力发电并网对电力系统全系统范围的影响6．5仿真算例第7章电网扰动情况下变速风力发电机组控制技术7．1概述7．2PMSG的低电压穿越技术7．3DFIG在电网电压不平衡时的控制7．4仿真算例第8章电网友好型风力发电机组控制技术8．1概述8．2风力发电机组的动态无功补偿8．3虚拟惯性控制8．4对系统功率振荡的阻尼控制8．5仿真算例第9章基于VSC一HVDC的风电场联网9．1概述9．2VSC—HVDC的建模9．3VSC一HVDc的控制策略9．4多端电压型直流输电9．5多风电场通过VSC一MTDC联网及功率外送仿真附录

精彩书摘

　　（3）主动失速控制。主动失速又称负变距，风速低于额定风速时，叶片的桨距角是固定不变的；当风速超过额定风速后，变桨系统通过增加叶片攻角，使叶片处于失速状态，限制增加风轮吸收功率，减小功率输出；而当叶片失速导致功率下降，功率输出低于额定功率时，适当调节叶片的桨距角，提高功率输出，可以更加精确地控制功率输出。对于变桨距和主动失速控制方式，叶片和轮毂都通过变桨轴承连接，即都通过变桨实现控制。主动失速控制的敏感性很高，需要准确控制桨距角，造价高。　　2．按传动形式分类　　（1）高传动比齿轮箱型。用齿轮箱连接低速风力机和高速发电机，减小发电机体积重量，降低电气系统成本。但风力发电机组对齿轮箱依赖较大，由于齿轮箱导致的风力发电机组故障率高，齿轮箱的运行维护工作量大，易漏油污染，且导致系统的噪声大、效率低、寿命短，因此产生了直驱风力发电机组。　　（2）直接驱动型。应用多极同步风力发电机可以去掉风力发电系统中常见的齿轮箱，让风力发电机直接拖动发电机转子运转在低速状态，解决了齿轮箱所带来的噪声、故障率高和维护成本大等问题，提高了运行可靠性。但发电机极数较多，体积较大。　　（3）中传动比齿轮箱（半直驱）型。这种风机的工作原理是以上两种形式的综合。中传动比型风力机减少了传统齿轮箱的传动比，同时也相应地减少了多极同步风力发电机的极数，从而减小了发电机的体积。　　3．按发电机调速类型分类　　（1）定速恒频机组。采用异步电机直接并网，无电力电子变流器，转子通过齿轮箱与低速风机相连，转速由电网频率决定。定速恒频机组的优点是简单可靠，造价低，因而在早期的小型风电场中获得广泛应用。定速异步发电机组结构简单、可靠性高，但只能运行在固定转速或在几个固定转速间切换，不能连续调节转速以捕获最大风电功率。此外，在风机转速基本不变的情况下，风速的波动直接反映在转矩和功率的波动上，因此机械疲劳应力与输出功率波动都比较大。此外，每台风力发电机需配备无功补偿装置为异步电机提供励磁所需的无功功率，并且采用软启动装置限制启动电流。　　（2）变速恒频机组。异步发电机或同步发电机通过电力电子变流器并网，转速可调，有多种组合形式。目前实际应用的变速恒频机组主要有两种类型：采用绕线式异步发电机通过转子侧的部分功率变流器并网的双馈风力发电机组；采用永磁同步发电机通过全功率变流器并网的直驱永磁同步风力发电机组。与定速恒频机组相比，变速恒频风力发电机组可调节转速，进行最大功率跟踪控制，提高了风能利用率；风速变化而引起的机械功率波动可变为转子动能，从而减小机械应力，对输出功率的波动也可起到平滑作用。　　目前，在风力发电领域广泛应用的风力发电机组主要有三种类型，即固定转速的鼠笼异步发电机组、可调速的双馈异步发电机组和直驱永磁同步发电机组。　　早期的小型风电场主要应用定速异步发电机组，其定子侧直接并网，转子通过齿轮箱与低速风力发电机相连，每台风力发电机需配备无功补偿装置为异步电机提供励磁所需的无功功率。定速异步发电机组结构简单、可靠性高，但只能运行在固定转速或在几个固定转速问切换，不能连续调节转速以捕获最大风电功率。　　……

前言/序言

风力发电系统的建模与仿真 风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，在全球能源结构转型中扮演着越来越重要的角色。为了高效、可靠地开发和利用风能，对风力发电系统的深入理解和精确预测至关重要。本书《风力发电工程技术丛书：风力发电系统的建模与仿真》正是聚焦于这一核心领域，旨在为风力发电工程技术人员、研究学者以及相关领域的学生提供一套全面、系统的建模与仿真方法论。 本书的研究对象涵盖了风力发电系统的各个关键组成部分，从最前端的风资源评估，到风力机的结构设计、空气动力学特性，再到电机的电磁特性、电力电子变流器的控制策略，以及整个风电场的并网运行和稳定性分析，均进行了深入的探讨。通过对这些复杂系统的精确建模，我们得以在计算机环境中模拟其在不同运行工况下的表现，从而评估其性能、优化设计参数、预测潜在故障，并制定有效的控制策略。 风资源建模与分析： 风资源的可靠性是风力发电的基础。本书详细阐述了风速、风向等气象参数的时空分布特征，以及如何利用统计学方法、数值天气预报模型和地理信息系统（GIS）等技术，对特定场地的风资源进行精确建模和评估。这包括对平均风速、风速分布（如威布尔分布）、湍流强度、阵风效应以及风向变化等关键指标的量化分析，为风力机选型和风电场布局提供科学依据。 风力机气动与结构建模： 风力机的气动性能直接决定了其发电效率。本书深入分析了叶片的气动力学原理，包括叶素动量理论（Blade Element Momentum Theory, BEM）、涡格理论（Vortex Lattice Method, VLM）等，并在此基础上建立了叶片和整个风力机的气动模型。同时，风力机作为一种承受周期性载荷的机械结构，其结构动力学特性也至关重要。本书介绍了有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）等方法，用于建立风力机的结构动力学模型，预测其在风载作用下的应力、形变和振动响应，为提高风力机的可靠性和寿命提供指导。 风力发电机建模： 根据风力机设计的不同，发电机类型也多种多样，常见的包括永磁同步发电机（PMSG）、双馈感应发电机（DFIG）等。本书详细介绍了这些主流发电机的电磁特性建模，包括其稳态和动态数学模型。通过建立精确的电机模型，能够仿真分析发电机的功率输出、转矩响应、效率损耗以及在电网扰动下的运行状态。 电力电子变流器建模与控制： 电力电子变流器是连接风力机与电网的关键设备，其性能直接影响风电系统的电能质量和电网的稳定性。本书深入研究了不同类型变流器（如PMSG配套的矢量控制变流器，DFIG配套的PWM变流器）的拓扑结构、工作原理以及详细的数学模型。在此基础上，重点阐述了各种控制策略，包括最大功率点跟踪（MPPT）控制、电压电流控制、功率控制、频率和电压支撑控制等，以及如何通过仿真优化这些控制器的参数，确保风力机在各种工况下都能高效、稳定地运行，并满足电网的要求。 风电场整体建模与仿真： 一个风电场包含多台风力机，它们之间的相互影响，以及风电场整体对电网的贡献，都需要进行综合分析。本书介绍了风电场层面的建模方法，包括考虑风力机之间尾流效应（wake effect）的模型，以及如何将各个风力机的模型集成起来，构建风电场的整体仿真模型。通过对风电场进行仿真，可以评估风电场的总功率输出、能量捕获效率，以及在不同风速变化情况下的运行特性。 风电场并网运行与稳定性分析： 将风电场并入现有电网是一个复杂的过程，涉及到电网的接入点选择、功率注入、电压稳定、频率稳定以及短路电流等问题。本书详细探讨了风电场的并网建模，包括与电网母线连接的接口模型。在此基础上，深入分析了风电场并网后的电网稳定性问题，例如风电出力波动引起的电压和频率波动，以及如何通过先进的控制技术（如虚拟同步机技术、柔性直流输电等）来增强风电场的电网支撑能力，提高电网的整体稳定性。 仿真平台与工具： 本书还介绍了业界常用的风力发电系统建模与仿真软件平台，如MATLAB/Simulink、PSCAD/EMTDC、DIgSILENT PowerFactory等。通过实例展示了如何利用这些工具构建各种模型，并进行仿真分析。同时，也探讨了针对特定问题的定制化仿真方法和模型开发。 应用与展望： 通过对风力发电系统的精确建模与仿真，我们能够实现诸多应用，包括： 风电场选址与布局优化： 评估不同场地的风资源潜力，优化风力机在风电场内的布置，以最大化能量捕获并减小尾流影响。 风力机设计与性能评估： 验证不同叶片设计、传动系统方案、发电机选型等的效果，预测风力机的功率输出、寿命和可靠性。 控制系统开发与验证： 设计和测试各种控制算法，确保风力机在各种运行条件下都能高效、稳定运行，并提供电网支撑。 电网接入与稳定性分析： 评估风电场接入对电网的影响，制定相应的接入方案和运行策略，保障电网的安全稳定运行。 故障诊断与预测性维护： 通过仿真模拟故障场景，提前识别潜在的风险，并为设备的预测性维护提供依据。 本书不仅为读者提供了理论框架和方法论，更通过大量的实例和仿真结果，展示了建模与仿真在解决实际工程问题中的强大作用。随着风力发电技术的不断发展和普及，对风力发电系统建模与仿真的需求将日益增长。本书旨在成为风力发电工程领域的一本重要参考书，助力行业的可持续发展。

评分☆☆☆☆☆

这本书在风力发电系统优化设计方面，提供了非常实用的工具和方法。我特别关注到书中关于风力发电机组气动-结构耦合仿真的部分，这是一种非常前沿的技术，能够更精确地模拟风力作用下叶片的变形以及结构应力，从而指导叶片和塔架等关键部件的设计，确保其在承受复杂载荷下的安全性和耐久性。书中通过丰富的图例和公式，清晰地展示了如何进行这类耦合仿真，为我提供了一个可以深入研究的方向。

评分☆☆☆☆☆

阅读《风力发电工程技术丛书：风力发电系统的建模与仿真》的过程中，我深刻体会到作者团队在风力发电领域深厚的学术功底和丰富的实践经验。书中对于风力发电机组整机动力学建模的阐述，尤其令我眼前一亮。从叶片、轮毂、齿轮箱到发电机和塔架，各个部件的受力分析和动力学行为都得到了细致的描述。通过建立多体动力学模型，可以模拟风机在各种工况下的动态响应，例如风载荷、转速变化以及振动特性。这对于优化风机结构设计，提高风机的安全性和稳定性，具有至关重要的作用。

评分☆☆☆☆☆

这本书在风力发电系统故障诊断与维护策略方面的探讨，让我受益匪浅。作者不仅列举了常见的风电机组故障类型，如齿轮箱磨损、轴承损坏、叶片裂纹等，还详细介绍了如何利用传感器数据和仿真模型，进行故障的早期诊断和定位。书中还探讨了如何基于故障预测，制定主动的维护计划，从而最大程度地减少停机时间，降低运维成本，提高风电场的整体效益。

评分☆☆☆☆☆

本书在风力发电系统仿真方面，更是达到了令人惊叹的高度。我尤其欣赏书中关于风电场级仿真的章节，它不仅仅是简单地将单台风机的仿真结果叠加，而是深入探讨了风机间的气动耦合效应、尾流影响以及阵列布局对整体发电效率的影响。通过大量的仿真数据和图表，作者清晰地展示了如何通过优化风机排布，减少相互遮挡和尾流干扰，从而显著提升整个风电场的发电性能。此外，书中还详细介绍了如何对风电场进行电网接入仿真，包括不同电压等级的并网特性、功率预测以及电网稳定性的评估。这对于理解风电场与现有电网的兼容性，以及如何应对风电并网带来的挑战，提供了宝贵的参考。

评分☆☆☆☆☆

这次有幸拜读了《风力发电工程技术丛书：风力发电系统的建模与仿真》，这本书带给我的震撼，绝非三言两语能够概括。从最基础的风力资源评估，到复杂的风机设计优化，再到电网接入和运行管理，作者们几乎将风力发电的整个生命周期都进行了深度剖析。特别是对于风力发电系统的建模部分，书中的方法论严谨而系统，无论是基于物理原理的建模，还是基于数据驱动的建模，都提供了详实的操作步骤和丰富的案例研究。我印象最深刻的是关于风电机组气动性能的建模，书中不仅仅停留在理论公式的推导，而是结合CFD（计算流体力学）仿真技术，详细阐述了如何精确模拟叶片在不同风况下的受力情况，以及如何通过调整叶片角度、形状等参数来最大化能量捕获效率。这对于我日后进行风机设计优化，提高发电量具有极其重要的指导意义。

评分☆☆☆☆☆

书中关于风力发电与电网交互的仿真技术，让我对风电并网的复杂性有了全新的认识。作者详细介绍了如何模拟风力发电对电网电压、频率以及暂态稳定性的影响。通过建立详细的电网模型和风电场模型，可以进行各种场景下的仿真分析，例如单机孤岛运行、多机并联运行以及电网故障等。这些仿真结果不仅有助于我们理解风电接入对电网稳定性的潜在影响，也为制定有效的电网支撑策略提供了科学依据。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出版，无疑填补了风力发电技术领域的一个重要空白。在风力发电系统可靠性与寿命预测方面，作者们提供了非常具有前瞻性的研究成果。书中不仅介绍了传统的基于故障模式和影响分析（FMEA）的方法，还深入探讨了基于状态监测和剩余寿命预测（RUL）的新型预测性维护技术。通过对大量的运行数据进行统计分析和机器学习建模，可以提前预警潜在的故障，从而避免突发性停机，延长风电机组的使用寿命，降低运维成本。这对于风电场的长期稳定运行，以及提高投资回报率，具有至不如的意义。

评分☆☆☆☆☆

对于我这样一位希望深入了解风力发电核心技术的读者而言，《风力发电工程技术丛书：风力发电系统的建模与仿真》无疑是一本集理论、方法、案例于一体的宝贵财富。书中对风力发电系统能量转换过程的细致刻画，从风能的捕捉，到机械能的转化，再到电能的输出，每一个环节都进行了详实的数学建模和仿真分析。特别是关于功率曲线的建模和应用，书中不仅介绍了理论方法，还提供了实际案例，让我能够更直观地理解风电机组在不同风速下的发电能力，以及如何通过优化运行来提升整体发电效率。

评分☆☆☆☆☆

书中对于风力发电系统性能评估的深入剖析，是我非常看重的一点。从单台风机的发电效率、可利用率，到整个风电场的年发电量、等效利用小时数，以及风电场的经济性指标，如度电成本（LCOE）、投资回收期等，都进行了详细的计算和分析。作者还介绍了如何利用统计学方法，对仿真结果进行不确定性分析，从而更准确地评估风电场的实际性能。这对于风电项目的可行性研究和经济评估，具有极大的参考价值。

评分☆☆☆☆☆

我一直对风力发电的控制系统非常感兴趣，而这本书在这方面的内容，可以说是一场及时的甘霖。书中对风力发电机组的变桨控制、偏航控制以及变流器控制策略进行了深入的探讨。我特别注意到关于最大功率点跟踪（MPPT）算法的介绍，作者不仅列举了传统的PID控制，还详细讲解了更先进的模糊逻辑控制和神经网络控制在MPPT中的应用，以及它们在不同风况下的性能表现。这种理论与实践相结合的讲解方式，让我能够清晰地理解各种控制策略的原理、优势和局限性，对于我未来研究更高效、更鲁棒的控制系统，无疑是巨大的启发。

评分☆☆☆☆☆

京东活动购书特别划算

评分☆☆☆☆☆

好

评分☆☆☆☆☆

还可以

评分☆☆☆☆☆

好

评分☆☆☆☆☆

还可以

评分☆☆☆☆☆

京东活动购书特别划算

评分☆☆☆☆☆

京东活动购书特别划算

评分☆☆☆☆☆

还可以

评分☆☆☆☆☆

京东活动购书特别划算