本書結合國內外最新技術成果和作者的工程經驗，介紹具有發展前景的風力發電機組及其控制系統。引入大量工程實例，理論與實際結合，對風力發電系統主流機型的關鍵指標及其變流系統進行分析、設計；根據風力發電對風力發電機的要求，對電機進行優化設計，應用現代控制理論對電機的控制進行研究；結合實際工程中存在的問題，提出解決方案。本書注重實踐指導，省去了復雜的數學推導，盡量做到深入淺出，通俗易懂。
目 錄
第1章 緒論 1
1.1 風力發電概況 1
1.1.1 外國風力發電現狀及展望 1
1.1.2 中國風力發電現狀及展望 2
1.2 風力發電機組的基本組成 3
1.3 風力發電系統的主要類型 4
1.3.1 恒速恒頻風力發電系統 4
1.3.2 有限變速風力發電系統 5
1.3.3 帶部分功率變換器的變速恒頻風力發電系統—雙饋風力發電系統 5
1.3.4 帶全功率變換器的變速恒頻風力發電系統 6
1.3.5 采用其他類型發電機的風力發電系統 7
1.4 風力發電系統中的電力電子裝置 10
1.4.1 軟起動器 10
1.4.2 電容器組 10
1.4.3 變換器 11
1.4.4 風電場中的電力電子變換器拓撲結構 12
1.5 風力發電技術發展趨勢 13
1.5.1 風力發電機組大型化 13
1.5.2 從陸地向海洋拓展 13
1.5.3 采用直驅型或半直驅型風力發電機組 13
1.5.4 提高風力發電機組的運行可靠性 14
1.5.5 分布式發電和微網技術 14
1.5.6 智能化控制 15
1.6 本章小結 15
第2章 風力發電機組的功率特性與功率控制 16
2.1 風力發電基本原理 16
2.2 風輪的空氣動力學特性 17
2.2.1 風能的計算 17
2.2.2 風輪動量理論（貝茲極限理論） 18
2.2.3 影響輸出功率的因素 20
2.3 風輪機的功率特性 20
2.4 風輪機的功率控制 22
2.4.1 風輪機的種類 22
2.4.2 風輪機的功率控制方式 23
2.5 風力發電機組的功率控制策略 25
2.5.1 風力發電機組的運行控制策略 25
2.5.2 額定風速以下時發電機組的運行控制 26
2.5.3 額定風速以上時發電機組的運行控制 28
2.6 最大功率點跟蹤控制策略 28
2.6.1 最佳葉尖速比控制 29
2.6.2 功率信號回饋控制 29
2.6.3 爬山搜尋控制 30
2.6.4 改進的爬山搜尋控制 30
2.6.5 最優轉矩控制 31
2.7 本章小結 32
第3章 直驅風力發電系統的變流控制策略 33
3.1 直驅風力發電系統的構成與工作原理 33
3.2 直驅風力發電系統的控制策略 35
3.2.1 變換器控制策略1（傳統控制策略） 36
3.2.2 變換器控制策略2（新型控制策略） 48
3.2.3 兩種控制策略的比較 54
3.3 實驗研究 55
3.3.1 控制系統的硬件 55
3.3.2 控制系統的軟件設計 57
3.3.3 實驗驗證 58
3.4 本章小結 60
第4章 雙饋風力發電系統的運行原理 61
4.1 雙饋風力發電系統的構成與工作原理 61
4.2 雙饋發電機的電磁關系 64
4.2.1 雙饋發電機的等效電路和基本方程式 64
4.2.2 雙饋發電機的相量圖 64
4.2.3 雙饋風力發電機的功率特性 65
4.3 雙饋風力發電機的數學模型 70
4.3.1 三相靜止坐標系abc中的數學模型 70
4.3.2 兩相旋轉坐標系dq中的數學模型 72
4.4 雙饋風力發電機功率變換器的控制 74
4.4.1 功率變換器控制原理 74
4.4.2 網側變換器的控制 75
4.4.3 轉子側變換器的控制 75
4.5 實驗驗證 78
4.6 本章小結 80
第5章 風力發電機組的低電壓穿越技術 81
5.1 風電的并網要求 82
5.1.1 頻率和有功功率控制 82
5.1.2 短路功率和電壓變化 82
5.1.3 無功功率控制 83
5.1.4 閃變 84
5.1.5 諧波 84
5.1.6 穩定性 85
5.2 風力發電機組的并網過程 85
5.2.1 雙饋風力發電機組的并網控制 86
5.2.2 直驅風力發電機組的并網控制 86
5.3 直驅風力發電機組的低電壓穿越技術 86
5.3.1 電網電壓跌落概念 87
5.3.2 PMSG風輪的低電壓穿越 88
5.3.3 風力發電系統的低電壓穿越 99
5.4 雙饋風力發電機組的低電壓穿越技術 102
5.4.1 低電壓穿越運行的控制目標 102
5.4.2 DFIG風輪的低電壓穿越措施 103
5.5 本章小結 115
第6章 電網故障時網側變換器的同步化方法研究 116
6.1 風力發電系統網側變換器的電網同步化要求 116
6.2 鎖相方法 117
6.2.1 開環鎖相法 117
6.2.2 閉環鎖相法 117
6.3 本章小結 133
第7章 電網故障時直驅風力發電系統的運行與控制 134
7.1 電網故障時直驅風力發電系統的控制策略 134
7.2 電網故障時直驅風力發電系統的控制 134
7.2.1 電網故障時直驅風力發電系統的控制結構 134
7.2.2 網側變換器中的電流控制器 135
7.2.3 不平衡電壓下直流母線電壓的控制機理 138
7.3 不對稱電網故障時直驅風力發電系統仿真與實驗研究 143
7.4 本章小結 147
第8章 雙饋風力發電系統的風輪控制策略 148
8.1 風力發電系統總體控制方案 148
8.2 風輪控制策略 151
8.2.1 控制策略1 151
8.2.2 控制策略2 153
8.3 控制器的設計 154
8.3.1 轉速控制器1的設計 154
8.3.2 功率控制器1的設計 155
8.3.3 交叉耦合控制 156
8.3.4 轉速控制器2的設計 157
8.3.5 功率控制器2的設計 158
8.4 本章小結 158
第9章 風力發電機組的故障容錯技術 159
9.1 故障診斷概述 159
9.1.1 故障診斷的概念 159
9.1.2 故障診斷的由來 159
9.1.3 故障診斷的分類 160
9.1.4 故障診斷的任務 160
9.1.5 評價故障診斷的指標 160
9.1.6 故障診斷的發展歷史 161
9.2 故障容錯的基本理論 162
9.3 風力發電機組常見故障 162
9.3.1 風力發電機組葉片故障 163
9.3.2 風力發電機組軸承故障 163
9.3.3 風力發電機故障 164
9.3.4 風力發電系統變換器故障 165
9.3.5 風力發電系統齒輪箱故障 165
9.3.6 其他故障 165
9.4 風力發電機組故障診斷技術 166
9.5 提高風力發電系統故障容錯能力的措施 167
9.5.1 采用多相發電機 167
9.5.2 采用具有容錯能力的變換器拓撲結構 167
9.5.3 采用具有冗余開關器件的變換器 168
9.5.4 采用開關磁阻發電機 168
9.5.5 設計特殊結構的容錯永磁同步發電機 168
9.6 本章小結 169
參考文獻 170
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