言 对现代并网风力发电机组的研究已有20多年的历史，并且每年在 世界各地都举办了各种形式的学术研讨会，发表数以百计的学术论文， 但至今为止，国内外系统介绍现代并网风力发电技术的书籍仍然寥若 晨星。多年前虽然出版过一些介绍风力机空气动力学原理和能量转换 原理的书籍，并且这些基本原理对于大型风力发电机组的研究仍然是 适用的，但现代并网风力发电机组所涉及的技术和理论已远远超出了 这一范围。 本书在风力机的空气动力学原理和能量转换原理的基础上，系统 地介绍了定桨距风力发电机组、变桨距风力发电机组、变速风力发电 机组的基本控制要求与控制策略；介绍了风力发电机组的软并网技术、 变桨距技术和变速风力发电机组在实现对最佳功率曲线的跟踪过程中 的各种控制和处理方法。在介绍变速风力发电机组控制技术的基础上， 对基于模糊逻辑控制和神经网络的智能控制系统也作了简要介绍。最 后介绍了对电力电子器件引入谐波和变功率因素问题的控制方案。 由于风力发电机组的控制主要是对风轮的转速和输入功率进行控 制，这些都涉及到风轮的能量转换过程及与之密切相关的空气动力学 问题。为此先在第二章中对风力机的基础理论作一简要介绍。此后为 了循序渐进，先介绍定桨距风力发电机组和变桨距风力发电机组的控 制技术，以及与控制技术密切相关的伺服系统。在此基础上介绍变速 风力发电机组的控制技术，讨论各种控制策略、处理方法及模拟试验 结果。 作者多年来一直从事风力发电技术研究，参与设计了多种型号的 定桨距和变桨距风力发电机组，因而可以从比较实用的角度介绍这两 种机组的控制技术。对于变速风力发电机组则主要从理论分析与实验 研究的角度予以介绍，所引用的国外最新技术成果已在参考文献中全 部列出
本书的出版荣幸地受到机械工业出版社基金支助,还受到国家 技术研究发展计划专项经费资助 本书主娶洪从事风力发电机组设计、研究的工程技术人员参考,也 可作为理工科大学电机及控制专业教师和研究生的参考书 书中的错误恳请读者批评指正 作者于2002年1月8日
符号表 A-项目投资每年等额折旧 dL.一dF分解的升力 ∧·桨叶前缘( Leading edge),它dD-dF分解的阻力 是跗后缘最远的点 dF…气动力dF在旋转平面卜的投 A放大器、增益 影值 A-正弦波调制振幅 dF4-气动力dF在转轴上的投影值 a-…轴向诱导速度系数 dP-d段叶片产生的风轮功率 a…电机转f串联有效距数与定dP,流过dr段叶片的风的功率 子串联有效匝数之比 Ec-年发电量 B·葉叶后缘( Trailing edge) E…-计算过程中采用的简化符号 B一系统的摩擦损耗 F-气流的轴向推力 h一叶片数 f一翼型中线最大弯度 b切向诱导速度系数 ∫-一糗率 C-发电成本 ∫-翼型相对弯度,f=f “最大厚度,即弦长法线方向之F。·阻力,与速度v平行 翼型最大厚度 F1-升力,与速度?垂直 C--翼型相对厚度,C=C/,通常G--计算过程中采用的简化符号 为10%~15% h一周向速度因子 C--总的气动系数 l一倾斜角,为z与旋转平面间的 r-转矩系数 夹角 C--推力系数 J…-叶尖的倾角 Cd-阻力系数 贷款利率 升力系数 角,是来流速度方向与桨叶 CM-变距力矩系数 弦线间的夹角 C而-诱导阻力系数 √--风力发电机组总转动惯量 C-无限叶展的力系数 ,一风轮的转动惯量 电 获得最佳Cr值时的比例系数 发电机负载系数 单位时间内流过风轮扫掠面积 dF一叶素受到气动力 S的气体的体积
L.桨叶长度 压 定子额定相电压 翼型的弦长,是两端点,1、B周速度,4=2rrn(n为转速) 连线方向上叶型的最大长度 一气体的速度 的运行维护费 xr叶尖线速度 体的质量 气流相对「叶片的速度 m1-电机定子相数 x1……·定子绕组的漏抗 折旧年限 折算到定子侧的转子每相漏抗 n风轮的转速 是展弦比,a=2/S 在电机同步转速下的风轮转a…-逆变器触发角 线性系数 ’·风力机实际获得的轴功率 y线性系数 总投资 线性系数 p桨叶衣面上的静压 P-一空气密度 电机极对数 o1-一定子角频率,即电网角频率 λ…-叶尖速比 子绕组的电阻 0n…零升力角,它是弦线与零升力线 R2…折算到定子側的转·每相电 向的夹角 阻 …升力角,来流速度方向与等升力 。轴毂半径 线间的夹角 R·电阻 率 S--风轮扫掠面积 tdF和dL之间的夹角 S桨叶面积,等于弦长×桨叶长-气流的旋转角速度 d-- Brandt】系数 转差率 B节距角 s。-电机切出时的转差率 d风轮角频率 T-转矩 e正弦波调制须率 I:…风轮的气动转矩 发电机转速的期值 T∵-发电机获得的转矩 nA转速控制系统的参考速度 了 转矩期望值 a4转矩观测器的自然频率 T-驱动风力机的机械转矩 转矩观測器带宽 转矩的观测值 5转矩观測器阻尼
目录 前言 符号表 第一章绪论 第一节风能的开发利用 第二节风力发电的成本与效益…… ·,· 1,2.4 第三节风力发电技术………………………… 第二章风力机的基础理论 第一节风力机的能量转换过程………………… 第二节桨叶的几何参数和空气动力特性…………… 第三节风轮的气动力学… 第四节简化的风力杌理论 第五节涡流理论 第三章定桨距风力发电机组 第一节定桨距风力发电机组的特点 333 第二节定桨距风力发电杋组的基本运行过程………… 第三节风力发电机组的基本控制要求………… 第四节定桨距风力发电机组的制动与保护系统……… 第四章定桨距风力发电机组的软并网 第一节并网方式概述…………………… 722 第二节发电机软切入装置……… 第三节三相负载不平衡保护……… 第五章变桨距风力发电机组 第一节变桨距风力发电机组的特点 第二节变桨距风力发电机组的运行状态 第三节变桨距控制系统 689 第四节功率控制