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| 內容簡介： |
本书主要针对液压型风力发电机组及其相应的关键技术进行阐述。液压型风力发电机组控制涉及多变量、非线性、强时变、高阶次、工况跨度大等问题，是电力系统、控制与流体传动等多学科交叉的研究内容。液压型风力发电机组控制技术中包含了多项关键技术，攻破并掌握这些关键技术是液压型风力发电机组进一步发展的必由之路，也是液压型风力发电机组进行产业化的道路中必须要克服的难题。
燕山大学孔祥东教授团队经过多年对液压型风力发电机组控制技术的研究，已经掌握了多项液压型风力发电机组关键技术，并通过本书得到了体现。本书内容包括绪论、液压型风力发电机组工作原理及子系统数学模型、液压型风力发电机组输出转速控制技术、液压型风力发电机组输出功率控制技术、液压型风力发电机组最佳功率追踪控制技术、液压型风力发电机组低电压穿越控制技术、液压型落地式风力发电机组长管路谐振抑制技术、液压型风力发电机组变桨距控制技术。
本书通过通俗简练的语言和图文并茂的展现方式把对液压型风力发电机组功率传输及其控制技术的研究工作进行提炼和总结，希望对从事风力发电领域的广大科研人员和工程技术人员有所帮助。
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| 目錄：
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目录
序一
序二
前言
第1章绪论1
1.1风力发电发展现状1
1.2液压型风力发电机组发展现状2
1.2.1液压型风力发电机组概述2
1.2.2液压型风力发电机组国外发展现状2
1.2.3液压型风力发电机组国内发展现状6
1.3液压型风力发电机组控制关键技术8
1.4本章小结9
参考文献9
第2章液压型风力发电机组工作原理及子系统数学模型11
2.1液压型风力发电机组工作原理11
2.2风速建模12
2.2.1风12
2.2.2风速模型12
2.2.3组合风速模型13
2.3风力机系统建模15
2.3.1风功率计算15
2.3.2风力机能量分析15
2.3.3风能利用系数17
2.3.4风力机特性数学建模19
2.4调桨系统建模21
2.4.1离心力引起的变桨距载荷21
2.4.2气动力引起的变桨距载荷23
2.4.3重力引起的变桨距载荷24
2.5液压传动系统建模24
2.5.1定量泵数学模型25
2.5.2比例节流阀数学模型25
2.5.3变量马达数学模型26
2.5.4液压管路数学模型26
2.5.5液压系统输出数学模型27
2.5.6液压传动系统状态空间模型28
2.6发电机系统及励磁系统建模29
2.6.1不同坐标系下同步发电机模型29
2.6.2同步发电机的稳态暂态运行32
2.6.3同步发电机运行控制34
2.6.4发电机的功角特性与励磁系统模型37
2.7本章小结38
参考文献38
第3章液压型风力发电机组输出转速控制技术39
3.1机组液压主传动系统概述39
3.1.1液压主传动系统马达恒转速控制的意义39
3.1.2定量泵-变量马达闭式容积调速系统特性40
3.2流量反馈法转速控制40
3.2.1定量泵-变量马达调速系统数学模型41
3.2.2定量泵-变量马达系统模型简化43
3.2.3定量泵-变量马达系统开环辨识46
3.2.4仿真与实验验证49
3.2.5液压型风力发电机组准同期并网控制54
3.3基于反馈线性化方法的转速控制61
3.3.1反馈线性化方法61
3.3.2控制律求解70
3.3.3仿真验证75
3.4基于动态面控制的变量马达转速控制79
3.4.1控制律求解79
3.4.2仿真验证81
3.5本章小结82
参考文献82
第4章液压型风力发电机组输出功率控制技术84
4.1液压型风力发电机组功率控制概述84
4.1.1液压型风力发电机组能量分配概述84
4.1.2液压型风力发电机组主传动功率下垂特性84
4.1.3液压型风力发电机组功率控制思想85
4.1.4液压型风力发电机组功率控制研究意义87
4.2液压主传动系统功率传输机理分析87
4.2.1管道特性的功率传输机理分析87
4.2.2泵侧输入端功率传输机理分析92
4.2.3变量马达侧输出端功率传输机理分析93
4.2.4液压系统特性对输出功率影响仿真95
4.3液压型风力发电机组并网运行功率控制方法102
4.3.1液压型风力发电机组有功功率控制方法102
4.3.2液压系统功率传输特性105
4.4高风速条件下的变桨距功率平滑控制策略研究123
4.4.1PI控制变桨距系统功率波动分析124
4.4.2基于模糊PID的变桨距功率平滑控制策略127
4.4.3基于模糊PID变桨距功率平滑控制仿真验证131
4.5本章小结135
参考文献135
第5章液压型风力发电机组功率追踪控制技术136
5.1液压型风力发电机组功率追踪概述136
5.1.1液压型风力发电机组能量传递方式136
5.1.2液压型风力发电机组功率追踪方法研究意义137
5.2基于古典控制理论的功率追踪方法137
5.2.1变步长的功率追踪控制方法137
5.2.2直接发电功率控制的功率追踪方法142
5.2.3发电功率和风力机转速联合控制的功率追踪方法149
5.2.4直接压力控制的功率追踪方法152
5.2.5系统压力和风力机转速联合控制的功率追踪方法157
5.3基于现代控制理论的功率追踪方法160
5.3.1以风力机转速为输出的功率追踪控制160
5.3.2以发电功率为输出的功率追踪控制164
5.3.3以高压压力为输出的功率追踪控制167
5.3.4以液压转矩为控制输出的功率追踪优化控制171
5.3.5基于自抗扰控制的功率追踪控制179
5.4本章小结188
参考文献189
第6章液压型风力发电机组低电压穿越控制技术190
6.1低电压穿越概述190
6.1.1低电压穿越的要求及关键技术190
6.1.2电网电压跌落分类及分析191
6.1.3低电压穿越研究现状191
6.2液压型风力发电机组低电压穿越特性分析193
6.2.1电网故障的暂态分析193
6.2.2电网电压跌落时同步发电机的暂态稳定198
6.2.3液压系统瞬态特性分析203
6.3基于马达摆角调控的低电压穿越控制方法207
6.3.1液压型风力发电机组的能量传递207
6.3.2基于马达摆角调控的低电压穿越控制方法208
6.3.3仿真验证209
6.4基于阀-泵联合的低电压穿越控制策略211
6.4.1基于能量耗散的比例节流阀控制律211
6.4.2基于动态面控制的变量马达摆角控制律212
6.4.3仿真验证214
6.5能量分层调控218
6.5.1低电压穿越能量传输机理分析218
6.5.2低电压穿越能量分层调控219
6.5.3低电压穿越电磁转矩补偿224
6.5.4机组整体低电压穿越控制律规划230
6.5.5机组低电压穿越控制律实验验证232
6.6本章小结234
参考文献234
第7章液压型落地式风力发电机组长管路谐振抑制技术235
7.1长管路对机组特性的影响235
7.1.1长管路建模方法235
7.1.2系统管道效应影响分析248
7.2长管路系统特性分析256
7.2.1液压元件阻抗模型256
7
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| 內容試閱：
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全球经济飞速发展，但随之而来的能源短缺和环境问题却成为人类关注的热点。尤其是传统化石能源如天然气、石油的日渐短缺，对各国工业发展的影响尤为突出。2018年《BP世界能源统计年鉴》中指出，已探明的全球石油资源和天然气储量已经不能满足社会发展的需要。因此，可再生能源的发展逐渐成为各国关注的焦点。风能作为一种绿色的可再生能源，具有蕴藏量丰富、分布广、无污染等特点，已成为可再生能源发展的一个重要方向。风电以其良好的环境效益和逐步降低的发电成本，已成为我国继煤电、水电之后的第三大能源，在国民经济发展中发挥着越来越重要的作用。
从全世界范围来看，风电在欧洲和北美每年都是新增电力装机的领头羊，包括非洲、亚洲和拉丁美洲等在内，很多国家的众多风电市场的开放，加之风电新机型的不断涌现，使得具备风电能源市场开发价值的地区进一步扩大。种种迹象表明，风力发电的前景广阔，且具有巨大的市场潜力。
我国幅员辽阔，海岸线长，风能资源比较丰富。近年来，在国家政策的支持下，我国大力发展以风电为代表的清洁能源，风力发电增长势头迅猛。截至2019年底，全球新增风电装机容量约60.4GW，其中，我国新增风电装机容量26.16GW占全球风电装机容量的43.3%，全国风电年发电量占全国总发电量的5.5%，风电已成为我国电力系统的重要组成部分。加快发展风电，不断提高全国的风能利用水平，将有助于我国2060年前实现碳中和目标的达成。但是，我国风电产业基础比较薄弱、自主创新能力有所欠缺、产业链也不尽完善，并面临着弃风现象严重、消纳困难以及装机成本高等一系列问题。因此，为了进一步提高系统的工作效率和系统可靠性，降低风力发电机组的制造维护成本，液压型风力发电机组研发开始崭露头角，同时液压型风力发电机组控制方面的研究势在必行且意义重大。
目前，世界风力发电正朝着增大单台风力发电机组装机功率的方向发展。液压型风力发电机组作为一种新型风力发电机组，由于采用了液压动力传动形式，因此具有十分突出的特点：能实现传动比实时可调，且可实现柔性控制，可抑制风速波动对电能质量的影响；能实现励磁同步发电机在风力发电机组领域的应用，以准同期方式接入电网，降低对电网的冲击，无谐波，且励磁同步发电机具有较强的低电压穿越能力，不需增加硬件设备；省去齿轮箱、逆变器和箱式变压器，减少功率损耗，大大减轻了风力发电机组的重量，降低了装机成本。在液压型风力发电机组中，主传动系统采用定量泵-变量马达闭式容积调速系统，风力机带动定量泵转动，将风能转化为液压能，经液压管路驱动变量马达将液压能转化为机械能，变量马达带动同步发电机将机械能转化为电能并网发电。
液压型风力发电机组作为一种涉及空气动力学、振动力学、流体力学、电力系统、机械结构以及先进控制理论等多学科知识高度交叉的新技术集群系统，与传统机组相比具有独特优势，为新能源的开发与利用注入新的活力，是具有划时代意义的一项技术变革。本书采用理论与实践相结合的方法详细分析了液压型风力发电机组的运行特性，包括液压型风力发电机组机理模型、发电运行特性、并网冲击特性、低电压运行特性以及机组长管路特性等。由于控制系统的分析与设计相对困难，因此控制策略的优化是液压型风力发电机组柔性并网运行的关键，并且是实现液压型风力发电机组高电能质量、高风能利用率和高寿命的重要手段。基于此，在系统特性分析的基础上，本书结合控制理论提出了包括机组输出转速控制技术、机组输出功率控制技术、机组功率追踪控制技术、机组低电压穿越控制技术、系统长管路谐振抑制技术以及变桨距控制等液压型风力发电机组控制体系。全书的内容依托于生产实践，将理论与实际相结合，具有一定的创新性和代表性，并遵循深入浅出、循序渐进和自成体系的原则。书中所涉及的内容均进行了严格推导，并经过大量的仿真和实验验证，力争做到准确无误。
写作本书的初衷是对液压型风力发电机组功率传输及其控制技术进行研究，以期打破国外的垄断，为实现我国风力发电的宏伟目标，落实能源“互联网 ”政策，推进风力发电技术的发展和创新尽自己的绵薄之力，同时为我国液压型风力发电机组的理论研究和工程应用提供一定的理论基础和技术依据。本书通过通俗简练的语言和图文并茂的展现方式把对液压型风力发电机组功率传输及其控制技术的研究工作进行提炼和总结，希望对从事风力发电领域的广大科研人员和工程技术人员有所帮助。本书共包含8章，第1章是绪论，介绍液压型风力发电机组的兴起和发展，第2章介绍液压型风力发电机组的工作原理及子系统数学模型，第3章探究液压型风力发电机组输出转速控制技术，第4章和第5章分析液压型风力发电机组的输出功率和功率追踪的控制技术，第6章进一步介绍液压型风力发电机组低电压穿越控制技术，第7章针对液压型落地式风力发电机组液压系统的长管路谐振特性进行了详细的分析和介绍，第8章探究液压型风力发电机组变桨距控制技术。
本书由孔祥东、艾超、李昊、张寅、陈立娟合著。孔祥东教授编写第3、4、6章，艾超教授编写第2、7章，李昊教授编写第8章，张寅副教授编写第5章，陈立娟博士研究生编写第1章。在液压型风力发电机组的研究过程中，很多研究生先后参与了研究工作，他们是陈文婷、叶壮壮、闫桂山、董彦武、刘艳娇、张亮、陈汉超、高伟、柏文杰、刘旋、吴超、赵帆、王亚伦、张庭源、张亚滨、贾存德、周广玲、郭佳伟、李策和陈俊翔。他们认真钻研、勤奋刻苦，为本书的完成付出了汗水和心血，做出了重要贡献。
在研究的前期，浙江大学杨华勇院士、北京航空航天大学焦宗夏教授、哈尔滨工业大学姜继海教授和南京理工大学李晓宁教授对本书的具体内容提出了很多建设性的指导意见，并给予了极大的支持和鼓励，在此谨向各位老师致以诚挚的谢意！
作者特别感谢杨华勇院士、焦宗夏长江学者特聘教授为本书作序！感谢他们对本书的高度评价和殷切期望！
感谢国家自然科学基金面上项目（51375422、51475406）和国家自然科学基金青年项目（51405423）的资助，感谢国家科学技术学术著作出版基金的资助，使得项目研究圆满完成和本书顺利出版。
本书得到了机械工业出版社的大力支持，多位编辑为本书的顺利出版倾注了大量精力，特此致谢！
由于作者水平有限，书中存在疏漏和不足之处在所难免，殷切希望广大读者批评指正。
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