风力发电建模与并网稳定性分析
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作者赵浩然 王鹏 著
出版社机械工业出版社
ISBN9787111766308
出版时间2025-01
装帧平装
开本16开
定价99元
货号1203468971
上书时间2024-12-25
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前言
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第 1 章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 风力发电系统概述 1
1.2.1 风电机组的组成 2
1.2.2 变速风力机的建模 6
1.2.3 风力机控制系统 9
1.2.4 风电场的电气配置 11
1.3 小信号稳定性分析方法 12
1.3.1 时域仿真分析法 12
1.3.2 特征值分析法 13
1.3.3 开环模式谐振分析法 13
1.3.4 复转矩系数法 13
1.3.5 阻抗分析法 13
第 2 章 阻抗扫描理论方法和应用 16
2.1 引言 16
2.2 频域小信号阻抗和频率耦合特性 17
2.2.1 频域小信号阻抗描述 17
2.2.2 新能源设备的频率耦合阻抗模型 21
2.3 无源测量与有源测量 22
2.3.1 无源测量方法 23
2.3.2 有源测量方法 24
2.4 阻抗扫频测量方法 25
2.4.1 扫频扰动信号类型 25
2.4.2 扫频扰动注入方式 28
2.4.3 扫频测量原理和步骤 29
2.4.4 dq 阻抗与序阻抗测量方法对比 34
2.5 阻抗测量装置 35
2.5.1 阻抗测量中的谐波注入电路 35
2.5.2 阻抗测量仪器 38
第 3 章 小信号建模和阻抗构造理论基础 42
3.1 引言 42
3.2 变流器小信号建模 43
3.2.1 含电流内环控制的变流器阻抗建模 43
3.2.2 含功率外环控制的变流器阻抗建模 48
3.3 dq 阻抗法与其他常用阻抗分析方法的转换 51
3.3.1 dq 坐标系与 αβ 坐标系的阻抗模型转换 51
3.3.2 不同坐标系下阻抗转换实例分析 54
3.3.3 状态空间方程与 dq 坐标系下阻抗方程的转换 54
3.3.4 状态空间转阻抗实例及分析 56
第 4 章 双馈风电机组阻抗全动态阻抗模型 60
4.1 双馈风电机组的基本工作原理 60
4.1.1 空气动力学和传动链动态方程 61
4.1.2 双馈风电机组的不同运行模式 62
4.2 网侧变流器小信号模型 62
4.2.1 锁相环及 Park 变换 63
4.2.2 主电路小信号模型 64
4.2.3 控制器的小信号模型 64
4.3 双馈感应发电机及机侧变流器小信号模型 65
4.3.1 双馈感应发电机小信号模型 65
4.3.2 机侧变流器小信号模型 67
4.3.3 机械动态小信号模型 68
4.4 不同运行模式的通用小信号模型 70
4.4.1 不同运行模式下电磁转矩小信号通用模型 70
4.4.2 不同运行模式下桨距角小信号模型 71
4.5 构造风电机组整体阻抗 72
4.5.1 风电机组小信号整体模型 72
4.5.2 构造双馈风电机组整体阻抗 72
4.6 双馈风电机组阻抗特性分析 75
4.6.1 双馈风电机组阻抗扫频分析 75
4.6.2 双馈风电机组小扰动稳定性分析 77
4.6.3 机械动态对阻抗特性的影响 79
4.6.4 不同风速下的阻抗特性对比 80
第 5 章 全功率型风电机组阻抗建模 82
5.1 引言 82
5.2 全功率型风电机组的基本知识 83
5.2.1 基本工作原理 83
5.2.2 典型控制结构 84
5.3 直驱风电机组阻抗建模 85
5.3.1 直驱风电机组简化阻抗模型 85
5.3.2 考虑机侧动态的 PMSG 阻抗建模 89
5.4 算例分析 93
5.4.1 阻抗模型验证 93
5.4.2 弱电网稳定性分析 94
5.4.3 不同风速下的阻抗特性对比 95
5.4.4 简化阻抗模型和详细阻抗模型稳定性分析对比 95
第 6 章 阻抗模型降阶理论 99
6.1 引言 99
6.2 分段仿射系统及其对风电机组阻抗的适用性 100
6.2.1 分段仿射建模的步骤 100
6.2.2 分段仿射对于风电机组阻抗建模的适用性 101
6.3 参数空间分区优化方法 101
6.3.1 阻抗数据集构造方法 102
6.3.2 阻抗数据集层次聚类算法 104
6.4 分段仿射阻抗计算方法 105
6.4.1 风电机组仿射子模型参数估计 106
6.4.2 风电场分段仿射阻抗计算 107
6.4.3 分区数对分段仿射精度的影响 108
6.5 分段仿射模型分析 110
6.5.1 风电机组分段仿射阻抗 110
6.5.2 风电场分段仿射阻抗 111
第 7 章 风电场阻抗构造理论和方法 113
7.1 引言 113
7.2 场站控制阻抗建模 114
7.3 风电场全动态阻抗聚合 116
7.3.1 风电机组阻抗重建 117
7.3.2 风电场阻抗聚合 118
7.4 风电场全动态阻抗特性分析 120
7.4.1 风电场阻抗扫频测量 120
7.4.2 场站控制对风电场阻抗特性的影响 120
7.4.3 场站控制 PI 参数对风电场阻抗特性的影响 121
7.5 考虑场站控制的风电场并网稳定性分析 122
7.5.1 场站控制对风电场稳定性的影响 123
7.5.2 电网强度对风电场稳定性的影响 126
第 8 章 基于实测数据的阻抗建模及参数辨识 128
8.1 引言 128
8.2 基于机器学习的阻抗参数辨识 129
8.2.1 机器学习回归预测算法介绍 130
8.2.2 参数辨识机理模型建立与数据产生 132
8.2.3 基于机器学习的双馈风电机组灰箱模型参数辨识 134
8.2.4 灰箱双馈风电机组模型稳定性分析 135
8.3 基于动态模态分解的阻抗辨识 138
8.3.1 基本步骤介绍 138
8.3.2 动态模态分解算法实现 140
8.4 算例分析 142
第 9 章 新能源并网小扰动稳定性分析理论 144
9.1 引言 144
9.2 稳定判据 145
9.2.1 振荡原理分析 145
9.2.2 新能源并网的稳定判据 146
9.3 振荡主导模态分析 150
9.3.1 主导模式振荡频率识别 150
9.3.2 关键动态环节识别方法 153
9.4 稳定裕度量化方法 154
9.4.1 稳定裕度的定义 154
9.4.2 稳定裕度的分析 154
第 10 章 基于回归拟合的并网变流器动态分析与稳定域 156
10.1 引言 156
10.2 并网变流器稳定极限逐点计算 157
10.2.1 并网变流器小信号稳定功率极限算法 158
10.2.2 并网变流器小信号稳定功率极限影响因素分析 161
10.3 并网变流器稳定域拟合量化 164
10.3.1 基于核岭回归的稳定域边界求解算法 165
10.3.2 并网变流器全工况稳定性分析 168
10.4 改进锁相环提高小信号稳定功率极限 173
10.4.1 改进锁相环原理结构 173
10.4.2 改进锁相环并网变流器阻抗模型 175
10.4.3 改进锁相环并网变流器功率极限算例分析 177
第 11 章 基于回归拟合的风电场稳定域量化分析方法 182
11.1 引言 182
11.2 基于回归拟合的稳定域评估计算架构 183
11.2.1 风电场阻抗模型 183
11.2.2 稳定域评估的计算架构 183
11.3 风电场稳定域评估指标 184
11.3.1 稳定域评估的多参数变量 185
11.3.2 稳定域评估指标的定义 186
11.3.3 主导振荡频率评估指标的定义 186
11.3.4 多参数变量物理边界 187
11.4 基于回归拟合的稳定裕度和振荡频率评估指标估算方法 188
11.4.1 运行数据获取及阻抗计算 188
11.4.2 基于支持向量回归的解析表达式 189
11.4.3 基于核函数的支持向量回归 190
11.5 双馈风电机组和风电场的稳定域评估算例 191
11.5.1 双馈风电机组并网稳定域评估 191
11.5.2 双馈风电场稳定域 197
11.6 并网稳定裕度主动提升策略 199
11.6.1 双馈风电机组稳定裕度主动提升 199
11.6.2 双馈风电场稳定裕度主动提升 201
第 12 章 基于聚类算法的风电场动态分析与稳定域 204
12.1 引言 204
12.2 风电场稳定裕度在线高效计算方法 205
12.2.1 风电场并网稳定裕度的定义 205
12.2.2 用于稳定裕度判定的分段仿射分区筛选方法 206
12.2.3 基于多起点内点法的分区内稳定裕度计算 209
12.3 基于 k-邻近支持向量机的风电场的稳定域实时构造方法 210
12.3.1 稳定裕度样本集的构建 210
12.3.2 k-邻近临界稳定裕度样本筛选 210
12.4 基于支持向量机的稳定边界量化 212
12.4.1 k-邻近支持向量机的实现步骤 213
12.4.2 k-邻近支持向量机的计算效率 213
12.5 基于 k-邻近支持向量机的风电场稳定域分析 214
12.5.1 单机稳定域分析 215
12.5.2 风电场稳定域分析 216
第 13 章 基于双层优化的稳定域边界搜索方法 219
13.1 引言 219
13.2 分段仿射阻抗模型 220
13.2.1 单机阻抗建模及其运行工作点 220
13.2.2 统一 dq 坐标系下多机 VSC 分段仿射模型 220
13.3 稳定域边界点的双层优化模型 222
13.3.1 内层优化模型 223
13.3.2 外层优化模型 224
13.4 双层优化模型的求解方法 224
13.4.1 基于改进奈奎斯特稳定判据的内层模型求解方法 224
13.4.2 基于复合形法的 VSC 稳定域边界点求解 225
13.5 稳定域边界搜索方法 226
13.6 基于双层优化模型稳定域构造方法分析 229
13.6.1 单机稳定域快速构造 229
13.6.2 多变流器稳定域快速构造 231
参考文献 234
内容摘要
本书系统性地介绍了目前主流的新能源发电并网稳定性分析方法, 详细介绍了基于阻抗分析的新能源电力系统模型推导与稳定域构建的现状、堵点。在充分研究国内外学者在新能源电力系统稳定性分析与控制方面已经取得的突破性进展的基础上, 拓展完成了新能源电力系统阻抗建模和小信号稳定域量化构建两部分的理论分析。针对新能源发电系统理论阻抗模型阶数高这一关键问题, 形成了以分段仿射思想为基础的阻抗模型降阶理论; 针对稳定域高维和强非线性的另一关键问题, 形成了数据-模型双驱动的小信号稳定域量化体系。全书立足于学术和工程融合的角度, 解决以新能源发电为主导的新型电力系统中因电力电子设备间多尺度控制相互作用而引发的宽频振荡等实际稳定性问题, 对于促进我国新能源大规模消纳、保障电力系统安全运行具有较高的参考价值。
本书可为高等院校新能源、电力系统、电气工程等相关专业高年级本科生和研究生提供参考, 也可为相关政策制定者、科研工作者、企业、 投资机构提供参考。
主编推荐
本书立足于学术和工程融合的角度, 解决以新能源发电为主导的新型电力系统中因电力电子设备间多尺度控制相互作用而引发的宽频振荡等实际稳定性问题, 对于促进我国新能源大规模消纳、保障电力系统安全运行具有较高的参考价值。
本书可为高等院校新能源、电力系统、电气工程等相关专业高年级本科生和研究生提供参考, 也可为相关政策制定者、科研工作者、企业、 投资机构提供参考。
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