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第1章 基于空间矢量的电力系统暂态分析1

1.1 空间矢量的内涵1

1.1.1 三相坐标系下的空间矢量1

1.1.2 同步旋转坐标系下的空间矢量2

1.1.3 相量的内涵与扩展3

1.2 空间矢量的特点4

1.2.1 空间矢量与相量4

1.2.2 空间矢量与序分量6

1.2.3 非工频空间矢量8

1.2.4 非工频正负序矢量10

1.3 电力系统元件的矢量表示13

1.3.1 电阻元件13

1.3.2 电感元件16

1.3.3 电容元件17

1.3.4 基尔霍夫定律的矢量表述18

1.4 电力系统的正负序矢量表示20

1.4.1 电阻元件20

1.4.2 电感元件21

1.4.3 电容元件22

1.5 空间矢量在电力系统分析中的应用23

1.5.1 对称短路分析23

1.5.2 不对称短路分析25

第2章 双馈风电机组的原理与动态模型29

2.1 双馈风电机组的运行原理29

2.1.1 双馈风电机组的基本结构29

2.1.2 双馈风电机组的运行特性30

2.2 风力机数学模型32

2.2.1 风力机气动特性32

2.2.2 机械轴系模型34

2.3 双馈发电机的电磁暂态模型35

2.3.1 三相静止坐标系下的瞬时值模型35

2.3.2 同步旋转坐标系下的瞬时值模型37

2.3.3 三相静止坐标系下的矢量模型40

2.3.4 同步旋转坐标系下的正负序矢量模型41

2.4 双馈风电机组变流器及其数学模型42

2.4.1 双馈风电机组变流器结构42

2.4.2 开关函数描述的变流器模型44

2.4.3 占空比形式的变流器模型46

2.4.4 同步旋转坐标系下变流器模型47

第3章 双馈风电机组暂稳态控制及其建模50

3.1 双馈风电机组机械控制50

3.1.1 桨距角控制50

3.1.2 最大功率跟踪控制51

3.2 理想电网条件下双馈发电机组控制52

3.2.1 变流器控制的参考坐标系52

3.2.2 转子侧变流器控制53

3.2.3 电网侧变流器控制56

3.3 非理想电网条件下双馈发电机组控制58

3.3.1 低电压穿越及其实现58

3.3.2 发电机转子保护59

3.3.3 无功功率输出控制61

3.3.4 负序分量控制61

3.4 计及控制的双馈风电机组暂态模型62

3.4.1 电压跌落初瞬阶段62

3.4.2 变流器闭锁阶段64

3.4.3 Crowbar投入阶段64

3.4.4 低电压穿越控制阶段64

第4章 计及转子保护的双馈感应风电机组暂态分析66

4.1 常规感应发电机的故障特性66

4.1.1 三相对称短路66

4.1.2 不对称短路68

4.2 带Crowbar运行的双馈发电机对称故障特性70

4.2.1 定子磁链70

4.2.2 转子磁链72

4.2.3 定子电流74

4.3 带Crowbar运行的双馈发电机不对称故障特性75

4.3.1 定子磁链75

4.3.2 转子磁链77

4.3.3 定子电流78

4.4 Crowbar保护对双馈发电机故障特性的影响79

4.4.1 Crowbar电阻的影响79

4.4.2 Crowbar电阻设计82

第5章 计及转子励磁控制下双馈感应风电机组暂态分析85

5.1 定子侧对称故障特性85

5.1.1 转子绕组电磁暂态过程85

5.1.2 变流器暂态响应特性88

5.1.3 转子短路电流90

5.1.4 定子短路电流92

5.2 定子侧非对称故障特性93

5.2.1 负序电磁暂态过程93

5.2.2 变流器负序响应特性95

5.2.3 转子负序短路电流96

5.2.4 定子负序短路电流97

5.3 转子励磁控制的影响98

5.3.1 转子侧变流器暂态模型98

5.3.2 网侧变流器暂态模型100

5.3.3 基于内模控制的PI参数设计101

5.3.4 不同控制方式下暂态过程102

5.3.5 控制方式对短路电流的影响105

5.3.6 仿真分析107

5.4 转子励磁回路故障特性113

5.4.1 定转子绕组电磁暂态过程113

5.4.2 变流器直流母线暂态特性114

5.4.3 网侧变流器交流暂态特性116

5.4.4 仿真分析118

第6章 双馈风电机组故障暂态输出特性125

6.1 双馈发电机暂态输出特殊性125

6.1.1 短路电流的受限性125

6.1.2 短路电流多态性127

6.2 双馈发电机短路电流低次谐波特性130

6.2.1 短路电流谐波产生机理130

6.2.2 对称短路电流低次谐波特征133

6.2.3 非对称短路电流低次谐波特征137

6.2.4 仿真分析141

6.3 双馈发电机组机端电压特性144

6.3.1 稳态运行时机端电压解析表达式144

6.3.2 电网短路下机端电压解析表达式145

6.3.3 双馈发电机暂态电压支撑特性146

6.3.4 仿真分析148

第7章 含双馈异步风力发电机的电力系统短路电流实用计算152

7.1 电压非深度对称跌落下的短路电流计算152

7.1.1 双馈发电机组短路电流解析分析152

7.1.2 短路电流工频交流分量初始值和稳态值计算157

7.1.3 仿真分析158

7.2 电压非深度不对称跌落下的短路电流计算165

7.2.1 非深度不对称短路定子电流的特性165

7.2.2 仿真分析167

7.3 低电压穿越全过程的短路电流计算171

7.3.1 Crowbar对机端电压的影响171

7.3.2 Crowbar投入对定子磁链的影响172

7.3.3 Crowbar投入对转子电流的影响173

7.3.4 转子侧变流器无功控制对机端电压的影响174

7.3.5 短路电流计算方法175

7.3.6 仿真分析176

第8章 电网电压跌落下双馈式风电机群暂态分析183

8.1 电压深度跌落下双馈发电机暂态相关性183

8.1.1 双馈发电机单机矢量等效183

8.1.2 双馈发电机多机矢量等效186

8.1.3 双馈发电机相互影响特征186

8.1.4 仿真分析188

8.2 电压非深度跌落下双馈发电机暂态相关性193

8.2.1 故障初期双馈发电机相互影响193

8.2.2 故障初期双馈发电机多机交互195

8.2.3 故障持续阶段双馈发电机多机交互196

8.2.4 仿真分析199

8.3 双馈风电场电磁暂态过程等值建模205

8.3.1 双馈发电机暂态相关性指标205

8.3.2 轨迹结构相似度指标206

8.3.3 暂态同调机群聚类208

8.3.4 暂态同调机群聚合209

8.3.5 仿真分析211

参考文献215

附录216