风力发电系统

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（德）Manfred Stiebler 著 倪伟 许光译
   在可再生能源中，风能已成为重要的电力来源。20世纪80年代以来，风能无论是单机组的装机容量还是总装机容量都成指数增长。现在大多数的风力发电都建立在沿海地区的陆地上，近海风场风电形式将会在未来风电形式中起重要作用。
    直到20世纪，现代的风轮机理论才逐渐建立。目前主要使用三叶片水平轴风轮机、异步电机或同步电机，内插或没有齿轮箱。现代风力机主要设计为变转速工作，电力电子设备在风能转换中起重要作用。电力电子设备的制造业已发展成为高技术产业。
    在欧洲，丹麦、德国和西班牙是把风力发电馈入电网的3个主要国家，欧洲之外还有美国、印度因风电迅速增长而尤为突出。国家支持计划（如入网税和其他税收抵免）对风电市场和风电在能源消耗中所占比例影响重大。
    由于作者的个人背景，本书内容主要面向欧洲，而且很多实例取自德国。对于其他国家和地区，特别是北美和亚洲也有所考虑。
    本书是从电力工程师的角度编写而成的，可为工科大学生或其他想了解风能概况的工程师提供风能系统的基本知识。本书意图是向电气和机械工程师介绍风轮和电气组件的特性及性能。
    作者在此向同事R. Gasch教授和J. Twele教授表示诚挚的谢意，在柏林工业大学为期一年有关风能的合作中，我们进行了很多有意义的交流。
M. Stiebler
德国，柏林

前言
第1章风能在可再生能源中的角色1
1?1可再生能源及其应用1
1?1?1可再生能源1
1?1?2电能来源2
1?1?3风能与太阳能2
1?2风力发电在电能中的地位3
1?2?1总装机容量3
1?2?2技术标准和地域影响6
1?2?3政府规定8
第2章风力机10
2?1概述10
2?2风能转换原理10
2?2?1功率转换与功率系数10
2?2?2力和转矩12
2?3风情与利用15
2?3?1风速的统计分布15
2?3?2风能的统计分布16
2?3?3风能功率与气动转矩的特性17
2?4功率特性与能量输出19
2?4?1控制系统与功率限制19
2?4?2风级21
2?4?3功率特性21
2?4?4年均输出能量22
第3章发电机26
3?1概述26
3?2异步电机26
3?2?1工作原理26
3?2?2特征方程和等效电路27
3?2?3无功补偿36
3?2?4自激运行37
3?3同步电机40
3?3?1工作原理40
3?3?2特征方程和等效电路40
3?3?3非常规电机类型44
3?4电机比较48
第4章电气设备49
4?1概述49
4?2常规电气设备49
4?3电力电子变流器49
4?3?1简介49
4?3?2外部换相逆变器51
4?3?3自换相逆变器54
4?3?4带中间电路的变流器59
4?3?5直流—直流斩波器59
4?3?6交流电力控制器61
4?4储能设备62
4?4?1简介62
4?4?2电化学储能63
4?4?3电气储能66
4?4?4机械储能67
第5章风力发电系统71
5?1概述71
5?2系统纵览71
5?2?1简介71
5?2?2并网风力发电系统72
5?2?3电气岛供应系统73
5?2?4带电力传输的风泵系统74
5?3并网风力发电系统74
5?3?1简介74
5?3?2直接并网异步发电机75
5?3?3静态级联异步发电机76
5?3?4同步发电机83
5?3?5商业运行系统实例87
5?4电气孤岛用风力发电系统90
5?4?1联合发电系统90
5?4?2孤立发电系统91
第6章性能和运行管理100
6?1概述100
6?2系统组件建模100
6?2?1代表模型100
6?2?2异步电机模型105
6?2?3同步电机模型112
6?2?4变换器建模117
6?2?5传动系建模119
6?3风力发电系统的控制122
6?3?1简介122
6?3?2并网风力发电系统控制123
6?4运行管理基础127
6?4?1简介127
6?4?2运行状态127
6?4?3电网故障应激128
第7章并网和电能质量129
7?1电网连接基础129
7?1?1简介129
7?1?2并网的许用额定功率129
7?1?3功率波动和电网应激131
7?2标准要求133
7?2?1相关安全设定133
7?2?2无功补偿133
7?2?3防雷保护133
7?3系统运行监管135
7?3?1简介135
7?3?2有功功率和频率135
7?3?3无功功率和电压137
7?3?4短路和不离网运行137
7?4电能质量138
7?4?1谐波138
7?4?2电压偏差和闪变139
7?4?3音频传输兼容性143
7?5噪声发射144
7?5?1简介144
7?5?2WES噪声发射145
第8章风能的未来148
8?1近海风力发电148
8?1?1简介148
8?1?2底座148
8?1?3并网149
8?1?4具体问题152
8?2电力一体化及前景152
8?2?1混合发电中的风能152
8?2?2跨国电网集成153
8?2?32020年展望153
附录155
附录A符号列表155
附录B中英文对照缩略语156
参考文献158


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