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第1章 概述1

1.1风能和风能资源1

1.1.1基本概念1

1.1.2我国风能资源的分布3

1.2风力发电的特点4

1.3风力发电现状及其发展5

1.3.1现状5

1.3.2发展趋势6

1.4风电转换系统及其技术路线8

1.5含风电场的电力系统9

参考文献12

第2章 风力发电及其系统13

2.1风力发电系统和风电场13

2.1.1风力发电机系统概念13

2.1.2风电场概念14

2.1.3风力发电运行方式15

2.2风力机15

2.2.1风力机类型15

2.2.2风力机结构16

2.2.3风力机基本工作原理18

2.2.4风力机气动特性20

2.2.5风力机功率调节22

2.3风力发电机26

2.3.1恒速恒频笼型异步风力发电机系统26

2.3.2变速恒频双馈异步风力发电机系统28

2.3.3变速恒频直驱式同步发电机系统30

2.3.4三类风力发电机系统比较32

2.3.5其他类型风力发电机34

2.3.6风力发电机技术参数37

2.3.7风力发电机系统的一些发展趋势38

2.4风电转换系统中的电力电子技术39

2.4.1电力电子技术在风电转换系统中的应用39

2.4.2电力电子变换器40

2.4.3风力发电机系统中的变换器拓扑43

参考文献47

第3章 风力发电机组的并网运行48

3.1风力发电机并网48

3.1.1同步发电机并网48

3.1.2笼型异步发电机并网49

3.1.3直驱式永磁同步风力发电机并网50

3.1.4双馈异步发电机并网50

3.2风力发电机组的功率调节53

3.2.1同步发电机的功率调节53

3.2.2笼型异步发电机的功率调节54

3.2.3直驱式永磁同步发电机的功率调节55

3.2.4双馈异步发电机的功率调节56

3.3风能转换系统及其基本控制方法58

3.3.1风能转换系统58

3.3.2风能转换系统的基本控制方法59

3.4三种主流风电机的电压/无功控制特性61

3.4.1三种主流风电机61

3.4.2三种风电机的电压/无功控制能力62

3.4.3影响电压控制的各种因素63

3.4.4电压/无功控制能力计算分析64

参考文献68

第4章 风电场接入电力系统69

4.1电力系统对风电场并网的要求69

4.2风电接入配电网或输电网70

4.3直接交流联网72

4.3.1交流联网基本方案72

4.3.2输电线路的传输功率、线路阻抗与电压分布73

4.3.3风电场接入配电网分析74

4.3.4风电场接入输电网分析76

4.3.5分散与集中联网77

4.4常规高压直流（PCC-HVDC）联网78

4.4.1常规高压直流联网及其特点78

4.4.2采用直流输电时风力发电机的选择80

4.5轻型高压直流（HVDC Light， VSC-HVDC）联网80

4.5.1 VSC-HVDC工作原理80

4.5.2 VSC-HVDC与PCC-HVDC的比较82

4.5.3轻型高压直流输电的应用83

4.6风电接入系统方案比较85

4.7特大型风电场接入电网86

4.8风电场允许接入最大风电容量的确定87

4.8.1风电场接入电力系统基本分析87

4.8.2穿透功率极限与短路容量比88

4.8.3影响风电场接入容量的主要因素89

4.8.4实例计算分析90

参考文献95

第5章 风电场电气系统97

5.1集电系统97

5.1.1集电系统一般结构97

5.1.2大型风电场的集电系统99

5.1.3风力发电机变压器99

5.1.4风电场的二次系统100

5.2风电场的接地系统101

5.3风电场的防雷保护102

5.3.1雷击及其危害102

5.3.2叶片防雷104

5.3.3外部直击雷的保护设计105

5.3.4内部防雷（过电压）保护105

5.3.5防雷标准及接地电阻要求105

5.4风电场电气保护106

5.4.1风电场和发电机保护配置107

5.4.2异步发电机的孤立运行和自励磁109

5.4.3接口保护110

5.5风电场的无功补偿111

5.5.1 FSAG风电场的电压特性111

5.5.2笼型异步风力发电机风电场的无功补偿112

5.6风电场储能系统115

5.6.1现代储能技术116

5.6.2风电场储能系统的配置117

参考文献119

第6章 海上风电场120

6.1海上风电场及其特点120

6.2海上风电场的电气系统121

6.2.1海上风电场的电压等级122

6.2.2海上变电站123

6.2.3海上风电场集电系统124

6.2.4集电系统的冗余设计126

6.3海上风电场输电系统127

6.3.1交流输电系统127

6.3.2基于PCC-HVDC（或LCC-HVDC）输电系统130

6.3.3基于VSC-HVDC输电方式130

6.3.4基于PCC-HVDC和VSC-HVDC的并联输电方式131

6.3.5多端直流的应用132

6.3.6其他输电方式137

6.3.7海上风电场连接到弱交流电网140

6.4一种新型海上风能转换系统145

6.5海上风电场电气系统优化设计148

6.5.1电气系统的技术经济分析基础148

6.5.2电气系统的经济分析150

6.5.3变压器平台位置和电缆容量优化151

6.5.4输电系统优化153

6.5.5集电系统优化158

6.6典型海上风电场实例161

6.6.1海上风电场的发展161

6.6.2几个海上风电场简介163

6.6.3中国发展海上风电场前景166

参考文献168

第7章 含风电的电力系统分析170

7.1概述170

7.2风电发电系统的数学模型171

7.2.1风速模型171

7.2.2风力机系统模型172

7.2.3笼型异步发电机模型176

7.2.4双馈异步发电机模型178

7.2.5直驱式永磁同步发电机模型180

7.2.6风电场等效模型181

7.2.7风电机组动态等效算法188

7.2.8标幺值系统192

7.3含风电电力系统潮流分析193

7.3.1概述193

7.3.2含有笼型异步发电机的电力系统潮流计算193

7.3.3含有双馈异步发电机的电力系统潮流计算197

7.3.4含有直驱式同步发电机的电力系统潮流计算201

7.3.5含风电电力系统的概率潮流计算202

7.4含风电电力系统的故障（短路）计算204

7.4.1概述204

7.4.2短路容量206

7.4.3风力机发电机的故障响应特性206

7.5含风电电力系统电压稳定分析213

7.5.1概述213

7.5.2风电对电力系统电压稳定性的影响分析214

7.5.3一种评估电压稳定性的方法216

7.5.4含风电场系统概率电压稳定裕度219

7.5.5增强风电对电力系统电压稳定性的支持223

7.6含风电电力系统暂态稳定分析224

7.6.1暂态稳定性简述224

7.6.2风力发电机组的暂态特性及其对电网暂态稳定性的影响226

7.6.3风电场对电力系统暂态稳定的影响229

7.6.4暂态稳定分析中所需的动态模型232

7.6.5增强风电对系统暂态稳定的支持233

7.7含风电电力系统小干扰稳定分析233

7.7.1概述233

7.7.2小干扰稳定分析的风力发电系统模型234

7.7.3不同类型风电机组的风电场对电力系统小干扰稳定的影响246

7.8含风电电力系统频率稳定分析249

7.8.1概述249

7.8.2电力系统频率特性250

7.8.3风电系统的频率特性254

7.8.4风力机支持系统频率的控制255

参考文献261

第8章 风电场电能质量及其改善268

8.1概述268

8.2电能质量及其特点271

8.3风电场与电网相关的电能质量问题272

8.4频率质量与频率调整273

8.5电压质量与电压调整275

8.5.1电压值的偏差275

8.5.2风电场的电压波动276

8.6风电场的电压闪变280

8.6.1概述280

8.6.2闪变的起源281

8.6.3风电场闪变的计算与评估282

8.6.4风电场闪变的测量286

8.7风电场的谐波和间谐波289

8.7.1谐波289

8.7.2间谐波291

8.7.3风电场谐波测试293

8.8改善风电场电能质量的措施296

8.8.1风电场电压偏差的改善296

8.8.2风电场闪变的抑制297

8.8.3风电场谐波的抑制298

参考文献300

第9章 风电场风速和发电功率预测301

9.1概述301

9.2风电的易变性302

9.2.1电力系统和风电的易变性302

9.2.2风电输出功率易变性的特点303

9.3风电预测模型和方法307

9.3.1风电预测模型307

9.3.2风电预测方法310

9.3.3风电预测系统311

9.4风速预测313

9.4.1时间序列法预测风速313

9.4.2时序神经网络法预测风速317

9.4.3时间序列结合广义神经网络法预测风速319

9.5风电场发电功率预测321

9.5.1概述321

9.5.2基于NWP的物理模型的风电功率预测323

9.5.3基于统计方法的风电功率预测324

9.6风电预测的准确性329

9.6.1系统运行对风电预测准确性的需求329

9.6.2风电预测质量的评价指标329

9.6.3风电预测准确性的影响因素331

9.6.4现有风电预测系统准确性水平332

9.6.5改善风电预测准确性的途径333

9.7风电功率预测的应用和挑战335

9.7.1风电预测应用领域的拓展335

9.7.2风电功率预测的挑战336

参考文献337

第10章 风电场控制和保护技术340

10.1概述340

10.1.1风力发电机和风电场的控制340

10.1.2风力发电机组保护343

10.1.3风电场电气系统的保护346

10.2有功功率与频率控制349

10.2.1频率控制350

10.2.2风电场有功功率/频率控制系统350

10.3无功功率和电压调节351

10.3.1概述351

10.3.2风电场无功功率/电压调节系统352

10.3.3双馈风力发电机风电场的无功电压协调控制353

10.4风电机组的故障穿越（FRT）或低/高电压穿越（L/HVRT）356

10.4.1概述356

10.4.2风电机组的低电压穿越357

10.4.3风电机组的高电压穿越365

10.5含风电电力系统的自动发电控制371

10.5.1 AGC原理与作用371

10.5.2计入风力发电的AGC372

10.6风电场监督控制373

10.6.1风电场监督控制系统373

10.6.2具有外部储能的监督控制375

10.6.3具有功率备用的监督控制377

10.7风电场储能系统控制380

10.7.1风电场储能系统的能量容量和变换器功率额定值380

10.7.2 ESS抑制功率波动381

10.7.3 ESS抑制风电场电压和频率波动383

10.7.4储能系统控制策略385

参考文献387

第11章 含风电场的电力系统运行和调度390

11.1概述390

11.2风电场运行一般要求392

11.2.1风电场对电力系统运行的影响392

11.2.2从系统运行人员观点看具有风电的电力系统运行393

11.2.3电力系统对风电场并网运行的要求394

11.3电力平衡与系统备用395

11.3.1电力电量平衡和系统备用395

11.3.2风电对系统备用的影响397

11.3.3确定风电增加的备用量的方法和计算399

11.3.4风电增加备用的费用405

11.4含风电电力系统的优化调度406

11.4.1有大风电电力系统运行模式406

11.4.2机组优化组合409

11.4.3风—火优化调度411

11.4.4风—水优化调度416

11.4.5电力市场下包含风电的电力系统经济调度422

11.5风力发电与电力市场424

11.5.1风电对电力市场运行的影响425

11.5.2风电参与的电力市场427

11.5.3风电对电力市场电价的影响428

11.5.4电力市场中风电的报价策略434

11.6风电场成为常规电厂的主要技术442

11.6.1概述442

11.6.2风电预测技术442

11.6.3风电机组/风电场控制技术443

11.6.4风电机组的故障穿越技术444

11.6.5加强电网结构445

11.6.6储能技术与风电技术的结合446

11.6.7增加电力系统中机组的多样性和灵活性447

11.6.8改进电网的调度运行448

11.6.9加强需求侧管理449

参考文献450

第12章 含风电电力系统评估技术454

12.1含风电电力系统的可靠性评估454

12.1.1概述454

12.1.2可靠性评估模型455

12.1.3多个风电场的可靠性评估459

12.1.4影响系统充裕度的因素461

12.2风力发电容量可信度462

12.2.1概述462

12.2.2风力发电容量可信度评估464

12.2.3算例与分析465

12.3风电的价值分析467

12.3.1常规电厂的价值468

12.3.2风电的价值468

12.3.3风电降低网损值估计470

12.3.4风电并网运行价值分析471

12.4最大接入风电容量分析475

12.4.1确定风电最大穿透率的方法476

12.4.2基于功率平衡的最大接入风电容量计算477

12.4.3基于频率约束的最大接入风电容量计算478

12.4.4基于相关规划理论的最大接入风电容量计算479

12.4.5提高系统风电穿透水平的措施482

参考文献484