前言

風能是當今社會中最具競爭力、最有發(fā)展前景的一種可再生能源，將風能應用于發(fā)電即風力發(fā)電則是目前能源供應中發(fā)揮重要作用的一項新技術。研究風力發(fā)電技術將會對我國大型風力發(fā)電機組國產(chǎn)化及推動我國風力發(fā)電事業(yè)的不斷發(fā)展有著重要意義。

本書以風力發(fā)電系統(tǒng)作為研究對象，將作者多年的理論研究與實踐結果編著成冊。書中介紹的內(nèi)容主要有：

（1）給出了風能及其開發(fā)利用的相關知識，介紹了風力發(fā)電的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，列舉了目前世界上幾種風力發(fā)電（簡稱風電）技術，預測出未來風力發(fā)電技術的發(fā)展方向。

（2）介紹了風力發(fā)電機變速恒頻的基本原理及交流勵磁發(fā)電機的能量關系，推導了變速恒頻風力發(fā)電機的數(shù)學模型，對雙饋型異步風力發(fā)電機網(wǎng)側勵磁電源和發(fā)電機側勵磁電源進行了分析，介紹了雙PWM變換控制器的控制方法，并用MATLAB軟件進行了仿真。

（3）介紹了風力發(fā)電機的空載并網(wǎng)技術，推導了發(fā)電機在空載時的數(shù)學模型，運用MATLAB軟件中的S函數(shù)搭建了風力發(fā)電機空載并網(wǎng)模型，并給出了仿真結果。

（4）介紹了模糊控制的基本理論、基本概念及模糊控制器的設計方法和規(guī)則，并在發(fā)電機側控制器中用模糊控制器替代了轉速外環(huán)中的PI控制器，同樣也給出了模糊控制下的仿真結果，并把它與PI控制器下的仿真圖進行了比較。

（5）介紹了PI自適應的基本結構及控制原理，應用基于PI自適應的轉速辨識方法，對無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)進行了仿真研究。

（6）介紹了神經(jīng)網(wǎng)絡的控制理論，利用神經(jīng)網(wǎng)絡中的BP算法進行轉速辨識并進行了系統(tǒng)仿真。

（7）風力發(fā)電偏航控制系統(tǒng)當風向變化的絕對值在小于15°時偏航控制精度大幅下降，本書在功率控制的基礎上提出采用了一種爬山算法的優(yōu)化控制，并進行了仿真。

（8）PLC是一種可編程邏輯控制器，利用它對小型風力發(fā)電系統(tǒng)的偏航系統(tǒng)進行程序開發(fā)，并進行實驗調(diào)試。

本書的主要研究成果有：

（1）分析了雙PWM型變換器的結構和特點，指出網(wǎng)側變換器應采用電網(wǎng)電壓定向矢量控制，以實現(xiàn)交流側單位功率因數(shù)控制和直流環(huán)節(jié)電壓控制；發(fā)電機側應采用定子磁鏈定向的矢量控制，以實現(xiàn)發(fā)電機的P-Q解耦控制，進而實現(xiàn)最大風能追蹤控制。

（2）證明了發(fā)電機定子電壓和電網(wǎng)電壓的幅值、頻率、相位均相同時，才能安全地切入電網(wǎng)，進入正常的發(fā)電運行模式。

（3）采用傳統(tǒng)PI控制方式和模糊控制方式下的風力發(fā)電系統(tǒng)其結果不同，兩者各有自己的優(yōu)缺點。采用模糊控制器，速度超調(diào)量小，快速性好，但在穩(wěn)態(tài)時其轉子電流、轉矩等量存在毛刺；采用PI控制器，速度超調(diào)量較大，快速性差，在穩(wěn)態(tài)時上述各量波形較模糊控制下的要好，毛刺少，脈動小。因此，對于要求快速性好的系統(tǒng)采用模糊控制器較好，對于強調(diào)穩(wěn)態(tài)性能好的系統(tǒng)采用PI控制器較好。

（4）通過對PI自適應辨識轉速的風電系統(tǒng)仿真后，發(fā)現(xiàn)這種無速度傳感器下測得的轉速和實際轉速波形相比，具有較好的動態(tài)性能，并且其他的電流電壓等波形也有較好的改善。

（5）利用神經(jīng)網(wǎng)絡進行轉速辨識，并將其和PI自適應辨識相比，結果發(fā)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡轉速辨識有較好的動態(tài)性、穩(wěn)定性，PI自適應轉速辨識方法結構簡單，有一定的自適應能力，但必須有精確的數(shù)學模型，且辨識精度很大程度上受轉子磁鏈控制性能的影響；神經(jīng)網(wǎng)絡轉速辨識方法不需要確定精確數(shù)學模型，適用于電機轉速的在線動態(tài)檢測。

（6）本書中提到的爬山算法與以往不少學者提出的爬山算法不同，該方法簡單易行。由仿真結果可以看出，該算法有效可行，它可以在保證風能最大捕獲的基礎上，提高偏航控制系統(tǒng)的精度，達到預期的效果。

（7）利用PLC對風力發(fā)電系統(tǒng)中的偏航系統(tǒng)進行程序開發(fā)，結果表明可以達到預期目的，實現(xiàn)了控制要求。

由于水平有限，書中只是針對風力發(fā)電系統(tǒng)中的部分內(nèi)容作了研究，在此我要特別感謝王娟平為本書當中第7、第8章所提供的內(nèi)容。另外由于時間倉促，本書在編寫時，錯誤和不足之處在所難免，希望各位專家、學者給予批評指正。

作者