电气时代的风力发电 Wind Energy Systems for Electric Power Generation Manfred Stiebler 影印

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资源信息： 中文名: 电气时代的风力发电 原名: Wind Energy Systems for Electric Power Generation 作者: Manfred Stiebler 资源格式: PDF 版本: 影印版 出版社: Springer 书号: 9783540687627 发行时间: 2003年 地区: 美国 语言: 英文 概述:

内容介绍： 这本书讨论了风力发电系统及其发展前景。以世界能源形势总览为开端，简要介绍人类在未来将要面临的能源危机引出风力发电的重要性。详尽介绍了风力发电的系统、概念、传送及控制。本书将给读者对风力发电一个全新的认识。 This book deals with the electronics of Wind-Energy systems and their implementation into the grid. Starting from an overview on energy conversion and general concepts for Wind Energy systems, the concept, design and control of the electrical components are treated: generators, converters and storage devices. Much attention is spent on the implementation of Wind turbines and the requirements for power quality are non-trivial tasks. In this way, the book provides the fundamental knowledge for designer and developer of wind energy systems. Hotfile下载地址： http://hotfile.com/dl/40877390/41d88e7/Win...pdf.html 内容截图：

目录: 1 Role of Wind as a Renewable Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1 Renewable Energies and Their Application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1.1 Sources of Renewable Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1.2 Sources of Electrical Energy Production . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.1.3 Wind and Solar Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2 Wind Energy Contribution to Electrical Supply . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.1 Installed Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.2 Technical Standardization and Local issues . . . . . . . . . . . . . . 7 1.2.3 Governmental Regulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2 Wind Turbines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.2 Basics ofWind Energy Conversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.2.1 Power Conversion and Power Coefficient . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.2.2 Forces and Torque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.3 Wind Regime and Utilization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.3.1 Wind Velocity Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.3.2 Power Distribution and Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.3.3 Power and Torque Characteristics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.4 Power Characteristics and Energy Yield . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.4.1 Control and Power Limitation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.4.2 Wind Classes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.4.3 System Power Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.4.4 Annual Energy Yield . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3 Generators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.2 Asynchronous Machines. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 3.2.1 Principles of Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 3.2.2 Performance Equations and Equivalent Circuits . . . . . . . . . . . 31 Contents 3.2.3 Reactive Power Compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 3.2.4 Self-Excited Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3.3 Synchronous Machines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 3.3.1 Principles of Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 3.3.2 Performance Equations and Equivalent Circuits . . . . . . . . . . . 44 3.3.3 Unconventional Machine Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 3.4 Generator Comparison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 4 Electrical Equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4.2 Conventional Electrical Equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4.3 Power Electronic Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4.3.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4.3.2 External-Commutated Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 4.3.3 Self-Commutated Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 4.3.4 Converters with Intermediate Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 4.3.5 D.c./d.c. Choppers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 4.3.6 A.c. Power Controllers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 4.4 Energy Storage Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.4.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.4.2 Electrochemical Energy Storage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.4.3 Electrical Energy Storage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 4.4.4 Mechanical Energy Storage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 5 Wind Energy Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 5.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 5.2 Systems Overview. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 5.2.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 5.2.2 Systems Feeding into the Grid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 5.2.3 Systems for Island Supply . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 5.2.4 Wind Pumping Systems with Electrical Power Transmission 84 5.3 Systems for Feeding into the Grid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 5.3.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 5.3.2 Induction Generators for Direct Grid Coupling . . . . . . . . . . . 85 5.3.3 Asynchronous Generators in Static Cascades . . . . . . . . . . . . . 86 5.3.4 Synchronous Generators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 5.3.5 Examples of Commercial Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 5.4 Systems for Island Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 5.4.1 Systems in Combined Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 5.4.2 Stand-Alone Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 6 Performance and Operation Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 6.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 6.2 System Component Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 6.2.1 Model Representation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 6.2.2 Asynchronous Machine Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 6.2.3 Synchronous Machine Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 6.2.4 ConverterModeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 6.2.5 Modeling the Drive Train . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 6.3 System Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 6.3.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 6.3.2 Control of Systems Feeding into the Grid . . . . . . . . . . . . . . . . 139 6.4 Basics of Operation Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 6.4.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 6.4.2 States of Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 6.4.3 Grid Fault Reaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 7 Grid Integration and Power Quality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 7.1 Basics of Grid Connection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 7.1.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 7.1.2 Permissible Power Ratings for Grid Connection . . . . . . . . . . . 147 7.1.3 Power Variation and Grid Reaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 7.2 Standard Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 7.2.1 Safety-Relevant Set Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 7.2.2 Reactive Power Compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 7.2.3 Lightning Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 7.3 System Operator Regulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 7.3.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 7.3.2 Active Power and Frequency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 7.3.3 Reactive Power and Voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 7.3.4 Short-Circuit and Fault Ride-Through . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 7.4 Power Quality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 7.4.1 Harmonics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 7.4.2 Voltage Deviations and Flicker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 7.4.3 Audio Frequency Transmission Compatibility . . . . . . . . . . . . 165 7.5 Noise Emission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 7.5.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 7.5.2 Sound Emission by WES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 8 Future of Wind Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 8.1 Off-Shore Wind Energy Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 8.1.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 8.1.2 Foundation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 8.1.3 Connection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 8.1.4 Specific Issues and Concerns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 8.2 Power Integration and Outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 8.2.1 Wind Energy in Power Generation Mix . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 8.2.2 Integration in Supranational Grids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 8.2.3 Outlook on 2020 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 Annex A – List of Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 Annex B – List of Abbreviations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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