前言

风能是当今社会中最具竞争力、最有发展前景的一种可再生能源，将风能应用于发电即风力发电则是目前能源供应中发挥重要作用的一项新技术。研究风力发电技术将会对我国大型风力发电机组国产化及推动我国风力发电事业的不断发展有着重要意义。

本书以风力发电系统作为研究对象，将作者多年的理论研究与实践结果编著成册。书中介绍的内容主要有：

（1）给出了风能及其开发利用的相关知识，介绍了风力发电的国内外发展现状，列举了目前世界上几种风力发电（简称风电）技术，预测出未来风力发电技术的发展方向。

（2）介绍了风力发电机变速恒频的基本原理及交流励磁发电机的能量关系，推导了变速恒频风力发电机的数学模型，对双馈型异步风力发电机网侧励磁电源和发电机侧励磁电源进行了分析，介绍了双PWM变换控制器的控制方法，并用MATLAB软件进行了仿真。

（3）介绍了风力发电机的空载并网技术，推导了发电机在空载时的数学模型，运用MATLAB软件中的S函数搭建了风力发电机空载并网模型，并给出了仿真结果。

（4）介绍了模糊控制的基本理论、基本概念及模糊控制器的设计方法和规则，并在发电机侧控制器中用模糊控制器替代了转速外环中的PI控制器，同样也给出了模糊控制下的仿真结果，并把它与PI控制器下的仿真图进行了比较。

（5）介绍了PI自适应的基本结构及控制原理，应用基于PI自适应的转速辨识方法，对无速度传感器矢量控制系统进行了仿真研究。

（6）介绍了神经网络的控制理论，利用神经网络中的BP算法进行转速辨识并进行了系统仿真。

（7）风力发电偏航控制系统当风向变化的绝对值在小于15°时偏航控制精度大幅下降，本书在功率控制的基础上提出采用了一种爬山算法的优化控制，并进行了仿真。

（8）PLC是一种可编程逻辑控制器，利用它对小型风力发电系统的偏航系统进行程序开发，并进行实验调试。

本书的主要研究成果有：

（1）分析了双PWM型变换器的结构和特点，指出网侧变换器应采用电网电压定向矢量控制，以实现交流侧单位功率因数控制和直流环节电压控制；发电机侧应采用定子磁链定向的矢量控制，以实现发电机的P-Q解耦控制，进而实现最大风能追踪控制。

（2）证明了发电机定子电压和电网电压的幅值、频率、相位均相同时，才能安全地切入电网，进入正常的发电运行模式。

（3）采用传统PI控制方式和模糊控制方式下的风力发电系统其结果不同，两者各有自己的优缺点。采用模糊控制器，速度超调量小，快速性好，但在稳态时其转子电流、转矩等量存在毛刺；采用PI控制器，速度超调量较大，快速性差，在稳态时上述各量波形较模糊控制下的要好，毛刺少，脉动小。因此，对于要求快速性好的系统采用模糊控制器较好，对于强调稳态性能好的系统采用PI控制器较好。

（4）通过对PI自适应辨识转速的风电系统仿真后，发现这种无速度传感器下测得的转速和实际转速波形相比，具有较好的动态性能，并且其他的电流电压等波形也有较好的改善。

（5）利用神经网络进行转速辨识，并将其和PI自适应辨识相比，结果发现神经网络转速辨识有较好的动态性、稳定性，PI自适应转速辨识方法结构简单，有一定的自适应能力，但必须有精确的数学模型，且辨识精度很大程度上受转子磁链控制性能的影响；神经网络转速辨识方法不需要确定精确数学模型，适用于电机转速的在线动态检测。

（6）本书中提到的爬山算法与以往不少学者提出的爬山算法不同，该方法简单易行。由仿真结果可以看出，该算法有效可行，它可以在保证风能最大捕获的基础上，提高偏航控制系统的精度，达到预期的效果。

（7）利用PLC对风力发电系统中的偏航系统进行程序开发，结果表明可以达到预期目的，实现了控制要求。

由于水平有限，书中只是针对风力发电系统中的部分内容作了研究，在此我要特别感谢王娟平为本书当中第7、第8章所提供的内容。另外由于时间仓促，本书在编写时，错误和不足之处在所难免，希望各位专家、学者给予批评指正。

作者