本書以風力發(fā)電機和葉輪為研究對象，詳細介紹了雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)和永磁風力發(fā)電系統(tǒng)的基本理論、仿真模型和實驗平臺的構(gòu)建方法、風力發(fā)電機和葉輪故障診斷的研究基礎(chǔ)、機組大型化發(fā)展趨勢下風速時空分布模型的建立和仿真、考慮風速時空分布的葉輪故障影響分析、考慮風速時空分布的風力發(fā)電機常見機電故障（如匝間短路、氣隙偏心故障等）影響分析、海上風浪耦合下的風電機組故障診斷技術(shù)和考慮機組控制策略的風電機組故障診斷技術(shù)等，本書內(nèi)容在一定程度上完善了大型風力發(fā)電機組的故障診斷理論體系。
本書對于從事風力發(fā)電相關(guān)開發(fā)及研究的廣大高校師生，特別是風電機組設(shè)計、故障診斷技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)學習的研究生有一定的幫助；對于從事風力發(fā)電產(chǎn)品的生產(chǎn)設(shè)計、監(jiān)測和運維管理的研究人員、工程技術(shù)人員，也有重要的學習和參考價值。
十四五規(guī)劃中強調(diào)大力提升風電、光伏發(fā)電等新能源規(guī)模，爭取非化石能源占能源消費總量比重提高到20%左右，風力發(fā)電亦成為我國實現(xiàn)碳中和目標的重要支撐。大容量陸上風機以及離岸距離遠的海上風電機組具有故障率高、故障維修困難、故障停運損失大等特點，成本控制下的效益驅(qū)使使得整個風電行業(yè)重視風場的健康管理和風機的安全運維，因此高效、穩(wěn)定、準確的故障監(jiān)測和診斷方法成為風電技術(shù)領(lǐng)域國內(nèi)外關(guān)注的重要課題。
本書對于從事風力發(fā)電相關(guān)開發(fā)及研究的廣大高校師生，特別是故障診斷技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)學習的研究生有一定的幫助。對于從事風力發(fā)電產(chǎn)品的生產(chǎn)設(shè)計、監(jiān)測和運維管理的研究人員、工程技術(shù)人員，也是有重要的學習和參考借鑒意義。
前言
十四五規(guī)劃中強調(diào)大力提升風電、光伏發(fā)電等新能源規(guī)模，爭取非化石能源占能源消費總量比重提高到20%左右，風力發(fā)電已成為我國實現(xiàn)碳中和目標的重要支撐。大容量陸上風機以及離岸距離遠的海上風電機組具有故障率高、故障維修困難、故障停運損失大等特點，成本控制下的效益驅(qū)使使得整個風電行業(yè)重視風場的健康管理和風機的安全運維，因此高效、穩(wěn)定、精確的故障監(jiān)測和診斷方法成為風電技術(shù)領(lǐng)域國內(nèi)外關(guān)注的重要課題。
隨著風機大型化發(fā)展，尤其是海上風機，塔筒高度和葉片長度不斷增加，葉片和傳動系統(tǒng)的柔性也不斷提升，這使得葉輪掃掠面內(nèi)各點的風速差異及變化增大。這些因素不僅影響了風機氣動載荷還會造成電力系統(tǒng)波動等影響。但是，當前較少有文獻研究風速時空分布參數(shù)（包括風剪切、塔影效應(yīng)等）等因素對機組故障特征的影響。本書針對當前風力發(fā)電機組，尤其是海上風電機組，不斷大型化發(fā)展趨勢，從葉輪掃掠面內(nèi)的風速變化差異及其對機組載荷的影響出發(fā)，重點分析考慮風速時空分布參數(shù)影響的葉輪和風力發(fā)電機故障特征分析及故障診斷方法，旨在建立健全風力發(fā)電機組完善的故障診斷理論體系，為風機安全、穩(wěn)定運行提供一定理論基礎(chǔ)。
本書共計11章，第2、3章分別論述了雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)和永磁風力發(fā)電系統(tǒng)的基本理論、建模及仿真方法；第4-11章重點論述了風力發(fā)電機和葉輪故障診斷技術(shù)，其中第4章風力發(fā)電機組實驗平臺設(shè)計，第5章等效風速建模及其空間分布，第6章風力發(fā)電機及葉輪故障診斷研究基礎(chǔ)，第7章風力發(fā)電機故障診斷技術(shù)，第8-9章葉輪質(zhì)量不平衡、氣動不對稱故障診斷技術(shù)，第10章海上風浪耦合下的風電機組故障診斷技術(shù)，第11章考慮不同控制策略的風電機組故障診斷技術(shù)。
本書對于從事風力發(fā)電相關(guān)開發(fā)及研究的廣大高校師生，特別是風電機組設(shè)計、故障診斷技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)學習的研究生有一定的幫助。對于從事風力發(fā)電產(chǎn)品的生產(chǎn)設(shè)計、監(jiān)測和運維管理的研究人員、工程技術(shù)人員，也有重要的學習和參考借鑒意義。
由于編者水平所限，書中難免有疏漏和不妥之處，懇請廣大讀者批評指正。
作者
前言I
目 錄II
第1章 緒 論1
1.1 背景及意義1
1.2 風力發(fā)電系統(tǒng)5
1.2.1 典型機組結(jié)構(gòu)5
1.2.2 葉輪7
1.2.3 風力發(fā)電機11
1.2.4 機組相關(guān)控制策略15
1.3 本章小結(jié)17
第2章 雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)建模設(shè)計及仿真18
2.1引言18
2.2風力機空氣動力學模型18
2.2.1 風力機空氣動力學理論18
2.2.2 葉片氣動力學20
2.3 機械結(jié)構(gòu)力學模型23
2.3.1 機艙塔座振動模型23
2.3.2 傳動鏈模型26
2.4 雙饋風力發(fā)電機及其控制模型28
2.4.1 DFIG數(shù)學模型28
2.4.2 DFIG機側(cè)變流器控制策略29
2.4.3 DFIG網(wǎng)側(cè)變流器控制模型32
2.5 雙饋風電機組仿真模型驗證分析34
2.5.1 階躍風速仿真36
2.5.2無功功率階躍仿真38
2.6 本章小結(jié)39
第3章 永磁風力發(fā)電系統(tǒng)建模設(shè)計及仿真40
3.1 永磁風力發(fā)電系統(tǒng)40
3.2永磁風力發(fā)電機及控制模型40
3.2.1 PMSG的數(shù)學模型40
3.2.2 PMSG的并網(wǎng)運行控制42
3.3 永磁風電機組仿真模型驗證分析49
3.3.1 恒定風速仿真50
3.3.2 階躍風速下的仿真分析52
3.4 本章小結(jié)55
第4章 風電機組實驗平臺設(shè)計56
4.1 引言56
4.2 實驗平臺設(shè)計56
4.2.1 實驗平臺系統(tǒng)配置56
4.2.2 發(fā)電機故障方案設(shè)計58
4.3 雙饋風力發(fā)電機組故障模擬平臺簡介60
4.3.1 整體結(jié)構(gòu)60
4.3.2 實驗結(jié)果63
4.4 本章小結(jié)65
第5章 等效風速建模及其空間分布66
5.1 引言66
5.2 等效風速建模66
5.2.1 風剪切67
5.2.2 塔影效應(yīng)68
5.2.3 等效風速模型71
5.3 等效風速的空間分布73
5.3.1 仿真數(shù)據(jù)73
5.3.2 等效風速空間分布的數(shù)值模擬74
5.4 等效風速空間分布的參數(shù)影響分析77
5.4.1 葉輪半徑R對Weq的影響77
5.4.2 塔筒高度H對Weq的影響79
5.4.3 塔筒半徑a對Weq的影響79
5.4.4 懸垂距離x對Weq的影響80
5.4.5 風剪切指數(shù)對Weq的影響81
5.4.6 葉片數(shù)目n對Weq的影響81
5.5 本章小結(jié)84
第6章 風力發(fā)電機及葉輪故障診斷研究基礎(chǔ)85
6.1引言85
6.2 風力發(fā)電機常見故障及機理85
6.3 風力發(fā)電機常用故障診斷方法87
6.4基于信號處理的診斷方法90
6.4.1氣隙偏心故障90
6.4.2 匝間短路故障90
6.4.3 繞組不對稱故障92
6.4.4 軸承故障92
6.4.5退磁故障93
6.5 葉輪故障及診斷研究基礎(chǔ)93
6.5.1 葉輪不平衡故障93
6.5.2 葉輪其他故障96
6.6 本章小結(jié)96
第7章 考慮風速時空分布的風力發(fā)電機故障分析97
7.1 引言97
7.2 等效風速模型97
7.2.1 等效風速模型的傅里葉擬合方法98
7.2.2 考慮湍流的等效風速模型100
7.3 雙饋發(fā)電機定子繞組故障分析102
7.3.1 定子繞組匝間短路故障特征分析103
7.3.2 定子繞組匝間短路故障仿真分析105
7.3.3定子繞組匝間短路故障實驗分析111
7.3.4總結(jié)與討論114
7.4 雙饋發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組故障分析114
7.4.1 轉(zhuǎn)子繞組故障特征分析115
7.4.2 轉(zhuǎn)子繞組故障仿真分析119
7.4.3 實驗研究126
7.4.4 總結(jié)與討論128
7.5 雙饋發(fā)電機氣隙偏心故障分析129
7.5.1 氣隙偏心故障特性分析129
7.5.2 仿真驗證及數(shù)據(jù)分析133
7.5.3 實驗驗證及數(shù)據(jù)分析136
7.5.4 總結(jié)與討論138
7.6 永磁風力發(fā)電機故障分析138
7.6.1 等效風速模型與發(fā)電機耦合關(guān)系分析139
7.6.2 永磁風力發(fā)電機繞組不對稱故障影響分析140
7.6.3 永磁風力發(fā)電機繞組與葉輪復(fù)合故障影響分析140
7.6.4 仿真及數(shù)據(jù)分析142
7.6.5 總結(jié)與討論146
7.7 本章小結(jié)147
第8章 葉輪故障下發(fā)電機特性分析148
8.1 引言148
8.2 葉輪質(zhì)量不平衡機理分析148
8.3 質(zhì)量不平衡故障下雙饋風力發(fā)電機特性分析151
8.3.1 DFIG工作原理151
8.3.2 發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子電流分析151
8.4 質(zhì)量不平衡故障諧波頻率提取方法153
8.4.1 MUSIC算法基本原理153
8.4.2 改進MUSIC算法155
8.4.3 MMUSIC算法仿真分析156
8.5 葉輪質(zhì)量不平衡故障仿真分析157
8.6 質(zhì)量不平衡實驗分析161
8.7 葉輪氣動不對稱故障163
8.8 葉輪氣動不對稱機理分析164
8.9 氣動不對稱故障下雙饋風力發(fā)電機特性分析166
8.10 氣動不對稱故障仿真分析167
8.10.1 氣動載荷計算167
8.10.2 恒定風速下仿真分析170
8.10.3 隨機風速下仿真分析174
8.11 本章小結(jié)177
第9章 考慮風速時空分布的葉輪故障分析179
9.1 引言179
9.3 風速時空分布對雙饋機組葉輪故障的影響分析179
9.3.1 雙饋風力發(fā)電機組葉輪故障特征分析180
9.3.2 雙饋風力發(fā)電機組葉輪故障仿真分析182
9.3.3 風速分布參數(shù)的影響分析186
9.4 風速時空分布對永磁機組葉輪故障的影響分析189
9.4.1 永磁風力發(fā)電機組葉輪故障特征分析189
9.4.2 永磁風力發(fā)電機組葉輪故障仿真分析191
9.4.3 不同葉輪不平衡程度仿真192
9.4.4 風速分布參數(shù)的影響分析193
9.5 本章小結(jié)196
第10章 海上風電機組風浪耦合下的氣動特性及故障影響分析197
10.1 引言197
10.2 基本理論198
10.3 仿真平臺和方法199
10.4 仿真結(jié)果分析204
10.5 故障特征影響分析209
10.6 本章小結(jié)210
第11章 控制策略對故障特征影響及諧波抑制研究211
11.1 引言211
11.2 最大風能追蹤控制211
11.2.1 風力發(fā)電機組運行區(qū)域211
11.2.2 最大風能追蹤控制原理212
11.2.3最佳功率-轉(zhuǎn)速曲線MPPT控制的兩種模式214
11.3 最佳功率-
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