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編輯推薦： 本书立足于学术和工程融合的角度， 解决以新能源发电为主导的新型电力系统中因电力电子设备间多尺度控制相互作用而引发的宽频振荡等实际稳定性问题， 对于促进我国新能源大规模消纳、保障电力系统安全运行具有较高的参考价值。 本书可为高等院校新能源、电力系统、电气工程等相关专业高年级本科生和研究生提供参考， 也可为相关政策制定者、科研工作者、企业、 投资机构提供参考。 內容簡介： 本书系统性地介绍了目前主流的新能源发电并网稳定性分析方法， 详细介绍了基于阻抗分析的新能源电力系统模型推导与稳定域构建的现状、堵点。在充分研究国内外学者在新能源电力系统稳定性分析与控制方面已经取得的突破性进展的基础上， 拓展完成了新能源电力系统阻抗建模和小信号稳定域量化构建两部分的理论分析。针对新能源发电系统理论阻抗模型阶数高这一关键问题， 形成了以分段仿射思想为基础的阻抗模型降阶理论; 针对稳定域高维和强非线性的另一关键问题， 形成了数据-模型双驱动的小信号稳定域量化体系。全书立足于学术和工程融合的角度， 解决以新能源发电为主导的新型电力系统中因电力电子设备间多尺度控制相互作用而引发的宽频振荡等实际稳定性问题， 对于促进我国新能源大规模消纳、保障电力系统安全运行具有较高的参考价值。 本书可为高等院校新能源、电力系统、电气工程等相关专业高年级本科生和研究生提供参考， 也可为相关政策制定者、科研工作者、企业、 投资机构提供参考。 關於作者： 赵浩然，国家特聘教授（2017年入选），齐鲁青年学者（2016年入选），博士生导师，山东大学电气工程学院副院长。2001-2014年分别于山东大学、柏林工业大学、丹麦科技大学获得学士、硕士和博士学位.长期从事新能源发电与并网、新型电力系统建模与仿真、综合能源优化运行与控制的研究工作，取得了一系列的原创性成果，入选全球前2%顶尖科学家年度影响力排行榜。主持和参与了国家重点研发计划课题、欧盟与北欧能源项目多项、电力系统软件产品开发和欧盟发明专利多项。获Applied Energy 2018年度最佳论文奖，获2021年度中国电力科学技术进步三等奖；风电机组数字孪生、风电场数字孪生成果获2022年度日内瓦发明展会银奖2项;获山东大学2023年校级教学成果奖一等奖。 王鹏，山东大学硕士生导师，2020年获德国柏林工业博士学位，博士论文获得“summa cum laude（最优）”称号。长期从事新能源建模与并网评估、交直流电网建模与控制研究。主持和参与了多项国家重点研发计划子课题、国家自然科学基金项目等，讲授的《大型深远海风电场柔直并网运行控制虚拟仿真实验》课程获批山东省一流本科课程。 目錄： 目录 前言 首字母缩略表 主要变量符号 第 1 章 绪论 1 1.1 引言 1 1.2 风力发电系统概述 1 1.2.1 风电机组的组成 2 1.2.2 变速风力机的建模 6 1.2.3 风力机控制系统 9 1.2.4 风电场的电气配置 11 1.3 小信号稳定性分析方法 12 1.3.1 时域仿真分析法 12 1.3.2 特征值分析法 13 1.3.3 开环模式谐振分析法 13 1.3.4 复转矩系数法 13 1.3.5 阻抗分析法 13 第 2 章 阻抗扫描理论方法和应用 16 2.1 引言 16 2.2 频域小信号阻抗和频率耦合特性 17 2.2.1 频域小信号阻抗描述 17 2.2.2 新能源设备的频率耦合阻抗模型 21 2.3 无源测量与有源测量 22 2.3.1 无源测量方法 23 2.3.2 有源测量方法 24 2.4 阻抗扫频测量方法 25 2.4.1 扫频扰动信号类型 25 2.4.2 扫频扰动注入方式 28 2.4.3 扫频测量原理和步骤 29 2.4.4 dq 阻抗与序阻抗测量方法对比 34 2.5 阻抗测量装置 35 2.5.1 阻抗测量中的谐波注入电路 35 2.5.2 阻抗测量仪器 38 第 3 章 小信号建模和阻抗构造理论基础 42 3.1 引言 42 3.2 变流器小信号建模 43 3.2.1 含电流内环控制的变流器阻抗建模 43 3.2.2 含功率外环控制的变流器阻抗建模 48 3.3 dq 阻抗法与其他常用阻抗分析方法的转换 51 3.3.1 dq 坐标系与 αβ 坐标系的阻抗模型转换 51 3.3.2 不同坐标系下阻抗转换实例分析 54 3.3.3 状态空间方程与 dq 坐标系下阻抗方程的转换 54 3.3.4 状态空间转阻抗实例及分析 56 第 4 章 双馈风电机组阻抗全动态阻抗模型 60 4.1 双馈风电机组的基本工作原理 60 4.1.1 空气动力学和传动链动态方程 61 4.1.2 双馈风电机组的不同运行模式 62 4.2 网侧变流器小信号模型 62 4.2.1 锁相环及 Park 变换 63 4.2.2 主电路小信号模型 64 4.2.3 控制器的小信号模型 64 4.3 双馈感应发电机及机侧变流器小信号模型 65 4.3.1 双馈感应发电机小信号模型 65 4.3.2 机侧变流器小信号模型 67 4.3.3 机械动态小信号模型 68 4.4 不同运行模式的通用小信号模型 70 4.4.1 不同运行模式下电磁转矩小信号通用模型 70 4.4.2 不同运行模式下桨距角小信号模型 71 4.5 构造风电机组整体阻抗 72 4.5.1 风电机组小信号整体模型 72 4.5.2 构造双馈风电机组整体阻抗 72 4.6 双馈风电机组阻抗特性分析 75 4.6.1 双馈风电机组阻抗扫频分析 75 4.6.2 双馈风电机组小扰动稳定性分析 77 4.6.3 机械动态对阻抗特性的影响 79 4.6.4 不同风速下的阻抗特性对比 80 第 5 章 全功率型风电机组阻抗建模 82 5.1 引言 82 5.2 全功率型风电机组的基本知识 83 5.2.1 基本工作原理 83 5.2.2 典型控制结构 84 5.3 直驱风电机组阻抗建模 85 5.3.1 直驱风电机组简化阻抗模型 85 5.3.2 考虑机侧动态的 PMSG 阻抗建模 89 5.4 算例分析 93 5.4.1 阻抗模型验证 93 5.4.2 弱电网稳定性分析 94 5.4.3 不同风速下的阻抗特性对比 95 5.4.4 简化阻抗模型和详细阻抗模型稳定性分析对比 95 第 6 章 阻抗模型降阶理论 99 6.1 引言 99 6.2 分段仿射系统及其对风电机组阻抗的适用性 100 6.2.1 分段仿射建模的步骤 100 6.2.2 分段仿射对于风电机组阻抗建模的适用性 101 6.3 参数空间分区优化方法 101 6.3.1 阻抗数据集构造方法 102 6.3.2 阻抗数据集层次聚类算法 104 6.4 分段仿射阻抗计算方法 105 6.4.1 风电机组仿射子模型参数估计 106 6.4.2 风电场分段仿射阻抗计算 107 內容試閱： 随着风电、光伏等新能源发电接入电力系统规模的不断扩大，高渗透率的电力电子设备与电网交互引发的稳定性问题越发显著。由振荡导致的脱网等事故严重威胁电力系统安全运行。新能源发电的随机性和波动性，加上电力电子设备的高比例接入，改变了传统电力系统的动态特性，带来了前所未有的挑战。为了应对这一挑战，明确新能源发电并网小信号稳定机理，构建系统安全运行稳定域，成为保证新能源大规模消纳所必须解决的重要问题。 在上述背景下，本书以含高比例新能源和高比例电力电子设备的“双高”电力系统为分析对象，针对多尺度控制相互作用引发的宽频振荡等新型稳定性问题，开展了专门研究。以阻抗分析这一小信号稳定性评估方法为核心，围绕展开新能源电力系统阻抗建模和小信号稳定域量化构建两方面工作，以支撑电力系统运行安全稳定性。针对新能源发电系统理论阻抗模型阶数高这一关键问题，形成了以分段仿射思想为基础的阻抗模型降阶理论；针对稳定域高维和强非线性的另一关键问题，形成了数据-模型双驱动的小信号稳定域量化体系。本书涵盖了对电力电子设备与电网交互的深入分析、多尺度控制方法在宽频振荡中的应用，以及小信号稳定性评估的最新成果。希望通过本书的讲述，能够使读者对以新能源发电为主导的未来电力系统的新型稳定性问题及分析方法有全面的认识。本书结构按照由浅入深、逐步展开的原则进行设计。总体来说，全书共分为13 章，前 8 章聚焦于新能源发电设备阻抗的理论建模以及高效降阶研究，后 5 章则重点在于构建数据-模型双驱动的新能源电力系统小信号稳定域。第 1 章为绪论，主要是对风力发电运行原理以及小信号稳定性分析方法进行了论述。第 2 章介绍了现有阻抗方法的测量机理和所用到的各类阻抗测量装置，为后续理论阻抗验证提供了方法支持。第 3 章介绍了变流器阻抗建模的理论基础以及不同坐标系下阻抗的转换关系，为后续分析提供了模型基础。第 4 章考虑风能转换系统的机械动态，系统地论述了双馈风电机组全动态阻抗模型的推导方法。第 5 章以永磁直驱风电机组为例建立了全功率型风电机组完整阻抗模型，为后续稳定性分析提_x000c_供了模型基础。第 6 章针对新能源发电系统理论阻抗模型高阶的问题，介绍了以分段仿射思想为核心的阻抗模型降阶理论。第 7 章进一步考虑场站控制构建风电场全动态阻抗模型，可以全面分析风电场内多种动态耦合对稳定性的影响。第 8章介绍了数据-模型双驱动的阻抗辨识方法，为新能源发电系统阻抗分析的实际工程应用提供了解决思路。第 9 章介绍了稳定性分析方法以及典型的稳定判据和稳定裕度的定义。第 10 章针对并网变流器的单参数和多参数两种模型复杂度，分别介绍了小信号稳定域量化思路，同时改进锁相环控制结构以提高稳定功率极限。第 11 章针对风电场并网系统介绍了一种基于支持向量回归的稳定域量化分析方法。第 12 章基于风电场分段仿射降阶阻抗模型介绍了另一种基于聚类的稳定域量化方法，显著提高了稳定域构建速度。第 13 章基于分段仿射阻抗模型介绍了一种基于双层优化的稳定域边界搜索方法，可以实现多变流器并网系统稳定域的在线构造。 本书的内容是团队研究成果的总结，在此感谢参与此项研究的博士研究生高术宁、罗嘉、王金龙、贺敬，以及参与本书整理工作的其他同学。本书内容体现的研究成果是阶段性的，由于作者水平有限，难免存在疏漏或不妥之处，恳请广大读者批评指正。

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