新能源發(fā)電過(guò)程的動(dòng)態(tài)建模、仿真和控制
定 價(jià)：89 元
叢書(shū)名：智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用叢書(shū)
- 作者：[英]蘭詹•文帕（Ranjan Vepa）
- 出版時(shí)間：2018/5/1
- ISBN：9787111597261
- 出 版 社：機(jī)械工業(yè)出版社
- 中圖法分類：TM61
- 頁(yè)碼：
- 紙張：膠版紙
- 版次：
- 開(kāi)本：16開(kāi)
本書(shū)討論了對(duì)一系列能源系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)建模、仿真和控制的核心問(wèn)題，包括燃?xì)廨啓C(jī)、風(fēng)力機(jī)、燃料電池和電池等。這些建模和控制原理也同樣適用于其他非常規(guī)發(fā)電系統(tǒng)，如太陽(yáng)能和波浪能發(fā)電。本書(shū)的主要特點(diǎn)在于，涉及了熱力學(xué)、流體力學(xué)、傳熱學(xué)、電化學(xué)、電網(wǎng)和電機(jī)等主題，并著重討論了它們?cè)诎l(fā)電、控制和調(diào)節(jié)等領(lǐng)域的應(yīng)用。本書(shū)將幫助讀者理解能源系統(tǒng)的建模方法以應(yīng)用于控制器的設(shè)計(jì)，并掌握控制系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的基本設(shè)計(jì)過(guò)程。它也將對(duì)能源系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供有益的指導(dǎo)。通過(guò)對(duì)可觀測(cè)系統(tǒng)變量的量測(cè)來(lái)估計(jì)系統(tǒng)內(nèi)部變量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)。對(duì)于混合發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者們而言，本書(shū)也將提供有效的幫助。本書(shū)介紹了混合發(fā)電系統(tǒng)中涉及的先進(jìn)技術(shù)，例如浮動(dòng)或近海風(fēng)力機(jī)以及燃料電池等。本書(shū)通過(guò)真實(shí)案例分析介紹了基于非線性動(dòng)態(tài)模型的各種發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際控制規(guī)則，在這些控制規(guī)則中并不需要對(duì)非線性動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行線性化。同時(shí)，本書(shū)還向讀者介紹了基于非線性模型的估計(jì)方法及其在能源系統(tǒng)中的應(yīng)用。
本書(shū)特色：
１）突出基本原理。本書(shū)開(kāi)篇即深入淺出地介紹了對(duì)于后續(xù)內(nèi)容理解所必需的電機(jī)、流體力學(xué)、熱力學(xué)以及傳熱學(xué)的基本知識(shí)。接著聚焦于這些原理在電力過(guò)程中的應(yīng)用，涵蓋所有電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的基本原理和控制系統(tǒng)的關(guān)鍵要素。通過(guò)深入淺出的原理介紹，使得讀者對(duì)各類能源系統(tǒng)，包括燃?xì)廨啓C(jī)、風(fēng)力機(jī)、燃料電池和電池等，都在基本原理層面有了深入、細(xì)致的了解。
２）非線性動(dòng)態(tài)模型真實(shí)案例分析。本書(shū)通過(guò)真實(shí)案例分析介紹了基于非線性動(dòng)態(tài)模型的各種發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際控制規(guī)則，在這些控制規(guī)則中并不需要對(duì)非線性動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行線性化。此外，本書(shū)還向讀者介紹了基于非線性模型的估計(jì)方法及其在能源系統(tǒng)中的應(yīng)用。
３）內(nèi)容全面、系統(tǒng)、實(shí)用。正如作者在原書(shū)前言中提到的那樣，本書(shū)匯集了一系列關(guān)于發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)節(jié)和控制等不同主題。
在過(guò)去的十年間，人們已經(jīng)見(jiàn)證了全世界化石燃料資源的逐漸枯竭，這促使人們更加迫切要求提高電力生產(chǎn)及利用的效率，而且人們關(guān)注的重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)向風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能等不會(huì)造成環(huán)境污染的可再生能源的利用。這種迫切需求促使了一系列基于自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用，以盡可能最優(yōu)地將能源向其可利用形式轉(zhuǎn)化。為了在能量生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用現(xiàn)代自動(dòng)控制器設(shè)計(jì)技術(shù)，必須要對(duì)能量產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的動(dòng)態(tài)過(guò)程中最重要的環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的建模。而這種建模不僅方便了自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以用于調(diào)節(jié)能量的生產(chǎn)過(guò)程，而且有利于確保該系統(tǒng)運(yùn)行于最佳效率。此外，它將便于利用現(xiàn)代估計(jì)方法對(duì)相關(guān)系統(tǒng)變量進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)。
本書(shū)涉及一系列關(guān)鍵問(wèn)題，包括動(dòng)態(tài)建模、仿真和某些能源系統(tǒng)的控制問(wèn)題，例如燃?xì)廨啓C(jī)、風(fēng)力機(jī)、燃料電池和電池等。這些建模和控制的原理也同樣適用于其他非常規(guī)發(fā)電方法，如太陽(yáng)能和波浪能。本書(shū)的主要特點(diǎn)在于，它匯集了一系列關(guān)于發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)節(jié)和控制等不同主題。
本書(shū)幫助讀者掌握能源系統(tǒng)的建模方法，以實(shí)現(xiàn)控制器的設(shè)計(jì)，并理解控制系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的基本設(shè)計(jì)過(guò)程。它也將對(duì)能源系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供有益的指導(dǎo)，即通過(guò)對(duì)可觀測(cè)系統(tǒng)變量的量測(cè)來(lái)估計(jì)系統(tǒng)內(nèi)部變量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)。
本書(shū)的一個(gè)核心特征是，它匯集了熱力學(xué)、流體力學(xué)、傳熱學(xué)、電化學(xué)、電網(wǎng)和電機(jī)等主題，并著重討論了它們?cè)诎l(fā)電、控制和調(diào)節(jié)等領(lǐng)域的應(yīng)用。它也將為混合發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供有效幫助，書(shū)中介紹了混合發(fā)電系統(tǒng)所涉及的先進(jìn)技術(shù)，例如浮動(dòng)或近海風(fēng)力機(jī)以及燃料電池等。本書(shū)通過(guò)真實(shí)案例分析介紹了基于非線性動(dòng)態(tài)模型的各種發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際控制規(guī)則，在這些控制規(guī)則中并不需要對(duì)非線性動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行線性化。本書(shū)還向讀者介紹了基于非線性模型的估計(jì)方法及其在能源系統(tǒng)中的應(yīng)用。
本書(shū)的第1章介紹了對(duì)于理解后續(xù)第3~8章內(nèi)容所必需的電機(jī)、流體力學(xué)、熱力學(xué)以及傳熱的基本原理。第2章的主題是能量向可利用的電能形式轉(zhuǎn)換的原理，第2章還涵蓋了所有電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的基本原理。此外，第2章還有一節(jié)關(guān)于電動(dòng)機(jī)的擴(kuò)展部分，這是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵要素。第3章的重點(diǎn)是交流電機(jī)的動(dòng)態(tài)特征，主要介紹感應(yīng)和同步發(fā)電機(jī)的特性。第4章著重于風(fēng)力發(fā)電，包括典型的水平軸線風(fēng)力機(jī)的部件，風(fēng)力發(fā)電的基本原理，風(fēng)場(chǎng)的特性和范圍，以及風(fēng)輪、塔、浮子或支撐結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特征。第5章涉及燃?xì)廨啓C(jī)和壓縮機(jī)的動(dòng)態(tài)建模，包括燃燒室、渦輪機(jī)、噴嘴和擴(kuò)散器。第6章是關(guān)于燃料電池的電化模型，第7章介紹了高性能電池。最后一章主要討論了非常規(guī)發(fā)電方法。
我要感謝我的同事，以及過(guò)去和現(xiàn)在那些在倫敦大學(xué)工程與材料科學(xué)學(xué)院的學(xué)生對(duì)我的支持。
新能源發(fā)電過(guò)程中的動(dòng)態(tài)建模、仿真及控制原 書(shū) 前 言我要感謝我的妻子Sudha，感謝她的愛(ài)、她的理解和耐心。她的鼓勵(lì)是激勵(lì)我完成本書(shū)的主要?jiǎng)恿ΑＮ疫�想感謝我們的孩子Lullu、Satvi和Abhinav，感謝她們?cè)诒緯?shū)撰寫(xiě)過(guò)程中對(duì)我的理解。
RVepa
Ranjan Vepa博士畢業(yè)于斯坦福大學(xué)，獲應(yīng)用力學(xué)博士學(xué)位，曾在NASA Langley研究中心工作，現(xiàn)就職于倫敦大學(xué)。Vepa博士在動(dòng)態(tài)建模和控制領(lǐng)域有５本著作，他的主要研究領(lǐng)域包括控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及相關(guān)信號(hào)處理在機(jī)械系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、生物醫(yī)學(xué)工程等方面的應(yīng)用，尤其精通各類線性及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)參數(shù)的自適應(yīng)估計(jì)和動(dòng)態(tài)控制，包括航天、能源和生物系統(tǒng)等。正是Vepa博士扎實(shí)的學(xué)術(shù)和工業(yè)背景，使得他既能從熱力學(xué)、流體力學(xué)、傳熱學(xué)、電化學(xué)等的基礎(chǔ)知識(shí)出發(fā)，從物理角度為讀者詳盡而系統(tǒng)地分析、介紹能源系統(tǒng)的基本原理，又能從實(shí)際應(yīng)用角度，通過(guò)真實(shí)案例分析給讀者以建議和指導(dǎo)
目錄
譯者序
原書(shū)前言
縮略語(yǔ)
第1章 發(fā)電基本原理介紹1
1.1流體力學(xué)1
1.1.1質(zhì)量、動(dòng)量和能量守恒1
1.1.2應(yīng)力應(yīng)變率和黏度的關(guān)系3
1.1.3理想氣體和聲波4
1.1.4參考狀態(tài)6
1.1.5正則沖擊波關(guān)系式7
1.1.6一維流動(dòng)：Rayleigh流8
1.1.7一維流動(dòng)：Fanno流13
1.1.8準(zhǔn)一維流15
1.1.9傾斜沖擊波18
1.1.10 Prandtl-Meyer流20
1.2熱力學(xué)22
1.2.1熱力學(xué)第零定律24
1.2.2熱力學(xué)第一定律24
1.2.3熱力學(xué)第二和第三定律24
1.2.4在實(shí)際氣體中做功所需的熱量25
1.2.5自發(fā)過(guò)程和熱力學(xué)勢(shì)25
1.2.6可逆性、能量和循環(huán)27
1.2.7第二定律的應(yīng)用28
1.2.8基本發(fā)電循環(huán)29
1.2.9熱傳遞：傳導(dǎo)、輻射、對(duì)流熱傳遞30
1.3電化學(xué)：簡(jiǎn)介33
1.3.1燃料電池?zé)崃W(xué)34
1.3.2電極電化學(xué)35
1.3.3 Gibbs勢(shì)能變化37
1.3.4燃料電池效率38
1.3.5電極超電位38
1.3.6半電池電極示例40
1.3.7鹽橋40
1.3.8電極和電池的類型41
1.3.9蓄電池和燃料電池示例41
參考文獻(xiàn)44
第2章 能量轉(zhuǎn)換原理45
2.1發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的初步概念45
2.1.1簡(jiǎn)介45
2.1.2發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的基本運(yùn)行原理45
2.2電機(jī)：直流電動(dòng)機(jī)46
2.2.1直流電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷49
2.2.2直流電動(dòng)機(jī)的分類49
2.3交流電動(dòng)機(jī)50
2.3.1同步電動(dòng)機(jī)50
2.3.2同步電動(dòng)機(jī)的分類50
2.3.3同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)50
2.3.4同步電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷52
2.3.5感應(yīng)電動(dòng)機(jī)54
2.3.6交流伺服電動(dòng)機(jī)55
2.3.7交流轉(zhuǎn)速計(jì)57
2.4無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)57
2.5步進(jìn)式直流電動(dòng)機(jī)59
2.6高性能電動(dòng)制動(dòng)器的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)60
2.7驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)：直流電動(dòng)機(jī)的速度控制60
2.7.1控制直流電動(dòng)機(jī)：位置控制伺服60
2.8驅(qū)動(dòng)和控制交流電動(dòng)機(jī)66
2.9電動(dòng)伺服制動(dòng)器的穩(wěn)定性68
2.9.1勞斯表法71
2.10發(fā)電機(jī)71
2.10.1同步交流發(fā)電機(jī)72
2.10.2同步交流發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)建模72
2.10.3感應(yīng)交流發(fā)電機(jī)75
2.11電力系統(tǒng)77
2.11.1電力系統(tǒng)穩(wěn)定性77
2.11.2輸電線路79
2.11.3變壓器82
2.11.4功率因數(shù)提升83
參考文獻(xiàn)84
第3章 同步和感應(yīng)發(fā)電機(jī)的建模85
3.1建模的通用原理：Park變換和應(yīng)用85
3.2勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)89
3.3等效電路模型90
3.4具有磁場(chǎng)定向的永磁同步發(fā)電機(jī)的機(jī)電模型90
3.5勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)的應(yīng)用93
3.5.1典型勵(lì)磁器的建模95
3.5.2模型參數(shù)的計(jì)算96
3.6同步發(fā)電機(jī)的性能特性97
3.7感應(yīng)發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)建模98
3.7.1等效電路建模99
3.7.2感應(yīng)發(fā)電機(jī)模型的參數(shù)計(jì)算100
3.7.3感應(yīng)發(fā)電機(jī)特性以及參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定101
3.8 DFIG：實(shí)例分析101
3.8.1穩(wěn)態(tài)機(jī)電模型104
3.8.2非線性擾動(dòng)動(dòng)力學(xué)105
參考文獻(xiàn)107
第4章 風(fēng)力發(fā)電和控制108
4.1簡(jiǎn)介108
4.2風(fēng)力機(jī)組件108
4.3風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)：動(dòng)量理論108
4.3.1致動(dòng)器盤(pán)原理109
4.3.2貝茲極限110
4.3.3流旋轉(zhuǎn)的影響111
4.4葉素動(dòng)量理論112
4.4.1功率因數(shù)：BEM理論表達(dá)式114
4.5葉片的氣動(dòng)設(shè)計(jì)115
4.6葉片結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)117
4.7風(fēng)輪空氣彈性變形的動(dòng)態(tài)建模126
4.7.1多葉片坐標(biāo)系128
4.7.2多葉片坐標(biāo)系里的運(yùn)動(dòng)方程129
4.7.3扭轉(zhuǎn)模式的離心固化130
4.7.4基于葉素理論的空氣動(dòng)力力矩131
4.7.5流入動(dòng)力學(xué)133
4.7.6驅(qū)動(dòng)流入中心的力矩133
4.7.7風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩系數(shù)：一般表達(dá)式136
4.7.8風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩系數(shù)：在不斷流入和有穩(wěn)定根間距的剛性葉片的情況下137
4.8實(shí)際的功率因數(shù)和它依靠在葉片安裝上的角度138
4.9最大功率點(diǎn)跟蹤和防止過(guò)度風(fēng)轉(zhuǎn)矩140
4.10柔性風(fēng)輪葉片上的準(zhǔn)穩(wěn)定氣動(dòng)負(fù)載143
4.11彈性風(fēng)輪葉片的動(dòng)力學(xué)和氣動(dòng)力彈性學(xué)146
4.12風(fēng)場(chǎng)速度分布和譜148
4.13支撐結(jié)構(gòu)150
4.13.1塔動(dòng)力學(xué)和氣動(dòng)伺服彈性150
4.13.2海上和浮動(dòng)支撐結(jié)構(gòu)151
4.13.3水動(dòng)力和水下冰荷載152
4.13.4浮體動(dòng)力學(xué)及波流體動(dòng)力學(xué)156
4.13.5浮子-風(fēng)輪被動(dòng)及主動(dòng)解耦控制158
參考文獻(xiàn)159
第5章 燃?xì)廨啓C(jī)和壓縮機(jī)的動(dòng)態(tài)模型163
5.1燃?xì)廨啓C(jī)：典型組成和動(dòng)態(tài)模型163
5.2軸流壓縮機(jī)系統(tǒng)：一維管道模型168
5.2.1激盤(pán)理論168
5.3 Moore-Greitzer模型168
5.3.1壓縮機(jī)喘振和旋轉(zhuǎn)失速169
5.3.2 Moore-Greitzer模型方程式的推導(dǎo)172
5.3.3 Moore-Greitzer模型方程174
5.3.4穩(wěn)定流分析176
5.3.5不穩(wěn)定非線性擴(kuò)展Moore-Greitzer模型177
5.3.6旋轉(zhuǎn)失速振動(dòng)應(yīng)用179
5.3.7模型響應(yīng)和不穩(wěn)定性180
5.3.8節(jié)流閥調(diào)整的控制規(guī)則184
5.3.9旋轉(zhuǎn)失速振動(dòng)強(qiáng)度控制184
5.3.10控制均衡的穩(wěn)定性185
5.3.11壓縮旋轉(zhuǎn)失速控制188
5.4燃燒188
5.4.1燃燒室189
5.4.2燃燒室空氣聲學(xué)190
5.4.3流量耦合熱聲不穩(wěn)定：POGO、嗡鳴、功率振蕩和嘯叫193
5.5整體噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)體積動(dòng)力學(xué)建模194
5.5.1壓縮機(jī)模型196
5.5.2燃燒室子系統(tǒng)模型199
5.5.3渦輪動(dòng)力學(xué)模型200
5.5.4渦輪動(dòng)力和轉(zhuǎn)矩輸出203
5.5.5一維可變面積導(dǎo)管：后燃器和噴嘴203
5.5.6線軸動(dòng)力學(xué)模擬205
5.5.7典型模擬結(jié)果205
5.6 FADEC205
參考文獻(xiàn)206
第6章 燃料電池的建模與仿真209
6.1燃料電池系統(tǒng)209
6.2燃料電池的熱力學(xué)和電化學(xué)211
6.2.1燃料電池的熱力學(xué)211
6.2.2燃料電池的電化學(xué)反應(yīng)和電催化作用212
6.3氫氣的產(chǎn)生、存儲(chǔ)與擴(kuò)散213
6.4燃料電池堆的配置和燃料電池系統(tǒng)214
6.5面向控制的建模和動(dòng)力學(xué)215
6.6 PEMFC的
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