聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)建模方法綜述

崔 楊，嚴(yán)干貴，李鴻博

(1.東北電力大學(xué)電氣工程學(xué)院，吉林吉林132012;2.吉林省電力有限公司培訓(xùn)中心，長(zhǎng)春130025)

開(kāi)發(fā)利用可再生能源對(duì)改善能源結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義，也為解決我國(guó)能源與環(huán)境問(wèn)題開(kāi)辟了新的途徑。風(fēng)能是目前最具大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用潛力的可再生能源，風(fēng)電聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行是其大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用最有效的途徑。

我國(guó)風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，正朝單機(jī)容量大型化和風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模大型化的趨勢(shì)發(fā)展。我國(guó)正在規(guī)劃建設(shè)8個(gè)裝機(jī)容量近千萬(wàn)千瓦的大型風(fēng)電基地，分布在甘肅酒泉地區(qū)、新疆哈密地區(qū)、內(nèi)蒙古中西部、吉林西部、河北、江蘇和山東沿海等地。據(jù)國(guó)家能源局統(tǒng)計(jì)，截至2010年底，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量已超過(guò)3 107萬(wàn)千瓦，居全球第二，占全國(guó)總發(fā)電裝機(jī)容量的比重超過(guò)3.25%，個(gè)別區(qū)域電網(wǎng)的風(fēng)電裝機(jī)比重已超過(guò)20%。此外，我國(guó)風(fēng)電機(jī)組已由單機(jī)千瓦級(jí)向兆瓦級(jí)過(guò)渡，1.5-2 MW的風(fēng)機(jī)已成為主流，而海上風(fēng)電則要求更大容量的風(fēng)機(jī)設(shè)備。圖1、2分別為風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量及中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量的變化趨勢(shì)［1］。

圖1 風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量變化趨勢(shì)

圖2 2000-2010年中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量增長(zhǎng)趨勢(shì)

電力系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的能量動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，其穩(wěn)定運(yùn)行需要滿足任一時(shí)刻有功、無(wú)功的供需平衡、功角穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定等多種約束條件。眾所周知，風(fēng)能具有隨機(jī)性、不確定性，導(dǎo)致了風(fēng)電功率具有波動(dòng)性，不易控制、難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。隨著并網(wǎng)風(fēng)電規(guī)模的增大，作為一種新型發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、風(fēng)電場(chǎng)，其動(dòng)態(tài)特性對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行會(huì)帶來(lái)怎樣的影響，一直是學(xué)術(shù)界和工程界研究的熱點(diǎn)。

模型是對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的有限映像，在一定的邊界條件下能夠反映實(shí)際系統(tǒng)的某些方面或某些特性［2］?；谀Ｐ偷南到y(tǒng)仿真法一直是分析電力系統(tǒng)各類問(wèn)題的首選方法，同樣也可以作為分析風(fēng)電系統(tǒng)相關(guān)問(wèn)題的方法。

本文首先討論了電力系統(tǒng)穩(wěn)定問(wèn)題研究中建模的特點(diǎn)，并對(duì)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)電系統(tǒng)建模的特點(diǎn)進(jìn)行了分析，然后針對(duì)主流風(fēng)電機(jī)組及風(fēng)電場(chǎng)模型的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，最后探討了風(fēng)電機(jī)組建模研究的主要方向。

1 風(fēng)電機(jī)組模型對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析的影響

1.1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析的建模特點(diǎn)

電力系統(tǒng)穩(wěn)定問(wèn)題按其物理特征不同，可分為靜態(tài)穩(wěn)定與動(dòng)態(tài)穩(wěn)定，靜態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題可分為功角穩(wěn)定和靜態(tài)電壓穩(wěn)定兩大類;動(dòng)態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題可分為暫態(tài)穩(wěn)定、小干擾穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定三類。由于各類問(wèn)題的物理本質(zhì)不同、影響因素不同，相應(yīng)的元件模型、分析方法都有較大的不同［3-5］。

電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定包括:當(dāng)系統(tǒng)受到小擾動(dòng)后由同步力矩不足引起的靜態(tài)功角穩(wěn)定(又稱小干擾功角穩(wěn)定)，及小擾動(dòng)后不發(fā)生電壓崩潰的靜態(tài)電壓穩(wěn)定(又稱小干擾電壓穩(wěn)定)。靜態(tài)穩(wěn)定主要用以定義系統(tǒng)正常運(yùn)行和事故后運(yùn)行方式下靜穩(wěn)定儲(chǔ)備情況。主要研究方法基于以代數(shù)方程描述的元件及網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型，在潮流計(jì)算的分析結(jié)果中求得靜穩(wěn)極限。

電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定包含的三類問(wèn)題中，暫態(tài)穩(wěn)定(亦稱大干擾動(dòng)態(tài)穩(wěn)定)指系統(tǒng)受到大擾動(dòng)后同步阻尼力矩不足時(shí)，在系統(tǒng)動(dòng)態(tài)元件和控制裝置的作用下保持穩(wěn)定的能力;用于研究時(shí)間范圍在擾動(dòng)后第一擺至10秒內(nèi)的非周期失穩(wěn)和振蕩失穩(wěn)過(guò)程。小干擾穩(wěn)定(亦稱小干擾動(dòng)態(tài)穩(wěn)定)指系統(tǒng)受到小擾動(dòng)后由于阻尼力矩不足引起的功角穩(wěn)定問(wèn)題，用于研究擾動(dòng)之后10-20秒時(shí)間范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)子增幅振蕩失穩(wěn)過(guò)程。動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定(亦稱大干擾電壓穩(wěn)定)指系統(tǒng)受到大擾動(dòng)后不發(fā)生電壓崩潰的能力，主要分析在考慮負(fù)荷動(dòng)態(tài)特性和控制裝置作用下的系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性，根據(jù)研究需要其時(shí)間范圍可以從幾秒到幾十分鐘。

以上分析可見(jiàn)，在分析電力系統(tǒng)各類穩(wěn)定問(wèn)題時(shí)，應(yīng)根據(jù)所研究穩(wěn)定問(wèn)題的物理本質(zhì)以及影響該穩(wěn)定過(guò)程的主要因素，合理地建立元件的數(shù)學(xué)模型并考慮適當(dāng)?shù)臅r(shí)間尺度。例如，對(duì)于靜態(tài)穩(wěn)定、小干擾穩(wěn)定的分析中，可采用簡(jiǎn)化的代數(shù)方程或線性化微分方程的方法;而在暫態(tài)穩(wěn)定或動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定的計(jì)算分析中，則必須考慮詳細(xì)的動(dòng)態(tài)元件、控制系統(tǒng)等的數(shù)學(xué)模型，如調(diào)速器、勵(lì)磁系統(tǒng)、電力電子裝置等。

1.2 聯(lián)網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組模型的多時(shí)間尺度特性

研究風(fēng)電機(jī)組特性及其并網(wǎng)特性需要基于建立風(fēng)電機(jī)組的模型，但由于風(fēng)電機(jī)組類型以及風(fēng)電并網(wǎng)相關(guān)問(wèn)題的多樣化，在分析不同的研究目的時(shí)需要考慮不同的邊界條件，根據(jù)所研究問(wèn)題的性質(zhì)和對(duì)計(jì)算精度的要求，對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)各組成部分的動(dòng)態(tài)特性可以采用不同的數(shù)學(xué)模型。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是個(gè)復(fù)雜的小型能量動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，其主要部件風(fēng)力機(jī)、軸系、發(fā)電機(jī)及其相應(yīng)控制系統(tǒng)，依次完成風(fēng)能-機(jī)械能-磁場(chǎng)能-電能的轉(zhuǎn)化過(guò)程，并使整個(gè)風(fēng)電系統(tǒng)保持穩(wěn)定運(yùn)行。在描述風(fēng)電機(jī)組詳細(xì)動(dòng)態(tài)特性時(shí)，應(yīng)分別建立其各個(gè)部件的數(shù)學(xué)模型。

從能量轉(zhuǎn)化過(guò)程的角度來(lái)看，風(fēng)力機(jī)完成風(fēng)能捕獲后將能量以機(jī)械能的形式經(jīng)由軸系傳給發(fā)電機(jī)，考慮到風(fēng)力機(jī)整體慣性較大，此動(dòng)態(tài)過(guò)程的時(shí)間范圍應(yīng)該由風(fēng)力機(jī)、軸系的轉(zhuǎn)動(dòng)方程以及風(fēng)力機(jī)控制系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)決定，其典型時(shí)間尺度是秒級(jí)。發(fā)電機(jī)完成機(jī)械能-磁場(chǎng)能-電能的轉(zhuǎn)化過(guò)程，其中機(jī)械能-電能過(guò)程的時(shí)間范圍由轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程和轉(zhuǎn)子電氣參數(shù)決定，典型時(shí)間尺度是秒級(jí);磁場(chǎng)能-電能轉(zhuǎn)化過(guò)程的時(shí)間范圍則由定子的電氣參數(shù)決定，典型時(shí)間尺度是毫秒級(jí);考慮到發(fā)電控制系統(tǒng)作用的實(shí)現(xiàn)可能涉及到電力電子裝置的動(dòng)態(tài)過(guò)程，該過(guò)程的時(shí)間范圍由其電氣參數(shù)以及最大開(kāi)關(guān)頻率決定，典型時(shí)間尺度是微秒級(jí)。

由此可見(jiàn)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化的動(dòng)態(tài)過(guò)程受機(jī)組部件物理參數(shù)的影響不同，在時(shí)間尺度上可劃分為幾個(gè)獨(dú)立的子過(guò)程。若需研究不同子動(dòng)態(tài)過(guò)程中風(fēng)電機(jī)組的物理特性，建模時(shí)只要考慮影響該過(guò)程的主導(dǎo)因素即可，而忽略掉次要的因素，此即風(fēng)電機(jī)組多時(shí)間尺度動(dòng)態(tài)建模的思想。該思想表明同一機(jī)組的不同模型，只是動(dòng)態(tài)過(guò)程中不同時(shí)間尺度子過(guò)程的不同描述而已，從而為模型之間建立了本質(zhì)上的聯(lián)系。

2 風(fēng)力機(jī)及軸系模型

詳細(xì)的風(fēng)力機(jī)-軸系模型應(yīng)包括空氣動(dòng)力學(xué)模型、風(fēng)輪-塔架-機(jī)艙結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型以及軸系模型。風(fēng)力機(jī)的能量傳遞過(guò)程可簡(jiǎn)述為:風(fēng)作用在風(fēng)輪上產(chǎn)生氣動(dòng)扭矩帶動(dòng)軸系系統(tǒng)，軸系系統(tǒng)再將扭矩傳遞至發(fā)電機(jī);在此過(guò)程中發(fā)電機(jī)會(huì)產(chǎn)生反作用的扭矩，通過(guò)軸系系統(tǒng)又作用在風(fēng)輪上，最終風(fēng)輪轉(zhuǎn)速達(dá)到某平衡值，完成風(fēng)能-機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。

目前大型風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)力機(jī)都具備可變槳距、可調(diào)轉(zhuǎn)速的控制系統(tǒng)，由于氣動(dòng)、機(jī)械等方面的復(fù)雜機(jī)理，得到風(fēng)力機(jī)的精確模型非常困難。因此，建立能滿足研究需要的、簡(jiǎn)化的風(fēng)力機(jī)模型，是目前風(fēng)力機(jī)建模研究的主要方法。此外針對(duì)風(fēng)力機(jī)風(fēng)能捕獲控制策略的研究大都也還處于實(shí)驗(yàn)室階段。

文獻(xiàn)［6］基于片條理論建立了水平軸風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)性能計(jì)算模型，該模型考慮了風(fēng)剪切、偏航、風(fēng)輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)和風(fēng)力機(jī)安裝參數(shù)對(duì)計(jì)算模型的影響，并考慮葉尖損失、輪轂損失、葉柵理論及失速狀態(tài)下動(dòng)量理論的失效對(duì)片條理論進(jìn)行了修正;文獻(xiàn)［7］應(yīng)用等效集中質(zhì)量法，建立了同時(shí)考慮風(fēng)力機(jī)葉片彎曲柔性以及風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)之間傳動(dòng)軸扭轉(zhuǎn)柔性的風(fēng)力機(jī)3個(gè)質(zhì)量塊等效模型，該模型可用于暫態(tài)穩(wěn)定的分析;文獻(xiàn)［8］研究了普通異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障時(shí)兩質(zhì)塊軸系模型松弛特性對(duì)暫態(tài)電壓的影響;文獻(xiàn)［9］在分析了風(fēng)力機(jī)運(yùn)行特性及最佳風(fēng)能利用原理的基礎(chǔ)上，在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)力機(jī)的直流電機(jī)模擬;文獻(xiàn)［10］采用通用動(dòng)態(tài)尾流理論進(jìn)行風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)力學(xué)的計(jì)算分析，考慮了風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)變形對(duì)氣動(dòng)性能、傳動(dòng)性能產(chǎn)生的影響。并用MATLAB/Simulink進(jìn)行了風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)振動(dòng)性能耦合仿真分析;文獻(xiàn)［11］用風(fēng)力機(jī)AV尾流數(shù)學(xué)模型計(jì)算了風(fēng)力機(jī)尾流區(qū)速度分布和處于尾流區(qū)的風(fēng)力機(jī)性能所受到的影響，該模型在一定程度上可以模擬風(fēng)力機(jī)尾流區(qū)的速度分布;文獻(xiàn)［12］提出了一種簡(jiǎn)化定槳距風(fēng)力機(jī)的MATLAB模型，該模型可用于風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)與規(guī)劃仿真;文獻(xiàn)［13］開(kāi)發(fā)了一種新的風(fēng)力機(jī)最大功率追蹤控制方法，該方法利用電磁轉(zhuǎn)矩對(duì)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)行完全控制，能夠追蹤步長(zhǎng)根據(jù)風(fēng)速的變化而變化，對(duì)快速變動(dòng)的風(fēng)速有較高的風(fēng)能捕獲效率;文獻(xiàn)［14］利用辨識(shí)實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)的輸入輸出數(shù)據(jù)，采用預(yù)報(bào)誤差法得到水平軸風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)的多輸入多輸出隨機(jī)模型，對(duì)所得到的隨機(jī)模型進(jìn)行了分析與檢驗(yàn)，討論了辨識(shí)模型與機(jī)理模型在風(fēng)力機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的優(yōu)缺點(diǎn);文獻(xiàn)［15］應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多層感知器模型結(jié)構(gòu)，采用自適應(yīng)學(xué)習(xí)速率的BP學(xué)習(xí)算法，對(duì)風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)的功能模型進(jìn)行辨識(shí)，仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果表明該方法具有較高的精度;文獻(xiàn)［16］采用直流電機(jī)的輸出特性模擬風(fēng)力機(jī)的最大輸出功率曲線，提供了一種在實(shí)驗(yàn)室條件下模擬風(fēng)力機(jī)運(yùn)行特性的實(shí)用方法，并給出了模擬系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。

3 發(fā)電機(jī)模型

目前主流風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有多種類型，按照風(fēng)力機(jī)運(yùn)行狀態(tài)可分為定速型、變速型兩種，根據(jù)風(fēng)力機(jī)功率調(diào)節(jié)策略的不同，又分為定槳距控制、變槳距控制和主動(dòng)失速控制三種;發(fā)電機(jī)類型有普通籠型異步發(fā)電機(jī)、雙饋感應(yīng)式發(fā)電機(jī)以及永磁同步發(fā)電機(jī)等，分別涉及恒速恒頻、變速恒頻和變速變頻等不同的發(fā)電控制技術(shù)。

國(guó)外如丹麥奧爾堡大學(xué)、丹麥技術(shù)大學(xué);英國(guó)曼徹斯特大學(xué);瑞典查爾姆斯技術(shù)大學(xué);德國(guó)杜伊斯堡大學(xué)等都對(duì)風(fēng)電機(jī)組的模型進(jìn)行過(guò)深入的研究［17，18］。并且，國(guó)外已在多個(gè)商業(yè)化的電力系統(tǒng)分析軟件中開(kāi)發(fā)出了不同類型的風(fēng)電機(jī)組模型，如加拿大Manitoba高壓直流研究中心開(kāi)發(fā)的PSCAD/EMTDC電磁暫態(tài)仿真程序，西門(mén)子PTI公司開(kāi)發(fā)的電力系統(tǒng)仿真程序PSS/E，德國(guó)DIgSILENT/Power Factory電力系統(tǒng)分析軟件，以及美國(guó)通用公司開(kāi)發(fā)的PSLF電力系統(tǒng)分析程序等等［19-21］。

目前國(guó)內(nèi)部分科研機(jī)構(gòu)及高校對(duì)風(fēng)電機(jī)組建模問(wèn)題以及在電力系統(tǒng)分析軟件中的實(shí)現(xiàn)也進(jìn)行了大量研究。如清華大學(xué)、中國(guó)電力科學(xué)研究院、沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)、河海大學(xué)、東北電力大學(xué)、華北電力大學(xué)等等，都對(duì)風(fēng)電機(jī)組的建模及控制策略開(kāi)展了深入的研究［22-24］。同時(shí)國(guó)內(nèi)多家發(fā)電公司或電網(wǎng)電力公司開(kāi)展了多項(xiàng)研究，如龍?jiān)达L(fēng)電公司、大唐發(fā)電集團(tuán)、吉林省電力公司、江蘇省電力公司、甘肅省電力公司以及黑龍江省電力公司等等，在風(fēng)電并網(wǎng)的相關(guān)問(wèn)題研究領(lǐng)域取得了一些卓有成效的成果［25，26］。但以上研究所用到的風(fēng)電機(jī)組模型一般都是在科研性軟件中實(shí)現(xiàn)的，且大都未經(jīng)過(guò)模型試驗(yàn)驗(yàn)證;同時(shí)，國(guó)內(nèi)成熟的商業(yè)化電力系統(tǒng)分析軟件中還未能完成風(fēng)電模型的商業(yè)化集成。

3.1 基于籠型異步發(fā)電機(jī)的恒速恒頻風(fēng)電機(jī)組建模

基于普通籠型異步發(fā)電機(jī)的恒速恒頻風(fēng)電機(jī)組，根據(jù)其風(fēng)力機(jī)功率調(diào)節(jié)策略的不同，又分為定槳距控制、變槳距控制和主動(dòng)失速控制三種。恒速恒頻風(fēng)電機(jī)組具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行方便等特點(diǎn)，但由于沒(méi)有發(fā)電控制系統(tǒng)，該類型風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)能利用效率較低，對(duì)系統(tǒng)無(wú)功需求較大，極大地影響電網(wǎng)的電壓水平。目前基于籠型異步發(fā)電機(jī)的風(fēng)電機(jī)組建模主要以研究該風(fēng)電系統(tǒng)的軟并網(wǎng)控制以及并網(wǎng)后對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析為主。

文獻(xiàn)［27］建立了異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定數(shù)學(xué)模型，以及在一定程度上反映風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際風(fēng)速變化的風(fēng)速時(shí)空模型，該模型可以分析異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組接入系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，還可以計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)接入的穿透功率極限;文獻(xiàn)［28-30］建立了以暫態(tài)電勢(shì)為變量的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的數(shù)學(xué)模型，并運(yùn)用MATLAB/SIMULINK對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了仿真;文獻(xiàn)［31］建立了包括風(fēng)速、風(fēng)輪機(jī)、異步電機(jī)在內(nèi)的變槳距恒速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，并分析了該風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在風(fēng)速擾動(dòng)或輸電線路發(fā)生三相金屬性接地短路故障時(shí)的動(dòng)態(tài)過(guò)程;文獻(xiàn)［32］提出了一種將系統(tǒng)頻率偏差信號(hào)引入槳距角控制系統(tǒng)的改進(jìn)槳距角控制方案，并在電力系統(tǒng)分析軟件DIgSILENT/Power Factory中建立基于普通異步發(fā)電機(jī)的風(fēng)電機(jī)組和電力系統(tǒng)模型，對(duì)基于異步風(fēng)電機(jī)組的電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性及阻尼特性的分析結(jié)果都表明，改進(jìn)的槳距角控制環(huán)節(jié)能夠改善系統(tǒng)阻尼，且對(duì)系統(tǒng)功率振蕩具有很好的阻尼和抑制作用;文獻(xiàn)［33］建立了軟并網(wǎng)最優(yōu)控制數(shù)學(xué)模型，將自適應(yīng)評(píng)價(jià)控制應(yīng)用于軟并網(wǎng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，仿真結(jié)果表明這種軟并網(wǎng)控制系統(tǒng)能夠?qū)④洸⒕W(wǎng)沖擊電流限定在電機(jī)額定電流以內(nèi)，滿足軟并網(wǎng)控制系統(tǒng)的性能要求;文獻(xiàn)［34］提出了籠型異步發(fā)電機(jī)和靜態(tài)無(wú)功發(fā)生器SVG構(gòu)成獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證，由SVG代替電容器提供發(fā)電機(jī)勵(lì)磁能夠避免依靠并聯(lián)電容器提供無(wú)功功率的缺點(diǎn);文獻(xiàn)［35］提出了一種異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案，該方案采用帶有前饋解耦的間接磁場(chǎng)定向矢量控制來(lái)模擬風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)矩特性。

3.2 基于雙饋感應(yīng)式發(fā)電機(jī)的變速恒頻風(fēng)電機(jī)組建模

采用變速恒頻技術(shù)的雙饋感應(yīng)式風(fēng)電機(jī)組是目前大型風(fēng)電場(chǎng)的主流機(jī)型，由于采用了變槳距風(fēng)力機(jī)控制，以及基于四象限變流器實(shí)現(xiàn)的變速恒頻發(fā)電控制，使得該類型機(jī)組具有運(yùn)行風(fēng)速寬，風(fēng)能利用率高，發(fā)電控制靈活等優(yōu)點(diǎn)，因而成為目前各大型風(fēng)電場(chǎng)廣泛采用的一種機(jī)型。但由于需要采用變速齒輪箱才能達(dá)到較高的運(yùn)行速度，因齒輪箱帶來(lái)的風(fēng)能轉(zhuǎn)換、故障維護(hù)等方面一些突出的問(wèn)題也不容忽視。

針對(duì)雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組建模的研究較多，主要包括不同精度的數(shù)學(xué)模型建立及不同控制策略的研究，還包括基于不同仿真平臺(tái)和物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的雙饋風(fēng)電系統(tǒng)的研究。

在雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組數(shù)學(xué)模型研究方面，文獻(xiàn)［36］在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)坐標(biāo)下建立了由轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓雙軸分量及發(fā)電機(jī)輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)矩為控制變量的雙饋發(fā)電機(jī)簡(jiǎn)化3階動(dòng)態(tài)模型，MATLAB仿真詳細(xì)比較了DFIG精確模型和簡(jiǎn)化模型在發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生改變后的各個(gè)物理量的響應(yīng)特性，該模型能夠用于風(fēng)力發(fā)電中變速恒頻風(fēng)電機(jī)組建模及并網(wǎng)運(yùn)行的研究;文獻(xiàn)［37］給出了雙饋機(jī)組的8階、5階和3階模型，并在MATLAB軟件上實(shí)現(xiàn)了3種模型建模。其中8階模型包括完整的傳動(dòng)系統(tǒng)模型、定子模型和轉(zhuǎn)子模型;5階模型包括定子、轉(zhuǎn)子模型和簡(jiǎn)化的傳動(dòng)系統(tǒng)模型忽略定子的暫態(tài)過(guò)程后;3階模型包括轉(zhuǎn)子模型和簡(jiǎn)化的傳動(dòng)系統(tǒng)模型。仿真結(jié)果表明8階模型具有最精確完整的響應(yīng)，但仿真時(shí)間最長(zhǎng);3階模型采用最大程度的近似，但仿真時(shí)間最短;5階模型適合大多數(shù)既要求較快仿真速度又要求較高精度的研究;文獻(xiàn)［38］同時(shí)考慮風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)械和電氣動(dòng)態(tài)特性，針對(duì)基于雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸系的特點(diǎn)，用等效集中質(zhì)量法和動(dòng)力學(xué)方程建立了其包含機(jī)械傳動(dòng)鏈動(dòng)態(tài)的軸系模型，與發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)方程組成8階微分方程組。該模型可用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以及分析機(jī)組在各種運(yùn)行工況下的動(dòng)態(tài)行為。

在雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組控制策略研究方面，文獻(xiàn)［39］建立了變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的矢量控制數(shù)學(xué)模型，分析了風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)性能，結(jié)果表明實(shí)行矢量控制后發(fā)電機(jī)和原動(dòng)機(jī)之間可以完全解耦，發(fā)電機(jī)定子電壓的頻率、相位與風(fēng)速的大小無(wú)關(guān);文獻(xiàn)［40］提出了一種基于定子磁場(chǎng)定向轉(zhuǎn)子電流開(kāi)環(huán)控制策略，并利用Matlab仿真分析了定子電壓頻率、幅值及相位的控制規(guī)律;文獻(xiàn)［41］討論了雙饋發(fā)電機(jī)交流勵(lì)磁變速恒頻的發(fā)電原理、對(duì)變流器的要求，以及為實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲追蹤和發(fā)電機(jī)有功、無(wú)功解耦控制的定子磁場(chǎng)定向矢量控制策略;文獻(xiàn)［42］以DFIG的精確數(shù)學(xué)模型為依據(jù)，針對(duì)傳統(tǒng)的兩種矢量控制方式的不足，提出了改進(jìn)的拉制方案，使DFIG后電網(wǎng)電壓驟降情況下有效控制轉(zhuǎn)子電流，保護(hù)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁變頻器，提高變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)在電網(wǎng)故障下的不間斷運(yùn)行能力。

文獻(xiàn)［43］分析了雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組當(dāng)系統(tǒng)電壓小幅跌落時(shí)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，仿真研究了基于IGBT的低電壓穿越控制系統(tǒng)，該裝置能快速的將發(fā)電機(jī)定子與電網(wǎng)解列。文獻(xiàn)［44］在DIgSILENT/Power Factory中建立了具有暫態(tài)電壓支持能力的變速風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器控制模型及用于故障后穩(wěn)定控制的槳距角控制模型，提出了改善基于雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的措施以實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)的低電壓穿越功能。文獻(xiàn)［45］應(yīng)用電機(jī)矢量控制原理與比例-積分調(diào)節(jié)器串聯(lián)校正等方法，建立基于PSCAD/EMTDC的雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)變速風(fēng)電機(jī)組動(dòng)態(tài)模型，該模型為研究基于雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的變速風(fēng)電機(jī)組的工作特性提供了新的手段。

3.3 基于永磁同步發(fā)電機(jī)的變速變頻風(fēng)電機(jī)組建模

變速變頻技術(shù)主要應(yīng)用于永磁同步發(fā)電機(jī)的風(fēng)電機(jī)組類型，通過(guò)全功率變流器轉(zhuǎn)換為工頻輸出功率接入電網(wǎng)，因此，廣義的講也屬于變速恒頻技術(shù)的范疇。由于采用了多極同步發(fā)電機(jī)，該類型機(jī)組多是直驅(qū)型，即省去了變速齒輪箱及其帶來(lái)的運(yùn)行及維護(hù)問(wèn)題。但該機(jī)型對(duì)永磁材料的勵(lì)磁性能穩(wěn)定性要求高，且需要較大容量的變流器(一般要選發(fā)電機(jī)額定功率的120%以上)，成本較高。隨著電力電子技術(shù)和永磁材料制造技術(shù)的發(fā)展，具有風(fēng)速適應(yīng)范圍寬、控制簡(jiǎn)單、有功和無(wú)功功率調(diào)節(jié)靈活等優(yōu)點(diǎn)的直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有較為廣闊的發(fā)展前景。

文獻(xiàn)［46］構(gòu)建了永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)的仿真模型，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)變換器輸出有功和無(wú)功功率的解耦控制，增加了卸荷負(fù)載以提高其應(yīng)對(duì)電壓跌落等故障的穿越能力，使機(jī)組可以安全運(yùn)行在不同功率因數(shù)下，同時(shí)能在電網(wǎng)電壓故障期間對(duì)系統(tǒng)提供一定的無(wú)功支持。文獻(xiàn)［47］從結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)特點(diǎn)以及控制技術(shù)和制造成本等方面介紹了直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。文獻(xiàn)［48］建立了包括風(fēng)力機(jī)模型、傳動(dòng)系統(tǒng)模型和發(fā)電機(jī)模型的D-PMSG數(shù)學(xué)模型，提出了風(fēng)力機(jī)槳距角和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制策略。

文獻(xiàn)［49］研究了大型直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制的工作原理，及其并網(wǎng)后對(duì)電力系統(tǒng)故障電流的貢獻(xiàn)、對(duì)電網(wǎng)諧波的影響、對(duì)電壓閃變的影響以及對(duì)電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)。文獻(xiàn)［50］提出背靠背全功率變流器的永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)運(yùn)行在STATCOM模式時(shí)，可以有效提高機(jī)組低電壓穿越能力。文獻(xiàn)［51］設(shè)計(jì)了由不可控AC/DC整流器和可控DC/AC逆變器組成的實(shí)驗(yàn)室控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)，通過(guò)控制逆變器的輸出電壓或電流實(shí)時(shí)跟蹤給定值，來(lái)控制永磁發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能的獲取和無(wú)功功率可調(diào)。

文獻(xiàn)［52］采用雙脈寬調(diào)制變換器作為直驅(qū)永磁同步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)電路，根據(jù)風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性提出了一種基于最佳功率給定的發(fā)電機(jī)最大風(fēng)能跟蹤控制策略。文獻(xiàn)［53］研究了永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制理論，明確了零電壓矢量在控制過(guò)程中的作用，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)論證了基于定子磁鏈觀測(cè)的永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)用性。文獻(xiàn)［54］首先建立了詳細(xì)的配備全功率變流器的2 MW永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的數(shù)學(xué)模型，并研究了該機(jī)組的低電壓穿越控制策略，該策略的重點(diǎn)在于直流電容電壓的調(diào)整以及驅(qū)動(dòng)力矩最小化的實(shí)現(xiàn)。文獻(xiàn)［55］在PSS/E中建立了多極永磁同步風(fēng)電機(jī)組的仿真模型，模型包括風(fēng)力機(jī)軸系、永磁電機(jī)、變流器及其控制系統(tǒng)等部分，該模型能夠研究短期電壓穩(wěn)定性以及該類風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越能力。

4 風(fēng)電場(chǎng)模型

風(fēng)電場(chǎng)模型通常用于含風(fēng)電的電力系統(tǒng)的規(guī)劃、調(diào)度和優(yōu)化控制，而用于風(fēng)電場(chǎng)與電網(wǎng)暫態(tài)過(guò)程分析的研究，主要是基于風(fēng)電機(jī)組的動(dòng)態(tài)模型。風(fēng)電場(chǎng)模型主要描述風(fēng)電場(chǎng)輸出功率與風(fēng)速的關(guān)系，由于風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組眾多，且受各機(jī)組排列位置、尾流效應(yīng)等因素的影響，想要建立精確的風(fēng)電場(chǎng)模型是非常困難的。

通常各種研究關(guān)注的焦點(diǎn)往往是風(fēng)電場(chǎng)整體的輸出特性，因此目前針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率特性的研究，大部分是將風(fēng)電場(chǎng)的整體特性作簡(jiǎn)化處理，而忽略風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部機(jī)組之間復(fù)雜的影響。研究方法包括:對(duì)不同類型風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的出力進(jìn)行等效擴(kuò)大;對(duì)風(fēng)速進(jìn)行等效處理，再計(jì)算整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的等值出力;或利用預(yù)測(cè)的理論對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)速、功率的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而得到相應(yīng)時(shí)間段后風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率值。

文獻(xiàn)［56］建立了風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電可靠性模型，該模型考慮了風(fēng)速的隨機(jī)變化、不同風(fēng)電場(chǎng)之間風(fēng)速的相關(guān)性、風(fēng)電機(jī)組的功率特性及其強(qiáng)迫停運(yùn)率、風(fēng)電機(jī)組的布置和尾流效應(yīng)以及氣溫等因素對(duì)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的影響，通過(guò)該模型在隨機(jī)生產(chǎn)模擬和隨機(jī)潮流分析等方面的應(yīng)用，揭示了風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。文獻(xiàn)［57］從風(fēng)電并網(wǎng)研究的角度介紹了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)建模的一般思路，并比較了常用風(fēng)電場(chǎng)模型的優(yōu)劣，最后指出了風(fēng)電場(chǎng)建模方法存在的主要問(wèn)題。文獻(xiàn)［58］在考慮了風(fēng)電場(chǎng)的尾流效應(yīng)、風(fēng)電機(jī)組輸出功率與尖速比和滑差等之間的函數(shù)關(guān)系的基礎(chǔ)上，建立了風(fēng)電場(chǎng)的穩(wěn)態(tài)分析模型，并結(jié)合常規(guī)PQ模型提出了簡(jiǎn)化模型。

文獻(xiàn)［59］在對(duì)實(shí)測(cè)風(fēng)速數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，建立了適用于計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)最大裝機(jī)容量的風(fēng)電場(chǎng)模型，仿真分析與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析表明該方法能較好的等值風(fēng)電場(chǎng)靜態(tài)輸出功率。文獻(xiàn)［60］對(duì)風(fēng)電場(chǎng)穩(wěn)態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行了研究，在Matlab軟件中編寫(xiě)程序和搭建仿真模型，并對(duì)含風(fēng)電場(chǎng)的電網(wǎng)進(jìn)行電網(wǎng)潮流計(jì)算以及暫態(tài)穩(wěn)定性分析。文獻(xiàn)［61］建立了考慮機(jī)組尾流效應(yīng)的風(fēng)速模型，該模型能較準(zhǔn)確地描述風(fēng)速擾動(dòng)下風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的波動(dòng)，在DIgSILENT/Power Factory軟件中形成以風(fēng)速為基礎(chǔ)的風(fēng)電場(chǎng)與電力系統(tǒng)相互影響研究的計(jì)算程序，并分析了尾流效應(yīng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)輸出特性的影響。

文獻(xiàn)［62］針對(duì)風(fēng)速隨機(jī)變化的特性，在風(fēng)速統(tǒng)計(jì)特性研究的基礎(chǔ)上，用自回歸滑動(dòng)平均方法建立了具有一定功率譜密度特性的風(fēng)速模型，并對(duì)該模型所模擬的風(fēng)速序列進(jìn)行了仿真分析和驗(yàn)證，結(jié)果表明該模型能夠有效地產(chǎn)生動(dòng)態(tài)分析和仿真所需的風(fēng)速序列。文獻(xiàn)［63］根據(jù)雙饋異步發(fā)電機(jī)的靜態(tài)特性對(duì)雅可比矩陣進(jìn)行修正，給出了基于變速恒頻雙饋異步發(fā)電機(jī)的風(fēng)電場(chǎng)在潮流計(jì)算中的一種改進(jìn)模型。文獻(xiàn)［64］介紹了大型風(fēng)電場(chǎng)的等值建模的主要特點(diǎn)，探討了含變速雙饋風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)電場(chǎng)等值方法和在等值過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題。

文獻(xiàn)［65］提出了一種時(shí)間序列分析和卡爾曼濾波相結(jié)合的混合算法，該算法可以較好地解決了預(yù)測(cè)延時(shí)問(wèn)題。文獻(xiàn)［66］提出了基于時(shí)間序列法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的風(fēng)速預(yù)測(cè)方法，為了提高預(yù)測(cè)精度，該方法提出了滾動(dòng)式權(quán)值的調(diào)整手段。文獻(xiàn)［67］對(duì)國(guó)內(nèi)外短期風(fēng)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了較全面的綜述，介紹了與風(fēng)電功率預(yù)測(cè)相關(guān)的物理方法和統(tǒng)計(jì)方法，分析了預(yù)測(cè)誤差產(chǎn)生的原因及其評(píng)價(jià)方法，對(duì)我國(guó)的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)研究與開(kāi)發(fā)工作提出了建議。

5 模型校驗(yàn)研究

風(fēng)電機(jī)組/風(fēng)電場(chǎng)模型最終要應(yīng)用于電力系統(tǒng)仿真分析，必須先對(duì)模型的精度及有效性進(jìn)行驗(yàn)證，最為有效的方法是與實(shí)際測(cè)量結(jié)果相驗(yàn)證。

目前用于工程的風(fēng)電機(jī)組模型主要由風(fēng)電開(kāi)發(fā)商負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)與校驗(yàn)，由于技術(shù)的相對(duì)封閉和標(biāo)準(zhǔn)的缺失，風(fēng)電機(jī)組/風(fēng)電場(chǎng)模型的開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證嚴(yán)重滯后于風(fēng)電機(jī)組的生產(chǎn)與投運(yùn)。因此，許多研究學(xué)者和機(jī)構(gòu)大都采用實(shí)驗(yàn)室或風(fēng)電場(chǎng)試驗(yàn)(文獻(xiàn)［68-73］)，或?qū)⒛Ｐ陀?jì)算結(jié)果與國(guó)際公認(rèn)的商業(yè)化風(fēng)電仿真軟件的分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比(文獻(xiàn)［74］)，來(lái)校驗(yàn)所提出模型的相對(duì)有效性。

6 風(fēng)電建模研究方向的探討

目前風(fēng)電機(jī)組特性、風(fēng)電并網(wǎng)相關(guān)問(wèn)題研究中，風(fēng)電建模大多服務(wù)于各類孤散問(wèn)題，不能建立本質(zhì)上的聯(lián)系?？紤]到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(場(chǎng))本身是個(gè)較為復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，含有多種變量，其聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行動(dòng)態(tài)過(guò)程涉及風(fēng)機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)電暫態(tài)、定轉(zhuǎn)子電磁暫態(tài)、電網(wǎng)暫態(tài)等不同的時(shí)間常數(shù)，是個(gè)多時(shí)間尺度模型系統(tǒng)，因此筆者認(rèn)為聯(lián)網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)的建模應(yīng)能反映以下動(dòng)態(tài)過(guò)程的影響。

6.1 由變流器動(dòng)態(tài)過(guò)程時(shí)間常數(shù)決定的電磁暫態(tài)模型

現(xiàn)代大容量風(fēng)電機(jī)組大多引入了控制靈活的電力電子裝置以改善運(yùn)行性能，但電力電子器件的抗干擾能力較弱，同時(shí)風(fēng)電機(jī)組大都以恒定功率因數(shù)控制(cosφ=1)的方式運(yùn)行，不能對(duì)接入點(diǎn)的電壓進(jìn)行反饋補(bǔ)償，當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)跌落時(shí)，風(fēng)電機(jī)組還不具備低電壓穿越的能力。事實(shí)上當(dāng)電網(wǎng)電壓嚴(yán)重跌落(如發(fā)生短路)時(shí)，為最大限度地保障風(fēng)電機(jī)組安全，風(fēng)電機(jī)組的保護(hù)將動(dòng)作使機(jī)組立即與電網(wǎng)解列，當(dāng)并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模很大時(shí)，就會(huì)加劇系統(tǒng)受擾動(dòng)的程度。為此，在研究該類型問(wèn)題時(shí)，應(yīng)當(dāng)建立與電力電子變流器動(dòng)態(tài)過(guò)程時(shí)間尺度相應(yīng)的電磁暫態(tài)模型。

6.2 由機(jī)械能與電能轉(zhuǎn)換過(guò)程時(shí)間常數(shù)決定的機(jī)電暫態(tài)模型

空氣的流體性質(zhì)決定了風(fēng)速變化的連續(xù)性，而風(fēng)速連續(xù)變化導(dǎo)致風(fēng)電功率波動(dòng)亦具有連續(xù)性，通常不會(huì)出現(xiàn)大的階躍，但是當(dāng)風(fēng)速過(guò)大會(huì)導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組切機(jī)甚至整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)功率脫落，將給所接入電力系統(tǒng)造成大幅度的功率沖擊;特別是當(dāng)風(fēng)力發(fā)電大規(guī)模集中接入以火電機(jī)組調(diào)頻的區(qū)域電力系統(tǒng)時(shí)，風(fēng)電功率的突然大幅變化(風(fēng)電功率波動(dòng)幅值大、波動(dòng)速度快)將可能超出調(diào)頻機(jī)組的響應(yīng)能力，從而容易造成系統(tǒng)頻率波動(dòng)甚至頻率越限，嚴(yán)重時(shí)將威脅著系統(tǒng)的運(yùn)行安全。

風(fēng)電場(chǎng)多數(shù)位于電網(wǎng)末端，當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)大規(guī)模集中遠(yuǎn)距離聯(lián)網(wǎng)時(shí)，其輸出電功率的大幅間歇性波動(dòng)將造成輸電線路消耗無(wú)功功率的大幅間歇性波動(dòng);而目前變電所配置的無(wú)功補(bǔ)償裝置大多是固定補(bǔ)償，受機(jī)械壽命限制而不能頻繁投切調(diào)節(jié);并且目前風(fēng)電機(jī)組以恒定功率因數(shù)運(yùn)行的方式，也不利于并網(wǎng)點(diǎn)的電壓調(diào)節(jié)。因此，在有些運(yùn)行方式下，風(fēng)電場(chǎng)輸出電功率的間歇性大幅波動(dòng)可能會(huì)超出接入點(diǎn)所在區(qū)域電網(wǎng)的無(wú)功調(diào)節(jié)范圍，而導(dǎo)致接入點(diǎn)電壓越限，威脅著風(fēng)電場(chǎng)接入點(diǎn)附近電氣設(shè)備的運(yùn)行安全，風(fēng)電場(chǎng)也可能因之被接入系統(tǒng)切除以防止接入點(diǎn)電壓持續(xù)越限。因此，風(fēng)力發(fā)電大規(guī)模集中聯(lián)網(wǎng)不但給所接入電力系統(tǒng)造成嚴(yán)重的調(diào)壓負(fù)擔(dān)，而且還會(huì)影響著風(fēng)電場(chǎng)自身的持續(xù)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。

風(fēng)電聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)有功及無(wú)功功率的影響，應(yīng)考慮機(jī)械能與電能的轉(zhuǎn)換過(guò)程，風(fēng)電模型應(yīng)能反映該時(shí)間尺度下的機(jī)電暫態(tài)過(guò)程。

6.3 反映風(fēng)能波動(dòng)中長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)過(guò)程的穩(wěn)態(tài)模型

風(fēng)電輸出功率隨機(jī)性強(qiáng)、波動(dòng)大，難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，為研究中長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)過(guò)程中風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰、甚至電網(wǎng)規(guī)劃的影響，該時(shí)間尺度下的風(fēng)電模型應(yīng)能刻畫(huà)風(fēng)電電源較長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)輸出功率的波動(dòng)特性，如風(fēng)電功率波動(dòng)范圍、波動(dòng)變化量等統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。

7 結(jié) 論

本文討論了電力系統(tǒng)穩(wěn)定問(wèn)題研究中元件建模的特點(diǎn)，根據(jù)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從風(fēng)電聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的多時(shí)間尺度建模的角度，分析了目前常見(jiàn)的風(fēng)電建模方法;著重討論了籠型異步、雙饋感應(yīng)及永磁同步等主流風(fēng)電機(jī)組機(jī)型及其控制系統(tǒng)的建模方法;最后，基于風(fēng)電系統(tǒng)多變量、動(dòng)態(tài)過(guò)程多時(shí)間尺度等角度，對(duì)風(fēng)電機(jī)組建模研究方向進(jìn)行了探討。

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