1.4  本章小结   6

2  双馈风力发电机组的模型   7

2.1  双馈风力发电机组基本原理及组成   7

2.2  风力机的数学模型   8

2.3  双馈异步发电机的数学模型  10  

2.4  双PWM变频器模型  12

2.5  本章小结  13 

3  大型风电场模型的研究  14

3.1  风电场电气接线  14

3.2  风电场模型计算流程  15

3.3  风能分布模型  16

3.4  风电机组动态等值算法  19

3.5  算例仿真结果  25

3.6  本章小结  32

4  仿真分析  33

4.1  仿真软件介绍  34

4.2  模型搭建  34

4.3  结果分析  35

4.4  本章小结  49 

结论 50 

致谢 51 

参考文献 52

1  引言

1.1  选题背景及意义

可再生能源特别是风能的开发利用已得到世界各国的高度重视[1]。风能安全、清洁、资源丰富、取之不竭，是可再生能源中发展最快、最具开发潜力的绿色能源。风能储量十分丰富，全球风能总量为24700亿千瓦，其中可利用部分约为200亿千瓦。据估算，地球上风能资源是水能资源的10倍，高达每年53万亿千瓦时，目前已被开发利用的只是其一小部分。国际能源机构预测，2020年世界电力需求约为25.578万亿千瓦时，根据该预测计算，只要充分利用地球上50%的风能资源就能满足全球能源的需求。

风力发电是利用风能来发电，而风力发电机组是将风能转化为电能的机械。风轮是风电机组最主要的部件，由桨叶和轮毂组成。桨叶具有良好的空气动力外形，在气流作用下能产生空气动力使风轮旋转，将风能转化为机械能，再通过变速齿轮箱增速驱动发电机，将机械能转变成电能。理论上，最好的风轮只能将约60%的风能转化为机械能，现代风力发电机组风轮的效率可以达到40%。在风电机组输出达到额定功率之前，其功率与风速的立方成正比，即风速增加1倍，输出功率增加到8倍，可见风力发电的效率与当地的风速关系极大。

风力发电系统是否能够顺利并入一个国家或地区电网，主要取决于电力系统对供电波动反应的能力。中国目前已建的风电场的装机容量都比较小，通常接入附近的地区配电网。由于配电网中缺少电源支撑，原有的无功功率及电压控制装置都没有考虑风电场的影响。由于风电具有很强的随机性，所以风电穿透功率超过一定值之后，会严重影响电能质量和电力系统的运行[2] 。当风电场并网运行后，风电功率的变化将引起局部系统的母线电压和线路潮流发生改变，风力发电会对电力系统的运行产生一定影响。如：1)风力发电机是以风作为动力的， 其输出特性会直接受风的影响。风的随机波动性和间歇性决定了风力发电机的有功功率也是波动的和间歇的。2)风力发电机是一种异步发电机， 在其发出有功功率的同时还要从系统中吸收无功功率[4]。 有关学者在这方面进行了大量的研究工作[5-9]。

目前750kW以下的风电机组绝大多数是异步发电机组，输入有功功率的同时还要从电网中吸收一定的无功功率，具有影响电网电压的能力。对于兆瓦级风电机组，主流机型所采用变速恒频风电机组从原理上讲可以在线连续调节功率因数，但目前普遍采用的是恒功率因数控制模式，当风电机组并入电网时，风电场引起的电压偏差将可能是一个问题。

随着风电场装机容量在电网中所占比例的增加，风力发电和电力系统的相互影响将成为制约风电场建设规模的因素。这就是迫切需要研究风能资源丰富区域电网接受风电的能力及需要的条件，制定风电场并网的技术规程。