1。2  课题研究现状

1。2。1  国内外风电场无功补偿研究现状

1。2。2  国内外STATCOM研究现状

1。3  本文研究的主要工作

针对风电场无功补偿的问题，本论文提出在其出口处加装STATCOM，从而实现对风电场连续的无功补偿。并通过仿真来验证STATCOM对风电无功补偿系统的合理性和有效性。本论文主要内容如下：论文网

1）研究分析风电场的风速模型、风电机组空气动力学模型、轴系模型，对普通异步风力发电机的数学模型及其控制原理进行分析，并给出基于普通异步风力发电机的整体系统框图。

2）进行普通异步风力发电机并网的MATLAB/SIMULINK建模，对异步风力发电机组风电场的运行特性进行仿真分析，验证在风电场出口处安装STATCOM的必要性。

3）介绍常用的无功补偿设备，并比较分析其优缺点。研究分析STATCOM的数学模型，然后针对其强耦合系统推导得到dq轴解耦控制方法，最后给出STATCOM的双环控制框图。

4）对异步风力发电机组风电场加装STATCOM后的运行特征进行仿真分析，验证STATCOM对风电无功补偿系统的有效性和合理性。

2  风力发电机组的数学模型及算例分析

定速风机—异步发电机普遍使用于风电场中，是风电场的基本组成部分，风力发电机组动态数学模型包括风电场中的风速模型、空气动力学模型和传动机构的轴系模型、普通异步风力发电机的稳态和暂态模型，如图2。1所示。

图2。1  异步风力发电机组组成结构框图

2。1  组合风速模型的建立

风是一种常见的自然现象，风速的大小和方向都无时无刻不在变化，因此风具有极大的不确定性。但是在特定的地点，特定的时期下，经过长期的统计，仍能看到风速的一些变化规律。国内外应用较广泛的是风力四分量组合模型，此模型能较准确地反映风速的随机性和变化性的特点，此模型把风四分为：基本风、阵风、渐变风和噪声随机风[19]。

2。1。1  基本风

基本风描述了风电机组平常运行时所对应的风速，也反应了风电场的平均风速。风电场发出多少额定出力取决于基本风。

由于基本风反应风电场的平均风速，并且在模拟风电场时不需要考虑风速分布情况，这里的基本风可以是一个常数。基本风风速模型如式（2。1）所示。

vb=k（k为常数） （2。1）

2。1。2  阵风

阵风描述的是突然变化的风速特性。阵风从0会迅速上升至峰值，之后很快下降至0，有余弦变化性质。阵风风速模型如式（2。2）所示。

（2。2）

式中：是阵风最大风速，是阵风起始时间，是阵风持续时间，是时间。本文中阵风极值风速是3m/s，阵风起风时间是9s，阵风持续时间是7s。阵风风速仿真模型如图2。2所示。

2。1。3  渐变风

渐变风反映了一种呈阶梯型渐缓变化的情况。渐变风缓慢增加达到极致，维持一定的时间后停止。渐变风风速模型如式（2。3）所示。

（2。3）

式中：是渐变风峰值，是渐变风加速起始时间，是渐变风加速停止时间，是渐变风上升至幅值后维持的时间。本文中渐变风峰值是2m/s，渐变风加速开始时间是3s，渐变风加速结束时间是6s，渐变风达到幅值后维持4s。渐变风风速仿真模型如图2。3所示。文献综述

图2。2  阵风风速仿真图

图2。3  渐变风风速仿真图

2。1。4  噪声随机风

噪声随机风用来反映风速的任意浮动的特征,其数学模型如式（2。4）所示。