文 献 综 述

一 风电场动态等值研究的背景意义

风能作为可再生能源的重要类别，具有蕴藏量巨大、可再生、分布广、无污染等特点，风力发电已成为世界可再生能源发展的重要方向。目前，利用风力发电已成为风能利用的主要形式，受到各国的高度重视，而且发展速度非常快。风力发电并入常规电网运行，向大电网提供电力，常常是一处风电场安装几十台甚至几百台风力发电机，这是风力发电的主要发展方向^[1]。随着风电场建设规模的日益扩大，风机容量正以前所未有的速度增加，风电对接入电力系统的影响越来越大，而准确的风机模型是进行此研究的前提条件。对于大型互联电力系统，有必要研究接入风电场的动态等值方法，通过合理地组合或简化建立起等值模型，以减少含风电电力系统的分析规模和仿真时间，提高分析速度和效率。

二风电模型的种类及其各自特点

由于风能具有随机性和间歇性的特点，随着风电规模的不断扩大，对电网电压波动及安全运行带来了新的问题，要研究和解决这些问题，风力发电机的数学模型是必不可少的。传统的风力发电机基本上采用同步发电机，但80年代以来，世界上大中型风力发电机绝大多数采用异步发电机。这主要是因为同步发电机的并网要求较高，不适合风电这种特殊场合。与之相比，异步发电机对并网没有严格的频率相角的要求，容易并网，而且异步发电机制造容易，其转子的机械强度高，不怕飞逸，起动方便，易于自动控制，便于实现无人值守^[2]。简言之，一个风力发电机组动态模型应包括以下基本模块：风速模型、风机模型、发电机模型和控制系统模型^[3]。近年来，国内外已经对风电场的模型做了较多的研究。文献[4-5]采用了考虑风电场中每台风电机组模型的详细模型，虽然仿真精确，但是大型风电场仿真规模很大，仿真时间过长，难以满足要求。文献[6]采取简化异步电机模型将风电场模型在近似情况下降阶处理，研究了机械转矩波动的线性动态异步机模型。文献[7]提出了基于同步发电机传递函数概念的多台异步发电机的等值参数辨识方法，并采用最小二乘法计算等值异步发电机的转子时间常数，同步电抗及暂态电抗。

三 风电场动态等值方法的研究

目前国内外对风电场的研究都属于起步阶段，对风电场等值减少仿真时间的方法也很少。现在一般采用的减少风电场仿真时间的方法是风电场等值建模和简化异步发电机模型，将模型在近似的情况下降阶处理。对风电场的等值主要采用降阶等值建模，是指在特定的条件下用一台风力机模型表示风电场^[7]。

常用的动态等值方法包括基于相关概念的同调等值法、基于特征值分析的模态法和基于在线测量的辨识法。而对于异步发电机动态等值常采用的等值方法是简化异步发电机模型，将模型在近似的情况下进行降阶处理。按奇异摄动理论对风电场进行降阶的等值方法是指将描述风力发电机组的状态变量分为快变化和慢变化两部分，通过忽略快变化的状态变量，得到用慢变化状态变量表示的风电场模型，该方法需要的仿真时间较长。通过忽略定子电磁暂态过程，认为风力机与异步发电机为一刚体，只考虑机电暂态过程的异步发电机三阶模型用来研究风电系统的动态特性^[8]。文献[9]借鉴同调等值法中传递函数的概念，基于异步机模型，使用频域响应辨识法对异步发电机的同步电抗、暂态电抗和转子时间常数进行最小二乘法拟合求等值参数。而反应发电机动态特性的惯性时间常数采用容量加权求和进行等值，初始运行滑差采用电路理论求并联等值电路的方法得到，且仅对风电机组受相同风速作了仿真分析。