风电场数学模型的建立与应用

风电场的数学建模是一项非常重要和艰巨的工作，其数学模型的形式需要考虑所研究的具体问题。例如，研究风电场的功率控制问题、风电接入对电力系统潮流分布的影响问题和风电接入对电力系统小信号稳定性的影响问题，所需建立的风电场模型均不相同。本书侧重于研究风电场的低电压穿越方法，因此仅介绍其功率控制模型，本节将对此作简单介绍。通常，风电场由几十台甚至上百台风电机组成，根据所研究功率控制问题的不同，其数学模型的建立一般有两种思路^[23]。

3.3.1.1 分散模型

分别建立风电场内所有单机以及单机与系统之间连接的详细数学模型。一个大的风电场往往包含成百上千台风电机组，且各机组通常安装在不同区域，通过不同的馈线相连，这些馈线并联到集电母线上再与电力系统相连。分散模型包括所有的风电机组及其连接，非常复杂，在用计算机仿真分析时，仿真时间长，占内存大，应用有一定的限制。该模型可用于研究风电场内各机组间的动态及其相互影响，也可用于设计风电场及各单机的集中-分散控制策略、计算风电场内各单机间的电压和潮流。

3.3.1.2 集中模型(www.xing528.com)

采用等效模型或对分散模型进行简化以表征整个风电场的特性。从电力系统角度看，单机特性并不重要，整个风电场的输出特性及其对电力系统的影响更值得关注。尽管采用分散模型也可分析风电场特性，但由于模型复杂、分析时间较长、代价较大，因此，需要对风电场模型进行简化处理，在节省计算时间和计算机内存的同时满足仿真准确度的要求。集中建模一般有以下两种方式：第一种方式是对风电场进行单机或多机动态等效^[24]。若风电场由同一类型的风力机组成，且各台风力机之间的电气联系紧密，工程上可以采用加权求和的办法，用一台等效发电机代替整个风电场的风力机群，以模拟风电场的特性，等效风电场的容量等于风电场内各台机组容量之和、等效风场向电网输送的有功功率等于风电场内各台机组有功功率之和。若风电场内有多种类型的风力机，或风力机安装在多个区段，且各区段的风速有差异，则可用多台等效发电机模拟风电场的特性，不同台发电机分别模拟不同类型或区段的风力机群。该模型常用于分析风电场的动态特性或电网故障下风电场的响应及对电力系统的影响。第二种集中建模方式是对风电场进行稳态等效^[25]。采用恒功率源模型（PQ模型）、负阻抗模型（RX模型）甚至用风力机的功率特性曲线来描述风电场的输出特性。该模型非常简单，但对风电场动态特性的模拟准确度有限，常用于分析风电场的功率波动和含风电场电力系统的潮流分布。

当然，除了上述机理性建模方法外，也可基于系统辨识的方法根据风电场的实测数据对其进行建模，这些方法并不能反映风电场动态过程的物理本质，因而应用上有一定的局限性，此处不再赘述。

对于风电场的低电压穿越问题而言，分散建模的方法由于仿真时间和代价都较大，因而并不常用；与之相比，单机动态等效的集中模型可以模拟风力机的动态过程，且仿真代价较小，因而在此类研究中使用较广泛。关于单台风电机组的建模方法，读者可参阅本章的前述章节。