前言

電力系統的仿真技術在其規劃設計和運行管理中都發揮著重要的作用，隨著可再生能源、分布式發電、儲能等新技術的融入，電力系統各種仿真軟件也在不斷發展完善之中。風電在全球范圍的迅猛發展，促進了各種新型風力發電技術的不斷涌現，風電機組的多樣性以及電力電子變流器的并網控制策略日趨復雜，需要建立比傳統發電方式更加詳細和準確的仿真模型，以揭示和評估聯網運行風電機組的動態特性。隨著風力發電在電力系統的滲透率不斷增加，其間歇性、隨機性等固有特點對電網運行的影響日益顯著，對風電系統的準確建模，是對含風電的電網進行穩態和暫態特性分析的必要手段。

本書在講述風力發電的機械和電氣系統數學模型及并網控制策略原理的基礎上，結合具體算例，通過DIgSILENT或MATLAB/Simulink仿真軟件建立典型風電機組的仿真模型，論述其最大功率跟蹤控制、有功和頻率調節、無功和電壓控制等風電機組并網控制的主要特性，分析風電接入對電網的影響，研究低電壓穿越、虛擬慣性控制、阻尼控制等改善并網特性的附加控制，以及通過柔性直流輸電聯網等技術。

本書第1章概述了風電的發展與現狀、風電機組的類型與構成，介紹了風電系統仿真要求及組成模塊。第2章介紹了風力機的氣動與機械系統的原理及建模，包括風速模型、風輪模型和軸系模型。第3章介紹定速機組的原理與建模，分析其并網特性及軟啟動的原理。第4章介紹了雙饋感應電機的運行原理，對其穩態特性及功率關系予以說明，并建立了雙饋電機、變流器接控制系統的動態模型，通過仿真算例研究雙饋風電機組的并網發電特性。第5章首先介紹全功率換流器驅動的風電機組的結構和基本原理，建立PMSG的動態模型，并闡述其PWM換流器的控制策略，分析PMSG在穩態及動態工作特性；此外，對全功率換流器驅動的異步風電機組的原理和控制策略也進行了分析。第6章首先介紹風力發電的特點以及風電滲透率的定義，然后分別從局部和全局的角度分析風電接入對電力系統的影響。第7章主要介紹風電機組在電網電壓跌落及電壓不平衡情況下的動態特性，分析暫態過程中造成電機過壓、過流的機理，研究風電機組在電網擾動下穩定運行的控制策略。第8章將首先分析風電機組的自身無功補償能力及控制策略；在風電場有功調節方面，本章重點研究變速風電機組的虛擬慣性控制對電網的動態穩定性、頻率響應等的支持作用；最后，本章研究了附加有功或無功控制環節的變速風電機組的阻尼控制器的設計方法，使其具有改善系統阻尼、抑制功率振蕩的能力。上述使變速風電機組對電網具有靈活、穩定的調節能力的控制技術，對實現大規模風電場的友好并網具有積極的促進作用。此外，通過柔性直流輸電的海上風電和大型風電基地的風電場并網已成為新的研究熱點，第9章介紹其基本原理和仿真建模，分析其換流站的不同控制方法，研究適用于風電場聯網的多端VSC-HVDC的協調控制策略。

在本書的編寫過程中得到了課題組付超、董淑慧、張翔宇、付媛、王慧等老師們的支持和幫助，同時課題組的研究生韓笑、蘇小晴、張志恒、呂金歷、馬尚、余國龍、陳赟、張敏、袁鑫等同學參與了部分內容編寫、文字錄入及插圖繪制工作，在此向他們表示感謝。

編者殷切希望廣大讀者對書中內容的疏漏、錯誤之處給予批評指正。

編者

2014年9月12日 于華北電力大學（保定）