第1章 緒論

1.1 概述

隨著全球人口增長和經(jīng)濟(jì)發(fā)展對能源需求的持續(xù)增加，使用傳統(tǒng)能源而面臨的能源短缺和環(huán)境污染問題日益突出。煤、石油、天然氣是當(dāng)今世界的三大主力能源，目前約占一次能源消耗的80%。而化石性能源的稀缺性和不可再生性使其價格不斷上漲，按現(xiàn)在能源的消耗速度和探明儲量，世界上的石油、天然氣和煤等生物化石能源有可能在40～200年內(nèi)逐漸耗盡；并且化石性能源燃燒產(chǎn)生有害氣體，污染環(huán)境、危害身體健康、導(dǎo)致全球變暖。因此，尋求清潔、可再生的替代性能源以滿足不斷增長的能源需求，是當(dāng)今世界面臨的重要問題。

替代性能源包括水能、核能和可再生能源。水能和核能雖然是現(xiàn)階段低碳能源的首選，但水電開發(fā)總量有限并且影響自然環(huán)境，核電有泄漏危險和核廢料處理問題。從長遠(yuǎn)來看，開發(fā)和利用清潔的、取之不盡用之不竭的可再生能源才是未來解決能源與環(huán)境問題的根本途徑。

可再生能源包括太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽堋淠艿取６渲酗L(fēng)能是目前可再生能源中技術(shù)成熟程度、規(guī)模化開發(fā)程度和商業(yè)化程度最高的發(fā)電方式。風(fēng)能由太陽能轉(zhuǎn)化而來，地球表面的溫差引起空氣流動，而空氣具有一定質(zhì)量，因此空氣流動就具有一定的動能，這就是人類可以利用的風(fēng)能。風(fēng)能是清潔無污染的可再生能源，而且風(fēng)能資源分布廣泛，總量十分可觀。全球可利用的風(fēng)能約為2×10⁷MW，比地球上可開發(fā)利用的水能總量大10倍，風(fēng)能將成為21世紀(jì)的主要能源之一。

近年來風(fēng)力發(fā)電一直保持著世界增長最快能源的地位。丹麥到2020年和2050年風(fēng)力發(fā)電比例計劃將提高到42%和100%；歐盟的總體目標(biāo)則是在2020年和2050年由風(fēng)力發(fā)電分別提供17.5%和50%的電力；美國的目標(biāo)是到2030年風(fēng)力發(fā)電占電力供應(yīng)的30%。未來歐美地區(qū)如此高的風(fēng)力發(fā)電滲透率勢必對其電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行提出嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。目前我國風(fēng)力發(fā)電總裝機(jī)容量為世界第一，到2020年和2050年，中國風(fēng)電裝機(jī)容量將分別達(dá)到200GW和1000GW，而發(fā)電量將分別占總量的5%和17%，風(fēng)電將成為中國的五大電源之一。

風(fēng)能的巨大潛力使其在世界未來能源中扮演重要角色。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了非常可靠和先進(jìn)的水平，而且隨著風(fēng)電成本逐漸降低，將使風(fēng)能可以與傳統(tǒng)的化石燃料發(fā)電技術(shù)競爭。隨著風(fēng)力發(fā)電在電力系統(tǒng)的滲透率不斷增加，其間歇性、隨機(jī)性等固有特點(diǎn)對電網(wǎng)運(yùn)行的影響日益顯著。盡管我國風(fēng)力發(fā)電量比重低于歐美國家，但由于我國風(fēng)電主要集中在三北地區(qū)的風(fēng)電基地，“大規(guī)模-高集中-高電壓-遠(yuǎn)距離輸送”的模式使得風(fēng)電并網(wǎng)問題更加突出。

對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的準(zhǔn)確建模，是對含風(fēng)力發(fā)電的電網(wǎng)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)特性分析的必要手段。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的多樣性以及電力電子變流器的并網(wǎng)控制策略日趨復(fù)雜，需要建立比傳統(tǒng)發(fā)電方式更加詳細(xì)和準(zhǔn)確的仿真模型，以揭示和評估聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的動態(tài)特性，從而為大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電滲透到電網(wǎng)之后的電力系統(tǒng)的調(diào)度管理提供理論基礎(chǔ)。