考虑尾流效应的并网风电场等值建模与仿真

受能源危机和环境污染的影响，新能源因其可持续性、清洁、环保等特点，受到了各国研究人员的关注。当今新能源开发和利用中，风力发电是技术最成熟、最具有大规模开发和商业开发条件的新能源[1]。我国风能资源丰富且分布集中，主要集中在“三北”地区，这一特点决定了我国风力发电呈大规模、集中式开发。与常规发电方式相比，风力发电具有波动性、间歇性和随机性，风电场并网必然会给电力系统的潮流、电能质量和稳定性等问题带来影响[2,3,4,5,6]。因此，有必要对风电场并网后对电力系统的影响进行深入的研究，而并网风电场的建模是首要问题[7]。

风力发电机组一般是由风力机、传动机构、风力发电机和相应的控制系统构成。风力机的作用是把风能转化成机械能，可以分为定桨距和变桨距这2种，其中，变桨距比定桨距能量转换率高，随着风电场在电力系统中渗透率的增加，发电效率变得日益重要，故变桨距取代定桨距是发展的趋势[8]。发电机的作用是把机械能转换成电能，根据发电机的运行特性和控制技术，风力发电可以分为恒速恒频和变速恒频这2种，由于恒转速恒频发电系统的风力机转速保持不变，而风速又在经常的变化，使得风力机常常工作在低效状态，变转速恒频发电系统具有风能转换效率高、发电机与电网之间为柔性连接、交流励磁等特点[9]。由于上述变速恒频发电系统的优点，自20世纪90年代开始，国内新建发电场大多采用变速恒频方式，变速恒频发电技术成为今后风力发电技术的趋势。风电场是由几十台到上千台风力发电机组构成，风力发电机组在风电场中呈矩阵式排列，风力机之间的尾流效应使得风力机输入的风速不同，造成发电机组工作状态不同[10,11,12]。研究风电场并网后对电力系统的影响，考虑的不是风电场内每台风力发电机组对电力系统的影响，而是作为整体对电力系统的影响。所以，在建立风电场等效模型成为首要研究的问题[13,14,15,16]。

本文以考虑尾流效应的并网风电场建模为研究对象，提出1种基于Jensen模型平均风速单机表征方法来建立风电场等效模型，在Matlab/Simulink仿真平台上建立基于Jensen模型平均风速单机表征的并网风电场等值模型。