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清華大學自動化系、悉尼大學電氣與信息工程學院的研究人員馬少康、耿華、馬進、楊耕，在2017年《電工技術學報》增刊1上撰文，提出一種雙饋型風電場詳細模型的建模方法。

所建立的模型可體現風場內每一臺風機以及集電系統的電磁暫態過程。該建模方法利用元件連接法（CCM）的思路,首先將風機、集電線路及變壓器等視為分立元件,并建立各個元件的詳細模型。再根據CCM元件連接規則連接各元件,構成風電場的詳細模型。

利用該建模方法能夠獲得系統的非線性微分方程,便于后續利用非線性系統理論進一步對系統展開分析。此外,該模型建立在dq坐標系,穩態時各物理量均為直流,借助線性化工具,可方便地獲得風電場在某穩態工作點處的線性化矩陣。通過對比仿真驗證了該建模方法的準確性。

風能作為一種新能源，有助于緩解能源危機、改善碳排放問題。風力發電技術在近幾十年飛速發展。風電機組可分為定速機組與變速機組兩類，其中，雙饋型變速風力發電機組為目前主要應用的類型，已在眾多風電場投入運行[1,2]。

風電基地一般位于電力網絡末端，且距離負荷中心較遠，需要進行長距離輸電。這使得風電場與電網呈現弱連接特性（風電并網點短路容量低）[3,4]。此外，由于集電系統的影響，風電場內部同樣是一個分布式的網絡，隨著單臺風電機組功率等級不斷提高、風電場規模的不斷擴大，每臺風力發電機的功率波動會通過集電系統影響其他機組的端電壓。

雙饋變速型風力發電機組一般采用矢量控制方式，需要采樣機組端電壓并進行鎖相，根據鎖相環輸出的端電壓角度以及電角速度進行控制。在弱連接時，風電機組輸出波動會造成風場并網點以及場內電壓波動，而電壓波動又會影響鎖相環，從而反過來影響風電機組的輸出。因此，風電場與電力系統之間[5]、風電場內部各臺風機之間[6]會互相影響，產生交互耦合現象，嚴重時可能會導致切機。

為了研究風場與電網、風場內部風機之間交互對風電場穩定運行的影響，首先需要建立能夠反映風電機組和集電系統機電及電磁暫態過程的風電場詳細模型。雖然針對風電場詳細建模已有較多的成果，但都重點關注風電場并網特性，多采用動態等值模型對風電場進行建模，如單機等效[7, 8]或多機等效方法[9]。

采用等值建模的方法對風電場內的風電機組和集電系統進行了簡化和聚合，改變了風電場內部的連接結構，只能近似地對風電場與電網的交互過程進行定性分析，無法準確刻畫風場與電網交互的所有動態過程，更無法體現場內的交互。因此，建立風電場詳細模型是必要的。

文獻[10]對風電場內部進行了詳細建模，但該模型并未考慮鎖相環估計角度的動態過程。因鎖相環對系統的動態特性有較大影響，忽略鎖相環動態過程的建模是不準確的。特別是在弱電網情況下，由于電網等效阻抗較大，輸出電流在等效阻抗上產生壓降從而影響端電壓，又因為鎖相環是通過追蹤端電壓而工作的，而輸出電流的角度又由鎖相環決定，從而導致鎖相環與電網之間的交互耦合。弱電網情況下鎖相環與線路的復雜耦合情況甚至會引起系統的不穩定[4, 6, 11]。

如果不對鎖相環進行建模，這種交互影響便無法體現。因此，對鎖相環的建模是必須的。雖然利用現有的商業仿真軟件如PSCAD、Simulink等，可以建立風電場詳細模型，但是，研究人員無法通過這些軟件獲得系統的非線性微分方程，因此只能利用仿真軟件進行時域曲線模擬，無法采用非線性理論進一步對風電場展開研究[12]。

本文采用元件連接（ComponentsConnection Method，CCM）的思路[13,14]，提出了一種風電場建模的方法。該建模方法將系統內的每一個組成部分，如風電機組、線路等，視作一個元件，先分別建立每個元件的dq軸模型，最后再根據場內網絡結構，并遵循CCM的連接規則，將系統內的諸多元件連接成為一個整體。

相比于利用商業仿真軟件建立的靜止abc軸系模型，本文的建模方法最終可得到系統的非線性方程，可利用如直接法等理論做進一步分析[12]。相比商業軟件的abc坐標系模型，本文模型階數更低。同時，借助線性化工具可方便地獲得包含電磁尺度動態過程的線性化矩陣用于小信號分析。

圖1 DFIG詳細模型框圖