前言

电力系统的仿真技术在其规划设计和运行管理中都发挥着重要的作用，随着可再生能源、分布式发电、储能等新技术的融入，电力系统各种仿真软件也在不断发展完善之中。风电在全球范围的迅猛发展，促进了各种新型风力发电技术的不断涌现，风电机组的多样性以及电力电子变流器的并网控制策略日趋复杂，需要建立比传统发电方式更加详细和准确的仿真模型，以揭示和评估联网运行风电机组的动态特性。随着风力发电在电力系统的渗透率不断增加，其间歇性、随机性等固有特点对电网运行的影响日益显著，对风电系统的准确建模，是对含风电的电网进行稳态和暂态特性分析的必要手段。

本书在讲述风力发电的机械和电气系统数学模型及并网控制策略原理的基础上，结合具体算例，通过DIgSILENT或MATLAB/Simulink仿真软件建立典型风电机组的仿真模型，论述其最大功率跟踪控制、有功和频率调节、无功和电压控制等风电机组并网控制的主要特性，分析风电接入对电网的影响，研究低电压穿越、虚拟惯性控制、阻尼控制等改善并网特性的附加控制，以及通过柔性直流输电联网等技术。

本书第1章概述了风电的发展与现状、风电机组的类型与构成，介绍了风电系统仿真要求及组成模块。第2章介绍了风力机的气动与机械系统的原理及建模，包括风速模型、风轮模型和轴系模型。第3章介绍定速机组的原理与建模，分析其并网特性及软启动的原理。第4章介绍了双馈感应电机的运行原理，对其稳态特性及功率关系予以说明，并建立了双馈电机、变流器接控制系统的动态模型，通过仿真算例研究双馈风电机组的并网发电特性。第5章首先介绍全功率换流器驱动的风电机组的结构和基本原理，建立PMSG的动态模型，并阐述其PWM换流器的控制策略，分析PMSG在稳态及动态工作特性；此外，对全功率换流器驱动的异步风电机组的原理和控制策略也进行了分析。第6章首先介绍风力发电的特点以及风电渗透率的定义，然后分别从局部和全局的角度分析风电接入对电力系统的影响。第7章主要介绍风电机组在电网电压跌落及电压不平衡情况下的动态特性，分析暂态过程中造成电机过压、过流的机理，研究风电机组在电网扰动下稳定运行的控制策略。第8章将首先分析风电机组的自身无功补偿能力及控制策略；在风电场有功调节方面，本章重点研究变速风电机组的虚拟惯性控制对电网的动态稳定性、频率响应等的支持作用；最后，本章研究了附加有功或无功控制环节的变速风电机组的阻尼控制器的设计方法，使其具有改善系统阻尼、抑制功率振荡的能力。上述使变速风电机组对电网具有灵活、稳定的调节能力的控制技术，对实现大规模风电场的友好并网具有积极的促进作用。此外，通过柔性直流输电的海上风电和大型风电基地的风电场并网已成为新的研究热点，第9章介绍其基本原理和仿真建模，分析其换流站的不同控制方法，研究适用于风电场联网的多端VSC-HVDC的协调控制策略。

在本书的编写过程中得到了课题组付超、董淑慧、张翔宇、付媛、王慧等老师们的支持和帮助，同时课题组的研究生韩笑、苏小晴、张志恒、吕金历、马尚、余国龙、陈赟、张敏、袁鑫等同学参与了部分内容编写、文字录入及插图绘制工作，在此向他们表示感谢。

编者殷切希望广大读者对书中内容的疏漏、错误之处给予批评指正。

编者

2014年9月12日 于华北电力大学（保定）