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風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是一個復(fù)雜的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，不同的變流器及其發(fā)電機等均可能在系統(tǒng)中應(yīng)用，近期的研究分析表明大約66％石家莊風(fēng)機廠的風(fēng)機通過電力電子功率器件并網(wǎng)，而且此種趨勢還在逐漸增大。而大規(guī)模開發(fā)利用風(fēng)電所面臨的挑戰(zhàn)主要來源于電力系統(tǒng)對風(fēng)力發(fā)電的要求，這一要求主要取決于三個方面：電力系統(tǒng)的配置、風(fēng)力發(fā)電的裝機容量以及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出電能的變化。風(fēng)力發(fā)電的裝機容量對電力系統(tǒng)的影響通常用風(fēng)力發(fā)電的“穿透率(Penetration)”來描述，風(fēng)力發(fā)電的穿透率是指風(fēng)力發(fā)電量與電力消耗量的百分比。風(fēng)力發(fā)電量占總電力消耗量的比重小于5％的情況，通常認為是低穿透率，而高于1 0％的情況通常被認為是高穿透率。
這些挑戰(zhàn)與問題的關(guān)鍵是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的交互影響，其主要表現(xiàn)在以下兩個方面：(1)風(fēng)力發(fā)電對電網(wǎng)的影響風(fēng)力發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響主要取決于風(fēng)力發(fā)電的電網(wǎng)穿透率、電網(wǎng)的容量以及電力系統(tǒng)中電能的混合狀況。首先，由于風(fēng)電場選址布局的特殊性，大多數(shù)風(fēng)電場距電網(wǎng)主系統(tǒng)和負荷中心很遠，風(fēng)電場多與弱電網(wǎng)相連接，且其電能來源較為單一，風(fēng)力發(fā)電均具有較高的穿透率。這樣一來，風(fēng)電場向電網(wǎng)提供發(fā)電量的同時，還極大地影響到電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。其次，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出電能的變化，即風(fēng)力發(fā)電的時變性是由風(fēng)能的變化所引起的，風(fēng)能每秒、每分、每天、每月和每年都在變化著，這些變化都會直接影響到風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出電能的變化。再次，風(fēng)機的動態(tài)輸出轉(zhuǎn)矩、功率中本身就存在能量的波動，其對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)電能質(zhì)量勢必會有影響。風(fēng)力發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響可以分為短期影響和長期影響、局部影響和整個系統(tǒng)的影響。其中短期影響包括：電壓控制、常規(guī)電廠(熱電廠、水電廠等)的發(fā)電效率、輸配電的效率、電能2質(zhì)量等，長期影響主要指電力系統(tǒng)的可靠性。
在以上各種影響中，除電壓控制為局部影響外，其它皆為系統(tǒng)影響。因此，大規(guī)模風(fēng)電場的接入給電網(wǎng)的可靠性運行帶來了極大地挑戰(zhàn)。(2)石家莊風(fēng)機廠的風(fēng)機對電網(wǎng)電壓的適應(yīng)性要求風(fēng)電場的大規(guī)模接入對弱電網(wǎng)的電能質(zhì)量有很大影響，同時電網(wǎng)電壓的閃變、不平衡等故障對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的正常運行也造成了極大地影響。風(fēng)力發(fā)電的低電壓穿越能力成為了風(fēng)力發(fā)電的研究熱點之一，石家莊風(fēng)機廠的風(fēng)機特別是雙饋型石家莊風(fēng)機廠的風(fēng)機，對電網(wǎng)電壓變化的適應(yīng)能力，特別是電網(wǎng)故障情況下的適應(yīng)能力，目前一直是風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域廣為關(guān)注的研究課題。對于傳統(tǒng)的基于籠型異步電機的石家莊風(fēng)機廠的風(fēng)機，當電網(wǎng)電壓跌落較大時將脫離電網(wǎng)，不具有低電壓穿越(LvlH)特性，不適合現(xiàn)代電力系統(tǒng)對石家莊風(fēng)機廠的風(fēng)機并網(wǎng)的要求19 J。對雙饋型石家莊風(fēng)機廠的風(fēng)機而言，由于雙饋電機定子與電網(wǎng)之間直接耦合，電網(wǎng)電壓的任何波動都會在電機內(nèi)部引起較大的電磁過渡過程，這一振蕩過程甚至?xí)斐赊D(zhuǎn)子變流器的損壞。
目前由于雙饋型石家莊風(fēng)機廠的風(fēng)機在1．5MW以上級別的大功率石家莊風(fēng)機廠的風(fēng)機中居于主導(dǎo)地位，再加上現(xiàn)在大功率風(fēng)電場包括近海風(fēng)電場多采用雙饋型石家莊風(fēng)機廠的風(fēng)機這一機型，因而關(guān)于雙饋電機對電網(wǎng)電壓適應(yīng)性的研究倍受關(guān)注，目前關(guān)于雙饋型石家莊風(fēng)機廠的風(fēng)機的LVRT特性，美國GE風(fēng)能公司走在了前列。對于基于全功率變流器的變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)而言，由于發(fā)電機與電網(wǎng)之間完全解耦，因此電網(wǎng)電壓的波動對石家莊風(fēng)機廠的風(fēng)機的影響較小，其LvI盯特性主要取決于全功率變流器的控制。同樣，大規(guī)模風(fēng)電場的接入對風(fēng)力發(fā)電的電網(wǎng)適應(yīng)性提出了更高的要求。這樣一來，風(fēng)力發(fā)電的快速發(fā)展，需要大量的實驗研究，而如此大規(guī)模的風(fēng)場實驗研究顯然是不現(xiàn)實的，因為實際風(fēng)場實驗投資大，周期長且對自然環(huán)境的依賴性高，很不利于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的研究。因此有必要建立風(fēng)力發(fā)電實驗室模擬系統(tǒng)進行風(fēng)力發(fā)電的前期研究，以加快風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，這是本文的集中關(guān)注點。