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　　近年來世界風力發(fā)電發(fā)展迅速，風電裝機容量平均每年以高于20%的速度長。截止到2002年底，全世界風力發(fā)電裝機容量約為31128麗，其中我國風電裝機容量達468.42麗。目前，兆瓦級風力發(fā)電機組己逐漸取代600kW級的機組，成為國際上風力發(fā)電機市場的主力機型，風電機組正向著大型化、變槳距和變速恒頻的方向不斷發(fā)展和完善。

　　雖然變速恒頻風電機組與固定轉速的風電機組相比在性能上有較大改善，但由于風速變化的基金項目：國家高技術研宄發(fā)展計劃（863計劃）項目（2001AA512021-5）。

　　隨機性，變速恒頻風電機組的并網運行對電力系統(tǒng)而言仍然是一種波動的沖擊功率，因而必須對這種風電機組的并網運行特性進行研究。變速恒頻風電機組的發(fā)電機采用雙饋感應電機，對它的穩(wěn)態(tài)模型進行了研究，建立了基于與定子磁場同步旋轉的dq坐標系的數(shù)學模型。因為雙饋發(fā)電機的轉速和定子側的無功功率都可以調節(jié)，所以轉速控制規(guī)律和無功功率控制規(guī)律對變速恒頻風電機組的穩(wěn)態(tài)特性也有很大的影響。、介紹了轉速控制和無功功率控制的基本思想，其中轉速控制的目標是使風力機的功率系數(shù)最優(yōu)，而無功功率控制則根據其接入的電力系統(tǒng)的實際運行方式可以設定為功率因數(shù)恒定或端電壓恒定兩種控制方式。

　　風電機組發(fā)出的有功功率主要取決于風速的大小，而無功功率則取決于風電機組的無功控制方案。一般風電場位于偏遠地區(qū)，電網結構薄弱，當無功功率控制的設定值達到風電機組的無功功率極限時，一方面轉子繞組發(fā)熱將導致風電機組停機，另一方面由于不能向系統(tǒng)中提供或吸收足夠的無功功率，將導致端電壓降低或升高，嚴重時將導致系統(tǒng)電壓失穩(wěn)。因而研究變速恒頻風電機組的無功功率極限是很有必要的。對此問題進行了一定的研究，但它只討論了發(fā)電機定子繞組中有功功率和無功功率的穩(wěn)態(tài)運行域問題，并沒有解決整個風電機組注入系統(tǒng)的有功功率和無功功率的穩(wěn)態(tài)運行域問題。另外，該沒有考慮轉速控制規(guī)律的影響。

　　本文建立了變速恒頻風電機組的穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型，在此模型基礎上提出了計算無功功率極限的方法，該方法解決了風電機組注入系統(tǒng)的有功功率和電網技術無功功率穩(wěn)態(tài)運行域問題，并且考慮了轉速控制的影響。

　　2變速恒頻風電機組的數(shù)學模型2.1風力機的機械功率變速恒頻風電機組采用雙饋感應電機，與固定轉速風電機組相比，加了定子繞組與轉子繞組之間的變頻裝置，其基本結構如所示。

　　風力機的機械功率可以表示為空氣動能中轉換的機械能所占的比例，是槳距角和葉尖速比又的函數(shù)（2=，尺是葉片半徑，是風力機轉速）；A為葉片掃風面積；p為空氣密度；v為風速。發(fā)電機模型雙饋感應電機的穩(wěn)態(tài)等值電路如所示。

　　據可列出雙饋感應電機的穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型Us定子側功率為轉子側功率為時有力機參數(shù)決定的；opt是由風力機葉片參數(shù)決定的系數(shù)，它可以保持風力機功率系數(shù)最優(yōu)；me為風力機轉速下限；max為風力機轉速上限；埤為發(fā)電機同步速對應的風力機轉速。

　　3變速恒頻風電機組的無功功率范圍bookmark3 P=198kW；P2=576kW；P3=656kW.表1算例變速恒頻風電機組的風功率特性風電機組注入系統(tǒng)的有功功率為定子繞組的有功功率和轉子繞組的有功功率之和。在次同步速運行方式下，轉子繞組吸收有功；超同步速運行方式下，轉子繞組發(fā)出有功。轉子繞組的有功功率可以由式（8）求得。

　　定子側有功功率和無功功率運行范圍受定子繞組、轉子繞組和變流器轉子側的電流限制影響，但其中起主要作用的是變流器轉子側的電流限制，可以表示為風電機組注入系統(tǒng)有功功率變化時，其無功功率極限變化曲線如所示�？梢钥闯觯�該曲線不是規(guī)則曲線，這是因為當風電機組注入系統(tǒng)有功功率Pe變化時，轉差率s將按照所示的控制規(guī)律變化，則式（10）中第1個方程的參數(shù)將隨之變化，導致曲線發(fā)生不規(guī)則變化。圖中，位于上半平面的曲線表示風電機組發(fā)出無功功率的極限，下半平面的曲線表示吸收無功功率的極限。

　　當風電機組端電壓變化時，它的無功功率極限也隨之變化。機端電壓越高，它發(fā)出的無功功率極限越低，可以吸收的無功功率極限越大。

　　額定電流的150°%.將式（6）分別代入式（8）和式（9），可得式（10）為一空間曲面方程，其在Pe-Qe平面的投影就是變速恒頻風電機組的無功功率限制范圍。當風電機組的有功功率Pe在0化時，相應的無功功率極限可以由式（10）求得。

　　選取額定功率為800kW的變速恒頻風電機組，壓為690V；額定功率因數(shù)為-0.98.它的風功率特性示于表1.發(fā)電機調速范圍為-30%至+22%.其轉速控制規(guī)律如所示，其中=0.7叫；5結論根據變速恒頻風電機組的結構和工作原理，本文建立了變速恒頻風電機組的穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型，并提出了一種計算變速恒頻風電機組的無功功率極限的方法，該方法能夠計算出風電機組注入系統(tǒng)的有功功率和無功功率運行范圍。應用本文提出的方法對一臺800kW的變速恒頻風電機組進行了計算分析，計算結果表明：變速恒頻風電機組定子側無功功率可以在一定范圍內進行調節(jié)，其調節(jié)范圍隨定子側有功功率而變化，并受風電機組轉子轉速和轉子側功率變化情況的影響；在考慮了風電機組的轉速控制以后，其穩(wěn)態(tài)功率運行范圍邊界是一簇隨機端電壓變化的不規(guī)則曲線。

　　該方法可用于確定變速恒頻風電機組的無功功率控制整定值。另外，在電力系統(tǒng)潮流計算中，可以將變速恒頻風電機組處理為PV節(jié)點，應用該方法能確定變速恒頻風電機組的無功功率極限。當風電機組發(fā)出的無功功率超過無功功率極限時，其節(jié)點屬性將從PV節(jié)點轉換為PQ節(jié)點。