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摘 要：为了研究风电场和电力系统相互作用的稳定性，提出一种用于小干扰稳定分析的风力发电机组的数学模型。应用该建模方法对风电场接入无穷大系统和接入三机系统的两种情况进行了计算，研究了风电场接入系统后影响系统小干扰稳定性的因素。算例分析表明，与风电机强相关的振荡模式有着很好的阻尼；与电力系统相连时，风电场对与大系统中其它同步发电机强相关的振荡模式影响很小。该建模方法为包含风电场电力系统的小干扰稳定分析提供了理论依据和实用工具。
关键词：风力发电机；电力系统；小干扰稳定分析
1 引言
风能是一种洁净的可再生能源，在当今能源和环境问题日益受到关注的情况下，利用风能进行发电日益受到人们的重视。随着科学技术的不断发展，风力发电技术在世界上得到了飞快的发展，越来越多的大中型风电场相继建成并投入运行，风力发电的发展走上了功率大、重量轻、造价低、可靠性高的商业化道路。我国地域辽阔，风力资源丰富，充分利用风力发电已成为一项重要而迫切的任务。近年来，我国风力发电已具备了一定的规模，已有27座稍具规模的风电场，到2001年底，全国风力发电总装机容量达399.9MW。
由于风能具有随机性和间歇性的特点，随着风力发电规模的不断扩大，风电场并网及并网后的稳定和安全问题逐渐成为电力工作者急需解决的新课题。其中建立风力发电机组及风电场的数学模型，并进行仿真分析是重要的手段之一。传统的风力发电机基本采用同步发电机，但自20世纪80年代以来，世界上大中型风力发电机绝大多数已采用异步发电机。异步发电机有着制造简单，启动方便，并网要求低，易于自动控制等特点。因此研究异步风力发电机的数学模型及系统的仿真分析有重要意义。
文[1]从控制角度建立了大型变桨距恒速水平轴风力机带动异步电机并网的非线性数学模型，在不同风速下进行了开环仿真，为控制器的设计提供了依据；文[2]以发电机惯例建立了风力发电机数学模型并进行了动态仿真分析，对风电场系统和风水互补系统的稳定性进行了研究；文[3]建立了详细的风力发电机组数学模型，并结合实际风电场接入情况研究了风电机组并网后造成的电网电压波动现象。
本文在文[1]、[2]、[3]的基础上，建立了可用于小干扰稳定分析的风力发电机组数学模型，并通过2个算例研究了影响包含风电场的电力系统的小干扰稳定性的因素。
2 数学模型
2.1 风轮机系统
风轮机主要由叶片、轮毂、齿轮箱和联轴器等传动装置组成。
（1）叶片的主要作用是将风能转换成作用在轮毂上的机械转矩。风速与转矩之间的关系如下
