第1章 绪论
1.1 概述
随着全球人口增长和经济发展对能源需求的持续增加，使用传统能源而面临的能源短缺和环境污染问题日益突出。煤、石油、天然气是当今世界的三大主力能源，目前约占一次能源消耗的80%。而化石性能源的稀缺性和不可再生性使其价格不断上涨，按现在能源的消耗速度和探明储量，世界上的石油、天然气和煤等生物化石能源有可能在40～200年内逐渐耗尽；并且化石性能源燃烧产生有害气体，污染环境、危害身体健康、导致全球变暖。因此，寻求清洁、可再生的替代性能源以满足不断增长的能源需求，是当今世界面临的重要问题。
替代性能源包括水能、核能和可再生能源。水能和核能虽然是现阶段低碳能源的首选，但水电开发总量有限并且影响自然环境，核电有泄漏危险和核废料处理问题。从长远来看，开发和利用清洁的、取之不尽用之不竭的可再生能源才是未来解决能源与环境问题的根本途径。
可再生能源包括太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能、氢能等。而其中风能是目前可再生能源中技术成熟程度、规模化开发程度和商业化程度最高的发电方式。风能由太阳能转化而来，地球表面的温差引起空气流动，而空气具有一定质量，因此空气流动就具有一定的动能，这就是人类可以利用的风能。风能是清洁无污染的可再生能源，而且风能资源分布广泛，总量十分可观。全球可利用的风能约为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量大10倍，风能将成为21世纪的主要能源之一。
近年来风力发电一直保持着世界增长最快能源的地位。丹麦到2020年和2050年风力发电比例计划将提高到42%和100%；欧盟的总体目标则是在2020年和2050年由风力发电分别提供17.5%和50%的电力；美国的目标是到2030年风力发电占电力供应的30%。未来欧美地区如此高的风力发电渗透率势必对其电网的稳定运行提出严峻的挑战。目前我国风力发电总装机容量为世界第一，到2020年和2050年，中国风电装机容量将分别达到200GW和1000GW，而发电量将分别占总量的5%和17%，风电将成为中国的五大电源之一。
风能的巨大潜力使其在世界未来能源中扮演重要角色。风力发电技术已经达到了非常可靠和先进的水平，而且随着风电成本逐渐降低，将使风能可以与传统的化石燃料发电技术竞争。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。尽管我国风力发电量比重低于欧美国家，但由于我国风电主要集中在三北地区的风电基地，“大规模-高集中-高电压-远距离输送”的模式使得风电并网问题更加突出。
对风力发电系统的准确建模，是对含风力发电的电网进行稳态和暂态特性分析的必要手段。风力发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力发电机组的动态特性，从而为大规模风力发电渗透到电网之后的电力系统的调度管理提供理论基础。