随着风电场建设日趋大型化、规模化,以及风电在电力结构中的比例不断提高,风力发电问题已经不再是单独的发电技术问题。风力发电与电力系统之间的联系越来越紧密,相互之间的作用也越来越复杂。为了准确分析接入电力系统后,风电场所表现出来的动态特性以及给系统带来的影响,需要对风电场模型进行深入研究。基于风电场本身具有的多时空尺度特性,本文分别对变速风电机组的时间尺度和风电场的空间尺度进行研究,并建立了多尺度风电场动态聚合模型。本文首先针对变速风电机组,提出了多时间尺度建模方法,即按照其快慢动态行为将风电机组建模划分为分钟级时间尺度和秒级时间尺度。通过分析变速风电机组各环节数学模型及其运行控制特性,对变速风电机组模块化结构下的每个模块在不同时间尺度下的控制策略进行研究,并在DIgSILENT/Power Factory仿真平台上搭建实现。仿真结果表明了本文所建立的多时间尺度变速机组模型的准确性及全面性,为风电场建模提供了单机模型基础。其次,建立了考虑尾流效应的风速分布模型作为风电场的风能输入模块,并基于MATLAB编程实现形成不同时刻的风速分布矩阵,为风电场详细模型的风速输入模块提供参数矩阵,并为机组空间尺度划分提供数据样本。最后,建立了变空间尺度的风电场动态聚合模型。通过分析风电机组的运行特性,提出了由风速、机组有功出力、无功功率参考值、机组类型以及出口电压组成的风电场的空间尺度划分指标体系。基于该指标体系采用改进的κ-均值聚类算法对同一空间关系中的机组群进行聚类,并按照功率守恒定律对机组参数进行等值计算。综合上述计算结果,在DIgSILENT上建立了变空间尺度的风电场动态聚合模型并进行仿真分析,结果表明本文建立的多尺度动态聚合风电场模型能够很好地反映风电场的出口特性,具有更接近于实际风电场的动态响应。