随着能源和环境问题的日益突出,风力发电以其清洁、灵活、可持续等优点在电网中所占的比例越来越高。大型风电场群已经形成,机组台数多且运行工况差异大,如果对每台机组都单独建模,不仅会大大增加仿真运算规模,延长仿真运算时间,还会使其有效性和准确性面临极大挑战。建立能够兼顾计算量和准确度的风电场等值模型是目前风电并网研究领域亟待解决的关键问题。论文以双馈型风电场为例,研究了风电机组对称电压跌落下的机电暂态特性,通过实际测试、理论推导和仿真计算,对风电机组的建模、集电网络的等值、风电场的多机和单机聚合等关键问题进行了研究与探索。由于风电产业的快速发展和并网标准的日益完善,现有模型难以刻画当前风电机组低电压穿越过程的动态特性,尤其是对故障清除后的恢复过程考虑的不够完善。论文通过大量实测数据,解析了实际风电机组的故障穿越过程,给出了风电机组的通用低电压穿越功率曲线。依次对故障前、故障持续期间及故障清除后的恢复和稳态过程进行了建模,据此设计了相应的转子侧和网侧控制器,通过自动更新控制器参考值的方式,实现了对实际风电机组故障穿越全过程的模拟与跟踪,形成了风电机组故障穿越全过程的建模方法,采用实际测试数据验证了方法的有效性及对全功率型新能源机组的可推广性。风电场通过其内部的集电网络将风电机组联结在一起,因此如何计算集电网络的动态等值参数,是风电场等值建模的一项重要工作。论文以两排两列的简单风电场为基础,以等值前后的节点注入功率和注入电流不变为原则进行等效,提出了集电网络动态等值参数的快速解析计算方法,并推广至具备复杂网络拓扑的任意风电场。通过与两种经典的集电网络等值方法进行对比,验证了所提出的集电网络等值参数解析计算方法的有效性。风电场内机组的运行工况具有时变性和差异性,如何对风电机组进行合理有效的分群是必须解决的首要问题。论文以某一实际风电场为例,通过研究风电机组在不同风速下的低电压穿越特性,发现其功率特性具有聚合特征,据此提出将最大功率跟踪区的起点和终点作为分群指标,将风电机组聚合成三群,建立了风电场的三机等值模型;随后,通过分析风电场在典型风速分布下的三机等值效果,发现工作于最大功率跟踪区的风电机组,需以其单机等值风速为分割点,再分为两群,进而提出了风电场的实用四机等值策略,解决了目前方法面临的机组分群计算复杂和等值机台数不固定的难题。仿真验证发现,所提出的四机等值方法对风速数据和电压跌落程度具有良好的适应性。为进一步简化风电场等值计算的复杂度,论文探讨并论证了单机等值方法对风电场高精度表征的可行性。传统单机等值方法,计算简单,但无法表征场内风电机组动态响应特性的差异。论文通过多组实测风速数据,仿真发现工作于不同风速的风电机组,在低电压穿越期间的稳态功率不同,而且故障清除后虽均按一定的有功增长速率恢复至正常状态,但所需的恢复时间不同。以两机简单风电场为例,推导出了风电场故障穿越全过程动态行为的解析表达式,探明了传统单机等值模型的误差恰好来源于故障期间的稳态功率差异和故障清除后的功率恢复速率差异。随后推广至复杂多机风电场,提出了基于故障穿越全过程动态行为校正的解析单机等值方法。进一步,从电压参量的获取和功率恢复速率的校正两个方面,给出了实用的简化策略,并设计了相应的实现方案。采用实际风电场及多组风速数据进行仿真分析,验证了提出的解析单机等值方法的有效性及对全功率型新能源场站的可推广性。