风电的高速发展,在一定程度上影响和改变了传统电力系统的结构及特点,研究人员需要通过仿真分析手段研究风电与电网之间的友好关系。由于风电场模型的阶数十分庞大,电力系统仿真软件对其难以承受,因此对模型进行等值处理成为风电并网分析的基础。本文针对拥有巨大发展潜力的直驱风电机组,就机组的建模、模型简化和风电场等效建模展开研究。针对风电机组实际低电压穿越控制策略难获取、电磁暂态模型有效性不足的问题,本文在研究直驱风电机组的数学模型和控制策略后,重点关注了低电压穿越问题。基于风电场低电压穿越实测数据,总结出风机变流器在低电压期间典型的功率控制规律,得出有功电流和无功电流的控制函数关系式。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建相应的仿真模型,并根据《风电机组低电压穿越建模及验证方法》标准,采用低电压穿越实测数据对模型进行了验证。验证结果表明所搭建仿真模型的低电压穿越特性和实际风电机组的响应特性基本一致,各项偏差满足标准要求,可为后续研究提供可靠的模型。为减小计算压力,本文研究了直驱风电机组的模型简化方法。根据研究需求的不同,选择性地忽略风电机组模型中惯性时间常数较小的部件,建立了电磁暂态简化模型和机电暂态简化模型。从模型响应性能和仿真耗时两个角度对简化模型进行了评价。仿真结果表明简化模型可以反映风电机组的输出特性,在节省仿真时间上具有明显的优势。以风电机组的暂态响应为入手点,基于对有功功率暂态响应曲线的分析和分解,提出直驱风电场的等值方法。对于采用有功斜坡恢复策略的直驱风电场,提出多机等值法,其分群策略为:依据全风速下有功暂态响应曲线的走势对风速区进行一次分割;逐个风速区搜索可能的“隐藏”分割点;通过设置不同风速分布的场景,探究影响“隐藏”分割点显隐性的因素。研究表明:一般三群即可满足精度要求;若有较多风速位于中风速区,可在中风速区的等值风速处再次分群。对于采用有功瞬间恢复策略的直驱风电场,由于全风速下有功暂态响应曲线呈现的整体统一性,提出单机等值法。通过多组实测风速数据对等值方法进行仿真验证,结果表明本文中对两种功率恢复策略的风电场的等值处理方法均具有良好的等值效果。