近电气距离大规模风电与直流系统运行耦合机理研究

摘要

清洁能源的大规模开发和利用，是保障我国能源安全、发展低碳经济、优化一次能源结构的重要举措，其中新能源发电尤其是风力发电已经成为发展最快、商业化前景最好、技术最成熟的清洁能源开发方式。根据西北“十二五”规划，到2016年目标年我国宁夏地区将有12000MW左右的风电、光伏通过集中、分布式的模式接入电网，届时，并网风电容量将高达8300MW，以及±800kV宁绍直流投入运行，加上已建设的±660kV宁东直流，宁夏电网将形成大规模高渗透接入的风电与大型火电能源基地打捆交直流外送系统。近电气距离大规模风电与直流系统将相互作用、影响，会给电网安全稳定运行带来风险，这种运行风险尚待深入研究并掌控。因此，研究大规模风电与直流系统之间的耦合影响，对于宁夏实际电网的安全稳定运行具有重要的理论和现实意义。
　　本论文总结了大规模风电直流外送问题的研究现状，基于典型系统，计及风火比例、风电无功控制模式以及风电故障穿越能力等不同边界条件，剖析了风功率波动对直流系统的影响作用，以及直流系统故障对风电可靠送出的影响，并进行仿真分析；基于宁夏实际电网数据，仿真分析不同边界条件下风电与直流系统之间的相互影响作用，并总结其耦合规律。论文主要贡献有以下三个方面：
　　1、建立了用于风电直流外送的双馈异步风电机模型、风电机组出力模型、风电场等值模型以及直流输电系统模型，并基于电力系统仿真软件PSD-BPA，构造了大规模风电直流外送系统典型系统。
　　2、从风功率波动和直流系统故障两个方面，研究总结了大规模风电与直流系统之间的影响规律。以典型系统作为仿真算例，研究设定多种仿真边界，考虑大规模风电外送的特点，从风功率波动和直流故障两个层次对耦合规律进行研究，包括：风电机组不同无功控制模式、风场侧动态无功补偿（SVC）控制、风火不同比例、直流系统不同控制模式等；在直流闭锁故障情况下，计及多种边界条件，对送端电网安全稳定性以及直流故障后风电故障穿越情况进行仿真，分析了不同边界条件下的风电并网可靠性。
　　3、紧密结合我国宁夏地区大型风电基地直流外送的实际情况，研究了实际电网中大型风电基地风功率波动对直流系统的影响，以及直流闭锁故障下风电基地故障穿越特性、不同边界条件下的风电并网可靠性，促进了风电的接入与消纳。

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第1章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 宁夏主网运行现状

1.3 大规模风电直流外送研究现状

1.4 论文主要研究内容

1.5 研究工具

第2章 大规模风电直流外送基本理论及模型

2.1风电机组并网模型

2.2直流输电系统模型

2.3小结

第3章 风功率波动对直流系统的影响

3.1典型系统介绍

3.2 风电机组不同控制模式对直流系统的影响

3.3 风场侧SVC配置对直流系统的影响

3.4 风火不同比例对直流系统的影响

3.5 直流系统不同控制模式对直流系统的影响

3.6 小结

第4章 直流闭锁故障下送端电网安全性及风电并网可靠性分析

4.1直流闭锁故障情况下送端电网安全性分析

4.2直流闭锁故障对风电并网可靠性的影响

4.3小结

第5章 宁夏地区大规模风电与直流系统耦合机理分析

5.1 基本方式分析

5.2 风功率波动对直流系统影响

5.3 直流闭锁故障对风电并网可靠性的影响

5.4 小结

第6章 结论

参考文献

在学期间发表的学术论文和参加的科研情况

一、攻读硕士学位期间发表的论文及专利

二、攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢

附录 A 宁夏地区外送8000MW潮流分布图