内容简介

　　《大规模风电接入弱电网运行控制技术》以作者所在研究团队多年来在大规模风电接入弱电网脱网机理、现场检测、短路特性、高电压穿越、功率控制、次同步谐振和虚拟同步发电机等技术方面的研究和实践为基础，以新能源并网运行控制理论为依据，结合国内外同行先进经验，对大规模风电接人弱电网运行控制相关问题进行了总结和提炼。全书分八章，包括概述、大规模风电多时空尺度运行特性、大规模风电无功电压控制技术、大规模风电集群有功控制技术、风电机组高电压穿越技术、大规模风电一串联补偿系统次同步谐振机理分析及治理技术、虚拟同步发电机技术及工程示范、风电短路电流计算技术。
　　《大规模风电接入弱电网运行控制技术》理论联系实际，所提供的理论方法、现场数据及分析、试验结果对研究人员，尤其是电力专业科技人员有较高的借鉴价值，可为相关专业人员提供参考，也可作为新能源并网领域培训教材。

作者简介

刘辉，华北电力科学研究院有限责任公司，教授级高工， 工学博士，华北电科院新能源所副所长，国家电网公司专业领军人才和优秀专家人才。主要研究方向为新能源并网分析与运行控制。近几年，围绕我国新能源并网和调控技术难题，先后完成了2项国家863课题和1项国家科技支撑计划课题，在研1项国家重点研发计划项目，相继研究大规模新能源接入弱端电网引发的脱网机理、风电集群自动电压控制、风电机组高电压穿越技术和风电次同步谐振等。获得省部级奖8项，发表论文60余篇，授权发明专利30项。

目录

前言

第一章 概述
第一节 我国风力发电开发情况及规划
第二节 大规模风电接人弱电网面临的问题
第三节 大规模风电接人弱电网运行控制研究动态
第四节 各章主要内容概述

第二章 大规模风电多时空尺度运行特性
第一节 大规模风电运行数据资源及预处理
第二节 大规模风电多时空维度评价指标体系
第三节 大规模风电多时空尺度运行特性分析
第四节 大规模风电运行特性分析系统
参考文献

第三章 大规模风电无功电压控制技术
第一节 大规模风电接人弱电网无功电压运行特性分析
第二节 大规模风电接人弱电网无功电压主站控制技术
第三节 大规模风电接入弱电网无功电压子站控制技术
参考文献

第四章 大规模风电集群有功控制技术
第一节 大规模风电集群有功控制技术的发展
第二节 基于多级协同的新能源集群有功均衡控制策略
第三节 新能源场站有功控制性能测试及优化
参考文献

第五章 风电机组高电压穿越技术
第一节 风电机组高电压穿越技术标准及案例分析
第二节 双馈风电机组高电压穿越控制技术
第三节 直驱风电机组高电压穿越控制策略
第四节 风电机组高电压穿越工程现场实施与测试验证
参考文献

第六章 大规模风电一串联补偿系统次同步谐振机理分析及治理技术
第一节 风电次同步谐振典型案例
第二节 风电次同步谐振分析方法
第三节 风电次同步谐振机理
第四节 风电次同步谐振治理技术及实验室测试
第五节 风电次同步谐振治理技术示范工程
参考文献

第七章 虚拟同步发电机技术及工程示范
第一节 高比例新能源电网的风电主动支撑需求分析
第二节 虚拟同步发电机建模及并网稳定性分析
第三节 虚拟同步发电机关键技术与装备研制
第四节 虚拟同步发电机工程示范和推广应用
参考文献

第八章 风电短路电流计算技术
第一节 大规模风电汇集系统短路故障特征分析
第二节 适用于短路电流计算的风电机组等效电路模型
第三节 大规模风电汇集系统短路电流计算
参考文献
索引

前言/序言

　　随着石油、煤炭等不可再生资源的枯竭及排放污染的日趋严重，全世界都在积极寻求清洁、环保的可再生能源作为传统化石燃料的替代能源，风能作为无污染、绿色清洁的可再生能源，受到各国的高度重视，近十年来在全球范围内得到快速的发展。我国已成为世界风电装机容量第一大国，截至2020年底，全国累计装机容量达到2.81亿kW，全年发电量4665kWh。2020年9月22日，国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上表示，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现“碳中和”。可以预见，作为实现二氧化碳减排的主力能源形式，未来风电具有更加广阔的发展空间。
　　风电并网运行控制是实现风电规模化、常规化并网的关键技术，具有重要的研究意义和工程价值。风电不同于传统的同步发电机，大规模接入电网时会引发一系列问题。从电网侧看，我国陆上集群风电大多采用“大规模集中式开发、高电压远距离输送”的模式接入弱电网，呈现出电网网架结构薄弱、阻抗较高、短路容量较低、并网点无功支撑能力弱等特征。从电源侧看，采用电力电子接口装置的风电机组，其运行控制特性与传统同步发电机组差异显著。由此，一方面会引发一些传统电网未曾出现的新问题，如风电机组大规模连锁脱网、大规模风电集群负阻尼振荡等；另一方面会造成很多传统电力系统的经典运行控制技术不再适用，以风电集群无功电压控制为例，目前新能源接入地区的自动电压控制沿用传统三级电压控制体系和电压指令控制模式，而新能源场站接入网架、无功源调节特性都与火电机组接人存在明显区别，直接照搬传统电网的控制经验易导致多无功源控制失调，进而引发无功环流等现象。因此，综合考虑大规模风电并网源网两侧特点，开展弱电网背景下风电集群运行控制相关技术研究，是未来高效可持续发展风电、实现高比例新能源替代的基础。
　　冀北电网是我国新能源并网规模和装机容量占比都具有典型性和代表性的省级电网，截至2020年底，冀北集中式风电装机容量已达1954万kW，新能源装机容量占统调装机容量比例高达64.5%，位列全国省级电网第一位，其中风电装机容量占统调装机容量比例为44.5%。冀北电网大部分风电符合弱电网并网特征，部分地区接人电源全部为新能源机组，缺乏同步发电机支撑，很多风电场并网点的短路电流较小，短路比小于3，在风电安全稳定运行方面面临严峻挑战。作者所在团队自2011年起围绕新能源运行与控制开展多项课题研究，承担了国家863科技项目“间歇式能源发电多时空尺度调度系统研究与开发”、国家重点研发计划项目“支撑低碳冬奥的智能电网综合示范工程”等国家级科技项目，牵头10余项国家电网有限公司项目，作者以科研工作中针对风电并网运行实际暴露问题的分析解决为案例，将支撑大规模风电并网安全稳定运行的重要成果梳理总结，精心编著《大规模风电接人弱电网运行控制技术》-书，旨在抛砖引玉。同时，本书也是我们科研课题和工程实践的进一步深化和再现。
　　全书共8章，第一章全面剖析大规模风电接人弱电网面临的重要问题，总结当前研究动态，概述全书主要研究内容；第二章介绍大规模风电运行特性分析方法，重点是构建大规模风电运行特性评价指标体系；第三章针对当前风电无功电压运行中暴露的主要问题，分别从控制主站和控制子站侧提出解决方案，包括主站侧无功电压控制优化方法和子站侧综合检测技术；第四章提出了基于消纳空间分层优化的大规模风电集群协同有功控制技术，解决大规模风电接人弱电网调度运行时面临的效率与均衡问题；第五章针对风电机组高电压穿越技术及工程实现的问题，提出了风电机组高电压穿越能力的技术要求和指标，依托实际案例介绍了双馈、直驱风电机组高电压穿越能力改造提升的现场实施方案；第六章以张家口沽源风电一串联补偿系统的次同步谐振为例，介绍了大规模风电一串联补偿系统次同步谐振分析和治理技术及工程应用；第七章阐述了面向大电网的虚拟同步发电机技术，依托国家电网有限公司张北虚拟同步发电机示范工程介绍了技术应用情况；第八章从大规模风电汇集系统短路故障特征分析、等效电路建模及短路电流计算评估人手，深入剖析了风电汇集系统短路电流计算技术。
　　本书第一章由刘辉、杜维柱、吴林林编写，第二章由刘辉、吴林林、张瑞芳编写，第三章由张扬帆、吴林林、徐曼、刘海涛编写，第四章由孙雅曼、李雨、徐海翔编写，第五章由宋鹏、刘京波、田云峰、吴宇辉编写，第六章由刘辉、李蕴红、杜维柱、王潇编写，第七章由刘辉、孙大卫、王晓声、程雪坤、巩宇编写，第八章由陈璨、吴林林编写。全书由刘辉统稿。在本书的成稿过程中，得到了国家电网有限公司华北分部、国网冀北电力有限公司调控中心、清华大学等单位的大力支持和帮助。在此，作者深表感谢。
　　由于作者水平有限，书中错误及不妥之处在所难免，恳切希望读者和同行给予批评指正。