风电基地特高压直流外送动态无功电压优化策略研究

摘要

随着化石能源不断枯竭，寻求新的替代能源来满足日益增长的能源需求，是我国现阶段需要面临的重要问题。为响应我国发展低碳经济、优化能源结构转型的号召，风电以其独有的低污染、可再生和易获取等优势，从众多新能源发电技术中脱颖而出。目前风力发电已成为我国发展最快、技术最成熟和最具规模性开发的发电方式之一，因此风力发电在能源结构占比增加迅猛。本文基于西北弱送端风电基地集中经特高压直流外送场景，针对直流闭锁后冗余有功率转移和大量无功功率对直流近区冲击带来的系统电压问题，研究直流闭锁后的动态无功电压特性，提出增强电网稳定性的动态无功电压优化策略。 本论文在总结风电基地特高压直流外送系统电压影响因素研究现状基础上，首先，对直流双极闭锁下的动态无功电压特性的理论进行分析，在典型系统下，设定三种方式探究实际系统中闭锁故障后出现的暂态压升、动态电压支撑以及稳态压升特性，得到与理论分析一致的结果。结合特性分析结果和电网实际工况，制定出改善上述三个电压问题相应方案，以此达到改善直流闭锁冲击下动态无功电压水平，通过仿真分析得出优化策略。论文主要有如下三方面贡献： 1、基于仿真软件 PSD-BPA，构建仿真所需风电基地特高压直流外送系统中的风电基地模型（其中包括单机模型、电场等值模型、静止无功补偿器（Static Var Compensator，SVC）模型）、火电机组模型、直流输电系统模型。 2、首先基于直流闭锁机理，对暂态压升特性进行分析；然后构建特高压交直流互联等值小系统，结合直流闭锁冲击下交流电网的功角特性曲线，分析动态电压支撑影响系统暂态稳定性机理；最后从物理角度解释了交流一、二通道稳态压升。在典型系统中，分别通过直流闭锁不切机、直流闭锁不切机切除线路无功补偿和直流闭锁切机三种方式对上述特性进行验证。 3、针对暂态压升主要通过对火电机组开机和降直流功率预控优化策略；对于动态电压提升，制定无功补偿切除方案仿真得出切除优先级；结合实际工程中配置的可控高抗等 FACTS改善稳态压升。

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第1章 绪论

1.1 课题背景及研究目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 大规模风电直流外送研究现状

1.2.2 风电并网对电力系统影响与控制研究现状

1.2.3 含大规模风电交直流系统运行与控制策略研究现状

1.3 风火打捆交直流系统电压稳定影响因素

1.3.1 风电机组对电压的影响

1.3.2 直流系统对电压的影响

1.3.3 风火打捆系统对电压的影响

1.4 论文研究内容

第2章 风电基地特高压直流外送系统模型

2.1 西北风电基地特高压直流外送系统概况

2.1.1 哈郑（天中）特高压直流输电工程

2.1.2 哈密大容量风电基地接入

2.1.3 交流一、二通道配置的多FACTS装置

2.2 风电基地特高压直流外送系统相关模型

2.2.1 风电基地模型

2.2.1.1 单机模型

2.2.1.2 电场等值模型

2.2.1.3 风电场SVC模型

2.2.1.4 风电高、低压故障穿越模拟

2.2.2 火电机组模型

2.2.3 直流输电系统模型

2.3 本章小结

第3章 特高压交直流系统动态无功电压特性分析

3.1 典型系统介绍

3.2 直流双极闭锁暂态压升特性

3.2.1直流闭锁引起暂态过电压机理及过程

3.2.2 哈郑双极闭锁不切机仿真分析

3.2.3 直流闭锁故障引发风机脱网分析

3.3 直流双极闭锁动态电压特性

3.3.1 动态电压对直流闭锁暂态影响机理及过程

3.3.2 哈郑直流双极闭锁不切机

3.4 直流双极闭锁稳态压升特性

3.4.1 稳态压升机理及影响因素

3.4.2 哈郑直流双极闭锁采取切机

3.5 本章小结

第4章 哈密风电基地特高压交直流系统动态无功电压优化策略研究

4.1 暂态期间动态电压优化策略

4.1.1 风火不同配比

4.1.2 直流配套火电不同出力

4.1.3 直流功率预控

4.1.4 风电基地配置SVC

4.2 动态电压支撑提升策略

4.3 稳态期间电压优化策略

4.4 本章小结

第5章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间参加的科研工作

致谢