摘要
随着新能源电力的蓬勃发展，风电、光伏的装机容量不断提升，以青海为代表的中国西北地区逐渐呈现出超高比例新能源并网的特征。但由于我国的新能源中心与负荷中心不重合，如何将大量的新能源电力安全、高效、经济地送出成为亟待解决的问题。新能源发电的波动性、随机性、高度电力电子化等特点，给汇集与外送拓扑的选择、控制策略的设计和系统的安全稳定运行带来极大的挑战。本文针对以上三个问题开展研究，主要内容包括: 提出超高比例新能源汇集与外送的可行拓扑，并对交流汇集方式和柔直汇集方式进行技术经济性分析。从技术角度，分析了在出力波动、并网容量、线路距离、系统强度影响下两种汇集方式的电能质量。结果表明，并网条件恶劣时，交流汇集方式具有一定的局限性。从经济角度，利用年费用法，计算交流和柔直汇集的等价距离，为超高比例新能源汇集拓扑的选择提供依据。 基于提出的新能源汇集与外送拓扑设计了稳定运行控制策略。分析了柔性直流输电和常规高压直流输电的数学模型和站级控制。依据汇集与外送的需求，设计系统运行基本控制策略。在PSCAD中建立了超高比例新能源交直流混合汇集直流送出算例，验证了控制策略的有效性。 从送端换流母线静态电压稳定性和暂态过电压特性两个方面，对含超高比例新能源弱送端系统的稳定性问题开展研究。在静态电压稳定性方面，利用灵敏度分析，研究了换流母线电压稳定的影响因素。针对短路比、有效短路比指标无法反映超高比例新能源汇集场景下的静态电压临界稳定状态的问题，提出了送端静态电压稳定指标，并验证了指标的有效性。利用所提指标，对比分析了柔直汇集采用定无功功率控制和定交流电压控制的电压支撑效果。在暂态过电压特性方面，提出了换相失败引起送端暂态过电压的幅值快速分析方法。对比现有计算公式发现，所提方法的过电压幅值计算精度更高，尤其在弱系统中，适应性更好。为改善送端暂态特性，防止新能源电站高压脱网，充分发挥换流器的过电流和过电压能力，设计了柔直汇集系统主动电压支撑控制策略，并在PSCAD中验证了控制策略的有效性。
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