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高比例并網風電及系統動態分析(精)/智能電網技術與裝備叢書 版權信息
- ISBN：9787030682116
- 條形碼：9787030682116 ; 978-7-03-068211-6
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
高比例并網風電及系統動態分析(精)/智能電網技術與裝備叢書 本書特色
本書可供從事新能源并網控制研究的廣大高校師生和從事風電產品開發、風電場運行管理乃至電網運行分析等的研究人員及工程技術人員參考。
高比例并網風電及系統動態分析(精)/智能電網技術與裝備叢書 內容簡介
本書是國家重點研發計劃項目“高比例可再生能源并網的電力系統規劃與運行基礎理論”課題4“源-網-荷高度電力電子化的電力系統穩定性分析理論”的成果之一。全書共分9章。第1章為高比例并網風電與電力系統動態問題，第2章為風力機及其控制，第3章和第4章分別為電網對稱和不對稱條件下的風電機組控制，第5章為風電機組故障穿越運行，第6章為含高比例風電電力系統的電磁尺度小信號頻域建模及分析，7章為不對稱故障穿越期間不對稱故障穿越期間風電機組及網絡的電磁時間尺度小信號動態建模與分析，第8章為含風電電力系統機電尺度暫態分析，第9章為含風電電力系統頻率動態分析。 本書可供從事新能源并網控制研究的廣大高校師生和從事風電產品開發、風電場運行管理乃至電網運行分析等的研究人員及工程技術人員參考。
高比例并網風電及系統動態分析(精)/智能電網技術與裝備叢書 目錄
目錄
“智能電網技術與裝備叢書”序
序一
序二
前言
緒論
第1章 高比例并網風電與電力系統動態問題 3
1.1 高比例并網風電基本情況 3
1.1.1 風力發電的發展現狀 3
1.1.2 風力發電的發展趨勢 4
1.2 高比例并網風電引起的事故及其對電力系統動態的影響 5
1.3 風電并網標準及其演化 7
1.3.1 風電并網標準的發展趨勢 7
1.3.2 有功功率與頻率控制能力 8
1.3.3 無功功率與電壓控制能力 9
1.3.4 故障穿越能力 9
1.4 風電場與風電機組的控制架構 12
1.4.1 風電場的匯集方式與控制 13
1.4.2 風電機組的典型拓撲與控制 15
1.5 含高比例并網風電電力系統的動態問題 21
1.5.1 并網風電多尺度序貫響應過程 21
1.5.2 并網風電多尺度動態特性 23
1.5.3 含高比例并網風電電力系統的多尺度動態問題 23
1.6 本書的章 節安排 25
參考文獻 26
上篇 并網風電及其控制
第2章 風力機及其控制 31
2.1 引言 31
2.2 風能捕獲與風力機的動力學特性 32
2.2.1 風能捕獲與轉化 32
2.2.2 風力機的空氣動力學特性 35
2.2.3 傳動鏈結構及其模型 36
2.3 風力機的運行工作區 39
2.3.1 昀大風能跟蹤 39
2.3.2 風力機的不同運行工作區及運行曲線 40
2.4 風力機的典型控制 41
2.4.1 轉速控制 42
2.4.2 槳距角控制 43
2.4.3 軸系振蕩的阻尼控制 43
2.5 風電機組的快速頻率響應控制 44
2.5.1 風電機組的慣性響應控制 44
2.5.2 風電機組的一次調頻控制 46
2.6 小結 52
參考文獻 53
第3章 電網對稱條件下風力發電機及其變換器的矢量控制 55
3.1 引言 55
3.2 風力發電機的數學模型 55
3.2.1 三相靜止坐標系中異步發電機的數學模型 55
3.2.2 任意速旋轉坐標系中異步發電機的數學模型 60
3.2.3 三相靜止坐標系中永磁同步發電機的數學模型 63
3.2.4 轉子坐標系中永磁同步發電機的數學模型 64
3.3 機側變換器及其矢量控制 65
3.3.1 雙饋異步發電機的矢量控制 65
3.3.2 鼠籠式異步發電機的矢量控制 70
3.3.3 永磁同步發電機的矢量控制 72
3.4 網側變換器及其矢量控制 73
3.4.1 網側變換器的數學模型與穩態特性 74
3.4.2 基于電網電壓定向的網側變換器矢量控制策略 80
3.5 小結 82
參考文獻 83
第4章 電網不對稱條件下風力發電機及其變換器的矢量控制 85
4.1 引言 85
4.2 電網不對稱條件下雙饋發電機及變換器的動態模型 85
4.2.1 不對稱三相電磁量的瞬時對稱分量及其表達形式 86
4.2.2 電網不對稱條件下網側、機側變換器的數學模型 88
4.3 電網不對稱條件下的控制目標設計 98
4.3.1 電網不對稱條件下雙饋型風機機側變換器的控制目標 98
4.3.2 電網不對稱條件下網側變換器的控制目標 101
4.4 基于正/反轉同步速旋轉坐標系中雙dq、PI電流調節器的矢量控制 104
4.4.1 網側變換器雙dq、PI電流調節器的控制設計 104
4.4.2 雙饋型風機機側變換器雙dq、PI電流調節器的控制設計 108
4.5 基于正轉同步速旋轉坐標系中比例積分諧振電流調節器的矢量控制 110
4.5.1 網側變換器PI-R電流調節器的控制設計 110
4.5.2 機側變換器PI-R電流調節器的控制設計 112
4.6 機側變換器輸出電壓約束對不對稱控制的影響及對策 114
4.7 電網不對稱條件下矢量控制基準檢測技術 118
4.7.1 理想電網條件下的鎖相環原理 118
4.7.2 電網不對稱條件下的鎖相環技術 119
4.7.3 正、負序雙dq型鎖相環技術 121
4.7.4 基于正、負序分解原理的鎖相環技術 124
4.7.5 基于廣義積分器原理的鎖相環技術 126
4.8 小結 127
參考文獻 128
第5章 電網對稱/不對稱短路故障下風電機組穿越運行 131
5.1 引言 131
5.2 并網導則中的故障穿越要求 131
5.3 電網電壓跌落下雙饋發電機的特性分析 134
5.3.1 正常工況下雙饋發電機轉子感應電動勢特性 134
5.3.2 三相電壓對稱跌落下雙饋發電機轉子感應電動勢特性 135
5.3.3 三相電壓不對稱跌落下雙饋發電機轉子感應電動勢特性 138
5.4 故障穿越軟件控制算法 141
5.4.1 動態定子磁鏈全前饋策略 142
5.4.2 去磁電流優化控制 146
5.5 故障穿越硬件解決方案 148
5.5.1 Crowbar技術 148
5.5.2 制動斬波器 150
5.5.3 機械制動與緊急變槳 151
5.6 全功率型風機的故障穿越方案 152
5.7 故障穿越軟件硬件解決方案的序貫配合 152
5.8 小結 155
參考文獻 156
下篇含高比例風電電力系統動態分析
第6章 含高比例風電電力系統的電磁尺度小信號頻域建模及分析 161
6.1 引言 161
6.2 含高比例風電電力系統的電磁尺度小信號頻域建模 161
6.2.1 裝備的頻域阻抗模型 161
6.2.2 系統的頻域阻抗網絡模型 168
6.2.3 阻抗網絡的傳遞函數矩陣 169
6.3 基于頻域模式法的系統動態穩定性分析方法 171
6.3.1 系統振蕩模式的求取 171
6.3.2 節點和回路對振蕩模式的參與因子計算 174
6.3.3 參與振蕩的裝備定位及其靈敏度分析 178
6.4 案例：沽源風電場穩定性分析 179
6.4.1 沽源風電場電磁尺度小信號頻域模型 179
6.4.2 沽源風電場動態穩定性分析 180
6.4.3 基于電磁暫態仿真的分析結果驗證 182
6.5 小結 184
參考文獻 185
第7章 不對稱故障穿越期間風電機組及網絡的電磁時間尺度小信號動態建模與分析 187
7.1 引言 187
7.2 不對稱故障穿越期間風電機組頻域小信號建模 187
7.2.1 風電機組建模考慮的簡化條件 188
7.2.2 風電機組輸入輸出原始關系 191
7.2.3 風電機組頻域小信號模型 200
7.3 計及電流動態的不對稱故障網絡頻域小信號模型 206
7.3.1 靜止坐標系中不對稱故障網絡的外端口輸入-輸出關系 207
7.3.2 正、反轉同步速旋轉坐標系中不對稱故障網絡的頻域小信號模型 211
7.4 不對稱故障穿越期間風電機組并網系統的小信號穩定性分析 215
7.4.1 并網系統小信號穩定性問題 215
7.4.2 并網系統序間耦合等效折算 217
7.4.3 并網系統序間相互作用量化方法 223
7.4.4 并網系統小信號穩定性分析 226
7.5 小結 237
參考文獻 238
第8章 風電機組的機電暫態特性建模及其并網電力系統暫態穩定性分析 240
8.1 引言 240
8.2 風電機組的機電尺度暫態模型及暫態特性分析 240
8.2.1“激勵-響應”關系建模思路 241
8.2.2 機電尺度模型考慮的控制策略及簡化條件 242
8.2.3 基于“激勵-響應”關系的機電尺度暫態模型 244
8.2.4 機電暫態特性分析 250
8.3 單風電機組-無窮大系統的機電暫態行為分析 253
8.3.1 單風電機組-無窮大系統的功率傳輸特性 255
8.3.2 單風電機組-無窮大系統機電暫態穩定機理 256
8.3.3 單風電機組-無窮大系統機電相位暫態穩定性分析 261
8.3.4 無功支路控制對單風電機組-無窮大系統暫態穩定性的影響 268
8.4 風電機組-同步機兩機系統的機電暫態穩定性 273
8.4.1 兩機系統功率傳輸特性 274
8.4.2 兩機系統機電暫態穩定機理 277
8.4.3 兩機系統機電暫態行為分析 279
8.4.4 兩機系統暫態穩定性的影響因素及影響規律 283
8.5 小結 285
參考文獻 286
第9章 風電機組快速頻率響應特性及其對電力系統頻率動態的影響 287
9.1 引言 287
9.2 含高比例風電的電力系統頻率動態問題 288
9.2.1 同步機主導的電力系統頻率動態 288
9.2.2 高比例并網風電對電力系統頻率動態過程的影響 289
9.3 含快速頻率響應控制的風電機組機電運動方程建模 290
9.3.1 內電勢運動方程 290
9.3.2 風電機組運動方程模型 291
9.4 風電機組的慣量響應特性 299
9.4.1 風電機組慣量的特點 299
9.4.2 不同工作區參數對風電機組慣量特性的影響 300
9.5 風電機組快速頻率響應控制對電力系統頻率動態的影響分析 303
9.5.1 含雙饋型風機的電力系統頻率動態分析方法 303
9.5.2 風電機組工作區與控制器參數對電力系統頻率動態的影響分析 306
9.6 風電機組快速頻率響應控制帶來的其他影響 310
9.6.1 風電機組快速頻率響應控制對電力系統低頻振蕩的影響 311
9.6.2 風電機組快速頻率響應控制對風電機組傳動鏈扭振的影響 314
9.7 小結 321
參考文獻 322
附錄1 矢量和復傳遞函數的坐標系變換關系 323
附錄2 復傳遞函數與實傳遞函數矩陣描述的變換關系 324
附錄3 雙饋型風機并網系統仿真參數 326
附錄4 典型發電機組及系統仿真參數 327
“智能電網技術與裝備叢書”序
序一
序二
前言
緒論
第1章 高比例并網風電與電力系統動態問題 3
1.1 高比例并網風電基本情況 3
1.1.1 風力發電的發展現狀 3
1.1.2 風力發電的發展趨勢 4
1.2 高比例并網風電引起的事故及其對電力系統動態的影響 5
1.3 風電并網標準及其演化 7
1.3.1 風電并網標準的發展趨勢 7
1.3.2 有功功率與頻率控制能力 8
1.3.3 無功功率與電壓控制能力 9
1.3.4 故障穿越能力 9
1.4 風電場與風電機組的控制架構 12
1.4.1 風電場的匯集方式與控制 13
1.4.2 風電機組的典型拓撲與控制 15
1.5 含高比例并網風電電力系統的動態問題 21
1.5.1 并網風電多尺度序貫響應過程 21
1.5.2 并網風電多尺度動態特性 23
1.5.3 含高比例并網風電電力系統的多尺度動態問題 23
1.6 本書的章 節安排 25
參考文獻 26
上篇 并網風電及其控制
第2章 風力機及其控制 31
2.1 引言 31
2.2 風能捕獲與風力機的動力學特性 32
2.2.1 風能捕獲與轉化 32
2.2.2 風力機的空氣動力學特性 35
2.2.3 傳動鏈結構及其模型 36
2.3 風力機的運行工作區 39
2.3.1 昀大風能跟蹤 39
2.3.2 風力機的不同運行工作區及運行曲線 40
2.4 風力機的典型控制 41
2.4.1 轉速控制 42
2.4.2 槳距角控制 43
2.4.3 軸系振蕩的阻尼控制 43
2.5 風電機組的快速頻率響應控制 44
2.5.1 風電機組的慣性響應控制 44
2.5.2 風電機組的一次調頻控制 46
2.6 小結 52
參考文獻 53
第3章 電網對稱條件下風力發電機及其變換器的矢量控制 55
3.1 引言 55
3.2 風力發電機的數學模型 55
3.2.1 三相靜止坐標系中異步發電機的數學模型 55
3.2.2 任意速旋轉坐標系中異步發電機的數學模型 60
3.2.3 三相靜止坐標系中永磁同步發電機的數學模型 63
3.2.4 轉子坐標系中永磁同步發電機的數學模型 64
3.3 機側變換器及其矢量控制 65
3.3.1 雙饋異步發電機的矢量控制 65
3.3.2 鼠籠式異步發電機的矢量控制 70
3.3.3 永磁同步發電機的矢量控制 72
3.4 網側變換器及其矢量控制 73
3.4.1 網側變換器的數學模型與穩態特性 74
3.4.2 基于電網電壓定向的網側變換器矢量控制策略 80
3.5 小結 82
參考文獻 83
第4章 電網不對稱條件下風力發電機及其變換器的矢量控制 85
4.1 引言 85
4.2 電網不對稱條件下雙饋發電機及變換器的動態模型 85
4.2.1 不對稱三相電磁量的瞬時對稱分量及其表達形式 86
4.2.2 電網不對稱條件下網側、機側變換器的數學模型 88
4.3 電網不對稱條件下的控制目標設計 98
4.3.1 電網不對稱條件下雙饋型風機機側變換器的控制目標 98
4.3.2 電網不對稱條件下網側變換器的控制目標 101
4.4 基于正/反轉同步速旋轉坐標系中雙dq、PI電流調節器的矢量控制 104
4.4.1 網側變換器雙dq、PI電流調節器的控制設計 104
4.4.2 雙饋型風機機側變換器雙dq、PI電流調節器的控制設計 108
4.5 基于正轉同步速旋轉坐標系中比例積分諧振電流調節器的矢量控制 110
4.5.1 網側變換器PI-R電流調節器的控制設計 110
4.5.2 機側變換器PI-R電流調節器的控制設計 112
4.6 機側變換器輸出電壓約束對不對稱控制的影響及對策 114
4.7 電網不對稱條件下矢量控制基準檢測技術 118
4.7.1 理想電網條件下的鎖相環原理 118
4.7.2 電網不對稱條件下的鎖相環技術 119
4.7.3 正、負序雙dq型鎖相環技術 121
4.7.4 基于正、負序分解原理的鎖相環技術 124
4.7.5 基于廣義積分器原理的鎖相環技術 126
4.8 小結 127
參考文獻 128
第5章 電網對稱/不對稱短路故障下風電機組穿越運行 131
5.1 引言 131
5.2 并網導則中的故障穿越要求 131
5.3 電網電壓跌落下雙饋發電機的特性分析 134
5.3.1 正常工況下雙饋發電機轉子感應電動勢特性 134
5.3.2 三相電壓對稱跌落下雙饋發電機轉子感應電動勢特性 135
5.3.3 三相電壓不對稱跌落下雙饋發電機轉子感應電動勢特性 138
5.4 故障穿越軟件控制算法 141
5.4.1 動態定子磁鏈全前饋策略 142
5.4.2 去磁電流優化控制 146
5.5 故障穿越硬件解決方案 148
5.5.1 Crowbar技術 148
5.5.2 制動斬波器 150
5.5.3 機械制動與緊急變槳 151
5.6 全功率型風機的故障穿越方案 152
5.7 故障穿越軟件硬件解決方案的序貫配合 152
5.8 小結 155
參考文獻 156
下篇含高比例風電電力系統動態分析
第6章 含高比例風電電力系統的電磁尺度小信號頻域建模及分析 161
6.1 引言 161
6.2 含高比例風電電力系統的電磁尺度小信號頻域建模 161
6.2.1 裝備的頻域阻抗模型 161
6.2.2 系統的頻域阻抗網絡模型 168
6.2.3 阻抗網絡的傳遞函數矩陣 169
6.3 基于頻域模式法的系統動態穩定性分析方法 171
6.3.1 系統振蕩模式的求取 171
6.3.2 節點和回路對振蕩模式的參與因子計算 174
6.3.3 參與振蕩的裝備定位及其靈敏度分析 178
6.4 案例：沽源風電場穩定性分析 179
6.4.1 沽源風電場電磁尺度小信號頻域模型 179
6.4.2 沽源風電場動態穩定性分析 180
6.4.3 基于電磁暫態仿真的分析結果驗證 182
6.5 小結 184
參考文獻 185
第7章 不對稱故障穿越期間風電機組及網絡的電磁時間尺度小信號動態建模與分析 187
7.1 引言 187
7.2 不對稱故障穿越期間風電機組頻域小信號建模 187
7.2.1 風電機組建模考慮的簡化條件 188
7.2.2 風電機組輸入輸出原始關系 191
7.2.3 風電機組頻域小信號模型 200
7.3 計及電流動態的不對稱故障網絡頻域小信號模型 206
7.3.1 靜止坐標系中不對稱故障網絡的外端口輸入-輸出關系 207
7.3.2 正、反轉同步速旋轉坐標系中不對稱故障網絡的頻域小信號模型 211
7.4 不對稱故障穿越期間風電機組并網系統的小信號穩定性分析 215
7.4.1 并網系統小信號穩定性問題 215
7.4.2 并網系統序間耦合等效折算 217
7.4.3 并網系統序間相互作用量化方法 223
7.4.4 并網系統小信號穩定性分析 226
7.5 小結 237
參考文獻 238
第8章 風電機組的機電暫態特性建模及其并網電力系統暫態穩定性分析 240
8.1 引言 240
8.2 風電機組的機電尺度暫態模型及暫態特性分析 240
8.2.1“激勵-響應”關系建模思路 241
8.2.2 機電尺度模型考慮的控制策略及簡化條件 242
8.2.3 基于“激勵-響應”關系的機電尺度暫態模型 244
8.2.4 機電暫態特性分析 250
8.3 單風電機組-無窮大系統的機電暫態行為分析 253
8.3.1 單風電機組-無窮大系統的功率傳輸特性 255
8.3.2 單風電機組-無窮大系統機電暫態穩定機理 256
8.3.3 單風電機組-無窮大系統機電相位暫態穩定性分析 261
8.3.4 無功支路控制對單風電機組-無窮大系統暫態穩定性的影響 268
8.4 風電機組-同步機兩機系統的機電暫態穩定性 273
8.4.1 兩機系統功率傳輸特性 274
8.4.2 兩機系統機電暫態穩定機理 277
8.4.3 兩機系統機電暫態行為分析 279
8.4.4 兩機系統暫態穩定性的影響因素及影響規律 283
8.5 小結 285
參考文獻 286
第9章 風電機組快速頻率響應特性及其對電力系統頻率動態的影響 287
9.1 引言 287
9.2 含高比例風電的電力系統頻率動態問題 288
9.2.1 同步機主導的電力系統頻率動態 288
9.2.2 高比例并網風電對電力系統頻率動態過程的影響 289
9.3 含快速頻率響應控制的風電機組機電運動方程建模 290
9.3.1 內電勢運動方程 290
9.3.2 風電機組運動方程模型 291
9.4 風電機組的慣量響應特性 299
9.4.1 風電機組慣量的特點 299
9.4.2 不同工作區參數對風電機組慣量特性的影響 300
9.5 風電機組快速頻率響應控制對電力系統頻率動態的影響分析 303
9.5.1 含雙饋型風機的電力系統頻率動態分析方法 303
9.5.2 風電機組工作區與控制器參數對電力系統頻率動態的影響分析 306
9.6 風電機組快速頻率響應控制帶來的其他影響 310
9.6.1 風電機組快速頻率響應控制對電力系統低頻振蕩的影響 311
9.6.2 風電機組快速頻率響應控制對風電機組傳動鏈扭振的影響 314
9.7 小結 321
參考文獻 322
附錄1 矢量和復傳遞函數的坐標系變換關系 323
附錄2 復傳遞函數與實傳遞函數矩陣描述的變換關系 324
附錄3 雙饋型風機并網系統仿真參數 326
附錄4 典型發電機組及系統仿真參數 327
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高比例并網風電及系統動態分析(精)/智能電網技術與裝備叢書 節選
緒論 第1章 高比例并網風電與電力系統動態問題 1.1 高比例并網風電基本情況 1.1.1 風力發電的發展現狀 進入 21世紀以來，全球風電市場進入了一個快速增長的階段，近年全球風電新增及總裝機容量如圖1-1所示。在中國、美國、德國、印度等國家的引領下，全球風電的總裝機容量從 2001年的 24GW躍升至 2020年的 743GW[1]。雖然前些年風電裝機容量增速有所放緩，但全球風電總裝機容量仍保持 10%以上的增長速度，并在 2020年創下了單年新增 93GW的新高。除歐美、中國、印度等成熟的風電市場外，近年來也涌現了一批新興風電市場，包括菲律賓、泰國、越南、阿根廷、哥倫比亞、智利等國家，在當地政府制定的風電發展目標和規劃的驅動下，風電裝機容量持續增長。在全球風電快速發展的同時，我國風電裝機容量一直保持著高速增長，近年的總裝機容量和年裝機容量穩居全球**。 2020年，我國新增風電裝機容量為 52GW①，年裝機容量超過全球其他國家總和，到 2020年底總裝機容量達到 288GW，約占全球總裝機容量的 38.8%；風電發電量達 4665億 kW . h，全國風電平均利用小時數 2097h[1，2]。 圖1-1 近年全球風電新增及總裝機容量[1] 隨著風電裝機容量的持續增加，電力系統的格局已呈現出風電局部高比例的特征，全球范圍以歐洲尤為顯著。2020年歐洲風電總裝機容量為 220GW，年發電量能夠滿足全歐洲 16.4%的電力需求 [3]。其中丹麥風電發電量與電力負荷的比值達到了 48%，愛爾蘭達到了 38%，德國、英國、葡萄牙、瑞典和西班牙的比值在 20%以上。我國部分省份的風電已成為省級電網的第二大裝機電源[4]，且具有繼續上升的趨勢，多個省份的風電裝機容量已經超過 10GW。西北地區為我國*先大規模開發風電的地區，風電發電量一直位于全國的領先水平，風電的發電量也一直在持續上升，其中甘肅風電發電量更是在 2021年 1月 18日達到 10.24GW的歷史新高，占全省發電出力的 39.77%，占甘肅全網用電負荷的 66.76%[5]。西南地區中，云南電網風電占總發電電源裝機的比例雖只有約 13%，但在春節低負荷、低外送方式下會出現特殊高占比運行方式。2019年春節期間，風電出力正常占比在 20%～40%，*大約 7000MW，*高占比達到 50%。我國中東部風電開發也在加速進行。2020年，華東 5個沿海省市在電價政策的影響下，海上風電市場隨著陸上風電一齊快速增長，其中江蘇省在 2020年新增風電裝機 5GW，累計裝機容量達到 15.5GW[6]。由此可見，無論是國外還是國內，部分地區中風電的比例已經相當高，甚至已成為局部電網中的主要電源，風電的局部高比例已經成為電力系統的一個重要特征。 1.1.2 風力發電的發展趨勢 當前，局部高比例場景已在陸上、風電資源集中區域顯現，近年全球陸上風電與海上風電新增裝機容量對比如圖1-2所示。未來，全球風電仍將保持高速發展的態勢。據 GWEC預測，2021～2025年全球新增風電裝機容量將達 469GW[1]，風電電源將由局部高比例逐步發展為全局高比例的新形態，特別是將來海上風電、分布式發電的崛起，會使并網風電格局由局部高比例轉變為全局高比例。 圖1-2 近年全球陸上風電與海上風電新增裝機容量對比 在海上風電方面，海洋可再生能源行動聯盟(Ocean Renewable Energy Action Coalition，OREAC)提出到 2050年，全球將有大約 1400GW的海上風電裝機容量，覆蓋全球約十分之一的電力需求 [7]，海上風電的發展在未來將具有更高的地位。 2009年之前，全球每年海上風電新增裝機容量占全部風電新增裝機容量的比例不到 1%，2010～2014年增長到約 3%，2016年之后占比達到了 9%。截至 2019年，歐洲海上風電占比為 11%，當年歐洲海上風電新增裝機容量占總的新增裝機容量的 24%。 2019年我國提前完成了“十三五”規劃中原定 2020年完成 5GW并網海上風電的目標。目前我國已經是世界海上風電裝機容量第三大的國家，位列英國、德國之后，并在 2018年、2019年連續兩年超越英國成為世界上單年度海上新增風電裝機容量*多的國家。在未來一段時間，海上風電仍將是新能源發電的重點發展領域，沿海省份也對未來的海上風電發展做出了規劃 [1]。廣東省在《廣東省培育新能源戰略性新興產業集群行動計劃 (2021—2025年)》中提出到 2025年海上風電裝機總量達到 15GW；江蘇省在《江蘇省“十四五”可再生能源發展專項規劃 (征求意見稿 )》中提出到 2025年底，全省海上風電并網裝機規模達到 14GW，力爭突破 15GW；浙江省在《浙江省可再生能源發展“十四五”規劃》中指出“十四五”期間，全省海上風電力爭新增裝機容量 450萬 kW以上，累計裝機容量達到 500萬 kW以上。 另外，分布式發電也將成為未來風電市場重要的組成部分。丹麥風電滲透率高居全球**，分布式風電正是其陸上風電的主力；作為能源轉型的標桿，德國在向清潔能源轉型的過程中，大力發展包括分布式風電在內的分布式能源。除了分布式發電就地并網、就地消納的優勢，其發展也與當地的分布式發電的政策息息相關。 21世紀伊始，歐美國家以及日本等就已經從政策上大力扶持分布式發電 [8]。 2019年開始，我國政府也加大力度鼓勵分布式風電項目的發展。國家發展改革委、司法部聯合印發的《關于加快建立綠色生產和消費法規政策體系的意見》 [9]中明確提到要加大對分布式能源的政策支持力度，多省也已經出臺分布式風電規劃以及相關鼓勵政策[10]，我國在 2019年審批核準并且開工建設多個分布式風電項目。我國的分布式風電已經進入一個新的快速發展階段。 因此，未來風電發展將形成集中式與分布式風電、海上風電與陸上風電并舉的局面。隨著全球風電市場的不斷深度發展，將有越來越多的地區形成高比例風電的電網，未來的電網將從局部的高比例風電場景過渡到全局性的高比例風電場景。 1.2 高比例并網風電引起的事故及其對電力系統動態的影響 隨著高比例并網風電局部化程度不斷加深以及全局化局面逐漸形成，高比例風電并網場景下的電網運行事故頻發，對電力系統安全穩定運行造成了巨大的不利影響。目前，在部分風電占比較高的地區，如美國得克薩斯州，歐洲北海，我國華北沽源、新疆哈密等地區，已出現多種形態各異、機理不明的電網運行事故。按照事故發展的形態，較為典型的事故包含風電機組脫網事故、系統次 /超同步振蕩事故和系統頻率越限事故。充分認識高比例風電并網場景下各類事故的起因、經過及其引起的嚴重后果，掌握事故發生機制，對風電并網標準制定、風電設計制造及系統安全穩定運行和優化具有重要意義。 1. 風機暫態脫網事故對電力系統安全穩定造成的影響 由于電力電子變換器是變速風機并網的核心環節，且其應力過載能力較低，部分風機在系統擾動時會自動脫離電網，造成的后果極其嚴重。 2011年 4月 17日，我國河北張家口國華佳鑫風電場 35kV側裝備故障，引發 4座風電場 344臺風電機組低壓脫網，并*終造成張家口地區損失風電出力 854MW，占事故前張家口地區風電出力的 48.5%[11]。2016年 9月 28日，澳大利亞南澳大利亞州受極端惡劣天氣影響，電網 88s內遭受 5次系統故障，引起 9座風電場共計 445MW的風力發電脫網，風電出力的大幅度損失進一步加劇了系統的功率不平衡，并使得南澳大利亞州與維多利亞相連的一條聯絡線嚴重過載跳閘，*終引發系統頻率崩潰，南澳大利亞州電網全停[12]。 目前，從電力系統安全穩定運行的需求出發，許多國家、地區或電力運營企業發布了風電并網技術標準，要求風機具備一定的故障 (低電壓、高電壓 )穿越能力。但隨著并網風電容量的增加，故障發生瞬間的應力過載不再是導致脫網事件的單一因素，故障期間、故障切除后出現的失穩成為誘發脫網事件的新生因素。 2. 次/超同步振蕩事故對電力系統安全穩定造成的影響 隨著并網風電占本地電源的比例的不斷增加，電力系統出現了越來越多的大規模、集中式風力發電經遠距離接入的弱支撐送端場景，而且在這些場景中頻繁發生數十赫茲的振蕩問題，造成了嚴重的系統設備受損停運事故 [13]。從 2010年 10月開始，我國華北沽源地區發生了上百次與雙饋風電場和串補線路有關的次同步振蕩，振蕩頻率在 3～10Hz變化，電流振幅*高可達基波的 50%左右，造成大量風機脫網[14]。另外在我國新疆哈密地區，從 2015年 7月以來，多次發生頻率為 20～80Hz的振蕩，嚴重時曾導致 3臺火電機組扭振保護動作切機 [15]。2009年 10月發生的美國得克薩斯州某雙饋風電場經串補線路送出系統次同步振蕩事故，振蕩頻率約 20Hz，電壓振蕩幅值達到 1.9p.u.，造成大量雙饋型風機電路損壞，風電場停運 [15]。此外，2014年 3月在歐洲北海某海上風電場經電壓源型直流輸電 (VSC-HVDC)發生的高頻振蕩事故中，振蕩頻率為 200～250Hz，導致直流換流站停運。 目前，部分次/超同步振蕩事件(如沽源振蕩、哈密振蕩 )的機理仍未能得到很
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