我国风能资源分布集中,且多处于西部、北部和沿海地区。新疆哈密、甘肃酒泉、蒙东蒙西等地区都是我国风能资源最丰富的地区,非常适合进行大基地集中式开发。由于风电出力具有波动性和随机性,大规模风电并网需要电力系统具有较强的调峰平衡能力。而我国西部、北部地区电力系统规模较小,且热电机组比重高,调峰能力不足,要实现风电大规模集中开发与高效利用,需要加强风电消纳研究,统筹考虑风电基地与外送通道建设,同步建设跨区特高压输电工程,将西部和北部地区的风电输送到华北、华中、华东等用电负荷中心地区消纳,“开发大风电、融入大电网”是中国风电发展的必然要求。
特高压直流输电的主要特点是输送容量大、距离远等。到目前为止,我国已经有3个特高压直流工程投入运行,多个工程正在建设和规划之中。特高压直流输电将成为未来风电远距离外送的重要方式,是缓解能源运力不足的有效手段,也是促进大规模风电基地建设的必要条件。利用直流输电系统有功与无功的灵活控制功能,适应风电的波动特性及故障特性,可以提高大规模风电接入系统的安全稳定性。
论文主要研究内容可归纳为以下三部分：
(1)以电磁暂态实时数字仿真系统HYPERSIM为平台,利用电压源型换流器(Voltage Source Converter, VSC)物理仿真装置,通过数模混合仿真技术建立直驱式同步风力发电机组数模混合仿真模型,通过暂稳态仿真试验,对该模型在风速波动下的动态特性以及电网故障时的动态响应进行校核。
(2)以电磁暂态实时数字仿真系统HYPERSIM为研究平台,用直流输电物理仿真装置模拟外送风电的特高压直流输电系统,利用双向功率连接数模混合仿真技术,模拟功率在数字和物理模型之间的交换,建立大规模风电直流外送的数模混合仿真系统,并通过故障试验对仿真系统响应特性进行校核。
(3)基于数模混合实时仿真平台对特高压直流与风电外送系统的相互影响和协调控制策略进行深入研究,并通过数模混合实时仿真试验,验证协调控制策略的有效性。
论文的主要创新点是：
(1)建立了直驱风机数模混合仿真模型,具备与实际风机换流器控制器连接研究风机接入电网动态响应特性的能力,可真实反映风机实际控制器动态特性。
(2)构建了大规模风电直流外送系统的数模混合实时仿真平台,从规模和精确度两方面满足研究要求。
(3)评估风火打捆系统与直流输电之间的相互影响程度,提出了提高大规模风电直流外送系统故障恢复特性的交直流协调控制策略。
论文坚持理论与实际相结合,旨在针对我国电网发展中遇到的实际问题,提出可行的解决措施。论文研究成果解决了精确实时模拟风电机组中全控器件动态特性的技术难题,为风电机组实际控制器的策略及参数优化研究和接入电网的动态特性检验提供了必要的技术手段；解决了在模拟大规模风电接入电网的同时精确模拟外送风电的直流输电系统动态响应特性的技术难题,为大规模风电接入电网及直流输电对大规模风电适应性、交直流协调控制等研究提供了必要的研究手段；提出了有效可行的风火打捆直流外送系统交直流协调控制策略,为大规模风电直流外送系统的规划、设计和运行提供了必要的技术支撑。
