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高比例新能源经直流送出系统的建模及暂态过电压问题研究

1.引言

1.1背景及意义

随着全球能源结构的转型和环境保护的日益重视，新能源的开发和利用已经成为世界各国的共同选择。我国新能源资源丰富，特别是风能和太阳能，近年来其装机容量迅速增长。然而，新能源发电具有波动性和间歇性，高比例并网给传统电力系统带来了诸多挑战，特别是对直流送出系统的影响尤为显著。因此，研究高比例新能源经直流送出系统的建模及暂态过电压问题，对于保障电力系统的稳定运行和新能源的充分利用具有重要意义。

1.2研究目的与内容

本研究旨在深入探讨高比例新能源经直流送出系统的建模方法，分析暂态过电压问题，并提出相应的控制策略。研究内容主要包括：对新能源发展现状及趋势进行梳理；分析直流送出系统的结构及原理，探究高比例新能源对直流送出系统的影响；建立新能源并网模型和直流送出系统模型；分析暂态过电压产生原因、传播与抑制方法；设计并验证暂态过电压控制策略。

1.3研究方法与技术路线

本研究采用理论分析、仿真验证和优化调整相结合的方法。首先，通过查阅相关文献资料，了解新能源发展现状和直流送出系统的基本原理；其次，运用建模方法，建立新能源并网模型和直流送出系统模型；然后，通过仿真分析，研究暂态过电压问题，并提出控制策略；最后，对控制策略进行优化，以提高系统稳定性。技术路线如下：

文献调研：收集国内外新能源发展、直流送出系统及暂态过电压相关的研究成果，为后续研究提供理论依据。

建模方法研究：分析现有建模方法，选择适合高比例新能源经直流送出系统的建模方法。

仿真分析：利用建模方法，搭建仿真模型，分析暂态过电压问题。

控制策略设计：根据暂态过电压产生原因和传播特性，设计相应的控制策略。

优化调整：对控制策略进行优化，提高系统稳定性。

结果分析：对研究结果进行总结和分析，提出进一步研究的建议。

2.高比例新能源经直流送出系统概述

2.1新能源发展现状及趋势

随着全球能源结构的转型和环境保护的日益重视，新能源的发展呈现出强劲的势头。太阳能、风能等可再生能源在能源消费中的比重逐年上升，成为推动能源革命的重要力量。当前，新能源发展呈现出以下趋势：一是装机容量迅速扩大，二是技术不断进步，三是成本逐渐降低，四是政策扶持力度加大。在此背景下，高比例新能源接入电网成为电力系统面临的新挑战。

2.2直流送出系统的结构及原理

直流送出系统主要由新能源发电场、换流站、直流输电线路和接地装置等部分组成。其工作原理是：新能源发电场通过换流站将交流电转换为直流电，再通过直流输电线路输送至负荷中心，最后在负荷侧的换流站将直流电转换为交流电供用户使用。直流送出系统具有输电距离远、损耗小、调节速度快等优点，适用于高比例新能源的送出。

2.3高比例新能源对直流送出系统的影响

高比例新能源接入直流送出系统，会对系统的稳定性、安全性和经济性产生影响。具体表现在以下几个方面：

电压稳定性：新能源发电具有波动性和不确定性，可能导致直流送出系统电压波动和闪变，影响电压稳定性。

频率稳定性：新能源发电的出力变化可能导致系统频率波动，对直流送出系统的频率稳定性造成影响。

设备热稳定性：新能源发电的波动可能导致直流送出系统中设备的过载或欠载，影响设备的热稳定性。

控制策略：高比例新能源接入直流送出系统，对控制策略提出了更高的要求，以保证系统在各种工况下的稳定运行。

本章节对高比例新能源经直流送出系统进行了概述，为后续章节的建模、暂态过电压问题分析及控制策略设计奠定了基础。

3.高比例新能源经直流送出系统的建模

3.1建模方法及原理

在这一章节中，我们将详细介绍高比例新能源经直流送出系统的建模方法及原理。建模是研究系统特性、分析问题及设计控制策略的基础。针对新能源经直流送出系统的特点，我们采用了以下几种建模方法：

机理建模：基于电路理论，建立新能源发电单元、换流器以及直流线路的数学模型。该方法能够准确描述系统的物理过程，为后续的仿真分析提供基础。

黑箱建模：通过输入输出数据，运用系统辨识技术建立系统模型。此方法适用于难以获取详细内部信息的复杂系统。

神经网络建模：利用人工智能技术，通过学习大量样本数据，构建能够表征系统输入输出关系的神经网络模型。

混合建模：结合机理建模与数据驱动建模的优点，既考虑系统的物理过程，又利用数据信息提高模型准确性。

建模原理主要包括以下方面：

等效电路原理：将复杂的系统简化为等效电路，便于分析系统性能。

状态空间分析方法：利用状态空间方程描述系统动态过程，便于控制策略的设计。

数值仿真技术：通过数值求解方法，模拟系统在实际运行中的性能。

3.2新能源并网模型

新能源并网模型主要包括风力发电、太阳能发电等，其建模重点在于准确描述新能源出力的随机性和波动性。以下是具体内容：

风力发电模型：根据风