本書從高維系統(tǒng)建模、振蕩穩(wěn)定性分析與振蕩安全域構建三方面入手，提出大規(guī)模風電并網(wǎng)系統(tǒng)次/超同步振蕩問題研究的新理論和新方法。主要介紹了大規(guī)模風電并網(wǎng)系統(tǒng)次/超同步動態(tài)的阻抗網(wǎng)絡模型、可以量化振蕩空間分布特征和設備間相互作用關系的頻域模式分析方法、基于聚合阻抗模型和預測-校正技術的風電次/超同步振蕩安全域構建方法，以及為實際復雜系統(tǒng)的次/超同步振蕩問題分析開發(fā)的高效工具次/超同步振蕩穩(wěn)定性分析軟件。

本書適用于電氣工程專業(yè)研究生及相關研究人員參考使用。

在大規(guī)模風電并網(wǎng)系統(tǒng)中，次超同步振蕩問題已成為制約風電高效利用與電網(wǎng)穩(wěn)定運行的關鍵挑戰(zhàn)。《大規(guī)模風電并網(wǎng)系統(tǒng)次超同步震蕩頻域模式分析與安全域構建》這本書脫穎而出，為該領域帶來全新的研究視角與解決方案。它創(chuàng)新性地提出頻域模式分析方法，構建次超同步振蕩安全域，為精確剖析振蕩特性、保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行筑牢理論根基。無論是電力科研人員探尋振蕩深層機理，還是工程師尋求切實可行的安全運行策略，本書都是不可或缺的得力助手，引領大家深入探索大規(guī)模風電并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行之道。

近年來，隨著風電等可再生能源發(fā)電的迅速發(fā)展，風電機組及其電力電子控制與交 / 直流電網(wǎng)間動態(tài)相互作用導致的新型次 / 超同步振蕩問題引發(fā)了廣泛關注。我國新疆哈密和冀北沽源等大規(guī)模風電并網(wǎng)系統(tǒng)均發(fā)生過嚴重的次 / 超同步振蕩事件，危及電力設備的安全乃至系統(tǒng)整體的安全穩(wěn)定運行。

大規(guī)模風電并網(wǎng)系統(tǒng)設備類型眾多、拓撲結構復雜、模型維數(shù)極高、運行方式多變，具有多時間尺度動態(tài)耦合特性，給系統(tǒng)的穩(wěn)定分析帶來極大的挑戰(zhàn)。風電次 / 超同步振蕩與常規(guī)同步發(fā)電機軸系扭振相關的次同步振蕩在產生機理及穩(wěn)定特性等方面均有顯著區(qū)別，因此亟需針對此類新型振蕩問題展開深入研究。為此，本書從高維系統(tǒng)建模、振蕩穩(wěn)定性分析與振蕩安全域構建三方面入手，提出大規(guī)模風電次 / 超同步振蕩問題研究的新理論和新方法。

在系統(tǒng)級建模方面，提出了刻畫大規(guī)模風電并網(wǎng)系統(tǒng)次 / 超同步動態(tài)的阻抗網(wǎng)絡模型，建立了網(wǎng)絡的傳遞函數(shù)矩陣。阻抗網(wǎng)絡模型構造靈活，可高效重構，且易于擴展，適合拓撲變化頻繁、具有頻率耦合效應的風電并網(wǎng)系統(tǒng)。并且，阻抗網(wǎng)絡模型能夠反映復雜電網(wǎng)結構及其內部動態(tài)，為精確評估系統(tǒng)的次 / 超同步振蕩特性分析奠定了模型基礎。

在振蕩穩(wěn)定性分析方面，提出了頻域模式分析方法，建立了參與因子、靈敏度等頻域量化指標，可以獲取系統(tǒng)的全部振蕩模式，明確振蕩的影響范圍、振蕩電流的空間分布規(guī)律和引發(fā)振蕩的關鍵設備，從而全面反映風電次 /超同步振蕩特性。進一步，基于量化指標提出了阻抗網(wǎng)絡的聚合判據(jù)和次同步相量測量裝置的配置方法，為網(wǎng)絡的空間聚合和測量裝置的最優(yōu)選址提供了理論依據(jù)。

在振蕩安全域研究方面，提出了基于聚合阻抗模型和預測 校正技術的風電次 / 超同步振蕩安全域構建方法，在確保安全域精度的條件下，顯著提高了安全域構建效率。進一步，采用超平面對安全域邊界點進行擬合，并基于邊界表達式建立了系統(tǒng)運行狀態(tài)的評價指標，可以獲得系統(tǒng)在不同工況下的安全裕度，為系統(tǒng)運行方式的優(yōu)化提供了重要指導。

此外，在工程應用方面，基于所提出的建模和分析方法，開發(fā)了次 / 超同步振蕩穩(wěn)定性分析軟件，并用于實際大規(guī)模風電并網(wǎng)系統(tǒng)，分析結果得到了電磁暫態(tài)仿真驗證，為系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供了有力支撐。

本書由占穎、謝小榮著。編寫分工為：占穎編寫第一章、第二章、第三章、第四章和第五章，約 15 萬字；謝小榮編寫第六章。本書得到國家自然科學基金項目（52407153，52321004）的資助，特此致謝！

作者

2024 年 11 月

占穎，中國礦業(yè)大學(北京)機械與電氣工程學院講師，2017年中國農業(yè)大學電氣系本科畢業(yè)，2022年清華大學電機系博士畢業(yè)；主要從事電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析與控制方向的研究工作；負責國家自然科學基金青年基金1項，中國博士后面上基金1項；曾獲中國產學研合作創(chuàng)新成果獎一等獎、JY部技術發(fā)明獎二等獎，共發(fā)表學術論文20多篇。

謝小榮 清華大學電機系教授，1996年上海交通大學電力工程系本科畢業(yè)，2001年清華大學電機系博士畢業(yè)后留校任教，2018年聘為教授（2012年博導）；國家杰出青年科學基金獲得者（2019年），IET Fellow，IEEE Senior Member；2013年美國加州大學洛杉磯分校訪問學者；主要從事電力系統(tǒng)動態(tài)分析與控制、次同步諧振/振蕩、柔性輸配電系統(tǒng)、廣域監(jiān)測與控制等領域的教學與研究工作；先后負責國家自然科學基金5項、國家重點研發(fā)計劃課題1項、863子課題1項以及多項橫向課題，曾獲國家科技進步二等獎1項、省部級/行業(yè)一等獎5項，共發(fā)表學術論文200多篇，包括國際著名刊物論文50多篇，合作出版編著3本。