本書以千萬千瓦風電基地作為研究對像及工程應用案例，首次全面闡述大規模風電接入弱端電網運行特性及運行控制技術，內容既包含前幾年風電的大規模脫網問題，又包括當前熱點風電次同步諧振等問題，還展望了未來新能源高占比情況下的虛擬同步機發電技術。全書從基礎理論、關鍵技術和工程應用等方面，全緯度分析新能源並網中的熱點和難點問題，是相關從業者重要的學習和參考書籍。

《大規模風電接入弱電網運行控制技術》以作者所在研究團隊多年來在大規模風電接入弱電網脫網機理、現場檢測、短路特性、高電壓穿越、功率控制、次同步諧振和虛擬同步發電機等技術方面的研究和實踐為基礎，以新能源並網運行控制理論為依據，結合國內外同行先進經驗，對大規模風電接人弱電網運行控制相關問題進行了總結和提煉。全書分八章，包括概述、大規模風電多時空尺度運行特性、大規模風電無功電壓控制技術、大規模風電集群有功控制技術、風電機組高電壓穿越技術、大規模風電一串聯補償繫統次同步諧振機理分析及治理技術、虛擬同步發電機技術及工程示範、風電短路電流計算技術。
《大規模風電接入弱電網運行控制技術》理論聯繫實際，所提供的理論方法、現場數據及分析、試驗結果對研究人員，尤其是電力專業科技人員有較高的借鋻價值，可為相關專業人員提供參考，也可作為新能源並網領域培訓教材。

劉輝，華北電力科學研究院有限責任公司，教授級高工， 工學博士，華北電科院新能源所副所長，國家電網公司專業領軍人纔和優秀專家人纔。主要研究方向為新能源並網分析與運行控制。近幾年，圍繞我國新能源並網和調控技術難題，先後完成了2項國家863課題和1項國家科技支撐計劃課題，在研1項國家重點研發計劃項目，相繼研究大規模新能源接入弱端電網引發的脫網機理、風電集群自動電壓控制、風電機組高電壓穿越技術和風電次同步諧振等。獲得省部級獎8項，發表論文60餘篇，授權發明專利30項。

前言

第一章 概述
第一節 我國風力發電開發情況及規劃
第二節 大規模風電接人弱電網面臨的問題
第三節 大規模風電接人弱電網運行控制研究動態
第四節 各章主要內容概述

第二章 大規模風電多時空尺度運行特性
第一節 大規模風電運行數據資源及預處理
第二節 大規模風電多時空維度評價指標體繫
第三節 大規模風電多時空尺度運行特性分析
第四節 大規模風電運行特性分析繫統
參考文獻

第三章 大規模風電無功電壓控制技術
第一節 大規模風電接人弱電網無功電壓運行特性分析
第二節 大規模風電接人弱電網無功電壓主站控制技術
第三節 大規模風電接入弱電網無功電壓子站控制技術
參考文獻

第四章 大規模風電集群有功控制技術
第一節 大規模風電集群有功控制技術的發展
第二節 基於多級協同的新能源集群有功均衡控制策略
第三節 新能源場站有功控制性能測試及優化
參考文獻

第五章 風電機組高電壓穿越技術
第一節 風電機組高電壓穿越技術標準及案例分析
第二節 雙饋風電機組高電壓穿越控制技術
第三節 直驅風電機組高電壓穿越控制策略
第四節 風電機組高電壓穿越工程現場實施與測試驗證
參考文獻

第六章 大規模風電一串聯補償繫統次同步諧振機理分析及治理技術
第一節 風電次同步諧振典型案例
第二節 風電次同步諧振分析方法
第三節 風電次同步諧振機理
第四節 風電次同步諧振治理技術及實驗室測試
第五節 風電次同步諧振治理技術示範工程
參考文獻

第七章 虛擬同步發電機技術及工程示範
第一節 高比例新能源電網的風電主動支撐需求分析
第二節 虛擬同步發電機建模及並網穩定性分析
第三節 虛擬同步發電機關鍵技術與裝備研制
第四節 虛擬同步發電機工程示範和推廣應用
參考文獻

第八章 風電短路電流計算技術
第一節 大規模風電彙集繫統短路故障特征分析
第二節 適用於短路電流計算的風電機組等效電路模型
第三節 大規模風電彙集繫統短路電流計算
參考文獻
索引

隨著石油、煤炭等不可再生資源的枯竭及排放污染的日趨嚴重，全世界都在積極尋求清潔、環保的可再生能源作為傳統化石燃料的替代能源，風能作為無污染、綠色清潔的可再生能源，受到各國的高度重視，近十年來在全球範圍內得到快速的發展。我國已成為世界風電裝機容量第一大國，截至2020年底，全國累計裝機容量達到2.81億kW，全年發電量4665kWh。2020年9月22日，國家主席習近平在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上表示，中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭於2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現“碳中和”。可以預見，作為實現二氧化碳減排的主力能源形式，未來風電具有更加廣闊的發展空間。
風電並網運行控制是實現風電規模化、常規化並網的關鍵技術，具有重要的研究意義和工程價值。風電不同於傳統的同步發電機，大規模接入電網時會引發一繫列問題。從電網側看，我國陸上集群風電大多采用“大規模集中式開發、高電壓遠距離輸送”的模式接入弱電網，呈現出電網網架結構薄弱、阻抗較高、短路容量較低、並網點無功支撐能力弱等特征。從電源側看，采用電力電子接口裝置的風電機組，其運行控制特性與傳統同步發電機組差異顯著。由此，一方面會引發一些傳統電網未曾出現的新問題，如風電機組大規模連鎖脫網、大規模風電集群負阻尼振蕩等；另一方面會造成很多傳統電力繫統的經典運行控制技術不再適用，以風電集群無功電壓控制為例，目前新能源接入地區的自動電壓控制沿用傳統三級電壓控制體繫和電壓指令控制模式，而新能源場站接入網架、無功源調節特性都與火電機組接人存在明顯區別，直接照搬傳統電網的控制經驗易導致多無功源控制失調，進而引發無功環流等現像。因此，綜合考慮大規模風電並網源網兩側特點，開展弱電網背景下風電集群運行控制相關技術研究，是未來高效可持續發展風電、實現高比例新能源替代的基礎。
冀北電網是我國新能源並網規模和裝機容量占比都具有典型性和代表性的省級電網，截至2020年底，冀北集中式風電裝機容量已達1954萬kW，新能源裝機容量占統調裝機容量比例高達64.5%，位列全國省級電網第一位，其中風電裝機容量占統調裝機容量比例為44.5%。冀北電網大部分風電符合弱電網並網特征，部分地區接人電源全部為新能源機組，缺乏同步發電機支撐，很多風電場並網點的短路電流較小，短路比小於3，在風電安全穩定運行方面面臨嚴峻挑戰。作者所在團隊自2011年起圍繞新能源運行與控制開展多項課題研究，承擔了國家863科技項目“間歇式能源發電多時空尺度調度繫統研究與開發”、國家重點研發計劃項目“支撐低碳鼕奧的智能電網綜合示範工程”等國家級科技項目，牽頭10餘項國家電網有限公司項目，作者以科研工作中針對風電並網運行實際暴露問題的分析解決為案例，將支撐大規模風電並網安全穩定運行的重要成果梳理總結，精心編著《大規模風電接人弱電網運行控制技術》-書，旨在拋磚引玉。同時，本書也是我們科研課題和工程實踐的進一步深化和再現。
全書共8章，第一章全面剖析大規模風電接人弱電網面臨的重要問題，總結當前研究動態，概述全書主要研究內容；第二章介紹大規模風電運行特性分析方法，重點是構建大規模風電運行特性評價指標體繫；第三章針對當前風電無功電壓運行中暴露的主要問題，分別從控制主站和控制子站側提出解決方案，包括主站側無功電壓控制優化方法和子站側綜合檢測技術；第四章提出了基於消納空間分層優化的大規模風電集群協同有功控制技術，解決大規模風電接人弱電網調度運行時面臨的效率與均衡問題；第五章針對風電機組高電壓穿越技術及工程實現的問題，提出了風電機組高電壓穿越能力的技術要求和指標，依托實際案例介紹了雙饋、直驅風電機組高電壓穿越能力改造提升的現場實施方案；第六章以張家口沽源風電一串聯補償繫統的次同步諧振為例，介紹了大規模風電一串聯補償繫統次同步諧振分析和治理技術及工程應用；第七章闡述了面向大電網的虛擬同步發電機技術，依托國家電網有限公司張北虛擬同步發電機示範工程介紹了技術應用情況；第八章從大規模風電彙集繫統短路故障特征分析、等效電路建模及短路電流計算評估人手，深入剖析了風電彙集繫統短路電流計算技術。
本書第一章由劉輝、杜維柱、吳林林編寫，第二章由劉輝、吳林林、張瑞芳編寫，第三章由張揚帆、吳林林、徐曼、劉海濤編寫，第四章由孫雅曼、李雨、徐海翔編寫，第五章由宋鵬、劉京波、田雲峰、吳宇輝編寫，第六章由劉輝、李蘊紅、杜維柱、王瀟編寫，第七章由劉輝、孫大衛、王曉聲、程雪坤、鞏宇編寫，第八章由陳璨、吳林林編寫。全書由劉輝統稿。在本書的成稿過程中，得到了國家電網有限公司華北分部、國網冀北電力有限公司調控中心、清華大學等單位的大力支持和幫助。在此，作者深表感謝。
由於作者水平有限，書中錯誤及不妥之處在所難免，懇切希望讀者和同行給予批評指正。