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2019年是海上风电快速增长的一年,全球海上风电的新增装机容量创下单年历史新高的5.2GW,其中在建项目超过50%在中国。海上风电必将是我国未来几年能源电力行业的重头戏之一。大规模海上风电场依赖于并网运行,一旦出现故障导致外送电通道阻断,将面临成为电力孤岛的风险。海上风电场处于主网的末端,成为电力孤岛后负荷量远小于电源容量,无法正常运行;只采用停机来应对孤岛工况,会浪费能源、危害设备寿命甚至会导致主网功率振荡而崩溃,应进一步研究更合理的海上风电场孤岛运行方式。本文对各种典型故障引起的海上风电场孤岛工况进行分析,并针对性地设计控制策略以发掘风电机组的孤岛运行潜力,解决海上风电场孤岛运行的关键技术问题,文中主要内容如下:(1)首先介绍了两种广泛应用的海上风力发电机组和海上风电场集电系统拓扑和仿真模型,以及两种典型的交流和直流型海上风电场并网系统的数学模型和控制原理,基于PSCAD/EMTDC搭建了海上风电场及其两种并网系统的仿真模型,为后续研究奠定了基础。(2)在并网系统永久性故障下,海上风电场将长期失去外部电网联系,但为了保持风力发电设备的可靠性,仍需要给海上升压平台以及风机的辅助负荷供电,因而提出一种基于柴油发电机和双馈风力发电机协同运行的海上风电场大孤岛运行模式;在此基础上提出一种以海上风电场为电源的黑启动方案,利用风机网侧变流器补偿长距离高压海底电缆所需无功,将海上风能送到岸上火电机组辅机中,助力沿海局部电网停电后快速恢复。(3)海上风电场在FB-MMC-HVDC(Full Bridge Modular Multilevel Converter High Voltage Direct Current)系统暂时性闭锁工况下,将会出现持续时间不大于1 s的暂时性孤岛状态。为保证主电网系统的安全稳定,应避免大规模的海上风电场在这种暂时性孤岛状态下脱网停机。通过分析海上风电场及其并网系统状态,提出一种海上风电场暂时性孤岛故障穿越策略:通过接地耗能电阻转换故障类型为低电压,并结合风力发电机组的孤岛低电压控制,使海上风电场能随换流站解除闭锁而快速恢复供电。