风电受不可控、随机波动风速的影响,电能质量通常较差。随着并网容量不断增加,风电在电网中的渗透率日益提高,从而对电网的安全稳定运行带来严峻挑战。水电作为目前电力系统中技术最成熟的清洁能源,具有灵活的调节能力和稳定的供电质量,风水互补发电是解决目前风电发展问题的有效途径。然而目前水电的实际运行与控制仍以承担传统电力系统发电任务为主,风水互补发电系统的研究多集中在优化调度和协调控制上。风水互补系统的电能质量是反映系统互补特性的关键指标,水力发电机组的稳定性是互补系统安全可靠运行的重要保障。因此非常有必要研究在风水互补发电系统框架下互补系统的电能质量与水力发电机组的稳定性。论文主要安排如下:(1)随机扰动下水力发电机组并网稳定性。为探究水电机组在并入新能源电力系统过程中的瞬态稳定性,建立开机并网过程中水轮机调节系统非线性模型。建模过程中,小波动工况下传递系数被描述为随时间衰减震荡逐渐趋于定值的动态传递系数,同时考虑随机扰动对水头的影响,对水头引入了随机因素。通过数值模拟和计算处理,分析了水轮发电机组在开机过程中的转速规律,以及水头在不同随机强度下对水力发电机组并网稳定性的影响,最后研究了在随机扰动下不同系统参数对水力发电机组并网稳定性的影响。(2)风水互补发电系统建模。以秒为时间尺度,利用模块化建模方法建立精细的风力发电系统和水力发电系统模型,并与IEEE 9节点模型耦合,建立风水互补发电系统模型,并通过Matlab/Simulink数值仿真与已有文献结论对比进行模型验证。(3)风水互补发电系统的电能质量研究。基于建立的风水互补发电系统模型,分析了不同风水容量配比和不同风速对风电、水电和互补发电系统功率、频率和电压质量的影响;针对电力系统电能质量标准制定电能质量评估指标,定量评价了风水配比对互补发电系统有功功率、频率和电压的影响;考虑到电力系统暂态电能质量问题中电压跌落的频发性,研究了电力系统电压跌落幅值和跌落持续时间对互补发电系统电能质量稳定性的影响规律。(4)风水互补发电系统下水电机组轴系稳定性研究。从水力发电系统稳定性角度出发,建立了水力发电机组轴系数学模型,并将其与风水互补发电系统模型耦合;考虑风速的随机性与波动性对轴系的影响,选取六种典型风速,探究轴系发电机转子和水轮机转轮的振动特征;进一步探究风水容量配比对轴系的影响,分析发电机转子、水轮机转轮以及整个轴系的动力学演化规律。