中国是世界上风电装机容量增长量最大的国家,近年来我国风电开发重心转向经济发达的东南部沿海地区的陆上和近海风电场建设。负荷中心区域电网普遍以500kV变电站为中心呈辐射式结构,缺乏本地电源。风电接入地区高压配电网后其强波动性为地区电网的规划和运行带来了一系列新的挑战。论文围绕高密集度海上和陆上风电接入地区高压配电网的网架和动态无功规划模型和优化算法开展研究,系统研究了风电波动特征参数和模型、海上风电接入规划原则、多风电场汇集对地区电网的电压影响、高密集度风电接入后电网动态无功补偿的优化规划模型和算法等问题。主要工作如下:(1)分析梳理了电网规划需要的四种风电模型及其应用需求。结合华南沿海陆上风电场录波数据和近海风电场选址测风数据,对海上风电和沿海陆上风电的风速和风电功率秒级波动特性、分钟级波动特性和日功率曲线特性进行了聚类分析和统计建模。提出了适用于电网规划的海上和陆上风电秒级和分钟级短时波动模型及其参数。提出了基于聚类的典型风电日功率曲线模式提取方法。(2)分析了海上风电接入电网的输电方式、电压等级和输电线路的选择原则。推导了海上风电场群功率波动对升压站和公共接入点(point of common coupling,PCC)电压影响的测算方法,提出了基于短路容量的PCC点选择原则。提出了海上升压站无功补偿需求、对电网频率波动影响的近似测算方法。以珠海桂山海上风电场接入规划为实例进行了规划原则和方法的应用和评估。(3)推导了近海风电场不同无功控制模式对地区电网节点电压波动影响的评估函数,提出了节点电压约束下的海上风电最大允许接入容量的估算公式,该最大并网容量与风电接入点短路容量近似线性相关。研究表明风电功率波动引起的电网电压波动限制是影响近海风电接入电网规模的主要因素,且电网电压波动程度与风电场无功控制模式密切相关。风电场定功率因数控制方式下,离风电场越近的节点电压波动幅度越大;而定机端电压模式下,离振荡中心越近的节点电压波动越大。振荡中心的位置与系统及风电场电压水平有关。(4)针对大量小规模风电场接入地区电网形成的局部高渗透率电网电压稳定问题,提出了衡量风电功率波动对电网节点电压动态影响的电压受扰程度指标DI和波动幅度指标FI。基于DI组成的电压受扰程度向量DV指标,引入肯德尔秩相关系数评价不同风电场对电网电压影响的相似程度,采用仿射传播聚类算法将风电场聚类为数个风电场群,得出风电场群的影响域,以降低动态无功补偿规划的计算规模。以39母线系统为例检验了指标和算法,并分析了同群/不同群风电场的并发功率扰动下风电场群影响域的变化规律。(5)提出了一种面向高风电渗透率地区电网的启发式动态无功补偿规划方法。定义了节点电压补偿能力指标,衡量风电功率扰动场景下节点无功补偿对电网电压的改善情况。根据风电场聚类和影响域范围启发式的选择候选补偿点集,结合同群风电场并发功率扰动的场景概率,提出了动态无功补偿选址排序指标,并以极端扰动场景为暂态约束条件进行动态无功补偿容量优化。分别对39母线系统和2020年广东湛江电网实例进行了动态无功补偿优化配置应用。论文研究成果为海上和陆上风电快速发展的我国沿海地区电网规划和风电大量接入对地区电网的影响评估提供了有效的分析工具和理论指导。