在能源消费结构调整和“碳达峰、碳中和”战略方针指导下,以新能源为主体的新型电力系统建设不断深入。我国正逐步形成西部和西北地区风电和光伏资源富集型送端电网经远距离特高压交直流通道与东部负荷密集地区电网构成大型跨区互联系统的电力网架格局。随着新能源发电装机容量的迅速增长,大规模光伏、风电电源接入,其出力不确定性较高和多维时间尺度下的能量输出可控性较弱等特点,对新能源高占比送端系统暂态能量平衡特性及暂态稳定性影响日益复杂。目前,新能源发展面临以下三个问题。第一,新能源的装机总量远超负荷,且受限于常规电源特性和电网结构,新能源消纳问题突出。第二,大规模新能源电站接入导致系统中常规电源减少,系统惯性、频率响应特性及电压响应特性降低,电网运行的安全风险显著增大。第三,新能源电站无能量存储环节,对于电网是扰动源,无调节的能力。因此,大规模新能源接入电网的安全稳定运行亟需寻求新型手段辅助传统机组来提升电网整体的调节能力。本文首先研究电池储能系统与新能源系统建模及运行优化方法,以实现互联系统内新能源供能占比、送端系统安全稳定性、运行经济性等等多目标间的协调优化;其次新能源送端系统暂态稳定机理与判别模型,以准确表征送端系统在暂态故障端口暂态能量特性,以及这一能量在送端网络中的传播机理;接下来研究基于储能协调的新能源送端系统暂态稳定控制方法,建立含电池储能送端系统暂态能量控制及电压、频率快速恢复控制方法;最后基于送端系统暂态能量控制需求,研究考虑新能源送端系统暂态稳定性提升的储能优化配置方法,实现基于储能协调的互联大系统中送端系统暂态稳定性水平提升。基于此,本文主要研究内容有:电池储能系统与新能源系统建模及运行优化方法研究。以风电和光伏电源为主要新能源电源,研究新能源电源为主体的弱送端电网中新能源电源、传统同步电源、负荷及电池储能系统的动态能量输入输出模型,并在此基础上研究新能源送端电网、特高压输送通道及受端系统组成的互联系统功率平衡动态模型。建立新能源送端系统动态潮流优化动态优化模型及其求解算法,计算新能源送出最大化前提下的送端系统动态最优机组组合,实现互联系统内新能源供能占比、送端系统安全稳定性、运行经济性等等多目标间的协调优化。新能源送端系统暂态稳定机理与判别模型研究。以新能源高占比送端电力系统为对象,基于新能源送端系统能量平衡动态模型及最大能量送出目标下的运行方式优化模型,研究传统同步电源暂态能量特性动态模型、虚拟同步电源暂态能量特性动态模型、电池储能直流侧暂态能量特性动态模型以及负荷在暂态过程中的能量动态特性模型,建立基于各组成部分能量动态特性表征方程的新能源送端系统暂态稳定李雅普诺夫判别模型。在此基础上,研究互联系统内发生暂态故障时的端口能量聚集及端口能量在送端系统的传播机理模型,建立送端系统网格动态划分模型,进而在送端网络中的能量传播特征和动态网格模型的基础上研究送端网络能量平衡薄弱区域快速辨识方法。基于储能协调的新能源送端系统暂态稳定控制方法研究。基于新能源送端系统暂态稳定判别模型及暂态能量传播过程中送端网络能量平衡薄弱区域辨识模型,研究考虑电池储能与火电机组、光伏发电系统、风电系统等各类电源能量特性间多目标动态协调的送端系统总能量输入与能量消耗间不平衡快速抑制控制策略。同时,研究送端系统在暂态端口能量冲击下各个局部区域电压和系统频率振荡过程非线性多目标控制方法,实现对送端系统暂态故障过程中能量平衡以及电压和频率特性的控制。考虑新能源送端系统暂态稳定性提升的储能优化配置方法研究。在电池储能协调的送端系统暂态能量及电压和频率动态鲁棒优化控制模型与方法研究基础上,基于电池储能参与送端系统暂态控制策略需求及对应的系统暂态稳定状态条件,研究新能源送端系统风电、光伏电源波动不确定性在系统稳态运行与暂态过程中的能量特性及运行状态参数不确定性集模型,建立考虑多维不确定性和暂态稳定性约束的电池储能系统规划动态优化模型与方法。