可再生能源发电是当前国际广泛关注、涉及多学科交叉、知识密集型的前沿热点研究领域,具有重要的经济价值和战略价值,是21世纪世界各国实现能源转型战略的关键技术。近年来,以光伏、风电为代表的可再生能源发电迅速发展,全球可再生能源发电量占总发电量的比重不断上升。由于气候、地理等因素,我国可再生能源装机主要集中在西北、华北和东北地区,造成我国“三北”部分地区电网电力电子化特征明显、网架结构薄弱,可再生能源发电基地与交、直流外送系统之间的阻抗交互问题突出,风电场并网及其外送系统的次同步振荡事故频发,严重影响到可再生能源发电基地及其外送系统的安全稳定运行。因此,研究风电场并网及其外送系统的次同步振荡抑制技术具重要现实意义。本文在国家重点研发计划“可再生能源发电基地直流外送系统的稳定控制技术”、广东省“珠江人才计划”引进创新创业团队资助项目等资助下,在国家电能变换与控制工程技术研究中心的支持下,在直驱风电场并网及其外送系统的次同步振荡抑制技术方面展开了深入的研究。针对直驱风电场弱电网并网、串补外送和直流外送三种场景下的次同步振荡问题,分别提出了不同的次同步振荡抑制方法,提高了直驱风电场并网及其外送系统的安全性、稳定性、可靠性,为直驱风电场并网及其外送系统次同步振荡问题的解决提供理论支撑和指导。论文主要工作及创新如下:1、针对直驱风电场接入弱电网引发的次同步振荡问题,考虑直驱风电场控制系统难以优化的情况,提出了一种基于储能型静止同步补偿器（static synchronous compensator,STATCOM）的次同步振荡抑制方法。首先建立了直驱风电场接入弱电网的小信号等效阻抗模型,分析了直驱风电场接入弱电网的次同步振荡机理。考虑电网越弱,电网阻抗越大且呈感性的特性,设计了一种电压型控制策略,使得储能型STATCOM阻抗呈感性。将所提储能型STATCOM并联到直驱风电场的交流母线,与风电场并网线路形成并联结构。由于所提储能型STATCOM阻抗与弱电网阻抗特性一致,两者的并联阻抗要小于单独的电网阻抗。从阻抗的角度来看,等效地降低了直驱风电场并网点的电网阻抗,增强了直驱风电场并网点的电网强度,达到抑制次同步振荡的目的。最后,实验验证了所提次同步振荡抑制方法的可行性和有效性。2、针对直驱风电场接入弱电网引发的次同步振荡问题,提出了一种基于新型锁相环的次同步振荡抑制方法。首先分析了直驱风机控制参数对直驱风电场阻抗特性的影响,通过对比分析,锁相环参数对直驱风电场次、超同步频率范围内的阻抗特性影响相对较大。但是,在不改变锁相环结构仅优化参数的情况下并不能有效减少直驱风电场次、超同步频率范围内的容性阻抗,直驱风电场与感性弱电网仍容易发生阻抗耦合。为了有效优化直驱风电场次、超同步频率范围内的阻抗,提出了一种新型锁相环,可以极大地减少直驱风电场次、超同步频率范围内的容性阻抗,降低直驱风电场与弱电网之间的阻抗耦合,抑制直驱风电场接入弱电网引发的次同步振荡。最后,仿真和实验验证了所提次同步振荡抑制方法的有效性。3、针对直驱风电场串补外送系统的次同步振荡问题,提出了一种基于直驱风机阻抗重塑的次同步振荡抑制方法。首先建立了直驱风电场串补外送系统的小信号等效阻抗模型,分析了直驱风电场串补外送系统的次同步振荡机理和特性。由于串补电容,串补线路在次同步频率范围内部分阻抗呈容性,容易与直驱风电场发生阻抗耦合,从而导致系统的次同步振荡。因此,提出了一种直驱风机阻抗重塑控制方法,增强直驱风机阻抗次同步频率段的电阻特性,从而增大直驱风电场对次同步振荡的阻尼,抑制系统的次同步振荡。最后,仿真和实验验证了所提次同步振荡抑制方法的有效性。4、针对直驱风电场直流外送系统的次同步振荡问题,提出了一种基于STATCOM的次同步振荡抑制方法。首先建立了直驱风电场直流外送系统的小信号等效阻抗模型,揭示了直驱风电场、送端交流电网和直流外送系统三者相互作用引发次同步振荡的机理和特性。当直驱风电场直流外送系统发生次同步振荡时,直流外送系统送端电网电压会出现明显的次同步振荡。因此,提出了一种基于STATCOM的电压稳定控制方法,以抑制送端电网电压的振荡。将所提STATCOM并到直流外送系统的送端,通过稳定控制送端电网电压来抑制系统的次同步振荡。最后,实验验证了所提次同步振荡抑制方法的可行性和有效性。