交直流電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定及協(xié)調(diào)控制的評(píng)述

彭慧敏，李　峰，丁茂生，項(xiàng)　麗，楊　瑩，周海峰

（1.國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院/南京南瑞集團(tuán)公司，南京 210003；2.寧夏電力公司調(diào)度通信中心，銀川 750000）

交直流電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定及協(xié)調(diào)控制的評(píng)述

彭慧敏1，李峰1，丁茂生2，項(xiàng)麗2，楊瑩1，周海峰1

（1.國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院/南京南瑞集團(tuán)公司，南京 210003；2.寧夏電力公司調(diào)度通信中心，銀川 750000）

正確把握交直流相互作用的機(jī)理，是綜合考慮各種安全約束協(xié)調(diào)各種控制措施優(yōu)化控制策略的重要依據(jù)。為此，針對(duì)交直流多直流交互作用的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定、交直流協(xié)調(diào)控制問(wèn)題研究歸納總結(jié)，梳理和評(píng)述了各研究熱點(diǎn)的現(xiàn)狀及應(yīng)用，分析了交互安全影響的機(jī)理。建議從交直流系統(tǒng)安全穩(wěn)定交互安全影響的機(jī)理入手，研究各種交直流運(yùn)行方式和直流控制方式對(duì)安全穩(wěn)定模式的影響，揭示交直流相互作用的現(xiàn)象和本質(zhì)，協(xié)調(diào)各種控制措施，綜合考慮各種安全約束，優(yōu)化控制策略。

交直流系統(tǒng)；交互影響；機(jī)理；協(xié)調(diào)控制；廣域控制；量化分析

跨區(qū)、跨流域的交直流多直流互聯(lián)電網(wǎng)，在提升輸電能力和提供更靈活的運(yùn)行方式同時(shí)，也帶來(lái)了許多新的技術(shù)層面問(wèn)題：諸如多變的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式，使得交直流系統(tǒng)互相影響的特性復(fù)雜化，加劇了連鎖事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)；交直流相互作用的機(jī)理有待進(jìn)一步探討；電網(wǎng)安全靈活和可控的運(yùn)行控制要求對(duì)交直流協(xié)調(diào)、多直流協(xié)調(diào)及其控制的應(yīng)用需求與日俱增。

傳統(tǒng)交流系統(tǒng)中存在的暫態(tài)功角、電壓和頻率安全穩(wěn)定及控制和協(xié)調(diào)問(wèn)題，在交直流混聯(lián)系統(tǒng)中更顯突出［1-2］。交直流阻尼協(xié)調(diào)控制抑制系統(tǒng)低頻振蕩，以及交直流緊急協(xié)調(diào)控制提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性一直是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)［3-6］。

交直流混聯(lián)系統(tǒng)中，當(dāng)換流站附近發(fā)生較大擾動(dòng)，導(dǎo)致交流母線(xiàn)電壓跌落，引起直流換相失敗甚至連續(xù)換相失敗導(dǎo)致閉鎖，如何從影響高壓直流輸電HVDC（high voltage direct current）換相失敗因素中，尋找預(yù)防換相失敗發(fā)生和無(wú)序失控的控制措施策略，一直是交直流協(xié)調(diào)控制研究中不可回避的難題［7］。大型風(fēng)、光等新能源的接入，如何利用交直流協(xié)調(diào)控制促進(jìn)新能源的吸納，提升輸電網(wǎng)絡(luò)的輸電能力，也日益受到廣泛關(guān)注［8］。

隨著廣域監(jiān)測(cè)系統(tǒng)WAMS（wide-area measurement system）的廣泛成熟使用，基于WAMS協(xié)調(diào)控制的反饋信號(hào)選取、阻尼控制器設(shè)計(jì)、廣域信號(hào)時(shí)延影響、交直流、多直流協(xié)調(diào)控制及優(yōu)化方法，成了當(dāng)前的研究熱點(diǎn)［9-10］。

文獻(xiàn)［11］將運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性歸結(jié)為臨界群和余下群的相對(duì)運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，基于擴(kuò)展等面積準(zhǔn)則EEAC（extended equal-area criterion）理論的電力系統(tǒng)暫態(tài)量化分析方法，為交直流系統(tǒng)中暫態(tài)功角穩(wěn)定與協(xié)調(diào)控制及交直流運(yùn)行方式和控制措施交互影響系統(tǒng)安全穩(wěn)定的研究提供了理論基礎(chǔ)。但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式的多變以及多類(lèi)耦合控制措施交互影響的安全穩(wěn)定，仍有待于進(jìn)一步研究和完善。

文獻(xiàn)［12］引用概率和風(fēng)險(xiǎn)觀(guān)點(diǎn)，將穩(wěn)定分析與措施優(yōu)化集成，為后續(xù)研究時(shí)空協(xié)調(diào)防御框架下各道防線(xiàn)內(nèi)控制措施優(yōu)化和不同防線(xiàn)間的協(xié)調(diào)指明了方向。但如何建立防御框架中綜合多種安全約束，協(xié)調(diào)多類(lèi)耦合控制措施的交直流預(yù)防、緊急和校正控制決策模型和優(yōu)化方法，不失為當(dāng)前研究的重點(diǎn)。

短期電壓失穩(wěn)主要是擾動(dòng)后快速響應(yīng)元件失去平衡點(diǎn)，長(zhǎng)期電壓失穩(wěn)主要是缺乏恢復(fù)到長(zhǎng)期穩(wěn)定平衡點(diǎn)或失去長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)平衡點(diǎn)［13-14］。直流系統(tǒng)對(duì)交流的影響，使得受端交流電壓安全穩(wěn)定問(wèn)題尤顯突出。本文歸納分析了交直流交互作用的安全穩(wěn)定和交直流協(xié)調(diào)控制的熱點(diǎn)。建議從交直流系統(tǒng)交互影響的機(jī)理入手，研究各種交直流運(yùn)行方式對(duì)安全穩(wěn)定模式的影響，揭示交直流相互作用的現(xiàn)象和本質(zhì)，通過(guò)量化評(píng)估運(yùn)行方式變化和控制措施施加后對(duì)系統(tǒng)安全穩(wěn)定影響，協(xié)調(diào)各種控制措施，綜合考慮各種安全約束，優(yōu)化控制策略。

1　交直流系統(tǒng)交互影響的安全穩(wěn)定性

直流控制分為基本控制和附加控制。直流基本控制方式諸如整流側(cè)定電流或定功率，逆變側(cè)定熄弧角或定電壓控制。附加控制則用附加控制環(huán)節(jié)拓展直流系統(tǒng)的控制能力，附加小方式功率調(diào)制以改善交流系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，附加大方式功率調(diào)制以及直流緊急功率升降控制減小主導(dǎo)兩群間的加速動(dòng)能，提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。

交直流系統(tǒng)交互影響研究，主要針對(duì)各種不同交直流運(yùn)行方式和直流控制方式，研究交直流相互作用的現(xiàn)象和實(shí)質(zhì)，揭示交直流運(yùn)行方式、各種控制策略對(duì)安全穩(wěn)定模式的影響。對(duì)分析中制約輸電傳輸能力的問(wèn)題，協(xié)調(diào)交直流系統(tǒng)中各種控制措施，設(shè)計(jì)新的控制策略，提升輸電能力。

研究交直流交互影響的動(dòng)態(tài)阻尼特性、阻尼控制器設(shè)計(jì)時(shí)，常對(duì)系統(tǒng)微分-代數(shù)方程線(xiàn)性化，或用微分幾何精確線(xiàn)性化、直接反饋線(xiàn)性化、模態(tài)級(jí)數(shù)法等轉(zhuǎn)化為線(xiàn)性狀態(tài)方程和輸出方程，設(shè)計(jì)控制規(guī)律改善系統(tǒng)阻尼特性。研究交直流交互影響的暫態(tài)安全穩(wěn)定性、確定直流緊急支援時(shí)機(jī)、功率調(diào)節(jié)方式及其影響時(shí)，常采用數(shù)值時(shí)域仿真，分析暫態(tài)安全穩(wěn)定特性及揭示影響機(jī)理。

本節(jié)主要綜述交直流系統(tǒng)交互影響下的安全穩(wěn)定問(wèn)題，后節(jié)將重點(diǎn)梳理協(xié)調(diào)控制和策略研究，以及廣域信號(hào)引入后的協(xié)調(diào)控制策略研究。

從交直流系統(tǒng)交互影響的地域分為送端和聯(lián)絡(luò)斷面交直流系統(tǒng)交互影響、受端交直流系統(tǒng)交互影響。交互影響問(wèn)題表現(xiàn)形式除涉及功角［5-7］、電壓［4，15］、頻率［16］和大小擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定［17-18］外，還可能表現(xiàn)為次同步振蕩問(wèn)題［19-20］。表現(xiàn)形式的多樣性，決定了交直流系統(tǒng)交互影響的研究必須針對(duì)各種可能的運(yùn)行方式和控制模式，揭示可能制約系統(tǒng)輸電能力的安全因素。

1.1交直流系統(tǒng)送端安全穩(wěn)定性

送端整流側(cè)交流故障時(shí)，將波及送端交流外送通道的輸電安全。在弱交流強(qiáng)直流的交直流系統(tǒng)中，往往成為限制聯(lián)絡(luò)斷面輸送能力提高的瓶頸。表1匯總了交直流系統(tǒng)送端安全穩(wěn)定問(wèn)題可能誘發(fā)因素及表現(xiàn)形式。

表1　送端安全穩(wěn)定誘因及表現(xiàn)Tab.1　Incentive and forms of the security and stability in sending end of AC/DC systems

送端的交直流故障擾動(dòng)，一方面將導(dǎo)致送受端主導(dǎo)兩群間的動(dòng)能加速，可能引起系統(tǒng)暫態(tài)安全穩(wěn)定性。另一方面，對(duì)于交直流并聯(lián)系統(tǒng)，直流閉鎖或直流擾動(dòng)導(dǎo)致直流傳輸功率的大幅降低，將使并聯(lián)交流聯(lián)絡(luò)線(xiàn)斷面?zhèn)鬏敼β蕜≡?、?jié)點(diǎn)電壓驟降，嚴(yán)重制約送端和并聯(lián)交流聯(lián)絡(luò)斷面的安全穩(wěn)定性。

直流故障導(dǎo)致送端功率大量過(guò)剩，將波及送端交流系統(tǒng)的頻率安全，對(duì)直流孤島運(yùn)行方式，送端發(fā)電機(jī)的過(guò)電壓?jiǎn)栴}也不可忽視［21］。交直流并列運(yùn)行的系統(tǒng)參數(shù)、運(yùn)行工況及控制方式都會(huì)影響系統(tǒng)的阻尼特性，送端整流站的控制可能會(huì)激發(fā)次同步振蕩。

文獻(xiàn)［4］分析了直流系統(tǒng)整流側(cè)的控制策略對(duì)南方電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響，文獻(xiàn)［6］以2005年度南網(wǎng)豐大方式天廣、貴廣直流為例，研究了東送輸電通道上發(fā)生擾動(dòng)時(shí)直流系統(tǒng)在不同控制方式下采取不同調(diào)制方案對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定裕度、直流系統(tǒng)運(yùn)行及送端云南電網(wǎng)的影響。

為改善交直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，引入直流附加控制提高系統(tǒng)暫態(tài)安全性和動(dòng)態(tài)阻尼，使得交直流交互影響下的安全穩(wěn)定性更加復(fù)雜［6，22］，如何根據(jù)交直流交互影響機(jī)理確定輸入信號(hào)、控制規(guī)律是設(shè)計(jì)直流附加控制器改善系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵。

研究交直流送端交互影響下的暫態(tài)功角和電壓穩(wěn)定性時(shí)，頻率安全穩(wěn)定性不容忽視。直流系統(tǒng)的閉鎖或并聯(lián)交流通道異常退出，均會(huì)導(dǎo)致交直流送端功率過(guò)剩、受端功率缺額，嚴(yán)重時(shí)送端暫態(tài)功角失穩(wěn)或頻率安全穩(wěn)定不滿(mǎn)足要求，受端緊急切負(fù)荷或低頻低壓減載動(dòng)作。文獻(xiàn)［16］針對(duì)華中華東多回直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種輔助功率/頻率控制器，實(shí)現(xiàn)事故下對(duì)兩側(cè)系統(tǒng)輔助頻率控制及多回直流線(xiàn)路間的直流功率緊急轉(zhuǎn)移控制以彌補(bǔ)送受端功率缺額。

對(duì)交直流協(xié)調(diào)控制提升系統(tǒng)暫態(tài)安全穩(wěn)定性，大量文獻(xiàn)研究局限于定性分析，對(duì)交直流運(yùn)行方式、常規(guī)切機(jī)切負(fù)荷等控制措施與直流控制方式對(duì)安全穩(wěn)定模式的影響，以及量化各類(lèi)控制措施和控制變量對(duì)系統(tǒng)安全穩(wěn)定程度的影響，缺乏系統(tǒng)深入的分析和機(jī)理揭示。

為解決大容量煤電、風(fēng)電的外送和負(fù)荷中心的電力受入，及多直流近距離饋入和送出等問(wèn)題，迫切需要對(duì)交直流運(yùn)行方式及控制措施的影響進(jìn)行量化分析，綜合考慮各種安全穩(wěn)定約束，量化協(xié)調(diào)交直流各種可控措施。

從交流系統(tǒng)看，直流換流站是一個(gè)頻率不敏感的負(fù)載，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定會(huì)產(chǎn)生不利影響，甚至引起系統(tǒng)負(fù)阻尼。文獻(xiàn)［17］利用根軌跡法分析了南方電網(wǎng)3回直流采用廣域反饋信號(hào)時(shí)各自不同的調(diào)制能力，發(fā)現(xiàn)了模式諧振現(xiàn)象，借助多回直流協(xié)調(diào)控制避免模式的交互影響，提升系統(tǒng)整體阻尼。

1.2受端交直流系統(tǒng)安全穩(wěn)定性

受端逆變側(cè)交流故障，直接波及受端換流逆變側(cè)交流母線(xiàn)電壓，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致直流換相失敗甚至連續(xù)換相失敗引起直流系統(tǒng)閉鎖。因此，受端電壓安全問(wèn)題以及直流換相失敗一直是受端交直流系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)。表2匯總了交直流系統(tǒng)受端安全穩(wěn)定問(wèn)題可能誘發(fā)因素及表現(xiàn)形式。

表2　受端安全穩(wěn)定誘因及表現(xiàn)Tab.2　Incentive and forms of the security and stability in receiving end of AC/DC systems

文獻(xiàn)［3］基于2015年“三華”特高壓電網(wǎng)規(guī)劃數(shù)據(jù)的豐大運(yùn)行方式，利用直流多饋入短路比指標(biāo)分析華東電網(wǎng)系統(tǒng)強(qiáng)度和暫態(tài)電壓穩(wěn)定性。

文獻(xiàn)［15］基于降階雅可比矩陣的多饋入相互作用因子，分析了直流系統(tǒng)控制方式對(duì)多饋入交直流系統(tǒng)換流母線(xiàn)電壓相互作用的影響機(jī)理。

文獻(xiàn)［23］基于南網(wǎng)2005年數(shù)據(jù)研究了直流控制方式和低壓限流器參數(shù)對(duì)大擾動(dòng)后系統(tǒng)電壓和功率恢復(fù)的影響。文獻(xiàn)［24］從暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的影響因素、分析方法、穩(wěn)定判據(jù)出發(fā)，回顧和評(píng)述了暫態(tài)電壓穩(wěn)定性，提出暫態(tài)電壓失穩(wěn)的預(yù)防措施，探討了多饋入交直流系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定機(jī)理。

落點(diǎn)逆變站對(duì)交流而言，可視為不敏感的大容量負(fù)載，受端電壓安全穩(wěn)定是系統(tǒng)和負(fù)荷特性共同作用的結(jié)果，常伴隨著直流換相失敗現(xiàn)象，其動(dòng)態(tài)平衡點(diǎn)由交直流系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為共同作用，電壓失穩(wěn)特性及機(jī)制仍有待于進(jìn)一步探討。

關(guān)注受端電壓安全穩(wěn)定、換相失敗預(yù)防及換相失敗后的快速恢復(fù)固然重要，但量化分析多饋入直流間電壓跌落的交互影響，揭示其與換相失敗的關(guān)系，從機(jī)理上提出換相失敗的預(yù)防控制措施，確定恢復(fù)策略不容忽視。

2　交直流系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制

對(duì)交直流系統(tǒng)存在安全穩(wěn)定的運(yùn)行方式，必須采用適當(dāng)?shù)目刂拼胧┮蕴岣呦到y(tǒng)安全穩(wěn)定。常見(jiàn)交流控制有發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS（power system stabilizer）、靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償、常規(guī)切機(jī)切負(fù)荷等。

直流附加控制一方面能夠增強(qiáng)系統(tǒng)阻尼，提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，另一方面又能提供緊急功率支援，提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性，成為直流控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

以下分交流系統(tǒng)控制、直流系統(tǒng)控制、交直流系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制3部分進(jìn)行總結(jié)。

2.1交流系統(tǒng)控制

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制是交流系統(tǒng)提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要手段?？紤]到發(fā)電機(jī)阻尼系數(shù)、電抗參數(shù)的不確定性以及模型誤差和外部擾動(dòng)的存在，通常采用魯棒控制理論設(shè)計(jì)勵(lì)磁、控制器以解決系統(tǒng)中各種擾動(dòng)和模型誤差等不確定因素的影響［25］。隨著非線(xiàn)性控制理論的飛速發(fā)展，利用微分幾何精確線(xiàn)性化或直接反饋線(xiàn)性化，將非線(xiàn)性電力系統(tǒng)模型映射為線(xiàn)性模型設(shè)計(jì)控制規(guī)律日益受到研究者青睞［26］。

文獻(xiàn)［27］以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)功角和頻率為控制對(duì)象，提出發(fā)電機(jī)功角和頻率以動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)慣量中心為目標(biāo)，利用反步法設(shè)計(jì)非線(xiàn)性魯棒自適應(yīng)勵(lì)磁控制。

電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS廣泛應(yīng)用于抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩。文獻(xiàn)［28］提出了基于Prony算法的PSS參數(shù)辨識(shí)和優(yōu)化。通過(guò)辨識(shí)機(jī)組的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)，設(shè)計(jì)閉環(huán)系統(tǒng)的阻尼比，以振蕩模式下的阻尼最大為目標(biāo)，優(yōu)化PSS參數(shù)。離線(xiàn)整定PSS參數(shù)未考慮運(yùn)行方式的多樣性，近年來(lái)已先后采用了多種自適應(yīng)控制方法設(shè)計(jì)PSS，文獻(xiàn)［29］提出了改進(jìn)的廣義預(yù)測(cè)控制算法設(shè)計(jì)PSS，提高了PSS抑制低頻振蕩的能力。

柔性交流輸電系統(tǒng)FACTS（flexible alternative current transmission systems）的出現(xiàn)為解決電網(wǎng)運(yùn)行和穩(wěn)定控制問(wèn)題提供了新的手段。文獻(xiàn)［30］利用最優(yōu)變目標(biāo)協(xié)調(diào)策略同時(shí)協(xié)調(diào)可控串聯(lián)補(bǔ)償電容器TCSC（thyristor-controlled series-compensation）、靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置SVC（static var compensator）及發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，以提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。文獻(xiàn)［31］提出了SVC基波電納次同步調(diào)制的控制機(jī)理和數(shù)學(xué)模型，通過(guò)對(duì)SVC基波電納參考值進(jìn)行次同步頻率調(diào)制，達(dá)到抑制次同步諧振SSR（sub-synchronous resonance）目的。

切機(jī)切負(fù)荷等緊急措施，通過(guò)事先配置優(yōu)化，在緊急狀態(tài)下改變系統(tǒng)局部功率注入或拓?fù)渥兓绞?，保證系統(tǒng)安全性。文獻(xiàn)［32］建立了暫態(tài)穩(wěn)定緊急控制數(shù)學(xué)模型，基于非線(xiàn)性系統(tǒng)穩(wěn)定域邊界理論的穩(wěn)定控制指標(biāo)，量化不同切機(jī)、切負(fù)荷措施在改變系統(tǒng)穩(wěn)定域分布，促使系統(tǒng)狀態(tài)點(diǎn)落入穩(wěn)定域內(nèi)時(shí)所起的作用。

暫態(tài)能量函數(shù)法采用定義能量裕度為臨界能量與系統(tǒng)暫態(tài)能量之差，利用能量裕度度量系統(tǒng)穩(wěn)定性。EEAC理論將穩(wěn)定性視為臨界群和余下群的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，建立了基于軌跡的穩(wěn)定裕度度量系統(tǒng)安全穩(wěn)定性?；谑軘_軌跡建立的暫態(tài)功角穩(wěn)定裕度、暫態(tài)電壓和頻率安全穩(wěn)定裕度［11］和基于李雅普諾夫穩(wěn)定性判據(jù)的暫態(tài)能量函數(shù)法及其衍生方法［33-35］對(duì)交直流控制及其協(xié)調(diào)優(yōu)化，具有重要的指導(dǎo)意義。

2.2直流系統(tǒng)控制

直流系統(tǒng)控制主要指采用大、小方式調(diào)制或雙側(cè)頻率調(diào)制，以提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，或提供緊急功率支援提升系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性［4-7，17-22，36］。通常采用線(xiàn)性、非線(xiàn)性或分散控制理論設(shè)計(jì)。

文獻(xiàn)［5］研究天廣直流雙側(cè)頻率功率調(diào)制改善交直流系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性，基于兩機(jī)系統(tǒng)構(gòu)建了非線(xiàn)性直流調(diào)制控制器，比較雙側(cè)頻率功率調(diào)制效果。

文獻(xiàn)［22］分析了多回直流功率協(xié)調(diào)控制對(duì)四川電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響，以及交直流系統(tǒng)抵御嚴(yán)重故障沖擊的能力。但如何選擇協(xié)調(diào)控制信號(hào)，確定控制措施對(duì)穩(wěn)定性的影響，缺乏理論分析基礎(chǔ)。

文獻(xiàn)［37］綜合考慮交直流動(dòng)態(tài)特性及各機(jī)組阻尼和慣性時(shí)間常數(shù)差異，提出非仿射非線(xiàn)性的控制模型。設(shè)計(jì)了魯棒線(xiàn)性控制器，通過(guò)對(duì)換流器觸發(fā)角的控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定和對(duì)外界干擾的抑制。

現(xiàn)有直流系統(tǒng)控制研究偏向于直流控制對(duì)交流安全性的改善和控制器設(shè)計(jì)，對(duì)直流控制對(duì)交流安全穩(wěn)定影響的機(jī)理和分析方法探討相對(duì)較少。直流緊急功率支援的時(shí)機(jī)和功率調(diào)節(jié)規(guī)律，應(yīng)從系統(tǒng)全局穩(wěn)定性著手，綜合直流功率調(diào)制對(duì)系統(tǒng)安全影響，設(shè)計(jì)控制規(guī)律。

2.3交直流系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制

從提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性和改善系統(tǒng)阻尼角度，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制、PSS、安裝的FACTS裝置以及常規(guī)切機(jī)、切負(fù)荷控制措施，與直流附加控制具有較大的協(xié)調(diào)空間。

直流小方式調(diào)制或雙側(cè)頻率調(diào)制，對(duì)提高區(qū)域模式阻尼效果明顯，而PSS是阻尼低頻振蕩有效交流措施。文獻(xiàn)［18］提出一種PSS和直流阻尼調(diào)制的協(xié)調(diào)控制策略以改善南網(wǎng)系統(tǒng)阻尼。文獻(xiàn)［38］采用混沌優(yōu)化算法針對(duì)含多饋入直流的交直流系統(tǒng)進(jìn)行PSS和直流調(diào)制的協(xié)調(diào)控制研究，優(yōu)化調(diào)節(jié)PSS和直流調(diào)制，以改善區(qū)間振蕩阻尼。但如何跟蹤運(yùn)行方式變化，自適應(yīng)綜合協(xié)調(diào)交直流、多直流控制策略，仍是后續(xù)研究的重點(diǎn)。

文獻(xiàn)［39］在機(jī)理分析的基礎(chǔ)上，提出根據(jù)直流控制敏感因子選擇直流線(xiàn)路的基于WAMS實(shí)測(cè)信息的直流功率支援抑制低頻振蕩方法。文獻(xiàn)［40］定義暫態(tài)動(dòng)能改善指標(biāo)（暫態(tài)動(dòng)能靈敏度）指導(dǎo)控制策略搜索，優(yōu)先降低失穩(wěn)兩群相對(duì)加速動(dòng)能較大機(jī)組更有利于安全穩(wěn)定。表3匯總了交直流系統(tǒng)安全穩(wěn)定問(wèn)題一般控制方法。

隨著直流輸電的廣泛應(yīng)用，多饋入直流協(xié)調(diào)控制日益受到關(guān)注。文獻(xiàn)［10］全面綜述了多饋入直流協(xié)調(diào)控制技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)及研究現(xiàn)狀，探討了多饋入直流協(xié)調(diào)控制所面臨的重要問(wèn)題和未來(lái)方向。針對(duì)交直流緊急協(xié)調(diào)控制以提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性，或針對(duì)確定性擾動(dòng)定性分析控制措施對(duì)穩(wěn)定性的影響，或僅限于幾回直流線(xiàn)路內(nèi)部的協(xié)調(diào)，或確定性的優(yōu)化交直流系統(tǒng)間的控制措施［4-7］，在交直流、多直流互聯(lián)電網(wǎng)引入廣域測(cè)量信號(hào)后，仍將有進(jìn)一步深入研究改進(jìn)的遠(yuǎn)景。

3　廣域交直流協(xié)調(diào)控制

基于廣域測(cè)量信號(hào)的交直流協(xié)調(diào)控制，拓展了傳統(tǒng)基于本地信號(hào)的交直流協(xié)調(diào)控制器的信號(hào)選擇范圍，反饋信號(hào)選擇成了新的研究熱點(diǎn)。同時(shí)，遠(yuǎn)方信號(hào)傳輸?shù)耐ㄐ艜r(shí)延對(duì)控制率的影響，也日益引起了關(guān)注。

基于廣域信息的交直流協(xié)調(diào)控制，充分利用全局實(shí)時(shí)廣域測(cè)量信息，挖掘和預(yù)測(cè)暫態(tài)功角穩(wěn)定、電壓和頻率穩(wěn)定薄弱環(huán)節(jié)，監(jiān)測(cè)低頻振蕩、次同步振蕩和失步，針對(duì)可能出現(xiàn)的不安全狀態(tài)，構(gòu)建抑制低頻振蕩提高動(dòng)態(tài)阻尼的廣域阻尼控制和提高系統(tǒng)暫態(tài)安全的廣域緊急控制。

文獻(xiàn)［41］以在線(xiàn)確定并下發(fā)至直流線(xiàn)路控制器的故障后動(dòng)態(tài)平衡點(diǎn)為控制目標(biāo)，提出了一種分層分散魯棒自適應(yīng)控制方案。推導(dǎo)了基于同步相量測(cè)量裝置PMU（phasor measurement unit）的多饋入交直流系統(tǒng)的非線(xiàn)性魯棒自適應(yīng)分散協(xié)調(diào)控制規(guī)律，設(shè)計(jì)了以動(dòng)態(tài)平衡點(diǎn)和PMU實(shí)時(shí)測(cè)量的發(fā)電機(jī)功角為輸入信號(hào)的直流線(xiàn)路附加功率控制器。

針對(duì)廣域測(cè)量抑制區(qū)間低頻振蕩，文獻(xiàn)［42］利用留數(shù)矩陣確定廣域阻尼控制回路，采用帕德（Pade）逼近法計(jì)及時(shí)延對(duì)區(qū)間阻尼控制器的影響，設(shè)計(jì)了廣域阻尼控制器。

以本地狀態(tài)量進(jìn)行反饋控制的PSS設(shè)計(jì)受本地信息制約，使得廣域測(cè)量PSS控制研究日益受到關(guān)注。文獻(xiàn)［43］將本地信號(hào)和根據(jù)參與因子和傳遞函數(shù)留數(shù)選取的廣域信號(hào)作為PSS的輸入信號(hào)，通過(guò)模式辨識(shí)進(jìn)行2級(jí)PSS控制。

廣域交直流協(xié)調(diào)控制如何協(xié)調(diào)各控制器之間的控制行為，綜合考慮動(dòng)態(tài)阻尼和暫態(tài)穩(wěn)定性的提高，仍存在諸多需要進(jìn)一步解決的問(wèn)題。

4　交直流運(yùn)行方式對(duì)安全穩(wěn)定的影響

交流運(yùn)行方式變化包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹㈤_(kāi)機(jī)方式、負(fù)荷水平、負(fù)荷特性、無(wú)功分布的變化。直流運(yùn)行方式變化包括直流接線(xiàn)方式和傳輸功率、控制方式的變化。

根據(jù)EEAC理論［11］，交直流運(yùn)行方式變化均是通過(guò)改變對(duì)應(yīng)故障擾動(dòng)下的主導(dǎo)臨界機(jī)群的分群及等值兩群間的能量分布及耗散特性，影響系統(tǒng)的暫態(tài)功角穩(wěn)定性。對(duì)暫態(tài)電壓薄弱節(jié)點(diǎn)影響明顯的故障或運(yùn)行方式變化，直接影響系統(tǒng)的暫態(tài)電壓安全性并制約著系統(tǒng)的輸電能力。

交流運(yùn)行方式變化通過(guò)改變系統(tǒng)的潮流分布，影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。同時(shí)通過(guò)換流站交流側(cè)母線(xiàn)電壓的改變，影響直流系統(tǒng)的控制觸發(fā)角和無(wú)功消耗，最后進(jìn)一步影響交流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。

直流運(yùn)行方式的變化對(duì)主導(dǎo)臨界機(jī)群的注入功率和節(jié)點(diǎn)電壓及暫態(tài)電壓薄弱節(jié)點(diǎn)的電壓影響，定性分析可以等同于整流側(cè)和逆變側(cè)交流節(jié)點(diǎn)流出和注入功率的變化對(duì)暫態(tài)安全穩(wěn)定性的影響，但是直流控制的作用使得暫態(tài)安全穩(wěn)定性影響更加復(fù)雜。

在無(wú)功支撐充裕的系統(tǒng)中，整流側(cè)定電流與定功率方式差異不大，一般整流側(cè)定電流控制較定功率更有利于系統(tǒng)穩(wěn)定性［4］。

與特征值對(duì)應(yīng)的右特征向量反映了在各狀態(tài)量上觀(guān)察該模式的相對(duì)幅值和相位。特定模式下機(jī)組參與因子越大，該機(jī)組出力方式變化對(duì)小擾動(dòng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和阻尼的影響也越大。

對(duì)模式阻尼的改善或惡化的影響效果，與機(jī)組出力方式變化的機(jī)組位置有關(guān)。通常根據(jù)模態(tài)的相角劃分相互振蕩的兩群，通過(guò)攝動(dòng)確定群內(nèi)機(jī)組出力變化對(duì)模式阻尼的改善或惡化的影響效果［44］。

方式變化對(duì)大擾動(dòng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的影響，一方面具有對(duì)小擾動(dòng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性影響相似特性，另一方面大擾動(dòng)動(dòng)態(tài)阻尼特性更受擾動(dòng)影響。

5　結(jié)語(yǔ)

本文分析梳理了交直流運(yùn)行方式對(duì)系統(tǒng)安全穩(wěn)定的影響機(jī)理，送受端安全穩(wěn)定性交互影響和交直流協(xié)調(diào)控制的研究熱點(diǎn)和現(xiàn)狀，建議從交直流系統(tǒng)交互影響的機(jī)理入手，研究各種交直流運(yùn)行方式對(duì)安全穩(wěn)定模式的影響，揭示交直流相互作用本質(zhì)，通過(guò)量化評(píng)估各控制措施對(duì)安全穩(wěn)定影響，綜合考慮各種安全約束，協(xié)調(diào)優(yōu)化交直流控制策略，以提升系統(tǒng)阻尼特性和暫態(tài)安全性。

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［42］袁野，程林，孫元章（Yuan Ye，Cheng Lin，Sun Yuanzhang）.考慮時(shí)延影響的互聯(lián)電網(wǎng)區(qū)間阻尼控制（Inter area damping control of interconnected power systems considering the time delay of feedback signal）［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化（Automation of Electric Power Systems），2007， 31（8）：12-16.

［43］袁野，程林，孫元章（Yuan Ye，Cheng Lin，Sun Yuanzhang）.采用廣域測(cè)量信號(hào)的2級(jí)PSS控制策略（Two level PSS control approach using global signals）［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化（Automation of Electric Power Systems），2006，30（24）：11-16，48.

［44］鮑顏紅，徐偉，徐泰山，等（Bao Yanhong，Xu Wei，Xu Taishan，et al）.基于機(jī)組出力調(diào)整的小干擾穩(wěn)定輔助決策計(jì)算（Small-signal stability auxiliary decision-making calculation based on power generation adjustment）［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化（Automation of Electric Power Systems），2011，35（3）：88-91.

Review on Security，Stability and Coordination Control in AC/DC Systems

PENG Huimin1，LI Feng1，DING Maosheng2，XIANG Li2，YANG Ying1，ZHOU Haifeng1
（1.State Grid Electric Power Research Institute/NARI Group Corporation，Nanjing 210003，China；2.Power Dispatching and Communications Center，Ningxia Electric Power Company，Yinchuan 750000，China）

The understanding of the mechanism of interaction between AC and DC is an important basis for considering various security constraints and optimizing the control strategy for various control measures.This paper analyzes the interactive mechanism of power system，and summerizes the following aspects in the coordination control of multi-infeed DC and AC/DC hybrid power grid：the security and stability in AC/DC systems，and the coordination control of AC/DC.The development and application in these hot research areas are reviewed and commented.It is suggested that based on the interactive mechanism of security and stability in the AC/DC system，the effects of various AC/DC operation conditions and DC control modes on the system security and stability should be studied to reveal the phenomena and essentials of AC/DC interaction，and control strategies should be coordinated and optimized considering all security constraints.

AC/DC system；interaction；mechanism；coordination control；wide-area control；quantification analysis

TM712

A

1003-8930（2016）09-0074-08

10.3969/j.issn.1003-8930.2016.09.012

彭慧敏（1972—），男，通信作者，博士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)穩(wěn)定分析與控制。Email：penghuimin@sgepri.sgcc.com.cn

李峰（1981—），男，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)穩(wěn)定分析與控制。Email：lifeng@sgepri.sgcc.com.cn

丁茂生（1977—），男，博士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)穩(wěn)定分析與管理。Email：dingmaosheng@nx.sgcc.com.cn

2014-08-01；

2016-01-18

國(guó)家電網(wǎng)公司大電網(wǎng)重大專(zhuān)項(xiàng)資助項(xiàng)目（SGCC-MPLG001-031-2012）；國(guó)家電網(wǎng)公司資助項(xiàng)目《特高壓交直流、多直流協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)研發(fā)及示范》