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混联直流输电系统协调控制策略：原理、实践与优化

一、引言

1.1研究背景与意义

在当今能源需求持续增长、电力系统规模不断扩大的背景下，高效、可靠的输电技术对于保障能源供应和电力系统稳定运行至关重要。混联直流输电系统作为一种融合了多种直流输电技术优势的输电方式，在现代电力传输中发挥着日益重要的作用。

随着我国能源资源与负荷中心逆向分布格局的加剧，大规模远距离输电需求愈发迫切。例如，我国西部和北部地区拥有丰富的风能、太阳能等可再生能源，但负荷需求相对较低；而东部和南部地区负荷密集，能源资源却相对匮乏。混联直流输电系统凭借其输电容量大、输电距离远、调节灵活等显著优势，成为实现能源跨区域优化配置的关键技术手段。通过混联直流输电系统，可以将西部和北部的清洁能源高效输送至东部和南部负荷中心，有效缓解能源供需矛盾，促进能源资源的合理利用。

混联直流输电系统还能够实现不同频率或不同步电网之间的互联，增强电网的可靠性和稳定性。在实际电力系统中，不同地区的电网可能存在频率差异或不同步运行的情况，混联直流输电系统的应用能够打破这些限制，实现电网之间的互联互通，提高电力系统的整体运行效率和可靠性。当某个地区的电网出现故障或功率短缺时，混联直流输电系统可以快速调节功率传输，实现电力的支援和平衡，保障电网的安全稳定运行。

协调控制策略作为混联直流输电系统的核心技术之一，对系统的稳定运行起着关键作用。混联直流输电系统通常由多个换流站和输电线路组成，各部分之间存在复杂的电气耦合关系和相互作用。如果缺乏有效的协调控制策略，在系统运行过程中可能会出现功率波动、电压不稳定、换相失败等问题，严重影响系统的性能和可靠性。以换相失败为例，这是传统电网换相换流器直流输电（LCC-HVDC）中常见的故障，当逆变侧交流电压发生跌落或谐波含量增加时，LCC可能无法正常换相，导致直流电流急剧增大，对系统造成严重冲击。而在混联直流输电系统中，由于不同类型换流器（如LCC和基于电压源型换流器的柔性直流输电VSC-HVDC）的混合使用，换相失败的风险和影响更加复杂。通过合理的协调控制策略，可以优化各换流站的运行状态，实现功率的平稳传输和分配，有效抑制功率波动和电压偏差，提高系统的稳定性和可靠性。协调控制策略还能够根据系统的实时运行情况，灵活调整输电功率，满足不同工况下的电力需求，提高系统的运行效率和经济性。在电力市场环境下，协调控制策略可以结合市场需求和电价信号，实现电力的优化调度和交易，提高电力系统的经济效益和市场竞争力。

研究一种典型的混联直流输电系统协调控制策略具有重要的现实意义和工程应用价值。通过深入研究协调控制策略，可以为混联直流输电系统的设计、运行和优化提供理论支持和技术指导，推动混联直流输电技术的发展和应用，促进能源的高效利用和电力系统的可持续发展。

1.2国内外研究现状

在国外，美国、欧洲等国家和地区对混联直流输电系统协调控制策略的研究起步较早。美国电力科学研究院（EPRI）等机构开展了一系列相关研究项目，针对不同拓扑结构的混联直流输电系统，提出了多种协调控制方法。在多端混合直流输电系统中，通过优化各换流站的功率分配和电压控制，实现系统的稳定运行。一些研究还关注了混联直流输电系统与新能源发电的协同控制，以提高可再生能源的消纳能力。在欧洲，随着海上风电的大规模开发和并网，基于电压源换流器的直流输电（VSC-HVDC）技术在混联直流输电系统中得到广泛应用。相关研究针对VSC-HVDC与传统电网换相换流器直流输电（LCC-HVDC）混合运行的特点，提出了基于模型预测控制、自适应控制等先进控制理论的协调控制策略。通过建立精确的系统模型，预测系统的未来状态，并根据预测结果实时调整控制策略，提高系统的响应速度和稳定性。

国内在混联直流输电系统协调控制策略方面也取得了丰硕的研究成果。国家电网公司、南方电网公司等企业联合高校和科研机构，紧密结合我国交直流混联电网的实际工程需求，开展了深入研究。在特高压混合直流输电工程中，通过对送端和受端换流站的协调控制，实现了大容量电力的高效传输和稳定运行。一些研究提出了基于分层分布式控制结构的协调控制策略，将系统控制分为多个层次，各层次之间相互协作，实现对系统的全面监控和精确控制。上层控制负责制定系统的总体运行目标和策略，下层控制则根据上层指令，对各换流站进行具体的控制操作，提高了系统的灵活性和可靠性。国内学者还在混联直流输电系统的稳定性分析、故障诊断与保护等方面开展了大量研究，为协调控制策略的制定提供了重要的理论支持。通过建立系统的数学模型，运用稳定性分析方法，研究系统在不同工况下的稳定性，为控制策略的优化提供依据；在故障诊断与保护方面，提出了多种基于电气量变化特征的故障诊断方法和保护策略，提高了系统的故