交直流混聯(lián)電網(wǎng)中，交流與直流既相互支撐，同時也相互耦合交互作用，2 者結(jié)構(gòu)發(fā)展的均衡態(tài)勢，將會深刻影響電網(wǎng)運行特性。當(dāng)前，我國電網(wǎng)已基本形成特高壓交直流混聯(lián)新格局，電力工程界與學(xué)術(shù)界對其呈現(xiàn)出的新特性取得廣泛共識，并高度概括為“強直弱交”特性。然而，目前尚缺乏對強直弱交的系統(tǒng)性論述。為此，在回顧交直流電網(wǎng)發(fā)展歷程的基礎(chǔ)上，提出了強直弱交的定義，剖析并闡釋了其內(nèi)涵，指明強直弱交的主要表現(xiàn)形式及其對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的威脅。在此基礎(chǔ)上，為保障強直弱交型混聯(lián)電網(wǎng)安全運行，從穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)修編完善、交直流混聯(lián)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展以及構(gòu)建大電網(wǎng)安全綜合防御體系等 3 個方面，提出了應(yīng)對措施的建議。

　　關(guān)鍵詞：交流輸電;直流輸電;混聯(lián)電網(wǎng);強直弱交;安全穩(wěn)定;應(yīng)對措施

　　0 引言

　　電力工業(yè)是推動國民經(jīng)濟發(fā)展和社會文明進步的基礎(chǔ)性能源產(chǎn)業(yè)之一。電力工業(yè)發(fā)展是永恒持續(xù)的，滿足經(jīng)濟社會日益增長的用能需求、適應(yīng)能源產(chǎn)業(yè)變革，是推動其發(fā)展的外因;實現(xiàn)調(diào)控靈活、促進節(jié)能降耗、保障安全穩(wěn)定，則是推動其發(fā)展的內(nèi)因。

　　廣義電網(wǎng)即電力系統(tǒng)，是由發(fā)、輸、變、配、用 5 個主要環(huán)節(jié)構(gòu)成的統(tǒng)一整體，實現(xiàn)電能生產(chǎn)、傳輸、分配與消費[1]。交流輸電與直流輸電，是輸電環(huán)節(jié)中的 2 種典型形式，具有不同的技術(shù)特點與經(jīng)濟優(yōu)勢，前者適用于地區(qū)電網(wǎng)和區(qū)域電網(wǎng)組網(wǎng)，實現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)電能傳輸與交換，后者則適用于跨大區(qū)遠距離大容量送電，實現(xiàn)區(qū)域間資源優(yōu)化配置[2-3]。我國電網(wǎng)在局部地區(qū)電網(wǎng)興起和完善的基礎(chǔ)上，逐步演化形成省級電網(wǎng)和多省聯(lián)合的區(qū)域電網(wǎng)，并于 20世紀(jì) 90 年代至 21 世紀(jì)初，開展了鄰近區(qū)域電網(wǎng)交流弱互聯(lián)的工程實踐[4];與此同時，在 20 世紀(jì) 90年代，以三峽送出工程為契機，拉開了利用直流進行區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)的全國聯(lián)網(wǎng)序幕[5];2008 年晉東南—南陽—荊門 1000kV交流工程投運和 2010年四川向家壩—上海奉賢±800kV/6400MW 直流工程投運，標(biāo)志著我國已步入?yún)^(qū)域電網(wǎng)大容量特高壓交直流互聯(lián)新時代[6-7]。

　　對應(yīng)電網(wǎng)發(fā)展進程，我國輸電網(wǎng)主導(dǎo)形態(tài)依次經(jīng)歷了純交流階段、超高壓小容量直流與交流混聯(lián)階段，以及特高壓大容量直流與交流混聯(lián)的當(dāng)前發(fā)展階段。隨著特高壓直流容量由 6400MW 逐漸增大至 7200MW、8000MW 和 12000MW，以及單一直流落點發(fā)展為多直流送出和饋入密集落點，與純交流電網(wǎng)和超高壓小容量直流與交流混聯(lián)的電網(wǎng)(以下統(tǒng)稱為傳統(tǒng)電網(wǎng))相比，當(dāng)前交直流混聯(lián)電網(wǎng)的特

　　性已發(fā)生深刻變化。電力工程界與學(xué)術(shù)界高度關(guān)切這一特性變化，在綜合電網(wǎng)運行控制實踐以及計算分析和研究思考的基礎(chǔ)上，高度概括了當(dāng)前特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)的新特性—強直弱交(strong HVDC and weak AC system，SDC-WAC)特性。然而，迄今為止，圍繞強直弱交及其相關(guān)問題的闡述，尚缺乏系統(tǒng)性。有鑒于此，本文立足于大電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析與控制，明確提出了強直弱交的定義及其具體內(nèi)涵，梳理了該特性下交直流混聯(lián)電網(wǎng)安全穩(wěn)定面臨的風(fēng)險及其表征形式。為保障強直弱交型混聯(lián)電網(wǎng)安全運行，圍繞穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)修編完善、混聯(lián)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展以及構(gòu)建大電網(wǎng)安全綜合防御體系等不同方面，提出了相關(guān)應(yīng)對措施的建議。

　　1 交直流電網(wǎng)發(fā)展及其特征

　　1.1 交直流電網(wǎng)發(fā)展概況

　　為滿足大型水電基地、大型火電基地以及大型新能源發(fā)電基地開發(fā)和“西電東送”需求，自 2010年起，復(fù)奉、錦蘇、賓金以及天中、靈紹等特高壓直流相繼投運。根據(jù)電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃，到 2018 年，還將投運祁韶、昭沂、扎青、吉泉等多回特高壓直流，如表 1 所示。屆時，區(qū)域電網(wǎng)間特高壓直流互聯(lián)格局如圖 1 所示，總?cè)萘繉⑦_到 93600MW。

　　與此同時，區(qū)域電網(wǎng)間交流聯(lián)網(wǎng)仍維持華北與華中經(jīng)晉東南—南陽—荊門 1000kV 交流互聯(lián)的格局。各區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)部則以 500kV 交流為主干輸電網(wǎng)。

　　1.2 交直流混聯(lián)電網(wǎng)發(fā)展特征

　　1.2.1 直流輸電系統(tǒng)發(fā)展特征

　　特高壓交直流混聯(lián)大電網(wǎng)中，直流輸電系統(tǒng)的發(fā)展具有如下新特征[8-9]。

　　圖1 2018 年國家電網(wǎng)區(qū)域間特高壓直流互聯(lián)格局

　　1)單一直流送電功率實現(xiàn)聚合化。以吉泉直流為例，雙極送電功率達到 12000MW，相當(dāng)于4回±500kV/3000MW 超高壓直流。直流故障所激發(fā)的擾動功率顯著增大。

　　2)送受端多直流落點凸現(xiàn)密集化。以四川電網(wǎng)復(fù)奉、錦蘇、賓金送出直流，寧夏電網(wǎng)昭沂、靈紹、寧東送出直流，以及華東電網(wǎng)吉泉、賓金、靈紹等饋入直流為例，送受端均已形成多個近電氣距離落點的直流群。直流與直流、直流與交流之間強電氣耦合，相互影響和相互作用程度加劇。

　　3)區(qū)域直流互聯(lián)格局顯現(xiàn)復(fù)雜化。連接西南—華東電網(wǎng)的復(fù)奉、錦蘇、賓金直流，連接西北—華中、西北—華北的天中、昭沂直流，以及連接西北—華東、西南—華東的吉泉、賓金直流等，分別形成了多直流同送端同受端、同送端不同受端、不同送端同受端的區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)格局。多回直流擾動功率疊加以及擾動經(jīng)直流跨區(qū)接續(xù)傳播，將增大沖擊幅度與沖擊影響范圍。

　　4)直流功率匯集方式呈現(xiàn)多樣化。以復(fù)奉、祁韶和扎青直流為例，功率匯集方式分別為配套電源就近供電、配套電源與網(wǎng)內(nèi)風(fēng)電打捆供電，以及全網(wǎng)多類型電源匯集供電等不同形式。后 2 種方式下，直流故障易引發(fā)大范圍潮流涌動。

　　1.2.2 交流電網(wǎng)發(fā)展特征

　　在直流輸電系統(tǒng)以及風(fēng)電、光伏等新能源快速發(fā)展的共同影響下，交流電網(wǎng)已呈現(xiàn)出新的顯著特征，即電力電子化特征[10-11]。其對電網(wǎng)的影響，具體表現(xiàn)在如下 2 個方面。

　　1)常規(guī)電源的替代容量增大，電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力下降。在受端，以華東電網(wǎng)為例，直流饋入總?cè)萘空伎傌摵杀壤筛哌_ 40%以上。在送端，以西北電網(wǎng)為例，基于電力電子變頻器的風(fēng)電、光伏等新能源并網(wǎng)容量與區(qū)內(nèi)負荷水平基本相當(dāng)。直流饋入和新能源并網(wǎng)引起的火電、水電等常規(guī)電源替代效應(yīng)，將使交流電網(wǎng)轉(zhuǎn)動慣量水平相對減少，頻率調(diào)節(jié)能力下降;同時，動態(tài)電壓支撐能力減弱，電壓調(diào)節(jié)能力下降。

　　2)電源耐頻耐壓性能降低，電網(wǎng)抗擾動能力弱化?；陔娏﹄娮幼冾l器的風(fēng)電、光伏等新能源電源，其耐受高頻、低頻以及高電壓、低電壓的能力較常規(guī)電源弱，電網(wǎng)受擾后，新能源電源易出現(xiàn)規(guī)模化脫網(wǎng)。

　　此外，受短路電流、輸電走廊等客觀因素制約，區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)部的 500kV 交流主干輸電網(wǎng)，其關(guān)鍵輸電通道和輸電斷面的潮流承載能力增長有限。相對持續(xù)增長的直流送電功率，交流電網(wǎng)承載直流故障引發(fā)的轉(zhuǎn)移潮流的能力已顯出不足。

　　2 強直弱交的定義與內(nèi)涵

　　2.1 強直弱交的定義

　　特高壓交直流混聯(lián)，已使電網(wǎng)特性發(fā)生了深刻變化[8]。針對電網(wǎng)呈現(xiàn)出的新特性，國內(nèi)工程界和學(xué)術(shù)界已取得廣泛共識，并將其高度概括為“強直弱交”特性[12-15]。

　　綜合已有認識，本文對這一特性做出如下定義，即強直弱交指的是，超特高壓交直流電網(wǎng)中，交流與直流 2 種輸電形態(tài)在其結(jié)構(gòu)發(fā)展不均衡的特定階段，直流有功、無功受擾大幅變化激發(fā)起的超出既定設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)防能力的強擾動，沖擊承載能力不足的交流薄弱環(huán)節(jié)，使連鎖故障風(fēng)險加劇，全局性安全水平明顯下降的混聯(lián)電網(wǎng)運行新特性。

　　2.2 強直弱交的內(nèi)涵

　　強直弱交，是對混聯(lián)電網(wǎng)特性的定性描述，其具體內(nèi)涵，涉及以下 5 個方面。

　　1)傳統(tǒng)電網(wǎng)中，交流與直流是主從關(guān)系，直流擾動不會顯著影響交流電網(wǎng)正常運行;強直弱交型混聯(lián)電網(wǎng)中，交流與直流是相互依存關(guān)系，直流平穩(wěn)運行已成為交流安全的重要前提。

　　2)強直即是強沖擊。強直非絕對的強，是相對弱承載的強，表現(xiàn)為不平衡有功和無功的沖擊幅度大，包括單回特高壓直流大容量送電功率瞬時中斷或持續(xù)閉鎖，以及多回直流擾動功率疊加累聚等形式。

　　3)弱交即是弱承載。弱交非絕對的弱，是相對強沖擊的弱，表現(xiàn)為不平衡有功和無功承載能力不足，包括潮流轉(zhuǎn)移能力不足、頻率和無功電壓調(diào)節(jié)能力不足，以及新能源設(shè)備對大頻差和大壓差的耐受能力不足等形式。

　　4)強直弱交對混聯(lián)電網(wǎng)穩(wěn)定性威脅主要體現(xiàn)在 2 個方面，即單一故障向連鎖故障轉(zhuǎn)變和局部擾動向全局擾動擴展。強直激發(fā)的大量不平衡有功、無功，沖擊承載能力不足的弱交流系統(tǒng)，當(dāng)潮流、頻率、電壓等電氣量變化幅度相繼超過不同薄弱環(huán)節(jié)的耐受能力，單一故障將向連鎖故障轉(zhuǎn)變;直流送受端強耦合，使擾動經(jīng)直流向跨區(qū)電網(wǎng)傳播，加之多回直流擾動功率疊加放大，局部擾動將向全局擾動擴展。

　　5)安全穩(wěn)定設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)決定故障防控級別，調(diào)控資源的廣度與深度決定故障防控措施，2 者均影響交流電網(wǎng)抵御沖擊的能力。面向發(fā)展中的交直流混聯(lián)電網(wǎng)，及其呈現(xiàn)出的大有功、大無功沖擊，既定的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)和控制措施，將制約平抑和疏散沖擊功率、隔離和阻斷擾動傳播等能力，會使強直沖擊下弱交承載能力不足的矛盾更為突出。

　　3 強直弱交型混聯(lián)電網(wǎng)的穩(wěn)定威脅形式

　　3.1 強直弱交型混聯(lián)電網(wǎng)主導(dǎo)穩(wěn)定形態(tài)

　　強直弱交型混聯(lián)電網(wǎng)中，交流電網(wǎng)發(fā)揮著基礎(chǔ)性支撐作用，其穩(wěn)定與否直接關(guān)乎電網(wǎng)功能—連續(xù)可靠供電能否實現(xiàn)。因此，混聯(lián)電網(wǎng)失穩(wěn)，其核心仍為交流電網(wǎng)失去穩(wěn)定，表現(xiàn)為故障沖擊下交流電網(wǎng)的有功、無功不能達到平衡，電網(wǎng)中發(fā)電機功角、母線電壓、系統(tǒng)頻率等關(guān)鍵電氣量大幅變化，且無法恢復(fù)至新的穩(wěn)定運行狀態(tài)。與此對應(yīng)，強直弱交型混聯(lián)電網(wǎng)的主導(dǎo)穩(wěn)定形態(tài)仍為功角穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定 3 種[16]。

　　與純交流電網(wǎng)不同，在交直流混聯(lián)電網(wǎng)中，直流電流源型換流器電網(wǎng)換相，可使交流故障激發(fā)的擾動能量顯著增大;直流換流器有功無功強關(guān)聯(lián)、交流與直流強耦合，使交流電網(wǎng)多穩(wěn)定形態(tài)交織;直流控制方式與控制邏輯轉(zhuǎn)換引起的交直流交換功率非線性變化，使交流電網(wǎng)受擾行為更加復(fù)雜。

　　在強直弱交型混聯(lián)電網(wǎng)中，特高壓直流大容量輸電顯著增大了擾動所能激發(fā)的不平衡功率，電網(wǎng)穩(wěn)定性威脅形式呈現(xiàn)新變化，如第 2.2 節(jié)所述，表現(xiàn)為單一故障向連鎖故障轉(zhuǎn)變和局部擾動向全局擾動擴展 2 個方面，其發(fā)生、發(fā)展形式如圖 2 所示。

　　3.2 單一故障向連鎖故障轉(zhuǎn)變

　　在強直弱交型混聯(lián)電網(wǎng)中，交流單一故障和直流單一故障向連鎖故障轉(zhuǎn)變的風(fēng)險，均顯著增大，具體表現(xiàn)如下。

　　對于直流饋入的受端電網(wǎng)，交流單一短路故障引發(fā)近電氣距離多回直流同時換相失敗，有功瞬時中斷激發(fā)的擾動沖擊相互疊加，易導(dǎo)致系統(tǒng)功角振蕩，位于振蕩中心近區(qū)的直流逆變站則會因電壓大幅跌落，存在連續(xù)換相失敗甚至永久閉鎖風(fēng)險[17];多回直流換相失敗后有功同時恢復(fù)提升過程中，逆變站從交流電網(wǎng)吸收大量無功，存在因交流電壓無法恢復(fù)導(dǎo)致發(fā)電機過勵跳閘、電動機低壓脫扣等風(fēng)險[18-19]。

　　對于直流外送的送端電網(wǎng)，交流單一短路故障后，受直流有功恢復(fù)延遲影響，配套電源出力受阻程度增大，機組加速使局部地區(qū)面臨短時頻率驟升，易導(dǎo)致鄰近風(fēng)電、光伏等新能源高頻脫網(wǎng)[10];單一直流閉鎖等故障，濾波器切除前過剩無功注入交流電網(wǎng)使局部電網(wǎng)面臨過電壓沖擊，易導(dǎo)致新能源高壓脫網(wǎng)[20-21]。

　　此外，單一特高壓直流送出功率占區(qū)域電網(wǎng)發(fā)電比例，或饋入功率占區(qū)域電網(wǎng)負荷比例較大的場景中，直流閉鎖引起的送、受端電網(wǎng)功率盈余和缺額，易導(dǎo)致高頻切機、低頻減載動作[22];直流閉鎖后轉(zhuǎn)移潮流沖擊交流輸電瓶頸，易引發(fā)線路過負荷跳閘等，均是強直弱交型混聯(lián)電網(wǎng)中單一故障向連鎖故障轉(zhuǎn)變的重要形式[23-24]。

　　圖2 強直弱交型混聯(lián)電網(wǎng)穩(wěn)定威脅的發(fā)生、發(fā)展形式

　　3.3 局部擾動向全局擾動擴展

　　區(qū)域電網(wǎng)間多回直流互聯(lián)，已形成同送端同受端、同送端不同受端、不同送端同受端等多種復(fù)雜格局，送、受端電網(wǎng)之間關(guān)聯(lián)耦合更加緊密。因激發(fā)起直流功率大幅波動，局部交流電網(wǎng)的故障擾動，已呈現(xiàn)向跨區(qū)電網(wǎng)乃至全網(wǎng)擴展蔓延的趨勢。

　　具體表現(xiàn)在如下 3 個方面。

　　1)受端交流短路故障導(dǎo)致逆變器換相失敗，在換相失敗結(jié)束直流功率恢復(fù)過程中，整流站將有大量盈余容性無功注入送端電網(wǎng)，易導(dǎo)致風(fēng)光新能源高壓脫網(wǎng)，并繼而威脅送端頻率安全[25]。

　　2)區(qū)域電網(wǎng)直流同送端同受端互聯(lián)格局中，受端交流單相永久接地、單相開關(guān)拒動等故障，因換相失敗導(dǎo)致的多回直流同時多次功率瞬時跌落，將使不平衡加速能量疊加累聚，易導(dǎo)致送端電網(wǎng)失去暫態(tài)功角穩(wěn)定[26-27]。

　　3)區(qū)域電網(wǎng)直流同送端不同受端、不同送端同受端 2 種互聯(lián)格局中，以前者為例，送端交流電網(wǎng)故障，將導(dǎo)致受端落點于不同區(qū)域電網(wǎng)的直流的功率同時波動，若受端區(qū)域電網(wǎng)間存在薄弱的交流聯(lián)絡(luò)線，則易使其功率出現(xiàn)大幅涌動，甚至導(dǎo)致聯(lián)絡(luò)線功率因超過靜穩(wěn)極限而使互聯(lián)電網(wǎng)解列[8]。

　　需要指出的是，單一故障向連鎖故障轉(zhuǎn)變與局部擾動向全局擾動擴展，不是相互獨立、相互排斥的，而是相互交織、相互推進的，是同一受擾動態(tài)過程中的 2 種表現(xiàn)形式。

　　4 應(yīng)對強直弱交型混聯(lián)電網(wǎng)的相關(guān)措施

　　4.1 提升混聯(lián)電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平的 3 個方面

　　保障電網(wǎng)安全的相關(guān)措施，需與電網(wǎng)穩(wěn)定特性相適應(yīng)。電網(wǎng)是永恒發(fā)展的，不同發(fā)展階段具有不同的穩(wěn)定新特性，因此，保障電網(wǎng)安全的相關(guān)措施，也面臨不斷發(fā)展的新要求。

　　針對強直弱交型混聯(lián)電網(wǎng)，亟需圍繞修編完善安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)調(diào)發(fā)展直流與交流輸電系統(tǒng)、構(gòu)建大電網(wǎng)安全綜合防御體系等 3 個方面，研究制定與其新特性相適應(yīng)的措施，有效應(yīng)對單一故障向連鎖故障轉(zhuǎn)變、局部擾動向全局擾動擴展，保障電網(wǎng)安全運行。

　　4.2 修編完善安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)

　　安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，是在兼顧經(jīng)濟性和安全性的基礎(chǔ)上，制定的保障電網(wǎng)安全可靠供電、穩(wěn)定連續(xù)運行的系列準(zhǔn)則，是電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)與調(diào)度運行的綱領(lǐng)性、強制性和規(guī)范性文件。其中，明確規(guī)定了電網(wǎng)應(yīng)具備的故障沖擊抵御能力、故障設(shè)防原則，以及控制措施選擇依據(jù)。

　　長期以來，我國電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)與調(diào)度運行中的安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，均遵從《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》和《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)導(dǎo)則》(以下簡稱原導(dǎo)則)，并據(jù)此構(gòu)建了安全穩(wěn)定三道防線體系，有效保障了電網(wǎng)在以往各發(fā)展階段的安全穩(wěn)定運行[28-31]。

　　然而，隨著傳統(tǒng)電網(wǎng)向強直弱交型混聯(lián)電網(wǎng)快速演變，針對新出現(xiàn)的對電網(wǎng)穩(wěn)定威脅較大的故障或擾動，如特高壓直流換相失敗和直流故障再啟動等，原導(dǎo)則在故障設(shè)防原則等相關(guān)內(nèi)容中顯現(xiàn)出了空白。此外，與傳統(tǒng)電網(wǎng)中嚴重故障沖擊程度相當(dāng)?shù)膯我还收希绱笕萘刻馗邏褐绷鲉螛O閉鎖等，原導(dǎo)則中對應(yīng)的設(shè)防原則也應(yīng)予以重新審視。

　　為此，針對強直弱交型混聯(lián)電網(wǎng)穩(wěn)定控制新要求，應(yīng)在科學(xué)論證的基礎(chǔ)上，適時修編和完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

　　4.3 協(xié)調(diào)發(fā)展直流與交流輸電系統(tǒng)

　　合理的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的物質(zhì)基礎(chǔ)[32]。面向強直弱交型混聯(lián)電網(wǎng)，協(xié)調(diào)直流與交流輸電系統(tǒng)發(fā)展，提升電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平，涉及減少直流的沖擊發(fā)生概率、增強交流的沖擊承載能力 2 個方面。

　　減少直流的沖擊發(fā)生概率，主要是降低直流逆變器換相失敗發(fā)生概率。一方面，可采用優(yōu)化晶閘管固有關(guān)斷時間、優(yōu)化換相失敗預(yù)測方法等技術(shù);另一方面，可采用電容換相或電壓逆變器，替代電流源型逆變器。

　　增強交流的沖擊承載能力，可采取如下措施。

　　1)優(yōu)化交流一次主干網(wǎng)架，適應(yīng)直流有功強沖擊。消除輸電瓶頸約束，增強交流主網(wǎng)潮流靈活轉(zhuǎn)運和疏散能力;科學(xué)布局直流落點，抑制多回直流受擾功率的疊加累聚效應(yīng)。

　　2)加強動態(tài)電壓支撐能力，適應(yīng)直流強無功沖擊。充分利用已建的常規(guī)發(fā)電機組，優(yōu)化布點新建的調(diào)相機以及增建的 SVC、STATCOM 等無功源，為直流換流站提供充裕的動態(tài)無功，支撐交流電壓快速恢復(fù)。

　　3)改善源網(wǎng)控制及其協(xié)調(diào)控制能力。優(yōu)化機組勵磁、調(diào)速以及 PSS 等調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，增加FACTS 設(shè)備附加阻尼等控制功能;通過虛擬同步發(fā)電機等先進適用技術(shù)，增強風(fēng)電、光伏等新能源參與電網(wǎng)頻率、電壓調(diào)控的能力。

　　4)增強風(fēng)電、光伏新能源發(fā)電設(shè)備的擾動耐受能力。提升新能源變頻器的低頻、低壓和高頻、高壓耐受能力等相關(guān)涉網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，降低直流強沖擊下新能源大規(guī)模脫網(wǎng)及其引發(fā)的連鎖故障風(fēng)險。

　　4.4 構(gòu)建大電網(wǎng)安全綜合防御體系

　　4.4.1 現(xiàn)有穩(wěn)定控制措施的不適應(yīng)性

　　現(xiàn)有穩(wěn)定控制措施，以《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》和《電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制技術(shù)導(dǎo)則》為既定設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，以常規(guī)切機、切負荷為主要控制資源，以相互獨立的輸變電工程為需求依托，在面對交直流混聯(lián)電網(wǎng)強直弱交新特性時，已表現(xiàn)出不適應(yīng)性，具體包括：應(yīng)對大容量特高壓直流強沖擊，難以滿足控制措施量的要求;單一集中控制措施，難以應(yīng)對單一故障向連鎖故障的轉(zhuǎn)變;控制措施組織協(xié)調(diào)能力，難以應(yīng)對局部擾動向全局擾動擴展的變化。

　　鑒于以上諸多不適應(yīng)性，應(yīng)構(gòu)建大電網(wǎng)安全綜合防御體系，增加控制的資源類型、拓展控制的空間分布、滿足控制的時序邏輯、增強控制的協(xié)調(diào)能力，適應(yīng)強直弱交型混聯(lián)電網(wǎng)的穩(wěn)定控制新要求。

　　4.4.2 安全綜合防御體系的目標(biāo)

　　大電網(wǎng)安全綜合防御體系，以現(xiàn)有安全穩(wěn)定三道防線為基礎(chǔ)，依托先進的信息通訊技術(shù)，實現(xiàn)對電網(wǎng)多頻段、高精度的全景狀態(tài)感知;基于故障診斷和動態(tài)響應(yīng)軌跡，實現(xiàn)多場景、全過程的實時智能決策;整合廣泛分布于全網(wǎng)的多種控制資源，實現(xiàn)有序、分層的一體化協(xié)同控制，通過緩解強直的故障沖擊、強化弱交的承載能力，達到有效降低大電網(wǎng)安全運行風(fēng)險的目標(biāo)。

　　4.4.3 安全綜合防御體系的一體化協(xié)同控制

　　實現(xiàn)安全綜合防御的一體化協(xié)同控制，包括4個具體方面，即多資源統(tǒng)籌控制、多地域配合控制、多尺度協(xié)調(diào)控制以及多目標(biāo)聯(lián)合控制。

　　1)多資源統(tǒng)籌控制。在傳統(tǒng)單一切機、切負荷控制的基礎(chǔ)上，統(tǒng)籌利用直流功率控制、抽蓄切泵控制、調(diào)相機控制、新能源緊急有序控制等各種可控資源，增加應(yīng)對強沖擊的可控容量。

　　2)多地域配合控制。針對擾動沖擊的高強度和大范圍，匹配并整合不同地域、不同電壓等級的控制資源，實現(xiàn)大范圍立體配合控制，消除瓶頸約束，增強弱交的承載能力。

　　3)多尺度協(xié)調(diào)控制。針對不同穩(wěn)定形態(tài)的時間尺度特征和各類控制資源的時效性，通過毫秒級、秒級和秒級以上控制的相互協(xié)調(diào)，實現(xiàn)系統(tǒng)動態(tài)過程的全覆蓋。

　　4)多目標(biāo)聯(lián)合控制。綜合利用不同時間尺度和不同空間范圍內(nèi)的各種控制措施，聯(lián)合應(yīng)對故障演變?nèi)^程中的不同穩(wěn)定問題，抑制擾動沖擊、阻斷連鎖反應(yīng)，提升系統(tǒng)穩(wěn)定裕度，防止系統(tǒng)崩潰。

　　4.4.4 關(guān)鍵支撐技術(shù)

　　構(gòu)建大電網(wǎng)安全綜合防御體系，是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程。其中，為保障多資源參與的一體化協(xié)同控制有效實施，需圍繞以下 5 個方面，開展關(guān)鍵支撐技術(shù)攻關(guān)。

　　1)電力電子化源網(wǎng)荷精細化仿真技術(shù)。包括：

　　拓撲結(jié)構(gòu)高頻變換的電壓源換流器高效精準(zhǔn)仿真、新能源發(fā)電集群的外特性聚合模擬、基于實際工程的直流控制與保護邏輯建模與仿真、分布式電源高滲透型綜合負荷的特性建模與仿真，乃至基于超級計算機群的交直流混聯(lián)大電網(wǎng)全電磁暫態(tài)仿真等。

　　2)強直弱交型混聯(lián)電網(wǎng)大擾動行為機理。包括：大擾動沖擊下，直流換流站多時間尺度功率響應(yīng)特征及關(guān)鍵影響環(huán)節(jié)識別;復(fù)雜擾動場景下，交直流、多直流以及直流送受端交互作用機制，及其對混聯(lián)電網(wǎng)多形態(tài)穩(wěn)定性影響機理;強直弱交型混聯(lián)電網(wǎng)連鎖故障發(fā)展路徑識別及隔離阻斷技術(shù)。

　　3)混聯(lián)電網(wǎng)穩(wěn)定態(tài)勢表征方法與評估指標(biāo)。包括：在傳統(tǒng)直流短路比及其門檻值 3.0 靜態(tài)量化評估交流電網(wǎng)強弱的基礎(chǔ)上，進一步提出計及有源設(shè)備受擾行為特征的動態(tài)量化評估指標(biāo);混聯(lián)電網(wǎng)多形態(tài)穩(wěn)定性與受擾電氣量之間的關(guān)聯(lián)映射方法;表征穩(wěn)定性演化態(tài)勢的關(guān)鍵電氣量特征識別技術(shù);基于關(guān)鍵電氣量響應(yīng)軌跡的穩(wěn)定性定量評估指標(biāo)。

　　4)混聯(lián)電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制基礎(chǔ)理論與方法。包括：適應(yīng)強直弱交型混聯(lián)電網(wǎng)非線性特征的多資源、多目標(biāo)綜合協(xié)調(diào)控制基礎(chǔ)理論;計及連續(xù)與離散特點、集中與分布特征、響應(yīng)時間尺度差異特性的多資源協(xié)調(diào)控制方法，以及大電網(wǎng)綜合協(xié)調(diào)控制的體系架構(gòu)設(shè)計方法。

　　5)大容量先進適用控制技術(shù)。包括：不同響應(yīng)速度的規(guī)模化精準(zhǔn)負荷控制技術(shù)、基于電力電子的大容量電氣制動技術(shù)，以及大容量儲能的多速率能量調(diào)控技術(shù)等。

　　5 結(jié)論

　　1)強直弱交，是交流與直流 2 種輸電形態(tài)在結(jié)構(gòu)發(fā)展不均衡的特定階段所呈現(xiàn)出的混聯(lián)電網(wǎng)新特性，表現(xiàn)為直流受擾有功、無功沖擊幅度大，以及交流電網(wǎng)承載沖擊的能力不足。

　　2)單一故障向連鎖故障轉(zhuǎn)變、局部擾動向全局擾動擴展，是威脅強直弱交型混聯(lián)電網(wǎng)穩(wěn)定運行的新形式。2 者相互交織、相互推進，使大面積停電風(fēng)險加劇。

　　3)針對傳統(tǒng)電網(wǎng)制定的安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，尚缺乏直流換相失敗、直流故障再啟動等故障或擾動的設(shè)防原則。此外，面向強直弱交型混聯(lián)電網(wǎng)，需重新審視與傳統(tǒng)電網(wǎng)中嚴重故障沖擊程度相當(dāng)?shù)膯我还收系脑O(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。

　　4)協(xié)調(diào)直流與交流輸電系統(tǒng)發(fā)展，涉及減少直流的沖擊發(fā)生概率、增強交流的沖擊承載能力2個方面。前者主要包括直流控制系統(tǒng)優(yōu)化和逆變器性能改進;后者則主要包括優(yōu)化交流主干網(wǎng)架、加強電壓支撐能力、改善網(wǎng)源協(xié)調(diào)能力以及提升設(shè)備擾動耐受能力等。

　　5)面向強直弱交型混聯(lián)電網(wǎng)，現(xiàn)有穩(wěn)定控制措施已出現(xiàn)諸多不適應(yīng)。為保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定，應(yīng)構(gòu)建大電網(wǎng)安全綜合防御體系，實現(xiàn)具備多資源統(tǒng)籌、多地域配合、多尺度協(xié)調(diào)和多目標(biāo)聯(lián)合能力的一體化協(xié)同控制?！荆ㄠ嵆R世英，申旭輝，劉道偉 (電網(wǎng)安全與節(jié)能國家重點實驗室(中國電力科學(xué)研究院)，北京市 海淀區(qū) 100192)】