交直流混聯(lián)電網(wǎng)中,，交流與直流既相互支撐，同時(shí)也相互耦合交互作用,，2 者結(jié)構(gòu)發(fā)展的均衡態(tài)勢(shì),，將會(huì)深刻影響電網(wǎng)運(yùn)行特性。當(dāng)前,，我國(guó)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(duì)其呈現(xiàn)出的新特性取得廣泛共識(shí)，并高度概括為“強(qiáng)直弱交”特性,。然而,，目前尚缺乏對(duì)強(qiáng)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(qiáng)直弱交的定義，剖析并闡釋了其內(nèi)涵,，指明強(qiáng)直弱交的主要表現(xiàn)形式及其對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的威脅,。在此基礎(chǔ)上，為保障強(qiáng)直弱交型混聯(lián)電網(wǎng)安全運(yùn)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(gè)方面,，提出了應(yīng)對(duì)措施的建議。

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

　　0 引言

　　電力工業(yè)是推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)文明進(jìn)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(jì)社會(huì)日益增長(zhǎng)的用能需求、適應(yīng)能源產(chǎn)業(yè)變革,，是推動(dòng)其發(fā)展的外因;實(shí)現(xiàn)調(diào)控靈活,、促進(jìn)節(jié)能降耗、保障安全穩(wěn)定,，則是推動(dòng)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(gè)主要環(huán)節(jié)構(gòu)成的統(tǒng)一整體,，實(shí)現(xiàn)電能生產(chǎn)、傳輸,、分配與消費(fèi)[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(diǎn)與經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì),，前者適用于地區(qū)電網(wǎng)和區(qū)域電網(wǎng)組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)電能傳輸與交換,，后者則適用于跨大區(qū)遠(yuǎn)距離大容量送電,，實(shí)現(xiàn)區(qū)域間資源優(yōu)化配置[2-3]。我國(guó)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(jí)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(shí)踐[4];與此同時(shí),，在 20 世紀(jì) 90年代,，以三峽送出工程為契機(jī)，拉開了利用直流進(jìn)行區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)的全國(guó)聯(lián)網(wǎng)序幕[5];2008 年晉東南—南陽(yáng)—荊門 1000kV交流工程投運(yùn)和 2010年四川向家壩—上海奉賢±800kV/6400MW 直流工程投運(yùn),，標(biāo)志著我國(guó)已步入?yún)^(qū)域電網(wǎng)大容量特高壓交直流互聯(lián)新時(shí)代[6-7],。

　　對(duì)應(yīng)電網(wǎng)發(fā)展進(jìn)程，我國(guó)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(diǎn)發(fā)展為多直流送出和饋入密集落點(diǎn),，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(yùn)行控制實(shí)踐以及計(jì)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(qiáng)直弱交(strong HVDC and weak AC system,，SDC-WAC)特性,。然而，迄今為止,，圍繞強(qiáng)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(qiáng)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(xiǎn)及其表征形式,。為保障強(qiáng)直弱交型混聯(lián)電網(wǎng)安全運(yùn)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(duì)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(yùn),。根據(jù)電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃,，到 2018 年，還將投運(yùn)祁韶,、昭沂,、扎青、吉泉等多回特高壓直流,，如表 1 所示,。屆時(shí)，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_(dá)到 93600MW,。

　　與此同時(shí)，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(yáng)—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(guó)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(shí)現(xiàn)聚合化,。以吉泉直流為例,，雙極送電功率達(dá)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(dòng)功率顯著增大,。

　　2)送受端多直流落點(diǎn)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(gè)近電氣距離落點(diǎn)的直流群,。直流與直流,、直流與交流之間強(qiáng)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(dòng)功率疊加以及擾動(dòng)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(dòng),。

　　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(duì)電網(wǎng)的影響,，具體表現(xiàn)在如下 2 個(gè)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?fù)荷比例可高達(dá) 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(fù)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(dòng)慣量水平相對(duì)減少,，頻率調(diào)節(jié)能力下降;同時(shí)，動(dòng)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(dòng)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)?；摼W(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(zhǎng)有限。相對(duì)持續(xù)增長(zhǎng)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(qiáng)直弱交的定義與內(nèi)涵

　　2.1 強(qiáng)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(duì)電網(wǎng)呈現(xiàn)出的新特性,，國(guó)內(nèi)工程界和學(xué)術(shù)界已取得廣泛共識(shí)，并將其高度概括為“強(qiáng)直弱交”特性[12-15],。

　　綜合已有認(rèn)識(shí),，本文對(duì)這一特性做出如下定義，即強(qiáng)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(qiáng)擾動(dòng),，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(xiǎn)加劇,，全局性安全水平明顯下降的混聯(lián)電網(wǎng)運(yùn)行新特性,。

　　2.2 強(qiáng)直弱交的內(nèi)涵

　　強(qiáng)直弱交，是對(duì)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(gè)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(dòng)不會(huì)顯著影響交流電網(wǎng)正常運(yùn)行;強(qiáng)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(yùn)行已成為交流安全的重要前提,。

　　2)強(qiáng)直即是強(qiáng)沖擊。強(qiáng)直非絕對(duì)的強(qiáng),，是相對(duì)弱承載的強(qiáng),，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(shí)中斷或持續(xù)閉鎖,，以及多回直流擾動(dòng)功率疊加累聚等形式,。

　　3)弱交即是弱承載。弱交非絕對(duì)的弱,，是相對(duì)強(qiáng)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(duì)大頻差和大壓差的耐受能力不足等形式,。

　　4)強(qiáng)直弱交對(duì)混聯(lián)電網(wǎng)穩(wěn)定性威脅主要體現(xiàn)在 2 個(gè)方面，即單一故障向連鎖故障轉(zhuǎn)變和局部擾動(dòng)向全局?jǐn)_動(dòng)擴(kuò)展,。強(qiáng)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(qiáng)耦合,，使擾動(dòng)經(jīng)直流向跨區(qū)電網(wǎng)傳播，加之多回直流擾動(dòng)功率疊加放大,，局部擾動(dòng)將向全局?jǐn)_動(dòng)擴(kuò)展,。

　　5)安全穩(wěn)定設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)決定故障防控級(jí)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(dòng)傳播等能力,，會(huì)使強(qiáng)直沖擊下弱交承載能力不足的矛盾更為突出。

　　3 強(qiáng)直弱交型混聯(lián)電網(wǎng)的穩(wěn)定威脅形式

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

　　強(qiáng)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(shí)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(dá)到平衡,，電網(wǎng)中發(fā)電機(jī)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(yùn)行狀態(tài),。與此對(duì)應(yīng),，強(qiáng)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(dòng)能量顯著增大;直流換流器有功無功強(qiáng)關(guān)聯(lián),、交流與直流強(qiáng)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(qiáng)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(dòng)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(dòng)向全局?jǐn)_動(dòng)擴(kuò)展 2 個(gè)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(qiáng)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(xiǎn),，均顯著增大,，具體表現(xiàn)如下。

　　對(duì)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(shí)換相失敗,，有功瞬時(shí)中斷激發(fā)的擾動(dòng)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(huì)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(xiǎn)[17];多回直流換相失敗后有功同時(shí)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(jī)過勵(lì)跳閘,、電動(dòng)機(jī)低壓脫扣等風(fēng)險(xiǎn)[18-19]。

　　對(duì)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(jī)組加速使局部地區(qū)面臨短時(shí)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(fù)荷比例較大的場(chǎng)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(jī),、低頻減載動(dòng)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(fù)荷跳閘等,，均是強(qiáng)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(qiáng)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(dòng)向全局?jǐn)_動(dòng)擴(kuò)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(dòng),，局部交流電網(wǎng)的故障擾動(dòng),，已呈現(xiàn)向跨區(qū)電網(wǎng)乃至全網(wǎng)擴(kuò)展蔓延的趨勢(shì)。

　　具體表現(xiàn)在如下 3 個(gè)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(dòng)等故障，因換相失敗導(dǎo)致的多回直流同時(shí)多次功率瞬時(shí)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(diǎn)于不同區(qū)域電網(wǎng)的直流的功率同時(shí)波動(dòng),，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(dòng),，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(dòng)向全局?jǐn)_動(dòng)擴(kuò)展，不是相互獨(dú)立,、相互排斥的,，而是相互交織、相互推進(jìn)的,，是同一受擾動(dòng)態(tài)過程中的 2 種表現(xiàn)形式,。

　　4 應(yīng)對(duì)強(qiáng)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(gè)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(duì)強(qiáng)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(gè)方面,，研究制定與其新特性相適應(yīng)的措施，有效應(yīng)對(duì)單一故障向連鎖故障轉(zhuǎn)變,、局部擾動(dòng)向全局?jǐn)_動(dòng)擴(kuò)展,，保障電網(wǎng)安全運(yùn)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(jì)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(yùn)行的系列準(zhǔn)則,，是電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)與調(diào)度運(yùn)行的綱領(lǐng)性,、強(qiáng)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(zhǎng)期以來,，我國(guó)電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)與調(diào)度運(yùn)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(jiǎn)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(yùn)行[28-31]。

　　然而,，隨著傳統(tǒng)電網(wǎng)向強(qiáng)直弱交型混聯(lián)電網(wǎng)快速演變,，針對(duì)新出現(xiàn)的對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定威脅較大的故障或擾動(dòng)，如特高壓直流換相失敗和直流故障再啟動(dòng)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(yán)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(duì)應(yīng)的設(shè)防原則也應(yīng)予以重新審視,。

　　為此，針對(duì)強(qiáng)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(shí)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(yùn)行的物質(zhì)基礎(chǔ)[32],。面向強(qiáng)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(qiáng)交流的沖擊承載能力 2 個(gè)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(shí)間,、優(yōu)化換相失敗預(yù)測(cè)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(qiáng)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(qiáng)沖擊。消除輸電瓶頸約束,，增強(qiáng)交流主網(wǎng)潮流靈活轉(zhuǎn)運(yùn)和疏散能力;科學(xué)布局直流落點(diǎn),，抑制多回直流受擾功率的疊加累聚效應(yīng)。

　　2)加強(qiáng)動(dòng)態(tài)電壓支撐能力,，適應(yīng)直流強(qiáng)無功沖擊,。充分利用已建的常規(guī)發(fā)電機(jī)組，優(yōu)化布點(diǎn)新建的調(diào)相機(jī)以及增建的 SVC,、STATCOM 等無功源,，為直流換流站提供充裕的動(dòng)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(jī)組勵(lì)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(jī)等先進(jìn)適用技術(shù),，增強(qiáng)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(qiáng)風(fēng)電,、光伏新能源發(fā)電設(shè)備的擾動(dòng)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(qiáng)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(xiǎn),。

　　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(jī),、切負(fù)荷為主要控制資源，以相互獨(dú)立的輸變電工程為需求依托,，在面對(duì)交直流混聯(lián)電網(wǎng)強(qiáng)直弱交新特性時(shí),，已表現(xiàn)出不適應(yīng)性，具體包括：應(yīng)對(duì)大容量特高壓直流強(qiáng)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(duì)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(duì)局部擾動(dòng)向全局?jǐn)_動(dòng)擴(kuò)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(shí)序邏輯、增強(qiáng)控制的協(xié)調(diào)能力,，適應(yīng)強(qiáng)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(jìn)的信息通訊技術(shù),，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(dòng)態(tài)響應(yīng)軌跡,，實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)景,、全過程的實(shí)時(shí)智能決策;整合廣泛分布于全網(wǎng)的多種控制資源，實(shí)現(xiàn)有序,、分層的一體化協(xié)同控制,，通過緩解強(qiáng)直的故障沖擊,、強(qiáng)化弱交的承載能力，達(dá)到有效降低大電網(wǎng)安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)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(shí)現(xiàn)安全綜合防御的一體化協(xié)同控制,，包括4個(gè)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(jī),、切負(fù)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(jī)控制、新能源緊急有序控制等各種可控資源,，增加應(yīng)對(duì)強(qiáng)沖擊的可控容量,。

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

　　3)多尺度協(xié)調(diào)控制,。針對(duì)不同穩(wěn)定形態(tài)的時(shí)間尺度特征和各類控制資源的時(shí)效性,，通過毫秒級(jí)、秒級(jí)和秒級(jí)以上控制的相互協(xié)調(diào),，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)動(dòng)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(shí)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(duì)故障演變?nèi)^程中的不同穩(wěn)定問題,，抑制擾動(dòng)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(xiàng)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(shí)施,，需圍繞以下 5 個(gè)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(xì)化仿真技術(shù)。包括：

　　拓?fù)浣Y(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(shí)際工程的直流控制與保護(hù)邏輯建模與仿真、分布式電源高滲透型綜合負(fù)荷的特性建模與仿真,，乃至基于超級(jí)計(jì)算機(jī)群的交直流混聯(lián)大電網(wǎng)全電磁暫態(tài)仿真等,。

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

　　3)混聯(lián)電網(wǎng)穩(wěn)定態(tài)勢(shì)表征方法與評(píng)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(píng)估交流電網(wǎng)強(qiáng)弱的基礎(chǔ)上,，進(jìn)一步提出計(jì)及有源設(shè)備受擾行為特征的動(dòng)態(tài)量化評(píng)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(shì)的關(guān)鍵電氣量特征識(shí)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(píng)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(qiáng)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(jì)及連續(xù)與離散特點(diǎn),、集中與分布特征,、響應(yīng)時(shí)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(jì)方法。

　　5)大容量先進(jìn)適用控制技術(shù),。包括：不同響應(yīng)速度的規(guī)?；珳?zhǔn)負(fù)荷控制技術(shù)、基于電力電子的大容量電氣制動(dòng)技術(shù),，以及大容量?jī)?chǔ)能的多速率能量調(diào)控技術(shù)等,。

　　5 結(jié)論

　　1)強(qiáng)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(dòng)向全局?jǐn)_動(dòng)擴(kuò)展，是威脅強(qiáng)直弱交型混聯(lián)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的新形式,。2 者相互交織,、相互推進(jìn)，使大面積停電風(fēng)險(xiǎn)加劇,。

　　3)針對(duì)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(dòng)等故障或擾動(dòng)的設(shè)防原則。此外,，面向強(qiáng)直弱交型混聯(lián)電網(wǎng),，需重新審視與傳統(tǒng)電網(wǎng)中嚴(yán)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(qiáng)交流的沖擊承載能力2個(gè)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(jìn);后者則主要包括優(yōu)化交流主干網(wǎng)架,、加強(qiáng)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(dòng)耐受能力等。

　　5)面向強(qiáng)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(shí)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó)電力科學(xué)研究院)，北京市 海淀區(qū) 100192)】