研究背景

國家電網有限公司建設了張北±500kV柔性直流電網試驗示范工程（簡稱“張北柔直電網工程”），其四端直流電網拓撲結構如圖1所示。該工程采用環形電網結構，可靠性高且能夠實現多電源供電或多落點供電。張北柔直電網工程能夠為未來電網的風、光、儲、抽蓄一體化運作、功率互補輸送起到非常好的技術指導和示范作用。

圖1 四端直流電網拓撲結構

張北柔直電網工程的四端分別為北京站、張北站、康保站和豐寧站，其中北京站為受端，張北站、康保站為直流電網新能源送端，豐寧站與抽蓄電站直接連接，為直流電網功率調節端，四站的額定容量分別為3000MW、3000MW、1500MW、1500MW。

論文所解決的問題及意義

與高壓交流電網相比，直流電網的電源特性、運行方式、控制方式等存在較大差異，使高壓大容量等級的直流電網發展在系統穩定運行方面面臨巨大挑戰。

張北柔直電網工程的顯著特點是直流網絡化、交直流混聯、新能源孤島接入、直流側低慣性弱阻尼?？刂票Ｗo系統是柔性直流電網的“大腦”，負責柔性直流電網的潮流控制、運行方式、故障保護，保障電網安全、可靠、靈活、經濟運行，考慮到張北柔直電網工程作為世界首個柔性直流電網工程，現階段設備能力相對較弱，電網運行方式復雜，配置上層控制方案，積累經驗。

本文分析上層控制的主要功能，以及直流上層控制和系統穩控之間的配合關系，并通過仿真進行驗證。

論文方法及創新點

本文將雙極直流電網控制系統設計為四層結構，即站間協調控制層、雙極控制層、極控制層和閥控制層，如圖2所示。張北柔直電網工程在北京站和張北站分別配置了一套站間協調控制（SCC）設備，采用主備方式實現多換流站間協調控制。

站間協調控制可以對四站進行總的協調，減少系統運行過程中投退換流閥的擾動，降低站間通信的負載率。當失去站間通信時，通過設置在極控制層的不依賴通信的協調控制策略實現換流站的運行。站間協調控制主機實現站間協調控制層的相關控制功能。

圖2 雙極直流電網控制系統架構

直流控制系統與安穩裝置的信號采用光纖通信方式，采用IEC 60044—8協議，交叉連接，其中康保換流站、豐寧換流站內單套穩控裝置與柔性直流控保四套極控、兩套站控裝置均通信。康保站和豐寧站內穩控與直流控制接口如圖3所示。

圖3康保、豐寧站內穩控與直流控制接口

北京換流站、康保換流站內單套穩控裝置與柔性直流控保四套極控、兩套站控、兩套站間協調控制主機裝置均通信。北京站和張北站內穩控與直流控制接口如圖4所示。

圖4北京、張北站內穩控與直流控制接口

基于張北柔直電網工程組建了四端實時數字仿真系統（RTDS）平臺，由RTDS實時仿真器與研制的控制保護樣機組成閉環仿真系統，控制保護樣機通過硬接點或光纖與RTDS連接和通信。

結論

本文介紹了柔性直流電網中控制保護系統的構架設計，詳細描述了上層協調控制實現的直流電壓協調控制和范圍控制及過負荷控制等功能，滿足直流電網初期的應用需求；針對直流電網接入新能源孤島方式，提出了協調控制和穩控系統配合實現直流電網傳輸功率極限的計算方法和切機策略，兼顧了新能源發電送出要求和直流電網運行穩定要求，本文策略已經在張北柔直電網工程中應用。

但是由于協調控制層級的配置對大范圍的直流電網建設帶來了一定限制，因此有必要繼續開展大規模直流電網應用場合下的穩定控制研究。

本文編自2022年第4期《電氣技術》，論文第一作者為盧宇，1979年生，碩士，高級工程師，從事直流輸電和電力電子設備研發工作。本課題得到了“國家自然科學基金委智能電網聯合基金資助項目”的支持。