甘慧辰，肖晃庆，郭铸，等. 新能源送出柔性直流输电系统送受两端构网型控制 [J]. 电力系统自动化, 2026, 50 (11): 40-51.
1. 研究背景：为什么需要送受两端构网控制？
无常规电源支撑的新能源基地通过柔性直流送出时，送端换流站通常需要采用VF构网控制。此外，随着电力电子渗透率的增加，受端电网的惯量和阻尼下降，电压、频率稳定问题突出。而传统跟网控制在弱电网下容易失稳，因此受端换流站也需要采用基于直流电压调节的构网控制。
那么，送受两端换流站同时构网时系统稳定机理如何演变？如何提升系统的暂态稳定性？
2. 研究内容：两大核心创新
柔性直流送受两端构网控制结构如图1所示。新能源电力经交流汇集至送端模块化多电平换流站(MMC)，经长距离直流线路传输后，由受端MMC并入受端电网。送端MMC采用VF构网控制，以维持交流电压和频率稳定，受端MMC采用基于直流电压调节的混合同步控制，保证系统直流电压稳定。
图1 大规模新能源柔性直流送出系统的拓扑结构
2.1 基于直流电压调节的混合同步控制
本文提出一种自适应混合直流电压同步控制，如图2所示。所提同步控制环的改进之处在于：1）避免了由直流电压导数环节产生的额外动态过程；2）引入锁相环(PLL)和自适应系数ka，让换流器在强电网和弱电网下都能稳定运行；3）故障时，根据电压跌落深度自动调整ka，提升暂态稳定性。
图2 同步控制环结构框图
2.2 暂态稳定性分析与故障穿越技术
受端电网电压故障时MMC并网系统功角特性曲线见图3。当电压跌落程度过大，传统控制下功角可能越过临界值而失稳，如图3(b)所示。采用自适应混合同步控制后，减小ka可降低等效有功功率参考值Pe，从而减小加速面积、增大减速面积，进而使系统更快达到稳态，如图3(c)所示。对于故障后不存在稳定运行点的情况，降低Pe能减小加速面积，在相同时间切除故障，系统能重新更快地达到稳态，如图3(d)所示。因此，采用自适应混合同步控制能有效提升系统暂态稳定性。
图3 电压故障前后功角特性曲线
不同自适应系数ka下的系统相图如图4(a)所示。从图4(a)中可以看出，随着ka的减小，曲线越扁，反映出系统暂态过程中的功角变化率越小，系统阻尼比越大，暂态特性越好。电网正常运行时，ka=1，电网故障期间分别采用不同自适应系数ka，故障切除后ka恢复至1，系统相图如图4(b)所示。当发生严重电网电压跌落故障后，如果ka=1，由于直流电压和其参考值之间存在较大差值，在直流电压同步环的作用下，功角将迅速增大至越过临界角，然后发散，使得系统失去稳态运行点。如果采用所提混合同步控制，随着ka的减小，功角的摆动幅度也会减小。当ka取值较小时，在发生电压跌落故障后，功角不会快速增大至临界角而导致系统失稳，使得故障切除后，功角能经过几个振荡周期而稳定在原来的稳定运行点。
图4 不同ka下系统相图（左图为正常运行工况，右图为电网电压跌落工况）
3. 算例验证
3.1 宽短路比范围运行
传统定直流电压跟网控制在弱网下易失稳，而传统直流电压同步控制又在强网下存在稳定性问题。基于直流电压调节的混合同步控制在稳态运行时能够根据受端系统短路比动态调整系数ka，从而具备适应宽范围短路比(1.5~50)的运行能力，如图5所示。
图5 受端系统对短路比阶跃变化的响应特性
3.2 故障穿越
假设t=2 s时系统已经达到稳态，在t=3 s时，受端电网发生严重三相短路接地故障，故障持续时间为0.1 s，3种控制下的系统故障穿越波形如图6所示。对比可知，当采用自适应混合同步控制时，ka随电网电压跌落快速减小，一方面，ka的减小引起Pe减小，另一方面，随着ka的减小，系统阻尼比将增大，这都减缓了故障后功角的摆动速度，因此，系统能在故障切除后的一段时间内重新恢复稳定。并且，MMC输出电流幅值在1.3 p.u.以内，MMC并网点最大过电压为1.28 p.u.。
图6 3种控制下的系统故障穿越波形
3.3 协调控制
本节采用新能源经柔性直流送出系统送受两端协调控制策略，该策略中，受端换流站采用基于直流电压调节的自适应混合同步控制，将频率偏差映射为直流电压变化；送端新能源机组则通过有功-直流电压下垂控制，根据直流电压变化调节出力，从而实现受端电网频率支撑。t=8 s时，受端负荷突增100 MW，有无协调控制的系统电气信号仿真结果如图7所示。由图7可知，不采用协同控制时，受端系统频率最大跌落至49.6 Hz，最终稳定在49.72 Hz左右，大于系统频率±0.2 Hz偏差的要求，威胁系统的频率稳定性。采用所提协同控制后，受端系统频率最大跌落至49.9 Hz，最终稳定在49.95 Hz左右，符合频率偏差标准。并且在负荷波动期间，系统直流电压最小值为632.5 kV，直流电压波动不超过1.25%，不会危及系统直流电压稳定。
图7 负荷突增100 MW下有无协调控制的仿真对比
4. 结语
本文提出一种适用于新能源送出的柔性直流系统送受端两端构网控制，主要结论如下：
1）自适应混合同步控制可根据受端短路比动态调整跟网/构网占比，适应1.5~50的短路比宽范围变化，解决单一控制在强弱电网下的稳定性问题。
2）提高PLL占比可降低等效有功功率参考值，增大等效阻尼与惯量，在不同短路比下实现功率扰动后的稳定运行和无闭锁故障穿越。
3）配合虚拟阻抗，故障电流可限制在1.3 p.u.以内，并网过电压<1.3 p.u.，同时减弱虚拟阻抗对稳定性和构网能力的不利影响。
4）送受端协调控制下，受端负荷突增时稳态频率偏差从±0.28 Hz降至±0.05 Hz，且直流电压波动不越限。