高压直流输电系统的稳定性分析与控制策略优化

键词：高压直流输电；稳定性分析；控制策略优化；多端直流系统；协调控制

1 引言

高压直流输电技术凭借其在远距离大容量电力传输、电网互联及可再生能源并网中的独特优势，已成为现代电力系统的重要组成部分。然而，随着系统规模的扩大与运行环境的复杂化，直流系统的稳定性问题愈发突出。直流与交流网络的强耦合特性，使得扰动传播速度快、影响范围广，一旦控制策略不当，极易引发电压或电流失稳，甚至导致大面积停电事故。在此背景下，准确识别影响稳定性的关键因素，并制定科学有效的控制策略，成为保障系统安全运行的核心任务。本文从高压直流输电系统的运行特性出发，深入分析其稳定性机理，构建完善的分析框架，并提出参数优化与多系统协调控制相结合的解决方案，旨在为直流输电系统的规划设计、调试运行及升级改造提供技术支撑。

2 高压直流输电系统的稳定性分析

2.1 直流系统的运行特性与稳定需求

高压直流输电系统在运行过程中表现出多变量强耦合的特性，其功率传输、电压调节与换相过程相互影响，形成复杂的动态行为。直流系统的稳定运行不仅依赖于换流器的控制性能，还与交流侧的电压支撑能力密切相关。在正常工况下，系统需维持直流电压与电流在允许范围内，并保持功率的平稳传输。

同时，直流系统还需具备足够的抗干扰能力，以应对各类扰动，包括交流侧故障、功率指令突变以及外部环境变化等。不同类型的直流输电技术在运行特性上存在差异，其稳定需求也有所不同。因此，在进行稳定性分析时，需充分考虑系统拓扑结构、控制方式以及运行条件的多样性，为制定针对性的控制策略提供依据。

2.2 影响稳定性的主要因素识别

影响高压直流输电系统稳定性的因素可分为内部因素与外部因素两类。内部因素主要包括换流器控制参数、直流线路参数、滤波器配置以及保护系统的性能等。这些因素直接决定了系统的动态响应特性与稳定裕度。外部因素则涉及交流系统强度、并网节点的电压稳定性以及周边电网的故障特性等。

在实际运行中，这些因素往往相互作用，共同影响系统的稳定状态。例如，交流系统强度不足可能导致换相失败，而控制参数设置不当则会加剧扰动后的振荡。因此，全面识别并量化这些因素的影响程度，是开展稳定性分析与控制策略优化的前提，也是确保系统在复杂工况下安全运行的关键[1]。

2.3 稳定性分析的关键环节与流程

高压直流输电系统的稳定性分析是一个系统性过程，需涵盖模型建立、动态仿真、稳定裕度评估以及控制策略验证等多个环节。首先，需构建能够准确反映系统动态特性的数学模型，包括换流器、直流线路、控制回路以及交流网络的等效模型。模型的精度直接影响分析结果的可靠性。

在模型基础上，通过动态仿真模拟不同扰动场景下的系统响应，获取关键电气量的变化曲线，进而评估系统的稳定裕度。根据分析结果，识别系统的薄弱环节，并提出相应的改进措施。最后，通过仿真验证与现场试验相结合的方式，验证所提策略的有效性与可行性。这一流程不仅能够为系统设计与调试提供科学依据，也有助于在运行阶段及时发现并解决潜在的稳定问题[2]。

3 高压直流输电系统的控制策略研究

3.1 直流控制系统的结构与功能配置

直流控制系统是高压直流输电系统稳定运行的核心，其结构设计直接影响系统的响应速度与调节精度。典型的直流控制系统包括换流器控制、直流电压控制、功率控制以及保护逻辑等功能模块。换流器控制负责触发脉冲的生成与调节，以实现对直流电压和电流的精确控制。直流电压控制通过调节换流器的触发角或调制比，维持直流侧电压稳定，从而保证功率传输的质量。功率控制模块根据调度指令调节输送功率，并在必要时参与系统频率支撑。

功能配置方面，需根据系统的运行需求与网络结构进行合理划分。例如，在多端直流系统中，需明确各端的控制优先级与协调机制，避免控制冲突。同时，保护逻辑的设计应兼顾快速性与可靠性，确保在故障情况下能够迅速隔离故障点，防止事故扩大。合理的结构与功能配置不仅能够提升系统的稳定性与安全性，还能为后续的参数优化与协调控制奠定良好基础。

3.2 提升稳定性的控制参数优化方法

控制参数优化是改善直流系统动态性能的关键手段。通过对控制回路中的比例系数、积分时间常数、微分环节以及限幅特性等参数进行调整，可以有效抑制系统振荡，提高响应速度，并扩大稳定运行范围。优化过程需综合考虑系统在不同工况下的动态响应，包括正常运行、功率突变、交流侧故障等场景，以确保参数设置的鲁棒性。

在实际工程中，参数优化通常采用仿真分析与现场调试相结合的方式。首先通过建立精确的系统模型进行仿真测试，初步筛选出参数组合；然后在现场进行逐步调试，根据实测数据对参数进行微调，直至系统达到最佳运行状态。此外，还可引入智能优化算法，通过迭代计算寻找全局最优解。通过这些方法，可以在保证系统稳定性的同时，兼顾经济性与运行效率，为直流输电系统的安全可靠运行提供有力保障。

3.3 多端直流与交流系统的协调控制

多端直流系统与交流电网之间的协调控制是提升整体稳定性的重要途径。由于多端直流系统各换流站之间存在功率耦合与电压相互影响，单一换流站的独立控制可能引发跨站振荡或功率分配不均等问题。因此，需要建立统一的协调控制策略，实现各换流站之间的信息共享与动作配合。

协调控制的实现通常依赖于高速通信网络与分布式控制架构，确保各换流站能够实时获取系统运行状态，并根据统一的控制目标调整自身输出。在与交流系统的交互中，协调控制策略需考虑交流侧的电压支撑能力、频率稳定性以及故障特性，通过灵活调节直流系统的功率输出与电压水平，为交流电网提供有效的动态支撑。这种跨系统的协同不仅能够提升整个互联电网的稳定性与韧性，还能增强应对复杂扰动的能力，为大规模可再生能源接入和跨区域电力交换提供可靠保障[3]。

4 结语

本文围绕高压直流输电系统的稳定性与控制策略优化开展研究，分析了系统运行特性与影响稳定性的主要因素，提出了结构功能配置优化、参数调整以及多端直流与交流系统协调控制等技术路径。通过仿真与调试相结合的方法，验证了所提策略在提升系统动态响应能力与稳定裕度方面的有效性。结果表明，合理的控制策略能够显著增强系统抗干扰能力，降低故障风险，保障电力传输的安全可靠。未来可在自适应控制、智能优化算法及多系统协同运行等方向深入研究，为构建高效、稳定的现代电力系统提供技术支撑。

参考文献

[1]曹志刚.高压直流输电系统稳定性与控制策略[J].大众标准化，2025（4）：121-123.

[2]王锐.特高压直流输电系统交流过电压控制动作策略分析[J].消费电子，2025（4）：68-70.

[3]李兴源，赵睿，刘天琪，王渝红，王曦.传统高压直流输电系统稳定性分析和控制综述[J].电工技术学报，2013，28（10）：288-300.