高压直流输电系统稳定性分析

一、引言

在全球能源格局调整与电力需求持续增长的背景下，高压直流输电（HVDC）凭借输电容量大、输电距离远、线路损耗小、可实现非同步电网互联等优势，成为跨区域大容量电力传输的关键技术。然而，高压直流输电系统结构复杂，受多种因素影响，其稳定性问题一直是电力领域研究的重点。系统稳定性直接关系到电力供应的可靠性与安全性，深入分析高压直流输电系统稳定性，对于保障电力系统稳定运行、优化能源配置具有重要意义。

二、高压直流输电系统稳定性研究的背景与意义

2.1 研究背景

随着我国 “西电东送”“北电南供” 等大型电力输送工程的推进，高压直流输电线路规模不断扩大，在电力系统中的占比日益提高。与此同时，新能源发电的大规模接入，如风电、光伏等，使得电力系统的电源结构和运行特性发生显著变化，进一步增加了高压直流输电系统运行的复杂性。此外，直流输电系统自身存在的换相失败、谐波干扰等问题，也对系统稳定性构成挑战，亟需深入研究并加以解决。

2.2 研究意义

保障高压直流输电系统稳定性，能够确保电力安全、可靠、高效传输，满足不同地区的用电需求，促进区域间能源资源优化配置。稳定的高压直流输电系统有助于提高电力系统整体运行效率，降低输电损耗，减少因系统不稳定导致的停电事故和经济损失。此外，对高压直流输电系统稳定性的研究，还能推动电力传输技术创新，为智能电网建设和能源可持续发展提供技术支撑。

三、高压直流输电系统构成与工作原理

3.1 系统构成

高压直流输电系统主要由换流站、直流输电线路、交流滤波器、平波电抗器等部分组成。换流站是实现交流电与直流电相互转换的核心设备，包括整流站和逆变站。直流输电线路用于传输直流电，其绝缘性能和机械强度要求较高。交流滤波器用于滤除换流过程中产生的谐波，保证交流侧电能质量。平波电抗器则可抑制直流电流的波动，减少谐波分量，提高系统稳定性。

3.2 工作原理

在整流站，换流器将三相交流电转换为直流电，通过直流输电线路传输至逆变站。在逆变站，换流器再将直流电转换回三相交流电，接入受端交流电网。换流器通常采用晶闸管或绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等电力电子器件，通过控制器件的触发角来调节直流电压和电流，实现电能的可控传输。整个过程中，系统需精确控制换流器的工作状态，以维持直流输电系统的稳定运行。

四、影响高压直流输电系统稳定性的因素

4.1 换流站因素

换流站中的换流器是影响系统稳定性的关键。当交流系统发生故障导致电压下降时，可能引发换相失败，使直流电流中断或大幅波动，影响系统稳定。换流站的控制策略也至关重要，若控制参数设置不合理，无法快速响应系统变化，会导致系统运行不稳定。此外，换流站中的滤波器、电抗器等设备故障或性能下降，同样会对系统稳定性产生不利影响。

4.2 直流输电线路因素

直流输电线路遭受雷击、覆冰、短路等故障，会改变线路参数，导致直流电流和电压异常，引发系统振荡。线路长度过长时，分布电容和电感效应明显，可能产生次同步振荡，威胁系统稳定。同时，线路的绝缘老化、接触不良等问题，也会增加系统运行风险。

4.3 交流系统因素

高压直流输电系统需与两端的交流系统紧密配合，交流系统的强度和稳定性直接影

响直流系统。当交流系统短路容量较小、网架结构薄弱时，对直流系统的支撑能力不足，易引发直流系统功率振荡。交流系统的频率波动、电压不平衡等问题，也会干扰直流系统的正常运行，降低系统稳定性。

4.4 外部干扰因素

雷击、电磁干扰等外部因素会对高压直流输电系统的控制和保护设备造成干扰，导致控制信号异常、保护误动作等问题，影响系统稳定性。此外，人为操作失误、设备维护不当等因素，也可能引发系统故障，威胁系统稳定运行。

五、提升高压直流输电系统稳定性的策略

5.1 优化换流站控制策略

采用先进的控制算法，如自适应控制、智能控制等，提高换流站对系统变化的响应速度和控制精度。优化换流器触发角控制策略，增强系统抵御换相失败的能力。加强对换流站设备的监测和维护，及时发现并处理设备故障，确保换流站稳定运行。

5.2 加强直流输电线路维护与管理

建立完善的直流输电线路监测系统，实时监测线路运行状态，及时发现和处理线路故障和隐患。采用先进的防冰、防雷等技术措施，提高线路抵御自然灾害的能力。优化线路设计，合理选择线路参数，降低次同步振荡等问题发生的概率。

5.3 提升交流系统支撑能力

加强交流电网建设，优化网架结构，提高交流系统短路容量，增强对直流系统的支撑能力。通过无功补偿、电压调节等手段，维持交流系统电压稳定，减少频率波动对直流系统的影响。实现交直流系统的协调控制，提高电力系统整体稳定性。

5.4 强化系统防护与应急处理

加强高压直流输电系统的电磁兼容设计，提高控制和保护设备的抗干扰能力。制定完善的应急预案，定期开展应急演练，提高应对系统故障和外部干扰的能力。建立故障分析和预警机制，提前发现潜在风险，采取预防措施，保障系统稳定运行。

六、高压直流输电系统稳定性研究的发展趋势

6.1 智能化控制技术应用

随着人工智能、大数据等技术的发展，智能化控制技术将广泛应用于高压直流输电系统。通过对系统运行数据的实时分析和学习，智能控制系统能够自动优化控制策略，实现系统的自适应调节，提高系统稳定性和运行效率。

6.2 多端直流输电系统发展

多端直流输电系统可实现多个电源点和负荷中心的互联，具有更高的灵活性和可靠性。未来，多端直流输电系统将成为研究热点，其稳定性分析和控制技术将不断完善，为构建更加复杂的直流输电网络提供支撑。

七、结论

高压直流输电系统稳定性受换流站、直流输电线路、交流系统及外部干扰等多种因素影响。通过优化换流站控制策略、加强线路维护管理、提升交流系统支撑能力和强化系统防护等策略，可有效提升系统稳定性。随着智能化控制技术应用、多端直流输电系统发展以及与新能源系统协同发展等趋势推进，高压直流输电系统稳定性研究将不断深入，为实现安全、高效、可持续的电力传输提供有力保障。

参考文献

[1] 王杨,夏菲,田旭,等. 基于谐波状态空间的高压直流输电系统SISO阻抗建模及稳定 性 分 析 [J]. 中 国 电 机 工 程 学 报 ,2024,44(5):1985-1998, 中 插 27.DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.222622.

[2] 刘熠,王跃,武鸿,等. 含单相面对面型 MMC-DC/DC 变换器的高压直流输电系统阻 抗 建 模 及 稳 定 性 分 析 [J]. 高 电 压 技 术 ,2025,51(1):269-280, 中 插 35- 中 插 38.DOI:10.13336/j.1003-6520.hve.20241199.

[3] 张岱岳. 基于电压源型换流器的高压直流输电系统小信号稳定性分析[D]. 江苏:南京理工大学,2021.