系统保护中跨区直流频率调制与紧急功率支援的

0 引言

为了应对特高压交直流大功率输电和新能源发电渗透率不断提高带来的稳定问题［1-3］，国家电网有限公司积极推进大电网安全综合防御体系的建设，构建特高压交直流电网系统保护［4］（简称系统保护），以全面提升电网的综合防御能力。

文献［5］提出了国家电网系统保护的设计思路、总体构成、具体措施和关键技术，明确了大规模特高压交直流混合电网安全稳定综合防御体系的建设方向。华东电网为了解决频率安全稳定问题［6］，在2016 年建设了融合直流功率紧急支援、抽蓄切泵、精准切负荷等功能的华东频率协调控制（简称协控）系统［7-9］，利用华中、西北、西南、华北等大区电网的跨区直流支援能力，减少切负荷措施的使用，并通过人工闭锁锦苏直流的大功率冲击带电试验［10-11］，验证了该系统的有效性。西南电网系统保护于2019年2 月投入运行［12-13］，主要解决西南电网与华中电网异步运行后交直流故障引发的频率安全问题，同时兼顾抑制水电高占比引起的超低频频率振荡风险。其他大区电网均积极推动建设各自的系统保护［14-15］，大量专家学者也围绕影响电网跨区输电能力的直流换相失败、新能源脱网等关键问题开展了技术攻关［16-19］，为进一步提升大区电网系统保护功能提供了技术支撑。文献［16］介绍了一种抑制直流连续换相失败的调相机紧急控制方法及系统，通过直流换相失败信息触发调相机紧急强励，以降低直流连续换相失败的概率。文献［17］从判据设置、解列断面的选择原则及追加紧急控制等方面提出一种主动解列方法，提高电网应对极端严重故障的能力。

系统保护作为大区电网的综合防御系统，利用全系统的控制资源，统筹协调解决电网的复杂稳定问题。但随着跨区直流控制资源参与电网综合防御的应用越来越多，也暴露出不同的大区电网对同一直流系统采用不同的控制方式（如基于响应触发的反馈控制或基于事件触发的前馈控制）时直流控制动作的协调性问题。例如：为了应对西南电网与华中电网异步运行后的超低频振荡问题，西南电网在开展水电调速器参数优化的同时，还启用了直流的频率调制（frequency control，FC）功能，利用直流FC提供的阻尼降低电网超低频振荡的风险［20］。直流FC 是利用直流控制保护系统检测到的系统频率变化，而触发调整直流输电功率，属于基于电网状态量变化响应触发的控制方式，与文献［7-8］中基于电网故障信息事件触发的直流紧急功率支援在控制方式上存在不同。如果对2 种控制方式之间的协调考虑不周，直流FC 的动作可能会产生与紧急功率支援相反的控制作用，从而严重影响总体控制效果，甚至带来电网安全风险。随着跨区直流控制资源在系统保护中的应用越来越广泛，需要从送受端电网动态特性耦合的角度研究2 种方式的协控。

本文首先系统分析了跨区直流控制资源对大区系统保护的影响，进而从保障电网安全稳定运行和提高跨区资源利用效率的角度，聚焦直流FC 与紧急功率支援的相互协调，提出综合就地和远方信息的协控方案。最后，基于实际电网仿真算例验证了所提控制方案的有效性。

1 大区系统保护需要协调解决的新问题

华东电网系统保护应用了以西南电网为送端的复奉、锦苏、宾金直流（以下简称三大直流）的功率紧急支援来解决受端电网的频率安全问题，西南电网为了提高对超低频振荡阻尼的抑制作用，启用了三大直流的FC 功能，2 种直流控制功能的触发形式不同，在某些场景下存在不协调的问题。例如：华东电网频率协控系统在灵绍直流双极闭锁后会紧急提升三大直流功率，对送端的西南电网而言，直流功率提升会造成本地发电功率出现缺额，导致系统频率降低，当频率降低幅值超出直流FC 死区时，会导致三大直流功率自动根据频率变化而降低，令华东电网系统保护的部分直流功率支援措施失效，影响频率控制效果。上述过程如图1 所示，该过程中送受端电网的频率响应仿真曲线如附录A 所示。

图1 系统保护不协调场景的过程示意图Fig.1 Process diagram of uncoordinated scenarios in system protection

上述的不协调现象源于电网送受两端对同一跨区控制资源的控制需求不同。直流FC 作为一种基于就地频率响应的控制方式，不受对侧华东电网系统保护的控制，虽然可以提高系统振荡阻尼和频率支撑能力，但其可调容量有限，无法独立应对大扰动下的频率安全风险。例如：附录B 给出了华东和西南电网在恶劣运行方式下，大容量直流故障后仅依靠直流FC 功能时系统的频率响应仿真曲线，无法避免故障后电网第三道防线动作。随着直流FC 在电网中的应用越来越广泛，需要考虑综合利用直流控制资源的大区系统保护协控方案。

文章来源：《电力系统保护与控制》 网址: http://www.dlxtbhykzzz.cn/qikandaodu/2021/0215/691.html