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摘要：近年来，随着直流输电应用的越来越广，本文以某电网为例对直流调制在电力调度中的应用进行了分析。
关键词：直流调制；电力调度
中图分类号：TM131.3文献标识码： A 文章编号：
高压直流输电具有调节速度快、运行可靠、线路损耗小等优点，所以对高压直流输电的功率调制进行深入研究是很有现实意义的。根据国家电网发展战略，某电网已定位为特高压“三华电网”的送端电网，是特高压电网不可或缺的重要组成部分。 750 kV电网将主要通过常规直流及特高压直流工程与“三华”电网异步联网运行。建设“外向型、送出型、规模型”的坚强智能送端电网，已成为某电网根本发展战略。 “十二五”不仅仍将是750 kV主网架的快速发展时期，还将是西北“外向型”电网的快速发展时期，规划新投产的超/特高压直流外送工程最多将达到7个，到2020年某电网通过“网对网”方式外送电力预计将超过70 000 MW。
大容量直流外送工程的集中投运对于某电网而言是一个新的挑战，但同时也为电网安全稳定运行提供了新的控制手段，即通过直流调制和多直流协调控制技术改善电网运行的稳定性。
本文对通过直流调制技术改善某电网频率稳定、热稳定和暂态稳定等方面进行初步研究，以期为直流调制技术在某电网的应用提供参考。
一、直流调制技术简介
直流功率调制的原理是在已有的直流输电控制系统中加入附加的直流调制器，从交流系统中提取反映系統异常的信号，调节直流输电线路传输功率，使之快速吸收或补偿其所连交流系统中的功率过剩或缺额，起到紧急支援和阻尼振荡的作用。直流功率在故障后仅恢复故障前水平，交流系统获得的减速能量无明显增加， 系统有可能失稳。而采用直流功率调制后的交流系统的直流功率在故障后通过调制功能提升了传输的直流功率， 使交流系统获得的减速能量增加，交流系统保持稳定的可能性大大增加。好的调制效果要求所选取的调制信号中必须包含系统的被控模态。在某些情况下，为获得好的调制效果，所选取的调制信号应由反映系统实时状态的信号组成，而不应只局限于某一个信号。直流功率调制可选用下列参数作为输入信号。
（1） 发电机角频率调制。研究表明，直流功率的变化可由某台发电机的角速度变化量Δω 决定。
（2） 双侧频率功率调制。频率是表征系统有功功率是否平衡的一个关键量[6]。当系统发生故障（如短路、断线）后，有功功率将无法保持平衡，从而引起系统频率的变化。
（3） 交流线功率信号调制。正常运行时，系统的潮流一般不会发生明显变化； 而当发生故障时，系统潮流会发生重新分配，交流线路上传输的功率会有剧烈变化。
以上各单信号调制各有优缺点。为充分发挥各信号的优势，取得更好的控制效果，采用多信号直流控制器，将上述单信号进行加权综合。
二、直流调制提高系统暂态稳定性
2.1直流调制控制器设计
（1）单信号控制器设计及参数整定
对采用不同调制信号的直流调制控制器进行设计和参数整定时，采用极点配置的方法。在交直流系统中， 以直流电流整定值增量ΔI 作为控制变量，附加控制的调制信号为被控变量ΔX（即直流调制的调制信号）。则ΔI 到ΔX 的开环传递函数G（s）框图如图2（a）所示。引入ΔX 作为反馈变量，系统闭环传递函数Gc（s）框图如图2（b）所示。
在求得系统开环传递函数表达式后，即可求出系统区域间振荡模式的频率和阻尼比, 选择期望的主导极点。从而求出直流调制器的补偿幅值和相位，整定控制器参数。
设计的功率调制器如图3 所示。包含隔直环节、比例放大环节、1～3 阶的超前- 滞后环节、限幅环节。
隔直环节中，Tw通常取10 s， 目的是将输入信号中的直流成分滤除。比例放大环节和超前- 滞后环节的参数根据前述的测试信号法进行整定，限幅环节一般取-50％～50％。
（2）多信号控制器的设计
多信号控制器采用加权综合的方法。权值分配通过每组单信号控制增益调节实现。控制框图如图4 所示。其中，各通道的参数可通过上节中的测试信号法进行整定，K1～K3联合运行参数的选取可通过多次仿真确定最佳参数配置。
发电机的角频率信号对于发电机功角摆动具有良好的模态可观性和可靠性，因此与另2 种调制信号相比，引入发电机的角频率信号对减弱功角摇摆以及防止转子失步具有更好的效果。但该调制方法仅反映局部的运行状态，具有一定的局限性。引入换流站两侧的频差信号在提高交流稳定性和阻尼振荡也能够收到较好的效果， 且能即时反映整个网络的频率状况， 对整个网络有较好的监测与控制作用。不过母线频率信号需要通过锁相环间接测量，其测量过程中会产生一定的误差，并可能会受到谐波以及电网其他扰动的影响， 且测量器件的参数对调制效果也有一定的影响。
引入交流线上传输功率信号在提高交流稳定方面的作用并不如上述2 种信号明显， 但功率信号的测量简单，成本较低，在规模不大的网络中引入重要交流联络线的功率作为调制信号也有一定意义。
2.2直流调制控制器的仿真
锦屏—苏南特高压直流工程[ 10 ]预计将在2012年建成投运。届时将有7 200 MW 电能从四川水电基地送至江苏电网， 对江苏电网的运行方式和稳定性将带来重大影响。为验证直流调制控制器在实际电网中的作用，通过PSCAD/EMTDC 软件建立含直流调制控制器的UHVDC 仿真模型及江苏电网等值模型，进行仿真研究。
（1）模型建立
在PSCAD/EMTDC 环境中建立一个双12 脉动阀组串联接线的7 200 MW 特高压直流输电模型。送电端采用交流电源模型，即为一无穷大电网；受电端采用江苏交流网等值模型，如图5 所示。
该仿真系统中， 附加阻尼控制系统采用三通道信号调制， 分别为谏壁电厂发电机角频率信号、UHVDC 两侧交流系统频率差信号和过江断面功率变化信号作为直流调制的控制信号。
（2）仿真结果分析
在江苏电网晋陵节点设置一个时长0.1 s 的金属性瞬时三相短路的大扰动， 对UHVDC 的直流调制进行仿真比较。故障后谏壁电厂发电机功角（取对沙洲电厂发电机的相对功角）摇摆曲线图6 所示
可见，加入直流功率调制后，谏壁电厂的发电机功角摇摆衰减速度均有不同程度的提高。UHVDC的直流功率调制对江苏电网暂态稳定性的提高有一定作用。
（3）种调制信号各有优缺点。将3 种调制信号进行加权综合输出的调制信号，既能反映全网的运行状况，也反映重要发电机的功角变化，具有更好的调制效果。
采用3 种信号加权综合调制后（K1=1.6，K2=0.5，K3=0.2），调制效果如图7 所示，谏壁电厂的发电机功角第一摆有了更明显的下降，达到稳态的时间也有缩短，提高了交流系统的暂态稳定性。
三、结束语
文中主要研究了直流调制方法在锦屏- 苏南特高压直流输电工程接入江苏交流网中的应用。仿真结果表明，文中设计的直流调制控制器能够有效地提高交直流互联系统中交流系统的暂态稳定性，减弱故障后发电机功角摇摆。采用多种信号综合调制的控制方法能够发挥各种信号的优势，具有更好的调制效果。
参考文献
[1]弋长青,尚勇,李刚.西北750 kV电网发展规划若干问题探讨[J].电网与清洁能源,2009,25(11):17-21.
[2]衣立东,孙强,黄宗君.750 kV紧凑型交流输电关键技术研究[J].电网与清洁能源,2009,25(7):8-14.
[3]陈峰.中国西北清洁能源开发与输送若干问题分析[J].电网与清洁能源,2009,25(1):3-6.
[4]陈峰.建设坚强送端电网 推动清洁能源发展[J].电网与清洁能源,2008,24(10):5-8.
[5]西北电力设计院，某电网有限公司.某电网“十二五”电网规划设计[R].西北：西北电力设计院，2009.
关键词：直流调制；电力调度
中图分类号：TM131.3文献标识码： A 文章编号：
高压直流输电具有调节速度快、运行可靠、线路损耗小等优点，所以对高压直流输电的功率调制进行深入研究是很有现实意义的。根据国家电网发展战略，某电网已定位为特高压“三华电网”的送端电网，是特高压电网不可或缺的重要组成部分。 750 kV电网将主要通过常规直流及特高压直流工程与“三华”电网异步联网运行。建设“外向型、送出型、规模型”的坚强智能送端电网，已成为某电网根本发展战略。 “十二五”不仅仍将是750 kV主网架的快速发展时期，还将是西北“外向型”电网的快速发展时期，规划新投产的超/特高压直流外送工程最多将达到7个，到2020年某电网通过“网对网”方式外送电力预计将超过70 000 MW。
大容量直流外送工程的集中投运对于某电网而言是一个新的挑战，但同时也为电网安全稳定运行提供了新的控制手段，即通过直流调制和多直流协调控制技术改善电网运行的稳定性。
本文对通过直流调制技术改善某电网频率稳定、热稳定和暂态稳定等方面进行初步研究，以期为直流调制技术在某电网的应用提供参考。
一、直流调制技术简介
直流功率调制的原理是在已有的直流输电控制系统中加入附加的直流调制器，从交流系统中提取反映系統异常的信号，调节直流输电线路传输功率，使之快速吸收或补偿其所连交流系统中的功率过剩或缺额，起到紧急支援和阻尼振荡的作用。直流功率在故障后仅恢复故障前水平，交流系统获得的减速能量无明显增加， 系统有可能失稳。而采用直流功率调制后的交流系统的直流功率在故障后通过调制功能提升了传输的直流功率， 使交流系统获得的减速能量增加，交流系统保持稳定的可能性大大增加。好的调制效果要求所选取的调制信号中必须包含系统的被控模态。在某些情况下，为获得好的调制效果，所选取的调制信号应由反映系统实时状态的信号组成，而不应只局限于某一个信号。直流功率调制可选用下列参数作为输入信号。
（1） 发电机角频率调制。研究表明，直流功率的变化可由某台发电机的角速度变化量Δω 决定。
（2） 双侧频率功率调制。频率是表征系统有功功率是否平衡的一个关键量[6]。当系统发生故障（如短路、断线）后，有功功率将无法保持平衡，从而引起系统频率的变化。
（3） 交流线功率信号调制。正常运行时，系统的潮流一般不会发生明显变化； 而当发生故障时，系统潮流会发生重新分配，交流线路上传输的功率会有剧烈变化。
以上各单信号调制各有优缺点。为充分发挥各信号的优势，取得更好的控制效果，采用多信号直流控制器，将上述单信号进行加权综合。
二、直流调制提高系统暂态稳定性
2.1直流调制控制器设计
（1）单信号控制器设计及参数整定
对采用不同调制信号的直流调制控制器进行设计和参数整定时，采用极点配置的方法。在交直流系统中， 以直流电流整定值增量ΔI 作为控制变量，附加控制的调制信号为被控变量ΔX（即直流调制的调制信号）。则ΔI 到ΔX 的开环传递函数G（s）框图如图2（a）所示。引入ΔX 作为反馈变量，系统闭环传递函数Gc（s）框图如图2（b）所示。
在求得系统开环传递函数表达式后，即可求出系统区域间振荡模式的频率和阻尼比, 选择期望的主导极点。从而求出直流调制器的补偿幅值和相位，整定控制器参数。
设计的功率调制器如图3 所示。包含隔直环节、比例放大环节、1～3 阶的超前- 滞后环节、限幅环节。
隔直环节中，Tw通常取10 s， 目的是将输入信号中的直流成分滤除。比例放大环节和超前- 滞后环节的参数根据前述的测试信号法进行整定，限幅环节一般取-50％～50％。
（2）多信号控制器的设计
多信号控制器采用加权综合的方法。权值分配通过每组单信号控制增益调节实现。控制框图如图4 所示。其中，各通道的参数可通过上节中的测试信号法进行整定，K1～K3联合运行参数的选取可通过多次仿真确定最佳参数配置。
发电机的角频率信号对于发电机功角摆动具有良好的模态可观性和可靠性，因此与另2 种调制信号相比，引入发电机的角频率信号对减弱功角摇摆以及防止转子失步具有更好的效果。但该调制方法仅反映局部的运行状态，具有一定的局限性。引入换流站两侧的频差信号在提高交流稳定性和阻尼振荡也能够收到较好的效果， 且能即时反映整个网络的频率状况， 对整个网络有较好的监测与控制作用。不过母线频率信号需要通过锁相环间接测量，其测量过程中会产生一定的误差，并可能会受到谐波以及电网其他扰动的影响， 且测量器件的参数对调制效果也有一定的影响。
引入交流线上传输功率信号在提高交流稳定方面的作用并不如上述2 种信号明显， 但功率信号的测量简单，成本较低，在规模不大的网络中引入重要交流联络线的功率作为调制信号也有一定意义。
2.2直流调制控制器的仿真
锦屏—苏南特高压直流工程[ 10 ]预计将在2012年建成投运。届时将有7 200 MW 电能从四川水电基地送至江苏电网， 对江苏电网的运行方式和稳定性将带来重大影响。为验证直流调制控制器在实际电网中的作用，通过PSCAD/EMTDC 软件建立含直流调制控制器的UHVDC 仿真模型及江苏电网等值模型，进行仿真研究。
（1）模型建立
在PSCAD/EMTDC 环境中建立一个双12 脉动阀组串联接线的7 200 MW 特高压直流输电模型。送电端采用交流电源模型，即为一无穷大电网；受电端采用江苏交流网等值模型，如图5 所示。
该仿真系统中， 附加阻尼控制系统采用三通道信号调制， 分别为谏壁电厂发电机角频率信号、UHVDC 两侧交流系统频率差信号和过江断面功率变化信号作为直流调制的控制信号。
（2）仿真结果分析
在江苏电网晋陵节点设置一个时长0.1 s 的金属性瞬时三相短路的大扰动， 对UHVDC 的直流调制进行仿真比较。故障后谏壁电厂发电机功角（取对沙洲电厂发电机的相对功角）摇摆曲线图6 所示
可见，加入直流功率调制后，谏壁电厂的发电机功角摇摆衰减速度均有不同程度的提高。UHVDC的直流功率调制对江苏电网暂态稳定性的提高有一定作用。
（3）种调制信号各有优缺点。将3 种调制信号进行加权综合输出的调制信号，既能反映全网的运行状况，也反映重要发电机的功角变化，具有更好的调制效果。
采用3 种信号加权综合调制后（K1=1.6，K2=0.5，K3=0.2），调制效果如图7 所示，谏壁电厂的发电机功角第一摆有了更明显的下降，达到稳态的时间也有缩短，提高了交流系统的暂态稳定性。
三、结束语
文中主要研究了直流调制方法在锦屏- 苏南特高压直流输电工程接入江苏交流网中的应用。仿真结果表明，文中设计的直流调制控制器能够有效地提高交直流互联系统中交流系统的暂态稳定性，减弱故障后发电机功角摇摆。采用多种信号综合调制的控制方法能够发挥各种信号的优势，具有更好的调制效果。
参考文献
[1]弋长青,尚勇,李刚.西北750 kV电网发展规划若干问题探讨[J].电网与清洁能源,2009,25(11):17-21.
[2]衣立东,孙强,黄宗君.750 kV紧凑型交流输电关键技术研究[J].电网与清洁能源,2009,25(7):8-14.
[3]陈峰.中国西北清洁能源开发与输送若干问题分析[J].电网与清洁能源,2009,25(1):3-6.
[4]陈峰.建设坚强送端电网 推动清洁能源发展[J].电网与清洁能源,2008,24(10):5-8.
[5]西北电力设计院，某电网有限公司.某电网“十二五”电网规划设计[R].西北：西北电力设计院，2009.