研究电力输电系统控制技术的意义

直流输电具有大容量、远距离传输、损耗低的优势，可以显著地发挥能源资源优化配置的作用。发展特高压电网可推动我国电力技术创新和电工制造业的技术升级。按照国家电网公司的规划，到2015年建成“两纵两横”特高压网架和7回特高压直流工程；到2017年建成“三纵三横”特高压网架和13回特高压直流工程；到2020年建成“五纵五横”特高压网架和20回特高压直流工程。届时全国形成4个同步电网，连接大型能源基地和主要负荷中心，实现大规模“西电东送”、“北电南送”[1-6]。我国的直流输电技术在20世纪80年代开始发展，代表工程是自行研制的舟山工程和具有当时世界先进水平的葛洲坝至上海±500kV直流输电工程。天广直流输电工程1998年4月开工，2001年6月双极送电；三常直流输电工程2000年7月开工，2003年6月正式投运；三广直流输电工程2002年4月开工，2004年6月正式投运。截止到2013年年底，我国已投运直流输电工程共计21个，世界上最高直流电压等级的±800kV云南—广东和向家坝—上海特高压直流输电工程分别于2010年6月和7月投入商业运行，向家坝—上海特高压直流最大连续输送容量达到720万kW。直流控制保护系统作为直流工程的“大脑”及“神经系统”，技术大多来源于引进的ABB和Siemens控制保护系统，目前经国内企业消化、吸收后，国产化率已经达到100%。

与交流系统不同，直流系统的正常运行和保护都是靠控制保护系统来实现的，它决定直流运行点、协调整流和逆变过程，对整个直流系统起着至关重要的作用。在直流工程的设计阶段，需要对交流系统接入条件、控制系统特性、控制系统参数、直流保护配置及定值计算、过电压与绝缘配合等方面开展专题研究，研究工具一般选取机电暂态仿真软件BPA和电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC[7-17]。由于电磁暂态仿真工具PSCAD/EMTDC采用图形界面建模、节点不受限制并且计算容量大、具有完整的一次系统模型库、计算内核稳定高效、具有开放性并且可以通过用户自定义模型来扩展功能等特点，世界各国科研单位或电气工程师广泛使用该软件开展交直流系统的电磁暂态仿真。尤其是在进行直流控制系统动态性能以及参数优化等研究时，主要采用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC。

基于电磁暂态计算的交直流系统建模及仿真目前在我国仍然是研究的热点，它是工程设计及学术研究的前提与基础，在开展直流系统各项专题研究之前，首先要建立完整、正确并且与实际工程一致的交直流系统的数学模型，包括交直流一次系统网络模型以及直流控制系统模型[18-30]。只有在准确模型的基础上完成的研究结论才可以用于实际工程应用。目前虽然有很多针对交直流接入系统、直流控制保护系统开展的电磁暂态建模及仿真的研究，但仍存在一些局限性，主要体现在：

（1）直流控制系统建模时，控制模块采用仿真工具的内置模型库元件，与工程实际控制系统的控制模块功能存在差异，研究成果在定性方面具有参考价值但不能用于指导实际工程的控制参数设置。(www.xing528.com)

（2）在进行直流系统研究时，交流接入系统的模型详细程度不够，往往等值成一台具有系统等值阻抗的电源，而交流系统的详细程度直接影响直流控制系统的特性。我国交流系统电网数据大都适用于BPA环境，该数据文件在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC中是无法使用的，交流系统建模时，通常的做法是根据机电暂态BPA数据文件的网络拓扑结构及元件参数在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC中手动重新建模；但这样不仅浪费时间，且存在元件参数的数据对应问题，在网络节点、支路及元件数目比较多时由于人为原因会出现一些错误。

（3）为进行复杂的交直流一次系统及直流控制系统的研究，国内曾开展过机电暂态与电磁暂态混合仿真的研究，机电暂态仿真完成系统中发电机和电动机电磁转矩的仿真计算，电磁暂态仿真完成强非线性特征系统的柔性输电系统或直流输电等FACTs元件的仿真计算，机电暂态与电磁暂态之间的数据交互通过接口控制系统实现[31-39]，该方式的目的是在一定程度上提高仿真速度、弱化电磁暂态仿真规模限制，但是，对于机电与电磁暂态的混合仿真而言，两种仿真技术在数值计算方法、模型结构以及计算步长上存在差异，如何消除仿真接口控制程序的计算误差，如何避免仿真误差的累积及放大的问题始终没有给出明确的解释。因此，在全电磁暂态仿真环境下进行交直流系统的电磁暂态仿真时不存在接口问题和算法差异，仿真结果更为准确。