【南方电网】基于柔直控制的分区电网频率同步运行控制功能设计与应用_28页_2mb

基于柔直控制的分区电网频率同步运行控制功能设计与应用总结

一、项目背景

南方电网自2016年起实施云南与主网异步联网，2022年建成广州和东莞两个背靠背工程，逐步形成东西分区柔直异步联网结构。未来南方电网将发展为3至4个分区电网，分区异步运行成为趋势。为提升分区电网的频率稳定性和功率互济性能，研究并实施基于柔性直流（柔直）控制的频率同步运行控制功能具有重要意义。

二、控制功能设计

2.1 控制器设计

• 该功能在柔直单元的HVDC模式下运行，通过检测云南与主网的频率偏差，结合滤波、隔直、PI控制、限幅等环节，计算出直流功率调制量，自动调节柔直运行功率。
• 调节量设定为±200MW，频率死区可人为设置，现场实施时双侧频差无死区。
• 控制器在直流极控中实现，避免对常规直流造成滤波器频繁投切、分接头频繁调整等不利影响。

2.2 功能特点

• 投入特性：投入后，控制器根据双侧频差调节柔直功率，功率在200ms内由160MW升至360MW（上限为200MW）后回调，功率波动快速衰减。投入后5秒内双侧频率基本一致，稳态后频差维持在0.005Hz以内。
• 退出特性：退出后，控制器输出量按300MW/min速率清零，柔直功率由60MW恢复至160MW，退出过程符合预期。
• 与FLC功能配合：同频功能投入后，自动屏蔽FLC功能，确保控制策略优先执行。
• 与稳控配合：稳控优先，稳控动作后退出同频功能。

2.3 功能作用

• 模拟交流联络线动态行为，实现分区电网间功率互济，提升频率稳定性。
• 在机组跳闸、甩负荷、直流闭锁等扰动情况下，保持两侧频率一致，实现调频资源的自动共享。

三、控制参数优化和仿真验证

3.1 优化模型

• 优化目标函数包括频率恢复时间、最大直流功率调制量、功率波动阻尼比、频率振荡失稳的变因子、直流功率振荡失稳的惩罚因子。
• 采用粒子群优化算法（PSO）对Kp和Ki参数进行寻优，最优参数为Kp=3、Ki=2400。

3.2 参数导优

参数组合	Kp	Ki	频率恢复一致时间	最大直流功率调制量	功率波动阻尼比	稳定性效果评价
初始参数1	300	2400	55s	200MW	0.03	恢复时间较长
初始参数2	3	24000	-	500MW	-0.02	振荡不稳定
寻优参数	3	2400	20s	200MW	0.19	稳定性效果最佳

• Kp越大，调制超调量越大，动态恢复时间越长。
• Ki越大，柔直功率和频率越容易出现毛刺及振荡不稳定。
• 优化后的参数（Kp=3、Ki=2400）在20秒内使频率恢复一致，柔直功率快速收敛，未出现振荡发散，验证了策略的有效性。

四、示范应用

4.1 关键特性分析

• 机组跳机：5月21日光坡核电厂#3机跳闸，甩出力约1100MW，云南和主网频率同步下跌至49.94Hz，双侧频差始终在0.005Hz以内，同频特性正确。柔直功率瞬时提升250MW，有效缓解频率波动。
• 直流异常：5月20日昆柳龙直流异常，功率损失600MW。柔直功率瞬时提升约300MW，云南频率抬升至50.05Hz，主网下跌至49.96Hz，双侧频差最大约0.085Hz，功能响应正确。
• 稳态运行：同频功能投入后，云南频率波动幅度明显减小，但控制器输出限幅（±200MW）仍有优化空间，建议提升至±300MW以进一步提升频率一致性。
• 功率波动：投入后存在0.25Hz的功率波动模式，波动幅度在±50MW以内，波动周期短，一般在若干周期内消失。6月4日出现±100MW、持续约1分钟的波动，期间波动幅度有波动但最终恢复。

4.2 关口特性分析

• 云南外送关口功率偏差曲线显示，由于同频控制，云南外送功率与计划出现偏差，但其特性与贵州、广西的交流联络线相似，表明柔直同频控制具有类似交流联网的调频行为。
• 为构建区域统一调频辅助服务市场奠定了基础。

五、展望

• 鲁西柔直是世界上首次实现分区电网频率同步运行的工程，验证了该控制功能的可行性与有效性。
• 广州和东莞背靠背工程将逐步实施同频控制功能，推动南方电网向“合理分区，柔性互联，安全可控，开放互济”的主网架发展。
• 该功能有助于实现分区电网频率一致性和同步性，提升频率稳定性与功率互济性能，推动全网调频资源的自动共享。