大規(guī)模光伏并網(wǎng)經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)穩(wěn)定性的深度剖析與策略研究一、引言1.1研究背景與意義隨著全球能源需求的持續(xù)增長(zhǎng)以及對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，可再生能源的開(kāi)發(fā)與利用成為了能源領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。光伏發(fā)電作為一種清潔、可再生的能源形式，近年來(lái)得到了迅猛發(fā)展。根據(jù)中研普華產(chǎn)業(yè)院研究報(bào)告分析，2024年全球光伏市場(chǎng)裝機(jī)規(guī)模將達(dá)到520GW，其中中國(guó)市場(chǎng)預(yù)計(jì)裝機(jī)量為240GW。中國(guó)作為全球最大的光伏發(fā)電市場(chǎng)之一，光伏發(fā)電總量由2013年的90億千瓦時(shí)增長(zhǎng)至2022年的4272.7億千瓦時(shí)，年均復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)53.56%，預(yù)計(jì)2024年中國(guó)光伏新增裝機(jī)規(guī)模在260-280GW之間，全年增速有望達(dá)到20%-30%。大規(guī)模光伏發(fā)電的并網(wǎng)，為能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和可持續(xù)發(fā)展提供了有力支持，但也給傳統(tǒng)電網(wǎng)帶來(lái)了諸多挑戰(zhàn)。光伏發(fā)電具有波動(dòng)性強(qiáng)、間歇性明顯以及功率預(yù)測(cè)精度有限等特點(diǎn)。當(dāng)大量光伏電源接入電網(wǎng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)電壓波動(dòng)、頻率不穩(wěn)定以及電能質(zhì)量下降等問(wèn)題。例如，在光照強(qiáng)度快速變化或云層遮擋時(shí)，光伏電站的輸出功率會(huì)發(fā)生劇烈波動(dòng)，這對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生了較大影響。為了實(shí)現(xiàn)大規(guī)模光伏電力的高效、可靠傳輸，需要尋求合適的輸電技術(shù)。電網(wǎng)換相型高壓直流（LCC-HVDC）輸電技術(shù)以其大容量、遠(yuǎn)距離送電的優(yōu)勢(shì)，成為了光伏外送的重要方式。LCC-HVDC技術(shù)采用晶閘管作為換流器件，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、可靠性高、直流電壓等級(jí)較高、輸電距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，適用于大容量、遠(yuǎn)距離的電力傳輸，能夠有效減少輸電損耗，提高能源輸送效率。據(jù)統(tǒng)計(jì)，與傳統(tǒng)交流輸電相比，HVDC輸電效率可提高30%以上。同時(shí)，其靈活的功率調(diào)節(jié)能力也有助于實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的靈活調(diào)度和優(yōu)化運(yùn)行。在中國(guó)，“三北”地區(qū)的大規(guī)模光伏主要經(jīng)LCC-HVDC系統(tǒng)外送。然而，當(dāng)光伏電站通過(guò)LCC-HVDC系統(tǒng)送出時(shí)，兩者之間的動(dòng)態(tài)交互作用可能引發(fā)一系列穩(wěn)定性問(wèn)題，其中次同步振蕩（SSO）問(wèn)題尤為突出。次同步振蕩是指電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的頻率低于同步發(fā)電機(jī)自然振蕩頻率的電磁振蕩現(xiàn)象。在光伏經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)中，光伏接入及LCC-HVDC控制策略不當(dāng)易引發(fā)次同步振蕩。這種振蕩會(huì)導(dǎo)致輸電系統(tǒng)性能下降，嚴(yán)重時(shí)造成設(shè)備損壞，影響光伏發(fā)電的并網(wǎng)穩(wěn)定性，甚至可能導(dǎo)致整個(gè)電力系統(tǒng)失穩(wěn)。某地區(qū)因次同步振蕩造成的光伏系統(tǒng)事故率上升了30%，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)百萬(wàn)元。隨著中國(guó)“三北”地區(qū)光伏經(jīng)LCC-HVDC系統(tǒng)外送工程的相繼投運(yùn)，LCC-HVDC系統(tǒng)送端近區(qū)的光伏容量持續(xù)增加，其振蕩穩(wěn)定性問(wèn)題更加凸顯，光伏和LCC-HVDC系統(tǒng)的次同步交互作用可能成為引發(fā)系統(tǒng)SSO的因素之一。研究大規(guī)模光伏并網(wǎng)經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論價(jià)值。從現(xiàn)實(shí)角度來(lái)看，它有助于提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)穩(wěn)定性，保障電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行，減少因穩(wěn)定性問(wèn)題導(dǎo)致的停電事故和設(shè)備損壞，降低經(jīng)濟(jì)損失。這對(duì)于促進(jìn)可再生能源的大規(guī)模開(kāi)發(fā)和利用，實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和可持續(xù)發(fā)展具有關(guān)鍵作用，能夠?yàn)椤半p碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供有力支撐。從理論層面而言，深入研究該系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題，可以豐富和完善電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的理論體系，為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供新的思路和方法，推動(dòng)電力系統(tǒng)學(xué)科的發(fā)展。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著大規(guī)模光伏并網(wǎng)經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)該系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題展開(kāi)了廣泛研究。在國(guó)外，學(xué)者們較早關(guān)注到了LCC-HVDC輸電技術(shù)在可再生能源并網(wǎng)中的應(yīng)用。文獻(xiàn)[具體文獻(xiàn)1]對(duì)LCC-HVDC系統(tǒng)的基本原理和控制策略進(jìn)行了深入分析，為后續(xù)研究奠定了理論基礎(chǔ)。他們指出，LCC-HVDC系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)大容量、遠(yuǎn)距離輸電方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，但在與光伏系統(tǒng)并網(wǎng)時(shí)，需要解決兩者之間的協(xié)調(diào)控制問(wèn)題，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法方面，國(guó)外學(xué)者提出了多種理論和技術(shù)。文獻(xiàn)[具體文獻(xiàn)2]采用特征值分析法，對(duì)光伏經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)的小信號(hào)穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。通過(guò)計(jì)算系統(tǒng)的特征值，分析系統(tǒng)在不同運(yùn)行條件下的穩(wěn)定性，該方法能夠準(zhǔn)確判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性邊界，但計(jì)算過(guò)程較為復(fù)雜，且難以直觀地反映系統(tǒng)內(nèi)部各變量之間的相互作用關(guān)系。文獻(xiàn)[具體文獻(xiàn)3]運(yùn)用阻抗分析法，研究了光伏逆變器與LCC-HVDC系統(tǒng)之間的交互作用對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。通過(guò)建立系統(tǒng)的阻抗模型，分析不同頻率下系統(tǒng)的阻抗特性，判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性，該方法具有明確的物理意義，能夠直觀地揭示系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響因素，但在實(shí)際應(yīng)用中，由于系統(tǒng)參數(shù)的不確定性和測(cè)量誤差，可能會(huì)導(dǎo)致分析結(jié)果的偏差。在抑制次同步振蕩方面，國(guó)外也取得了一定的研究成果。文獻(xiàn)[具體文獻(xiàn)4]提出了一種基于附加阻尼控制器的次同步振蕩抑制方法，通過(guò)在LCC-HVDC系統(tǒng)的控制環(huán)節(jié)中加入附加阻尼控制器，增加系統(tǒng)的阻尼，有效地抑制了次同步振蕩的發(fā)生。文獻(xiàn)[具體文獻(xiàn)5]研究了采用新型換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)抑制次同步振蕩的可行性，通過(guò)改進(jìn)換流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，改變系統(tǒng)的電氣特性，從而減少次同步振蕩的風(fēng)險(xiǎn)，但新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的應(yīng)用可能會(huì)增加系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。國(guó)內(nèi)學(xué)者在大規(guī)模光伏并網(wǎng)經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)穩(wěn)定性研究方面也做出了重要貢獻(xiàn)。在系統(tǒng)建模與分析方面，文獻(xiàn)[具體文獻(xiàn)6]建立了考慮光伏陣列特性和LCC-HVDC控制策略的詳細(xì)數(shù)學(xué)模型，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)特性進(jìn)行了全面分析。通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該模型能夠準(zhǔn)確描述系統(tǒng)的運(yùn)行特性，為系統(tǒng)穩(wěn)定性研究提供了可靠的工具。文獻(xiàn)[具體文獻(xiàn)7]運(yùn)用時(shí)域仿真法，對(duì)光伏經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)在不同故障條件下的暫態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，分析了故障類(lèi)型、故障持續(xù)時(shí)間等因素對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，為系統(tǒng)的故障分析和保護(hù)策略制定提供了依據(jù)。在穩(wěn)定性影響因素研究方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者進(jìn)行了深入探討。文獻(xiàn)[具體文獻(xiàn)8]研究了光照強(qiáng)度、溫度等環(huán)境因素對(duì)光伏輸出功率的影響，以及這些因素通過(guò)光伏系統(tǒng)與LCC-HVDC系統(tǒng)的交互作用，對(duì)整個(gè)送出系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，環(huán)境因素的變化會(huì)導(dǎo)致光伏輸出功率的波動(dòng)，進(jìn)而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，需要充分考慮環(huán)境因素的影響，采取相應(yīng)的措施來(lái)穩(wěn)定光伏輸出功率。文獻(xiàn)[具體文獻(xiàn)9]分析了LCC-HVDC系統(tǒng)控制參數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，通過(guò)調(diào)整控制參數(shù)，優(yōu)化系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)，合理選擇控制參數(shù)能夠有效地改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但控制參數(shù)的優(yōu)化需要綜合考慮系統(tǒng)的多種運(yùn)行條件和性能指標(biāo)。在抑制次同步振蕩的措施方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者提出了一系列創(chuàng)新方法。文獻(xiàn)[具體文獻(xiàn)10]提出了一種基于自適應(yīng)控制的次同步振蕩抑制策略，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，自適應(yīng)地調(diào)整控制參數(shù)，以達(dá)到最佳的抑制效果。該策略能夠根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況自動(dòng)調(diào)整控制參數(shù)，提高了抑制策略的適應(yīng)性和有效性。文獻(xiàn)[具體文獻(xiàn)11]研究了利用儲(chǔ)能裝置來(lái)抑制次同步振蕩的方法，通過(guò)在系統(tǒng)中接入儲(chǔ)能裝置，利用儲(chǔ)能裝置的快速充放電特性，平抑光伏輸出功率的波動(dòng)，從而抑制次同步振蕩。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，儲(chǔ)能裝置的接入能夠有效地改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少次同步振蕩的發(fā)生。盡管?chē)?guó)內(nèi)外在大規(guī)模光伏并網(wǎng)經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)穩(wěn)定性研究方面取得了眾多成果，但仍存在一些不足之處。現(xiàn)有研究在分析系統(tǒng)穩(wěn)定性時(shí)，大多假設(shè)系統(tǒng)參數(shù)是固定不變的，然而實(shí)際運(yùn)行中，光伏陣列特性、LCC-HVDC控制參數(shù)等會(huì)隨環(huán)境條件和運(yùn)行工況變化，這可能導(dǎo)致研究結(jié)果與實(shí)際情況存在偏差。部分研究?jī)H考慮單一因素對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，如僅分析光伏輸出功率波動(dòng)或LCC-HVDC控制策略的影響，未能全面綜合考慮多種因素的交互作用，難以準(zhǔn)確把握系統(tǒng)穩(wěn)定性的全貌。在抑制次同步振蕩方面，目前提出的一些方法在實(shí)際應(yīng)用中存在局限性，如附加阻尼控制器的參數(shù)整定困難，新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)成本較高等，限制了其推廣應(yīng)用。針對(duì)現(xiàn)有研究的不足，本文擬從以下幾個(gè)方面展開(kāi)研究。建立考慮參數(shù)時(shí)變特性的光伏經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型，更準(zhǔn)確地反映系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行特性，為穩(wěn)定性分析提供可靠基礎(chǔ)。綜合考慮多種因素對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，運(yùn)用多因素耦合分析方法，深入研究各因素間的交互作用機(jī)制，全面揭示系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響規(guī)律。提出一種基于多目標(biāo)優(yōu)化的次同步振蕩抑制方法，兼顧抑制效果、成本和復(fù)雜性等多方面因素，通過(guò)優(yōu)化控制策略和設(shè)備配置，提高抑制方法的實(shí)用性和有效性。通過(guò)理論分析、仿真研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方式，對(duì)所提出的模型、方法和策略進(jìn)行全面驗(yàn)證，為大規(guī)模光伏并網(wǎng)經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本研究聚焦大規(guī)模光伏并網(wǎng)經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)的穩(wěn)定性，涵蓋系統(tǒng)建模、穩(wěn)定性分析及次同步振蕩抑制等多方面內(nèi)容，具體如下：建立精確的系統(tǒng)模型：考慮到實(shí)際運(yùn)行中光伏陣列特性和LCC-HVDC控制參數(shù)會(huì)隨環(huán)境條件和運(yùn)行工況變化，建立計(jì)及參數(shù)時(shí)變特性的光伏經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型。全面考慮光照強(qiáng)度、溫度等環(huán)境因素對(duì)光伏陣列輸出特性的影響，以及LCC-HVDC系統(tǒng)在不同運(yùn)行工況下控制參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化。運(yùn)用電路理論、電力電子技術(shù)和自動(dòng)控制原理，建立系統(tǒng)中各元件的數(shù)學(xué)模型，包括光伏陣列、逆變器、換流器、直流線路等，并通過(guò)合理的連接方式構(gòu)建完整的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型，為后續(xù)穩(wěn)定性分析提供可靠基礎(chǔ)。深入分析系統(tǒng)穩(wěn)定性影響因素：采用多因素耦合分析方法，綜合考慮多種因素對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。研究光照強(qiáng)度、溫度等環(huán)境因素變化導(dǎo)致的光伏輸出功率波動(dòng)，以及這種波動(dòng)通過(guò)光伏系統(tǒng)與LCC-HVDC系統(tǒng)的交互作用，對(duì)整個(gè)送出系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響。分析LCC-HVDC系統(tǒng)控制參數(shù)，如觸發(fā)角、控制增益等，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用機(jī)制，以及這些參數(shù)與光伏系統(tǒng)參數(shù)之間的匹配關(guān)系對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。探討交流系統(tǒng)強(qiáng)度、電網(wǎng)阻抗等因素與光伏經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)穩(wěn)定性之間的關(guān)聯(lián)，明確各因素間的交互作用機(jī)制，全面揭示系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響規(guī)律。研究次同步振蕩抑制方法：針對(duì)光伏經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的次同步振蕩問(wèn)題，提出基于多目標(biāo)優(yōu)化的抑制方法。從抑制效果、成本和復(fù)雜性等多方面因素出發(fā)，綜合考慮附加阻尼控制器的參數(shù)優(yōu)化、新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的應(yīng)用以及儲(chǔ)能裝置的配置等措施。通過(guò)建立多目標(biāo)優(yōu)化模型，運(yùn)用智能優(yōu)化算法，如粒子群優(yōu)化算法、遺傳算法等，對(duì)抑制措施進(jìn)行優(yōu)化組合，尋求最佳的次同步振蕩抑制方案，提高抑制方法的實(shí)用性和有效性。驗(yàn)證模型和方法的有效性：通過(guò)理論分析、仿真研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方式，對(duì)所建立的系統(tǒng)模型和提出的次同步振蕩抑制方法進(jìn)行全面驗(yàn)證。運(yùn)用電力系統(tǒng)分析軟件，如MATLAB/Simulink、PSCAD/EMTDC等，搭建系統(tǒng)仿真模型，模擬不同運(yùn)行工況和故障條件下系統(tǒng)的運(yùn)行特性，驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性和有效性。設(shè)計(jì)并搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，獲取實(shí)際數(shù)據(jù)，對(duì)比分析理論分析、仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步驗(yàn)證模型和方法的可靠性，為大規(guī)模光伏并網(wǎng)經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。1.3.2研究方法為實(shí)現(xiàn)上述研究?jī)?nèi)容，本研究將綜合運(yùn)用理論分析、建模仿真和案例研究等多種方法，具體如下：理論分析方法：基于電力系統(tǒng)穩(wěn)定性理論、自動(dòng)控制原理和電力電子技術(shù)等相關(guān)知識(shí)，對(duì)大規(guī)模光伏并網(wǎng)經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行深入的理論分析。推導(dǎo)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和狀態(tài)方程，運(yùn)用小信號(hào)穩(wěn)定性分析方法，如特征值分析法、勞斯判據(jù)等，研究系統(tǒng)在小干擾下的穩(wěn)定性。分析系統(tǒng)中各元件的動(dòng)態(tài)特性和相互作用關(guān)系，揭示系統(tǒng)穩(wěn)定性的內(nèi)在機(jī)制和影響因素，為建模仿真和案例研究提供理論基礎(chǔ)。建模仿真方法：利用專(zhuān)業(yè)的電力系統(tǒng)仿真軟件，如MATLAB/Simulink、PSCAD/EMTDC等，建立大規(guī)模光伏并網(wǎng)經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)的詳細(xì)仿真模型。在模型中準(zhǔn)確模擬光伏陣列、逆變器、LCC-HVDC換流器、直流線路以及交流系統(tǒng)等各個(gè)部分的電氣特性和控制策略。通過(guò)設(shè)置不同的運(yùn)行工況和故障場(chǎng)景，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)域仿真和頻域分析，獲取系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性指標(biāo)。利用仿真結(jié)果，直觀地觀察系統(tǒng)在不同條件下的運(yùn)行情況，分析系統(tǒng)穩(wěn)定性的變化規(guī)律，驗(yàn)證理論分析的正確性，并為次同步振蕩抑制方法的研究提供數(shù)據(jù)支持。案例研究方法：收集和分析實(shí)際的大規(guī)模光伏并網(wǎng)經(jīng)LCC-HVDC送出工程案例，如中國(guó)“三北”地區(qū)的相關(guān)光伏外送項(xiàng)目。深入了解這些工程的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行參數(shù)、控制策略以及實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)的穩(wěn)定性問(wèn)題。通過(guò)對(duì)實(shí)際案例的研究，將理論分析和建模仿真結(jié)果與工程實(shí)際情況相結(jié)合，進(jìn)一步驗(yàn)證研究成果的實(shí)用性和有效性。同時(shí)，從實(shí)際案例中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有研究的不足之處，為后續(xù)研究提供改進(jìn)方向和實(shí)際工程應(yīng)用參考。通過(guò)綜合運(yùn)用上述研究方法，本研究將從理論、仿真和實(shí)際工程等多個(gè)層面深入探討大規(guī)模光伏并網(wǎng)經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題，力求取得具有理論價(jià)值和實(shí)際應(yīng)用意義的研究成果，為該領(lǐng)域的發(fā)展提供有力支持。二、大規(guī)模光伏并網(wǎng)與LCC-HVDC送出系統(tǒng)概述2.1大規(guī)模光伏并網(wǎng)技術(shù)2.1.1光伏并網(wǎng)原理光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)基于半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能到電能的直接轉(zhuǎn)換。當(dāng)太陽(yáng)光照射到由P型和N型半導(dǎo)體材料構(gòu)成的光伏電池上時(shí)，光子與半導(dǎo)體中的電子相互作用，產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。在P-N結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，電子和空穴分別向相反方向移動(dòng)，從而在光伏電池兩端積累電荷，產(chǎn)生光生電壓，形成電流。這一過(guò)程中，沒(méi)有中間的熱能轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，大大提高了能源轉(zhuǎn)換效率。具體來(lái)說(shuō)，光伏電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，多個(gè)光伏電池通過(guò)串聯(lián)和并聯(lián)的方式組成光伏組件，進(jìn)一步將多個(gè)光伏組件組合形成光伏陣列，以滿足不同功率需求。光伏陣列產(chǎn)生的直流電，需經(jīng)過(guò)一系列轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)才能接入電網(wǎng)。首先，通過(guò)DC/DC變換器對(duì)光伏陣列輸出的直流電壓進(jìn)行調(diào)整，使其滿足后續(xù)設(shè)備的輸入要求。然后，利用DC/AC逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為與電網(wǎng)電壓同頻、同相的交流電，實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的互聯(lián)。在這個(gè)過(guò)程中，逆變器不僅要完成電能形式的轉(zhuǎn)換，還要確保輸出的交流電符合電網(wǎng)的電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，如電壓幅值、頻率、相位等，以保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。2.1.2主要設(shè)備光伏組件：作為光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心，其性能直接影響整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電效率。光伏組件通常由硅片、EVA膜、背板、玻璃等材料組成。硅片是實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵，其表面具有大量光生伏打效應(yīng)，當(dāng)太陽(yáng)光照射到硅片表面時(shí)，光子與硅原子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生電子和空穴對(duì)，從而產(chǎn)生電流。EVA膜和背板主要用于保護(hù)硅片，防止光線穿透和水分進(jìn)入。玻璃主要用于隔離硅片和后面的電池組件，起到支撐和保護(hù)的作用。目前市場(chǎng)上主流的光伏組件有單晶硅、多晶硅和薄膜電池等類(lèi)型。單晶硅光伏組件轉(zhuǎn)換效率較高，可達(dá)20%-25%，但其生產(chǎn)成本相對(duì)較高；多晶硅光伏組件轉(zhuǎn)換效率略低，一般在18%-22%之間，但成本較為低廉，應(yīng)用廣泛；薄膜電池組件具有輕薄、可柔性彎曲等特點(diǎn)，適用于一些特殊場(chǎng)景，但轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較低，通常在10%-15%左右。逆變器：是光伏電站中的關(guān)鍵設(shè)備，負(fù)責(zé)將直流電能變換為交流電能，以供電網(wǎng)接入和使用。在并網(wǎng)光伏電站中，逆變器的輸出電壓和頻率需要與電網(wǎng)的輸入電壓和頻率相匹配，以保證電力質(zhì)量。根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景和技術(shù)特點(diǎn)，逆變器可分為集中式、組串式和微型逆變器等。集中式逆變器功率較大，一般適用于大型光伏電站，其優(yōu)點(diǎn)是成本較低、效率較高，但對(duì)光伏組件的一致性要求較高，若部分組件出現(xiàn)故障或受陰影遮擋，會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電效率；組串式逆變器可對(duì)每個(gè)光伏組串進(jìn)行獨(dú)立的MPPT（最大功率點(diǎn)跟蹤）控制，能更好地適應(yīng)不同光照條件下組件的輸出差異，提高系統(tǒng)發(fā)電效率，且具有安裝靈活、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于分布式光伏電站；微型逆變器則直接與單個(gè)光伏組件相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)組件的獨(dú)立控制和監(jiān)測(cè)，具有更高的發(fā)電效率和可靠性，尤其適用于屋頂光伏等小型分布式應(yīng)用場(chǎng)景，但成本相對(duì)較高。此外，逆變器還需具備過(guò)載保護(hù)、短路保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)等功能，確保光伏電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。升壓變壓器：主要用于將光伏電站的低壓直流電能升高到適合并網(wǎng)的高壓交流電能。在光伏電站中，一般采用逆變器后的直流電作為升壓變壓器的輸入電源。這樣的成套設(shè)備一般為箱式變電站的形式呈現(xiàn)，被稱(chēng)之為光伏升壓箱變、光伏電站箱式變壓器。升壓變壓器的作用是將逆變器輸出的低電壓提升至電網(wǎng)接入所需的高電壓等級(jí)，以減少輸電線路中的功率損耗，提高輸電效率。其工作原理基于電磁感應(yīng)定律，通過(guò)合理設(shè)計(jì)初級(jí)繞組與次級(jí)繞組的匝數(shù)比，實(shí)現(xiàn)電壓的升高。例如，在一些大型光伏電站中，需要將逆變器輸出的幾百伏電壓升高至10kV、35kV甚至更高的電壓等級(jí)后再接入電網(wǎng)。升壓變壓器的性能和可靠性對(duì)光伏電站的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，它需要具備良好的絕緣性能、低損耗特性以及適應(yīng)不同運(yùn)行環(huán)境的能力。其他設(shè)備：除了上述主要設(shè)備外，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)還包括斷路器、保險(xiǎn)絲、接觸器、繼電器、接地設(shè)備等。斷路器和保險(xiǎn)絲主要用于保護(hù)光伏電站的電氣系統(tǒng)免受過(guò)載、短路等故障的影響。在光伏電站中，斷路器主要負(fù)責(zé)對(duì)輸電線路進(jìn)行分?jǐn)嗷蚝祥l操作，保險(xiǎn)絲則用于限制電路中的電流。斷路器和保險(xiǎn)絲的選擇需要根據(jù)光伏電站的額定容量、短路電流等因素進(jìn)行計(jì)算。接觸器和繼電器主要用于控制光伏電站的電氣設(shè)備的開(kāi)關(guān)。在光伏電站中，接觸器和繼電器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器、升壓變壓器等設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。此外，接觸器和繼電器還需具備防火、防水、抗振動(dòng)等功能，以確保其在惡劣環(huán)境下的可靠運(yùn)行。接地設(shè)備主要用于保護(hù)光伏電站的人身安全和設(shè)備安全。在光伏電站中，所有電氣設(shè)備都需要連接至地面，以防止雷擊等意外事故的發(fā)生。接地設(shè)備主要包括接地點(diǎn)、接地線、接地體等組成，其設(shè)計(jì)需要考慮接地電阻、接地深度等因素。2.1.3發(fā)展現(xiàn)狀近年來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的持續(xù)降低，光伏發(fā)電在全球范圍內(nèi)得到了迅猛發(fā)展，并網(wǎng)規(guī)模逐年擴(kuò)大。根據(jù)國(guó)際能源署（IEA）的數(shù)據(jù)，2023年全球光伏發(fā)電新增裝機(jī)容量達(dá)到350GW，累計(jì)裝機(jī)容量超過(guò)1500GW。中國(guó)作為全球最大的光伏發(fā)電市場(chǎng)之一，在政策支持和技術(shù)創(chuàng)新的推動(dòng)下，光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)取得了顯著成就。2023年，中國(guó)新增光伏發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到153.65GW，同比增長(zhǎng)153.4%，累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到425.8GW。在技術(shù)創(chuàng)新方面，光伏組件的轉(zhuǎn)換效率不斷提高。以隆基綠能為例，其研發(fā)的單晶硅PERC電池最高轉(zhuǎn)換效率已突破25%，HJT（異質(zhì)結(jié)）電池轉(zhuǎn)換效率也達(dá)到了26.5%以上。同時(shí)，雙面雙玻組件、半片組件等新型光伏組件不斷涌現(xiàn)，進(jìn)一步提升了組件的發(fā)電性能和可靠性。逆變器技術(shù)也取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，組串式逆變器的市場(chǎng)份額持續(xù)增長(zhǎng)，其轉(zhuǎn)換效率不斷提高，部分產(chǎn)品的最高轉(zhuǎn)換效率已超過(guò)99%。智能化技術(shù)在逆變器中的應(yīng)用也日益廣泛，通過(guò)智能監(jiān)控和遠(yuǎn)程運(yùn)維，可實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障診斷，提高了系統(tǒng)的運(yùn)維效率和可靠性。在應(yīng)用場(chǎng)景方面，大規(guī)模集中式光伏電站在“三北”地區(qū)（東北、華北、西北）得到了廣泛建設(shè)，這些地區(qū)光照資源豐富，土地面積廣闊，適合建設(shè)大型光伏電站。例如，中國(guó)青海省的塔拉灘光伏電站，是目前全球最大的光伏發(fā)電園區(qū)之一，裝機(jī)容量超過(guò)8500MW。分布式光伏發(fā)電也呈現(xiàn)出快速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，在工業(yè)廠房、商業(yè)建筑和居民屋頂?shù)阮I(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。2023年，中國(guó)分布式光伏新增裝機(jī)容量達(dá)到74.7GW，占新增裝機(jī)總量的48.6%。分布式光伏發(fā)電具有就地消納、減少輸電損耗等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效提高能源利用效率，促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。盡管光伏發(fā)電取得了顯著進(jìn)展，但大規(guī)模光伏并網(wǎng)仍面臨一些挑戰(zhàn)。光伏發(fā)電的間歇性和波動(dòng)性對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生了較大影響，需要通過(guò)儲(chǔ)能技術(shù)、智能電網(wǎng)技術(shù)等手段來(lái)解決。光伏電站的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本仍然較高，需要進(jìn)一步降低成本，提高光伏發(fā)電的競(jìng)爭(zhēng)力。此外，光伏產(chǎn)業(yè)還面臨著技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、市場(chǎng)監(jiān)管不完善等問(wèn)題，需要加強(qiáng)政策引導(dǎo)和行業(yè)規(guī)范，促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。2.2LCC-HVDC送出系統(tǒng)介紹2.2.1工作原理LCC-HVDC（Line-CommutatedConverterHighVoltageDirectCurrent）送出系統(tǒng)即電網(wǎng)換相型高壓直流輸電系統(tǒng)，其工作原理基于相控整流和逆變技術(shù)。在該系統(tǒng)中，換流站是實(shí)現(xiàn)電能交直流轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部分，主要包含整流站和逆變站。整流站的功能是將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。以常用的12脈波整流橋?yàn)槔?，交流電源通過(guò)換流變壓器降壓后，接入由多個(gè)晶閘管組成的整流橋。晶閘管作為可控開(kāi)關(guān)元件，通過(guò)控制其觸發(fā)角，改變交流電壓的導(dǎo)通時(shí)刻，從而實(shí)現(xiàn)交流電到直流電的轉(zhuǎn)換。當(dāng)交流電壓正半周時(shí)，按一定順序觸發(fā)相應(yīng)的晶閘管，使電流通過(guò)整流橋，輸出直流電壓。通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)角的大小，可以控制直流輸出電壓的幅值。例如，當(dāng)觸發(fā)角為0°時(shí)，整流輸出電壓達(dá)到最大值；隨著觸發(fā)角增大，輸出直流電壓逐漸減小。逆變站則將直流電轉(zhuǎn)換回交流電，送回交流電網(wǎng)。逆變過(guò)程與整流過(guò)程相反，利用電網(wǎng)電壓的自然換相能力，將直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓。在逆變站中，晶閘管在交流電壓的作用下，按照特定的順序關(guān)斷和導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)直流到交流的逆變。同樣，通過(guò)控制晶閘管的觸發(fā)角（逆變時(shí)通常稱(chēng)為觸發(fā)超前角或熄弧角），可以調(diào)整逆變輸出的交流電壓幅值和相位，確保與交流電網(wǎng)的電壓、頻率和相位相匹配，實(shí)現(xiàn)電能的穩(wěn)定傳輸。在整個(gè)輸電過(guò)程中，直流輸電線路負(fù)責(zé)傳輸直流電，其具有電阻小、線路損耗低等優(yōu)點(diǎn)，特別適合長(zhǎng)距離大容量輸電。同時(shí)，LCC-HVDC系統(tǒng)通過(guò)對(duì)觸發(fā)角的精確控制，能夠?qū)崿F(xiàn)快速的功率調(diào)節(jié)，滿足不同工況下的電力傳輸需求。2.2.2結(jié)構(gòu)組成換流站：作為L(zhǎng)CC-HVDC系統(tǒng)的核心部件，換流站承擔(dān)著交流與直流電能相互轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵任務(wù)。每個(gè)換流站都配備有換流變壓器和換流閥。換流變壓器的主要作用是實(shí)現(xiàn)電壓匹配和電氣隔離，將交流系統(tǒng)的電壓調(diào)整到適合換流閥工作的水平。以±800kV特高壓直流輸電工程為例，換流變壓器通常將交流系統(tǒng)的500kV電壓降低到換流閥所需的幾百千伏等級(jí)。換流閥由多個(gè)晶閘管串聯(lián)組成，構(gòu)成12脈波或24脈波換流器。12脈波換流器由兩個(gè)6脈波換流器通過(guò)換流變壓器的不同接線方式，產(chǎn)生30°的相位差后串聯(lián)而成，可有效減少交流側(cè)和直流側(cè)的諧波含量。在實(shí)際運(yùn)行中，換流閥通過(guò)精確控制晶閘管的觸發(fā)時(shí)刻，實(shí)現(xiàn)交流電與直流電的高效轉(zhuǎn)換。直流輸電線路：用于連接整流站和逆變站，實(shí)現(xiàn)直流電的遠(yuǎn)距離傳輸。直流輸電線路可分為架空線路和電纜線路。架空線路適用于陸地長(zhǎng)距離輸電，具有建設(shè)成本相對(duì)較低、施工方便等優(yōu)點(diǎn)；電纜線路則常用于海底輸電或城市電網(wǎng)等對(duì)線路占地有嚴(yán)格限制的場(chǎng)景，雖然成本較高，但能有效避免對(duì)周邊環(huán)境的影響。在直流輸電線路中，為減少線路損耗，通常采用高電壓、小電流的傳輸方式。例如，我國(guó)的一些特高壓直流輸電工程，直流電壓等級(jí)達(dá)到±800kV甚至更高，大大提高了輸電效率。同時(shí)，線路還需配備相應(yīng)的絕緣和防雷設(shè)施，以確保輸電的安全可靠。交流濾波器與無(wú)功補(bǔ)償裝置：換流器在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量諧波，注入交流系統(tǒng)，對(duì)電網(wǎng)的電能質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。交流濾波器的作用就是濾除這些諧波，使流入交流系統(tǒng)的電流符合電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)功補(bǔ)償裝置則用于補(bǔ)償換流器消耗的無(wú)功功率，維持交流系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定。常用的無(wú)功補(bǔ)償裝置有電容器組和靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）等。在實(shí)際工程中，根據(jù)換流器的容量和運(yùn)行特性，合理配置交流濾波器和無(wú)功補(bǔ)償裝置的參數(shù)和容量，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。例如，在某大型LCC-HVDC工程中，通過(guò)精確計(jì)算和優(yōu)化設(shè)計(jì)，配置了多個(gè)不同調(diào)諧頻率的交流濾波器組，有效濾除了各次諧波，同時(shí)采用大容量的SVC，實(shí)現(xiàn)了對(duì)無(wú)功功率的快速動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，確保了交流系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定在允許范圍內(nèi)。控制系統(tǒng)：負(fù)責(zé)對(duì)LCC-HVDC系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行全面監(jiān)控和精確控制?？刂葡到y(tǒng)的主要功能包括調(diào)節(jié)觸發(fā)角、實(shí)現(xiàn)定電流控制、定電壓控制、定功率控制等，以確保系統(tǒng)在各種運(yùn)行工況下都能穩(wěn)定、高效地運(yùn)行。例如，在定電流控制模式下，控制系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)直流電流的大小，與設(shè)定的參考值進(jìn)行比較，根據(jù)偏差調(diào)整觸發(fā)角，使直流電流保持恒定。同時(shí)，控制系統(tǒng)還具備故障檢測(cè)和保護(hù)功能，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，能夠迅速采取措施，如快速封鎖晶閘管的觸發(fā)脈沖，切斷故障電流，保護(hù)設(shè)備安全。此外，現(xiàn)代的控制系統(tǒng)還采用了先進(jìn)的通信技術(shù)和智能算法，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控和智能化管理，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和靈活性。2.2.3控制方式定電流控制：這是LCC-HVDC系統(tǒng)最基本的控制方式之一，通常在整流側(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電流的精確調(diào)節(jié)。其工作原理基于反饋控制機(jī)制，通過(guò)電流傳感器實(shí)時(shí)采集直流電流信號(hào)，與預(yù)先設(shè)定的電流參考值進(jìn)行比較。當(dāng)檢測(cè)到直流電流小于參考值時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)減小整流器的觸發(fā)角。根據(jù)整流器的工作特性，觸發(fā)角減小會(huì)使直流輸出電壓升高，從而導(dǎo)致直流電流增大，逐漸趨近于參考值。反之，當(dāng)直流電流大于參考值時(shí)，控制系統(tǒng)增大觸發(fā)角，降低直流輸出電壓，使直流電流減小。定電流控制能夠有效維持直流電流的穩(wěn)定，確保輸電功率的穩(wěn)定傳輸，在正常運(yùn)行工況下，對(duì)保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性起著關(guān)鍵作用。例如，在某LCC-HVDC輸電工程中，通過(guò)定電流控制，將直流電流的波動(dòng)范圍控制在±1%以內(nèi)，保障了電力的平穩(wěn)輸送。定電壓控制：主要由逆變側(cè)來(lái)執(zhí)行，旨在提高換流站交流電壓的穩(wěn)定性。當(dāng)直流電壓發(fā)生變化時(shí)，定電壓控制發(fā)揮作用。以逆變側(cè)為例，當(dāng)直流電壓低于設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)檢測(cè)到電壓偏差后，會(huì)減小逆變站的觸發(fā)角（即增大觸發(fā)超前角或減小熄弧角）。這使得逆變輸出的交流電壓幅值增加，進(jìn)而提升直流電壓，使其回到設(shè)定值。相反，當(dāng)直流電壓高于設(shè)定值時(shí)，增大觸發(fā)角，降低交流電壓幅值，從而降低直流電壓。定電壓控制有助于維持逆變側(cè)交流電壓的穩(wěn)定，避免因電壓波動(dòng)過(guò)大對(duì)交流系統(tǒng)造成不良影響，保證了LCC-HVDC系統(tǒng)與交流電網(wǎng)的可靠連接和協(xié)同運(yùn)行。在實(shí)際工程中，通過(guò)定電壓控制，能夠?qū)⒛孀儌?cè)交流電壓的波動(dòng)限制在±5%以內(nèi)，滿足了電網(wǎng)對(duì)電壓穩(wěn)定性的要求。定功率控制：該控制方式通過(guò)同時(shí)調(diào)節(jié)整流側(cè)和逆變側(cè)的觸發(fā)角，來(lái)精確控制直流輸電系統(tǒng)傳輸?shù)挠泄β?。在定功率控制模式下，控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的功率參考值，實(shí)時(shí)計(jì)算所需的直流電流和電壓。然后，通過(guò)調(diào)節(jié)整流側(cè)和逆變側(cè)的觸發(fā)角，使直流電流和電壓達(dá)到相應(yīng)的值，從而實(shí)現(xiàn)功率的精確控制。例如，當(dāng)需要增加輸電功率時(shí)，控制系統(tǒng)減小整流側(cè)觸發(fā)角，提高直流電壓，同時(shí)調(diào)整逆變側(cè)觸發(fā)角，確保功率的穩(wěn)定傳輸。定功率控制在滿足電力系統(tǒng)負(fù)荷需求、實(shí)現(xiàn)電力的經(jīng)濟(jì)調(diào)度方面具有重要作用，能夠根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際需求靈活調(diào)整輸電功率，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率和可靠性。在一些大型電力系統(tǒng)中，通過(guò)定功率控制，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同區(qū)域電力供需的有效平衡，優(yōu)化電力資源的配置。其他控制方式：除了上述主要控制方式外，LCC-HVDC系統(tǒng)還包括定最小觸發(fā)角控制等。定最小觸發(fā)角控制是為了防止晶閘管在觸發(fā)過(guò)程中因觸發(fā)角過(guò)小而導(dǎo)致?lián)Q相失敗或其他異常情況。通過(guò)設(shè)定最小觸發(fā)角，確保晶閘管在安全的工作范圍內(nèi)觸發(fā)，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。在實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)系統(tǒng)工況發(fā)生變化時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)各種控制方式的優(yōu)先級(jí)和實(shí)際需求，靈活切換和協(xié)調(diào)不同的控制策略，以保證LCC-HVDC系統(tǒng)在各種復(fù)雜條件下都能穩(wěn)定、高效地運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)電力的可靠傳輸和靈活調(diào)度。2.2.4優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用情況優(yōu)勢(shì)：LCC-HVDC技術(shù)在電力傳輸中展現(xiàn)出諸多顯著優(yōu)勢(shì)。其輸電容量大，能夠滿足大規(guī)模電力傳輸?shù)男枨?。例如，我?guó)的特高壓直流輸電工程，單回輸電容量可達(dá)6400MW及以上，有效實(shí)現(xiàn)了能源的跨區(qū)域優(yōu)化配置。遠(yuǎn)距離輸電損耗低，由于直流輸電線路電阻小，且不存在交流輸電中的感抗和容抗引起的無(wú)功損耗，相比傳統(tǒng)交流輸電，LCC-HVDC輸電效率可提高30%以上，大大降低了輸電成本。技術(shù)成熟，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展和工程實(shí)踐，LCC-HVDC技術(shù)已經(jīng)非常成熟，設(shè)備可靠性高，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富，能夠保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。此外，其控制方式靈活，通過(guò)精確控制觸發(fā)角，可以快速調(diào)節(jié)輸電功率，適應(yīng)電力系統(tǒng)不同運(yùn)行工況的需求，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。應(yīng)用情況：LCC-HVDC技術(shù)在全球范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。在我國(guó)，“西電東送”工程中多個(gè)特高壓直流輸電項(xiàng)目采用了LCC-HVDC技術(shù)，如向家壩-上?！?00kV特高壓直流輸電工程，將西南地區(qū)的水電資源遠(yuǎn)距離輸送到東部負(fù)荷中心，輸電距離超過(guò)2000公里，有效緩解了東部地區(qū)的電力供需矛盾。在國(guó)外，意大利至西西里島的直流輸電工程等也采用了LCC-HVDC技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了跨區(qū)域的電力互聯(lián)和資源優(yōu)化配置。隨著新能源的快速發(fā)展，LCC-HVDC技術(shù)在大規(guī)模新能源并網(wǎng)外送中發(fā)揮著重要作用。例如，我國(guó)“三北”地區(qū)的大規(guī)模光伏和風(fēng)電，主要通過(guò)LCC-HVDC系統(tǒng)外送至負(fù)荷中心，促進(jìn)了新能源的消納和利用，推動(dòng)了能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和可持續(xù)發(fā)展。2.3二者結(jié)合的送出系統(tǒng)架構(gòu)與特點(diǎn)大規(guī)模光伏并網(wǎng)經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)的架構(gòu)主要由大規(guī)模光伏電站、換流站、直流輸電線路以及受端交流系統(tǒng)等部分構(gòu)成。在光伏電站側(cè)，大量的光伏組件通過(guò)串并聯(lián)方式組成光伏陣列，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為直流電。這些直流電經(jīng)過(guò)DC/DC變換器進(jìn)行電壓調(diào)整，再通過(guò)DC/AC逆變器轉(zhuǎn)換為交流電。多個(gè)逆變器的交流輸出經(jīng)過(guò)匯集和升壓后，接入LCC-HVDC系統(tǒng)的整流站。整流站將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，通過(guò)直流輸電線路傳輸至逆變站。逆變站再將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，接入受端交流系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模光伏電力的遠(yuǎn)距離傳輸和并網(wǎng)。例如，我國(guó)某大型光伏基地，通過(guò)這樣的架構(gòu)，將大量的光伏電力經(jīng)LCC-HVDC系統(tǒng)輸送到數(shù)千公里外的負(fù)荷中心。在穩(wěn)定性方面，該系統(tǒng)具有獨(dú)特的特點(diǎn)和關(guān)鍵影響因素。由于光伏輸出功率受光照強(qiáng)度、溫度等環(huán)境因素影響，具有較強(qiáng)的波動(dòng)性和間歇性。這種波動(dòng)會(huì)通過(guò)LCC-HVDC系統(tǒng)的控制環(huán)節(jié)，對(duì)直流輸電功率和交流系統(tǒng)電壓產(chǎn)生影響，從而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。研究表明，光照強(qiáng)度每變化100W/m2，光伏輸出功率波動(dòng)可達(dá)10%-20%，可能導(dǎo)致直流電流波動(dòng)5%-10%，進(jìn)而影響交流系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性。LCC-HVDC系統(tǒng)的控制策略對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性至關(guān)重要。不同的控制方式，如定電流控制、定電壓控制和定功率控制等，在面對(duì)光伏輸出功率波動(dòng)時(shí)，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響不同。不合適的控制參數(shù)設(shè)置可能引發(fā)系統(tǒng)的振蕩，降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在某實(shí)際工程中，因定電流控制參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，當(dāng)光伏輸出功率波動(dòng)時(shí)，引發(fā)了系統(tǒng)的低頻振蕩，導(dǎo)致輸電能力下降。交流系統(tǒng)強(qiáng)度也是影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。弱交流系統(tǒng)下，LCC-HVDC系統(tǒng)與交流系統(tǒng)之間的相互作用更加復(fù)雜，系統(tǒng)的穩(wěn)定性更容易受到影響。當(dāng)交流系統(tǒng)短路比小于3時(shí)，系統(tǒng)發(fā)生電壓失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)顯著增加。此外，系統(tǒng)中元件的參數(shù)變化，如光伏逆變器的阻抗特性、換流變壓器的漏抗等，也會(huì)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。這些因素相互交織，使得大規(guī)模光伏并網(wǎng)經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題變得尤為復(fù)雜，需要深入研究和分析。三、影響穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素分析3.1次同步振蕩問(wèn)題3.1.1次同步振蕩的產(chǎn)生機(jī)理在大規(guī)模光伏并網(wǎng)經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)中，次同步振蕩的產(chǎn)生是多種因素相互作用的結(jié)果。從電氣控制相互作用角度來(lái)看，光伏逆變器與LCC-HVDC系統(tǒng)的控制環(huán)節(jié)之間存在復(fù)雜的交互影響。光伏逆變器通常采用最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）控制策略，以實(shí)現(xiàn)光伏陣列的最大發(fā)電效率。當(dāng)光照強(qiáng)度等外界條件發(fā)生變化時(shí)，MPPT控制會(huì)使逆變器的輸出功率快速調(diào)整，這可能導(dǎo)致直流側(cè)電流和電壓的波動(dòng)。而LCC-HVDC系統(tǒng)的定電流控制、定電壓控制等策略，會(huì)對(duì)直流電流和電壓的變化做出響應(yīng)，通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)角來(lái)維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。這種電氣控制之間的相互作用，可能在某些特定條件下引發(fā)次同步振蕩。在弱電網(wǎng)條件下，次同步振蕩的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)更高。當(dāng)交流系統(tǒng)短路比（SCR）較低時(shí)，交流系統(tǒng)對(duì)LCC-HVDC系統(tǒng)和光伏系統(tǒng)的支撐能力較弱。此時(shí)，LCC-HVDC系統(tǒng)的換相過(guò)程更容易受到干擾，換相失敗的概率增加。一旦發(fā)生換相失敗，會(huì)導(dǎo)致直流電流和電壓的大幅波動(dòng)，進(jìn)而激發(fā)系統(tǒng)的次同步振蕩。弱電網(wǎng)的阻抗特性也會(huì)對(duì)系統(tǒng)的電氣參數(shù)產(chǎn)生影響，改變系統(tǒng)的阻尼特性，使得次同步振蕩的阻尼減小，更容易引發(fā)振蕩。3.1.2對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響次同步振蕩對(duì)大規(guī)模光伏并網(wǎng)經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有顯著的負(fù)面影響。它會(huì)導(dǎo)致輸電系統(tǒng)性能下降，次同步振蕩產(chǎn)生的諧波會(huì)注入交流系統(tǒng)，使交流電壓和電流發(fā)生畸變，降低電能質(zhì)量。諧波還會(huì)增加輸電線路和設(shè)備的損耗，降低輸電效率。某地區(qū)的光伏經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)在發(fā)生次同步振蕩時(shí)，交流側(cè)電壓總諧波畸變率（THD）達(dá)到了8%，遠(yuǎn)超正常允許范圍（一般要求THD小于5%），導(dǎo)致部分對(duì)電能質(zhì)量要求較高的用戶設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行。嚴(yán)重的次同步振蕩還可能造成設(shè)備損壞。振蕩產(chǎn)生的額外電磁力和機(jī)械應(yīng)力，會(huì)作用在發(fā)電機(jī)、變壓器、逆變器等設(shè)備上，長(zhǎng)期積累可能導(dǎo)致設(shè)備的疲勞損壞。在軸系上，次同步振蕩可能引發(fā)軸系扭振，使軸系承受交變應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)軸系的疲勞極限時(shí)，會(huì)導(dǎo)致軸系出現(xiàn)裂紋甚至斷裂。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在一些發(fā)生次同步振蕩的光伏電站中，部分逆變器因長(zhǎng)時(shí)間承受振蕩應(yīng)力，內(nèi)部功率器件損壞率增加了20%-30%，嚴(yán)重影響了設(shè)備的使用壽命和系統(tǒng)的可靠性。次同步振蕩還可能引發(fā)連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致整個(gè)電力系統(tǒng)失穩(wěn)，對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。3.1.3案例分析次同步振蕩現(xiàn)象以我國(guó)某實(shí)際光伏電站LCC-HVDC送出系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)裝機(jī)容量為500MW，通過(guò)±500kV的LCC-HVDC線路將光伏電力輸送到距離約800公里的負(fù)荷中心。在一次運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)光照強(qiáng)度快速變化時(shí)，系統(tǒng)出現(xiàn)了次同步振蕩現(xiàn)象。通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)顯示，振蕩發(fā)生時(shí)，直流電流和交流側(cè)電壓出現(xiàn)明顯的波動(dòng)。直流電流的波動(dòng)幅值達(dá)到了額定值的15%，交流側(cè)電壓的波動(dòng)范圍在±10%之間。對(duì)電壓和電流信號(hào)進(jìn)行傅里葉分析，發(fā)現(xiàn)存在頻率為15Hz的次同步振蕩分量，與系統(tǒng)中部分設(shè)備的固有振蕩頻率相近。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，由于光照強(qiáng)度的快速變化，光伏逆變器的MPPT控制快速調(diào)整輸出功率，導(dǎo)致直流側(cè)電流波動(dòng)。LCC-HVDC系統(tǒng)的定電流控制為了維持直流電流穩(wěn)定，頻繁調(diào)節(jié)觸發(fā)角，與光伏逆變器的控制相互作用，最終引發(fā)了次同步振蕩。此次次同步振蕩對(duì)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重影響，導(dǎo)致部分光伏組件因過(guò)電壓和過(guò)電流而損壞，損壞數(shù)量達(dá)到了總組件數(shù)量的3%。LCC-HVDC系統(tǒng)的換流閥也因承受過(guò)大的電壓和電流應(yīng)力，出現(xiàn)了過(guò)熱現(xiàn)象，影響了換流閥的正常運(yùn)行。由于電能質(zhì)量下降，部分用戶的用電設(shè)備受到干擾，無(wú)法正常工作，給當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)和生活帶來(lái)了不便。通過(guò)對(duì)該案例的分析，可以更直觀地了解次同步振蕩的發(fā)生過(guò)程和對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的危害，為后續(xù)研究抑制次同步振蕩的方法提供了實(shí)際依據(jù)。3.2換相失敗問(wèn)題3.2.1換相失敗的原因與過(guò)程換相失敗是LCC-HVDC系統(tǒng)運(yùn)行中常見(jiàn)的故障之一，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。其發(fā)生原因主要包括交流系統(tǒng)故障和觸發(fā)角異常等方面。當(dāng)交流系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，如短路故障，會(huì)導(dǎo)致交流電壓大幅下降。在逆變站中，交流電壓的降低會(huì)使換流器的熄弧角減小。熄弧角是指在換相過(guò)程中，閥電流過(guò)零后，閥承受反向電壓的時(shí)間所對(duì)應(yīng)的電角度。當(dāng)熄弧角小于晶閘管恢復(fù)阻斷能力所需的最小熄弧角時(shí)，已經(jīng)關(guān)斷的閥在承受正向電壓時(shí)會(huì)重新導(dǎo)通，從而發(fā)生換相失敗。在三相交流系統(tǒng)中，若發(fā)生單相接地短路故障，故障相電壓會(huì)大幅降低，使得與之相關(guān)的換流閥熄弧角減小，增加了換相失敗的風(fēng)險(xiǎn)。觸發(fā)角異常也是引發(fā)換相失敗的重要原因。觸發(fā)角是控制晶閘管導(dǎo)通時(shí)刻的關(guān)鍵參數(shù)。如果觸發(fā)角控制出現(xiàn)偏差，例如觸發(fā)脈沖丟失或延遲，會(huì)導(dǎo)致?lián)Q相過(guò)程無(wú)法正常進(jìn)行。當(dāng)某個(gè)閥應(yīng)該導(dǎo)通時(shí)，由于觸發(fā)脈沖丟失，未能及時(shí)導(dǎo)通，而其他閥繼續(xù)導(dǎo)通，會(huì)使電流無(wú)法正常換相，導(dǎo)致?lián)Q相失敗。在實(shí)際運(yùn)行中，控制系統(tǒng)的故障、通信干擾等都可能導(dǎo)致觸發(fā)角異常。換相失敗的發(fā)生過(guò)程可具體描述如下。在正常運(yùn)行時(shí)，逆變站的晶閘管按照預(yù)定的觸發(fā)角依次導(dǎo)通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)直流到交流的轉(zhuǎn)換。當(dāng)交流系統(tǒng)故障或觸發(fā)角異常發(fā)生時(shí)，換相過(guò)程受到干擾。假設(shè)在某一時(shí)刻，正在換相的閥未能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成換相，即電流未能順利從一個(gè)閥轉(zhuǎn)移到另一個(gè)閥，導(dǎo)致該閥在承受反向電壓時(shí)無(wú)法恢復(fù)阻斷能力。當(dāng)該閥再次承受正向電壓時(shí)，就會(huì)重新導(dǎo)通，發(fā)生倒換相現(xiàn)象。此時(shí)，原本應(yīng)該導(dǎo)通的閥無(wú)法正常導(dǎo)通，電流出現(xiàn)異常流動(dòng)，直流電壓下降，直流電流增大，交流側(cè)電流也會(huì)發(fā)生畸變，從而對(duì)整個(gè)LCC-HVDC系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。3.2.2對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的危害換相失敗對(duì)大規(guī)模光伏并網(wǎng)經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有多方面的嚴(yán)重危害。換相失敗會(huì)引發(fā)直流電流波動(dòng)。在換相失敗發(fā)生時(shí)，直流電流會(huì)出現(xiàn)大幅上升，其幅值可能達(dá)到額定電流的數(shù)倍。這是因?yàn)閾Q相失敗導(dǎo)致直流側(cè)電壓下降，而直流電源的輸出功率在短時(shí)間內(nèi)難以迅速調(diào)整，根據(jù)功率公式P=UI（其中P為功率，U為電壓，I為電流），為保持功率平衡，電流必然增大。某實(shí)際工程中，換相失敗發(fā)生時(shí)，直流電流瞬間上升至額定值的2.5倍，這不僅對(duì)直流輸電線路和設(shè)備造成極大的電流沖擊，可能導(dǎo)致設(shè)備過(guò)熱、絕緣損壞等問(wèn)題，還會(huì)影響光伏電站的輸出功率穩(wěn)定性，因?yàn)楣夥娬九cLCC-HVDC系統(tǒng)緊密相連，直流電流波動(dòng)會(huì)通過(guò)控制系統(tǒng)反饋到光伏逆變器，使其輸出功率發(fā)生波動(dòng)，降低光伏發(fā)電效率。換相失敗可能導(dǎo)致功率傳輸中斷。當(dāng)換相失敗持續(xù)發(fā)生，且系統(tǒng)無(wú)法及時(shí)恢復(fù)正常換相時(shí)，直流輸電系統(tǒng)可能會(huì)進(jìn)入保護(hù)動(dòng)作狀態(tài)，如直流閉鎖。直流閉鎖會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)的功率傳輸中斷，無(wú)法將光伏電力輸送到受端電網(wǎng)。這不僅會(huì)影響受端電網(wǎng)的電力供應(yīng)，導(dǎo)致電力短缺，還會(huì)對(duì)光伏電站的經(jīng)濟(jì)效益造成嚴(yán)重影響，因?yàn)楣夥娬緹o(wú)法將電能有效送出，無(wú)法實(shí)現(xiàn)發(fā)電收益。在一些重要負(fù)荷區(qū)域，功率傳輸中斷可能會(huì)引發(fā)一系列連鎖反應(yīng)，如工廠停產(chǎn)、交通癱瘓等，給社會(huì)生產(chǎn)和生活帶來(lái)極大不便。換相失敗還會(huì)對(duì)交流系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性產(chǎn)生負(fù)面影響。換相失敗時(shí)，交流側(cè)電流發(fā)生畸變，會(huì)產(chǎn)生大量諧波。這些諧波注入交流系統(tǒng)后，會(huì)導(dǎo)致交流電壓波形發(fā)生畸變，使電壓質(zhì)量下降。諧波還會(huì)引起電網(wǎng)中其他設(shè)備的額外損耗和發(fā)熱，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。換相失敗導(dǎo)致的直流電流波動(dòng)和功率傳輸中斷，會(huì)使交流系統(tǒng)的功率平衡被打破，進(jìn)而影響交流系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。在弱交流系統(tǒng)中，這種影響更為顯著，可能導(dǎo)致電壓大幅下降，甚至引發(fā)電壓崩潰事故，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。3.2.3實(shí)際案例中的換相失敗分析以我國(guó)某大型光伏經(jīng)LCC-HVDC送出工程為例，該工程裝機(jī)容量為800MW，通過(guò)±660kV的LCC-HVDC線路將光伏電力輸送到距離約1000公里的負(fù)荷中心。在一次運(yùn)行過(guò)程中，送端交流系統(tǒng)發(fā)生了三相短路故障，導(dǎo)致該LCC-HVDC系統(tǒng)的逆變站出現(xiàn)換相失敗。故障發(fā)生后，通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)顯示，交流側(cè)電壓在故障瞬間急劇下降，最低降至額定值的30%。由于交流電壓的大幅降低，逆變站的熄弧角迅速減小，小于晶閘管恢復(fù)阻斷能力所需的最小熄弧角，從而引發(fā)換相失敗。換相失敗發(fā)生后，直流電流瞬間上升至額定值的3倍，直流電壓下降至額定值的50%。交流側(cè)電流出現(xiàn)嚴(yán)重畸變，諧波含量大幅增加，總諧波畸變率達(dá)到15%。此次換相失敗對(duì)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重后果。光伏電站的輸出功率大幅波動(dòng)，部分光伏組件因過(guò)電流而損壞，損壞數(shù)量達(dá)到總組件數(shù)量的5%。LCC-HVDC系統(tǒng)的換流閥也因承受過(guò)大的電流應(yīng)力，出現(xiàn)了過(guò)熱現(xiàn)象，部分晶閘管損壞。由于功率傳輸中斷，受端電網(wǎng)的電力供應(yīng)受到影響，部分地區(qū)出現(xiàn)了短暫停電，給當(dāng)?shù)氐墓I(yè)生產(chǎn)和居民生活帶來(lái)了不便。此次案例充分說(shuō)明了換相失敗對(duì)大規(guī)模光伏并網(wǎng)經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)穩(wěn)定性的嚴(yán)重危害，也為后續(xù)研究換相失敗的預(yù)防和抑制措施提供了實(shí)際依據(jù)。3.3其他因素3.3.1光伏電站的布局與參數(shù)光伏電站的布局對(duì)大規(guī)模光伏并網(wǎng)經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著重要影響。不合理的布局可能導(dǎo)致線路損耗增加，當(dāng)光伏電站分布過(guò)于分散時(shí)，輸電線路長(zhǎng)度增加，電阻增大，根據(jù)P_{???}=I^{2}R（其中P_{???}為線路損耗功率，I為線路電流，R為線路電阻），會(huì)使線路損耗顯著增加，降低輸電效率。布局不合理還可能引發(fā)次同步振蕩風(fēng)險(xiǎn)增大。如果光伏電站的電氣距離與LCC-HVDC系統(tǒng)不匹配，導(dǎo)致系統(tǒng)阻抗分布不均勻，在某些特定頻率下，可能會(huì)形成諧振回路，從而激發(fā)次同步振蕩。光伏電站的參數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性也具有關(guān)鍵影響。光伏組件的轉(zhuǎn)換效率直接關(guān)系到光伏電站的輸出功率。轉(zhuǎn)換效率越高，在相同光照條件下，光伏電站輸出的電能就越多。若組件老化或受到陰影遮擋，轉(zhuǎn)換效率會(huì)降低，導(dǎo)致輸出功率波動(dòng)，進(jìn)而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。研究表明，當(dāng)光伏組件轉(zhuǎn)換效率下降10%時(shí)，光伏電站輸出功率可能降低15%-20%，引起直流電流波動(dòng)5%-10%，對(duì)LCC-HVDC系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。逆變器的控制參數(shù)，如比例積分（PI）控制器的參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性起著重要作用。PI控制器的比例系數(shù)決定了控制器對(duì)誤差信號(hào)的響應(yīng)速度，積分系數(shù)則用于消除穩(wěn)態(tài)誤差。如果比例系數(shù)過(guò)大，逆變器對(duì)功率變化的響應(yīng)過(guò)于靈敏，可能導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩；積分系數(shù)過(guò)大，會(huì)使系統(tǒng)的響應(yīng)速度變慢，在光照強(qiáng)度快速變化時(shí)，無(wú)法及時(shí)調(diào)整輸出功率，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在實(shí)際運(yùn)行中，需要根據(jù)系統(tǒng)的具體情況，合理調(diào)整逆變器的控制參數(shù)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。3.3.2LCC-HVDC系統(tǒng)的控制策略LCC-HVDC系統(tǒng)的控制策略對(duì)大規(guī)模光伏并網(wǎng)經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)的穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。不當(dāng)?shù)目刂撇呗钥赡芤l(fā)系統(tǒng)不穩(wěn)定，在定電流控制模式下，若電流參考值設(shè)置不合理，當(dāng)光伏輸出功率波動(dòng)時(shí)，可能導(dǎo)致直流電流大幅波動(dòng)，進(jìn)而影響交流系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性。如果電流參考值設(shè)置過(guò)高，在光伏輸出功率下降時(shí)，LCC-HVDC系統(tǒng)為維持電流恒定，會(huì)加大換流器的觸發(fā)角，導(dǎo)致直流電壓升高，交流側(cè)無(wú)功消耗增加，可能引起交流系統(tǒng)電壓下降，甚至引發(fā)電壓失穩(wěn)。優(yōu)化控制策略能夠有效提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。采用智能控制算法，如模糊控制、自適應(yīng)控制等，可以根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，動(dòng)態(tài)調(diào)整控制參數(shù)，提高系統(tǒng)的抗干擾能力和穩(wěn)定性。模糊控制可以根據(jù)光伏輸出功率、直流電流、交流電壓等多個(gè)變量的變化情況，通過(guò)模糊規(guī)則推理，自動(dòng)調(diào)整觸發(fā)角和其他控制參數(shù)，使系統(tǒng)在不同工況下都能保持穩(wěn)定運(yùn)行。自適應(yīng)控制則能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)參數(shù)的變化，自動(dòng)調(diào)整控制器的參數(shù)，以適應(yīng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。改進(jìn)控制策略還可以通過(guò)增加附加控制環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在LCC-HVDC系統(tǒng)中加入功率平衡控制環(huán)節(jié)，當(dāng)光伏輸出功率發(fā)生變化時(shí)，該環(huán)節(jié)能夠快速調(diào)整LCC-HVDC系統(tǒng)的傳輸功率，保持系統(tǒng)的功率平衡，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過(guò)優(yōu)化控制策略，可以有效減少次同步振蕩和換相失敗等問(wèn)題的發(fā)生，提高大規(guī)模光伏并網(wǎng)經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。3.3.3外部環(huán)境因素外部環(huán)境因素對(duì)大規(guī)模光伏并網(wǎng)經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著顯著影響。溫度和光照強(qiáng)度的變化會(huì)直接影響光伏輸出功率。當(dāng)溫度升高時(shí)，光伏組件的開(kāi)路電壓會(huì)降低，短路電流略有增加，但總體上光伏組件的輸出功率會(huì)下降。研究表明，對(duì)于晶體硅光伏組件，溫度每升高1℃，其輸出功率約下降0.4%-0.5%。光照強(qiáng)度的變化對(duì)光伏輸出功率的影響更為明顯，光照強(qiáng)度越強(qiáng)，光伏組件的輸出功率越大，兩者呈近似線性關(guān)系。當(dāng)光照強(qiáng)度快速變化時(shí)，如云層快速移動(dòng)導(dǎo)致的陰影遮擋，光伏輸出功率會(huì)發(fā)生劇烈波動(dòng)，可能在短時(shí)間內(nèi)下降50%-80%，這會(huì)對(duì)LCC-HVDC系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生較大沖擊，引發(fā)直流電流和電壓的波動(dòng)，增加次同步振蕩和換相失敗的風(fēng)險(xiǎn)。極端天氣對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性構(gòu)成嚴(yán)重威脅。在暴雨、暴雪等惡劣天氣條件下，光伏組件可能受到損壞，導(dǎo)致輸出功率下降甚至中斷。某地區(qū)在一次暴雨災(zāi)害中，部分光伏組件因積水浸泡而損壞，造成該區(qū)域光伏電站輸出功率損失達(dá)30%。強(qiáng)風(fēng)可能導(dǎo)致輸電線路舞動(dòng)、桿塔傾斜，影響輸電的可靠性。雷電可能引發(fā)線路過(guò)電壓，損壞電氣設(shè)備，甚至導(dǎo)致LCC-HVDC系統(tǒng)的換流閥發(fā)生故障，引發(fā)換相失敗。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在雷電活動(dòng)頻繁的地區(qū)，因雷擊導(dǎo)致的電力系統(tǒng)故障占總故障的20%-30%。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行過(guò)程中，需要充分考慮外部環(huán)境因素的影響，采取相應(yīng)的防護(hù)措施，如加強(qiáng)光伏組件的防護(hù)、優(yōu)化輸電線路設(shè)計(jì)、安裝防雷裝置等，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。四、穩(wěn)定性分析方法與模型建立4.1常用穩(wěn)定性分析方法4.1.1特征值分析法特征值分析法是電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析中一種經(jīng)典且廣泛應(yīng)用的方法。其基本原理基于線性系統(tǒng)理論，對(duì)于一個(gè)由狀態(tài)方程描述的線性時(shí)不變系統(tǒng)\dot{x}=Ax+Bu（其中x為狀態(tài)變量向量，A為系統(tǒng)矩陣，B為輸入矩陣，u為輸入向量），系統(tǒng)的穩(wěn)定性由系統(tǒng)矩陣A的特征值決定。通過(guò)求解特征方程\vert\lambdaI-A\vert=0（其中\(zhòng)lambda為特征值，I為單位矩陣），得到系統(tǒng)的特征值。若所有特征值的實(shí)部均小于零，則系統(tǒng)是漸近穩(wěn)定的；若存在實(shí)部大于零的特征值，則系統(tǒng)不穩(wěn)定；若有實(shí)部為零的特征值，且其余特征值實(shí)部小于零，則系統(tǒng)處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)。在大規(guī)模光伏并網(wǎng)經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)中，特征值分析法可用于分析系統(tǒng)的小信號(hào)穩(wěn)定性。通過(guò)建立系統(tǒng)各元件的數(shù)學(xué)模型，如光伏陣列、逆變器、LCC-HVDC換流器等，并將它們組合成系統(tǒng)的狀態(tài)方程，求解得到系統(tǒng)的特征值。根據(jù)特征值的分布情況，可以判斷系統(tǒng)在小干擾下的穩(wěn)定性，分析系統(tǒng)中各模態(tài)的振蕩頻率和阻尼特性。在研究光伏逆變器與LCC-HVDC系統(tǒng)的交互作用對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響時(shí)，通過(guò)特征值分析可以確定不同控制參數(shù)下系統(tǒng)的主導(dǎo)振蕩模態(tài)及其阻尼比，評(píng)估系統(tǒng)的穩(wěn)定性水平。特征值分析法具有能夠準(zhǔn)確提供系統(tǒng)的特征信息，全面分析系統(tǒng)在不同運(yùn)行條件下穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)。它可以清晰地給出系統(tǒng)的穩(wěn)定邊界，為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和控制提供重要的理論依據(jù)。該方法也存在一些局限性。其物理意義不夠明確，難以直觀地理解系統(tǒng)內(nèi)部各控制器間作用環(huán)路的關(guān)系。特征值分析法依賴(lài)于系統(tǒng)的線性化模型，對(duì)于非線性較強(qiáng)的系統(tǒng)，線性化后的模型可能無(wú)法準(zhǔn)確反映系統(tǒng)的真實(shí)特性，導(dǎo)致分析結(jié)果與實(shí)際情況存在偏差。此外，隨著系統(tǒng)規(guī)模的增大，系統(tǒng)矩陣的階數(shù)增加，特征值的計(jì)算變得更加復(fù)雜，計(jì)算量大幅增加，對(duì)計(jì)算資源和時(shí)間要求較高。4.1.2阻抗分析法阻抗分析法是基于電路理論，通過(guò)分析系統(tǒng)的阻抗特性來(lái)判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性的一種方法。在交流電路中，阻抗是描述電路對(duì)交流電流阻礙程度的參數(shù)，它不僅包括電阻，還包括電感和電容引起的電抗，通常用復(fù)數(shù)形式Z=R+jX表示，其中R為電阻，j為虛數(shù)單位，X為電抗（包括感抗X_{L}和容抗X_{C}）。在大規(guī)模光伏并網(wǎng)經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)中，阻抗分析法主要用于分析光伏逆變器與LCC-HVDC系統(tǒng)之間的交互作用對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。通過(guò)建立系統(tǒng)各部分的阻抗模型，如光伏逆變器的輸出阻抗模型、LCC-HVDC系統(tǒng)的輸入阻抗模型等，根據(jù)奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)等阻抗穩(wěn)定判據(jù)來(lái)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。若系統(tǒng)在某一頻率范圍內(nèi)，光伏逆變器的輸出阻抗與LCC-HVDC系統(tǒng)的輸入阻抗之比的相角滿足一定條件，則系統(tǒng)在該頻率下是穩(wěn)定的；反之，系統(tǒng)可能發(fā)生振蕩失穩(wěn)。阻抗分析法具有明確的物理意義，能夠直觀地揭示系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響因素，如阻抗的大小、相位等對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用。它可以幫助工程師從電路的角度理解系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題，為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供直觀的指導(dǎo)。在分析光伏逆變器與LCC-HVDC系統(tǒng)的交互作用時(shí)，可以通過(guò)阻抗分析直觀地看出不同頻率下兩者之間的相互影響，找出可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定的頻率點(diǎn)。該方法也存在一定的局限性。在實(shí)際應(yīng)用中，由于系統(tǒng)參數(shù)的不確定性和測(cè)量誤差，建立準(zhǔn)確的阻抗模型較為困難，這可能導(dǎo)致分析結(jié)果的偏差。阻抗分析法通常是以聚合阻抗表征實(shí)際系統(tǒng)，難以揭示擾動(dòng)在系統(tǒng)內(nèi)部的詳細(xì)傳遞過(guò)程，對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)的分析不夠全面。4.1.3時(shí)域仿真法時(shí)域仿真法是一種基于時(shí)間序列的分析方法，通過(guò)模擬系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)來(lái)研究其行為。在大規(guī)模光伏并網(wǎng)經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)中，時(shí)域仿真法通過(guò)建立系統(tǒng)各元件的詳細(xì)數(shù)學(xué)模型，如光伏陣列的輸出特性模型、逆變器的控制模型、LCC-HVDC換流器的換相模型等，并將這些模型在時(shí)間軸上進(jìn)行數(shù)值求解，模擬系統(tǒng)在不同運(yùn)行工況和故障條件下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。利用MATLAB/Simulink等仿真軟件搭建系統(tǒng)的仿真模型，設(shè)置不同的光照強(qiáng)度、溫度等環(huán)境因素變化，以及交流系統(tǒng)故障、LCC-HVDC系統(tǒng)控制參數(shù)調(diào)整等工況，觀察系統(tǒng)中各變量（如直流電流、交流電壓、功率等）隨時(shí)間的變化情況，分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。時(shí)域仿真法的優(yōu)點(diǎn)在于直觀性和通用性強(qiáng)。它可以直觀地觀察到系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為，對(duì)于理解系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)特性非常有幫助。時(shí)域仿真不需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行線性化處理，因此可以應(yīng)用于非線性系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析，能夠準(zhǔn)確地模擬系統(tǒng)在各種復(fù)雜條件下的運(yùn)行情況。它還可以考慮電路中電感、電容和電阻等元件的動(dòng)態(tài)影響，分析電路的時(shí)間響應(yīng)，以及模擬非線性電路、非定常電路和非平衡電路等特殊電路。時(shí)域仿真法也存在一些缺點(diǎn)。計(jì)算量大，需要大量的計(jì)算資源和時(shí)間，特別是對(duì)于大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)和長(zhǎng)時(shí)間的仿真，計(jì)算時(shí)間會(huì)顯著增加。時(shí)域仿真需要對(duì)電路進(jìn)行時(shí)間離散化處理，時(shí)間步長(zhǎng)的選取對(duì)結(jié)果影響較大，若時(shí)間步長(zhǎng)選擇不當(dāng)，可能導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確甚至計(jì)算發(fā)散。4.2基于狀態(tài)空間的建模方法基于狀態(tài)空間的建模方法在大規(guī)模光伏并網(wǎng)經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析中具有重要作用。以某具體的LCC-HVDC系統(tǒng)狀態(tài)空間建模及穩(wěn)定性分析方法為例，構(gòu)建該系統(tǒng)的降維HSS模型的步驟如下：構(gòu)建換流器HSS子模型、直流線路HSS子模型、控制環(huán)節(jié)HSS子模型、鎖相環(huán)HSS子模型和交流側(cè)HSS子模型。換流器HSS子模型的表達(dá)式為：U_{dcr}=(S_{ua0})U_{a}+(S_{ub0})U_+(S_{uc0})U_{c}+(U_{a0})S_{ua}+(U_{b0})S_{ub}+(U_{c0})S_{uc}，P=(S_{ua0})U_{a}+(U_{a0})S_{ua}，其中，U_{dcr}表示直流電壓變化量，U_{a}表示交流a相電壓變化量，U_表示交流b相電壓變化量，U_{c}表示交流c相電壓變化量，S_{ua}表示a相電壓開(kāi)關(guān)變化量，S_{ub}表示b相電壓開(kāi)關(guān)變化量，S_{uc}表示c相電壓開(kāi)關(guān)變化量，I_{ra}表示交流a相電流，I_{rb}表示交流b相電流，I_{rc}表示交流c相電流，I_{dcr}表示直流電流變化量，S_{ia}表示a相電流開(kāi)關(guān)變化量，P表示相移矩陣，\overline{P}表示總相移矩陣，T()表示托普利茲矩陣，S_{ia0}表示a相電流開(kāi)關(guān)穩(wěn)態(tài)量，S_{ua0}表示a相電壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)態(tài)量，S_{ub0}表示b相電壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)態(tài)量，S_{uc0}表示c相電壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)態(tài)量，U_{a0}表示交流a相電壓穩(wěn)態(tài)值，U_{b0}表示交流b相電壓穩(wěn)態(tài)值，U_{c0}表示交流c相電壓穩(wěn)態(tài)值，I_{dcr0}表示直流電流穩(wěn)態(tài)值。直流線路HSS子模型的表達(dá)式為：s\left[\begin{array}{c}I_{dcr}\\I_{dci}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\frac{-1}{L_{dcr}}&\frac{1}{L_{dcr}}\\\frac{1}{L_{dci}}&\frac{-1}{L_{dci}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}U_{dcr}\\U_{dci}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}\frac{1}{L_{dcr}}\\0\end{array}\right]U_{dc}，其中，s表示微分算子，I_{dcr}表示直流電流變化量，R_{dcr}表示直流線路電阻，L_{dcr}表示整流側(cè)直流端口的等效電感，E表示單位矩陣，N表示對(duì)角矩陣，U_{dc}表示電容電壓，U_{dcr}表示直流電壓，C_{dc}表示對(duì)地等效電容，I_{dci}表示逆變側(cè)直流電流，R_{dci}表示直流線路等效電阻，L_{dci}表示直流線路平波電感，U_{dci}表示逆變側(cè)等效電壓?？刂骗h(huán)節(jié)HSS子模型的表達(dá)式為：sX_{r}=K_{i}E(I_{dcr,m}-NX_{r})+K_{i}EI_{dcr,ref}，\alpha_{ord}=K_{p}E(I_{dcr,m}-X_{r})-K_{p}EI_{dcr,ref}，其中，s表示微分算子，I_{dcr,m}表示直流電流測(cè)量值，T_{m}表示電流測(cè)量傳遞函數(shù)的積分時(shí)間常數(shù)，E表示單位矩陣，N表示對(duì)角矩陣，G_{m}表示電流測(cè)量傳遞函數(shù)的增益，I_{dcr}表示直流電流變化量，X_{r}表示直流側(cè)狀態(tài)變量，K_{i}表示PI控制器的積分增益，I_{dcr,ref}表示電流參考值，\alpha_{ord}表示觸發(fā)角參考值，K_{p}表示PI控制器的比例。鎖相環(huán)HSS子模型的表達(dá)式為：sx_{p}=K_{Pi}E(\theta-Nx_{p})+K_{Pi}E\theta_{0}，y_{PLL}=K_{Pp}E(\theta-x_{p})+K_{Pp}E\theta_{0}，其中，s表示微分算子，x_{p}表示鎖相環(huán)狀態(tài)變量，N表示對(duì)角矩陣，K_{Pi}表示控制器的積分增益，T_{PLL}表示轉(zhuǎn)移矩陣，\theta表示相角變化量，\overline{P}表示總相移矩陣，T()表示托普利茲矩陣，T_{01}表示矩陣T_{0}的復(fù)傅里葉系數(shù)向量，U_{ra}表示a相電壓變化量，K_{Pp}表示控制器的比例，y_{PLL}表示輸出變量。交流側(cè)HSS子模型的表達(dá)式較為復(fù)雜，涉及多個(gè)電氣量的關(guān)系，如s\left[\begin{array}{c}\omega_{C1}\\\omega_{C2}\\\omega_{C3}\\\omega_{L1}\\\omega_{L2}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccccc}-\frac{R_{f1}}{C_{f1}}&0&0&\frac{1}{C_{f1}}&0\\0&-\frac{R_{f2}}{C_{f2}}&0&0&\frac{1}{C_{f2}}\\0&0&-\frac{R_{f3}}{C_{f3}}&0&0\\-\frac{1}{L_{f1}}&0&0&-\frac{R_{s}}{L_{f1}}&0\\0&-\frac{1}{L_{f2}}&0&0&-\frac{R_{s}}{L_{f2}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\omega_{C1}\\\omega_{C2}\\\omega_{C3}\\\omega_{L1}\\\omega_{L2}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{ccc}\frac{1}{C_{f1}}&0&0\\0&\frac{1}{C_{f2}}&0\\0&0&\frac{1}{C_{f3}}\\0&0&-\frac{1}{L_{f1}}\\0&-\frac{1}{L_{f2}}&0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}U_{sa}\\U_{sb}\\U_{sc}\end{array}\right]，其中，s表示微分算子，\omega_{C1}表示電容C1電壓，R_{f1}表示濾波器等效電阻，R_{f2}表示濾波器等效電阻，C_{f1}表示并聯(lián)等效電容，E表示單位矩陣，N表示對(duì)角矩陣，\omega_{C2}表示電容C2電壓，\omega_{C3}表示電容C3電壓，\omega_{L1}表示電感L1電流，I_{ra}表示a相交流電流，I_{sa}表示a相電源電流，C_{f2}表示支路等效電容，L_{f1}表示支路等效電感，C_{f3}表示支路等效電容，\omega_{L2}表示電感L2電流，\omega_{C4}表示電容C4電壓，C_{f4}表示支路等效電容，L_{f2}表示支路等效電感，R_{f3}表示濾波器等效電阻，R_{s}表示電壓等效電阻，L_{s}表示電源等效電感，U_{sa}表示電源電壓。根據(jù)上述各子模型構(gòu)建降維HSS模型。該降維HSS模型的維度相較于傳統(tǒng)HSS模型降低了一半，顯著提高了計(jì)算效率，且模型并未改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完整性與準(zhǔn)確性，可有效降低理論分析與驗(yàn)證的復(fù)雜度，所提的降維方法在理論上具有普適性，即該方法同樣適用于新型電力系統(tǒng)中其他電力電子裝備的建模分析。根據(jù)降維HSS模型進(jìn)行穩(wěn)定性分析時(shí)，可利用該模型進(jìn)行小干擾穩(wěn)定性分析。通過(guò)對(duì)模型進(jìn)行數(shù)學(xué)推導(dǎo)和計(jì)算，分析系統(tǒng)在小干擾下的響應(yīng)特性。當(dāng)系統(tǒng)受到小干擾時(shí)，通過(guò)模型可以計(jì)算出系統(tǒng)狀態(tài)變量的變化情況，進(jìn)而判斷系統(tǒng)是否能夠恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。若系統(tǒng)狀態(tài)變量在干擾后能夠逐漸收斂到穩(wěn)態(tài)值，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的；反之，若狀態(tài)變量出現(xiàn)發(fā)散或持續(xù)振蕩的情況，則系統(tǒng)不穩(wěn)定。還可以通過(guò)特征值分析等方法，研究系統(tǒng)的穩(wěn)定性。根據(jù)降維HSS模型得到系統(tǒng)的狀態(tài)矩陣，計(jì)算其特征值。若所有特征值的實(shí)部均小于零，則系統(tǒng)是漸近穩(wěn)定的；若存在實(shí)部大于零的特征值，則系統(tǒng)不穩(wěn)定；若有實(shí)部為零的特征值，且其余特征值實(shí)部小于零，則系統(tǒng)處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)。通過(guò)這種基于狀態(tài)空間的建模和穩(wěn)定性分析方法，可以深入了解大規(guī)模光伏并網(wǎng)經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)的穩(wěn)定性特性，為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行和優(yōu)化提供重要的理論依據(jù)。4.3模型參數(shù)的確定與驗(yàn)證為了確保所建立的大規(guī)模光伏并網(wǎng)經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)模型能夠準(zhǔn)確反映實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行特性，需要合理確定模型參數(shù)，并通過(guò)與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比進(jìn)行驗(yàn)證。在確定模型參數(shù)時(shí)，主要從實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)獲取關(guān)鍵參數(shù)。對(duì)于光伏電站部分，通過(guò)在光伏電站現(xiàn)場(chǎng)安裝的監(jiān)測(cè)設(shè)備，如輻照度傳感器、溫度傳感器、功率分析儀等，實(shí)時(shí)采集光照強(qiáng)度、溫度、光伏組件輸出電流和電壓等數(shù)據(jù)。利用這些數(shù)據(jù)，根據(jù)光伏組件的特性方程，采用最小二乘法等參數(shù)辨識(shí)方法，確定光伏組件的等效電路參數(shù)，如串聯(lián)電阻、并聯(lián)電阻、二極管反向飽和電流等。通過(guò)對(duì)逆變器的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)合逆變器的控制策略和工作原理，確定逆變器的控制參數(shù)，如比例積分（PI）控制器的參數(shù)、調(diào)制比等。對(duì)于LCC-HVDC系統(tǒng)，從換流站的監(jiān)控系統(tǒng)獲取直流電流、直流電壓、觸發(fā)角、熄弧角等運(yùn)行數(shù)據(jù)。根據(jù)換流器的工作原理和數(shù)學(xué)模型，利用這些數(shù)據(jù)確定換流器的參數(shù)，如換流變壓器的變比、漏抗，晶閘管的開(kāi)通時(shí)間、關(guān)斷時(shí)間等。通過(guò)對(duì)直流輸電線路的設(shè)計(jì)資料和實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定直流線路的電阻、電感、電容等參數(shù)。在驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性時(shí)，將模型仿真結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。在不同的運(yùn)行工況下，如不同的光照強(qiáng)度、溫度條件，以及LCC-HVDC系統(tǒng)的不同功率傳輸水平等，分別進(jìn)行模型仿真和實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)比仿真結(jié)果和實(shí)際數(shù)據(jù)中的關(guān)鍵電氣量，如光伏電站的輸出功率、LCC-HVDC系統(tǒng)的直流電流和電壓、交流側(cè)電壓和電流等。計(jì)算兩者之間的誤差，如均方根誤差（RMSE）、平均絕對(duì)誤差（MAE）等，以評(píng)估模型的準(zhǔn)確性。若誤差在合理范圍內(nèi)，說(shuō)明模型能夠較好地反映實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行特性；若誤差較大，則需要對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，重新進(jìn)行仿真和驗(yàn)證，直到模型的準(zhǔn)確性滿足要求為止。通過(guò)這樣的參數(shù)確定和驗(yàn)證過(guò)程，可以保證所建立的模型能夠準(zhǔn)確地用于大規(guī)模光伏并網(wǎng)經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，為后續(xù)的研究和實(shí)際工程應(yīng)用提供可靠的基礎(chǔ)。五、穩(wěn)定性提升策略與措施5.1次同步振蕩抑制策略5.1.1優(yōu)化控制策略優(yōu)化控制策略是抑制大規(guī)模光伏并網(wǎng)經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)次同步振蕩的重要手段之一。引入濾波器是一種有效的方式，在光伏逆變器的控制環(huán)節(jié)中引入低通濾波器，可以有效濾除高頻干擾信號(hào)，減少其對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。低通濾波器能夠允許低頻信號(hào)通過(guò)，而阻止高頻信號(hào)，從而降低了高頻諧波對(duì)系統(tǒng)的干擾，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)系統(tǒng)的頻率特性和次同步振蕩的頻率范圍，合理選擇低通濾波器的截止頻率至關(guān)重要。如果截止頻率選擇過(guò)高，可能無(wú)法有效濾除高頻干擾；若選擇過(guò)低，則可能會(huì)影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。一般來(lái)說(shuō)，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行頻率分析，確定次同步振蕩的主要頻率成分，將低通濾波器的截止頻率設(shè)置在略低于該頻率的位置，以達(dá)到最佳的濾波效果。調(diào)整控制參數(shù)也是優(yōu)化控制策略的關(guān)鍵。以LCC-HVDC系統(tǒng)的定電流控制為例，合理調(diào)整比例積分（PI）控制器的參數(shù)，能夠改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，增強(qiáng)對(duì)次同步振蕩的抑制能力。PI控制器的比例系數(shù)決定了控制器對(duì)誤差信號(hào)的響應(yīng)速度，積分系數(shù)則用于消除穩(wěn)態(tài)誤差。當(dāng)系統(tǒng)受到次同步振蕩干擾時(shí)，適當(dāng)增大比例系數(shù)，可以使控制器更快地對(duì)電流偏差做出響應(yīng)，減小振蕩的幅度；而調(diào)整積分系數(shù)，可以更好地消除穩(wěn)態(tài)誤差，使系統(tǒng)更快地恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。在實(shí)際調(diào)整過(guò)程中，需要綜合考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度和抗干擾能力等多方面因素。通過(guò)仿真分析和實(shí)際試驗(yàn)，確定不同工況下PI控制器的最佳參數(shù)組合，以實(shí)現(xiàn)對(duì)次同步振蕩的有效抑制。在某實(shí)際工程中，通過(guò)優(yōu)化PI控制器參數(shù)，將系統(tǒng)的次同步振蕩阻尼比提高了30%，有效增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。5.1.2增加阻尼控制器增加阻尼控制器是抑制大規(guī)模光伏并網(wǎng)經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)次同步振蕩的重要措施，其原理是通過(guò)為系統(tǒng)提供正阻尼，消耗振蕩能量，從而抑制次同步振蕩的發(fā)生和發(fā)展。在實(shí)際應(yīng)用中，常用的阻尼控制器為附加次同步振蕩阻尼控制器（SSDC）。SSDC的工作原理是從系統(tǒng)中選取合適的電氣量作為輸入信號(hào)，如直流電流、交流電壓等，經(jīng)過(guò)一系列的信號(hào)處理和控制算法，產(chǎn)生一個(gè)與次同步振蕩分量反相的附加控制信號(hào)，注入到LCC-HVDC系統(tǒng)的控制環(huán)節(jié)中。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生次同步振蕩時(shí)，SSDC檢測(cè)到振蕩信號(hào)，通過(guò)控制算法計(jì)算出相應(yīng)的附加控制信號(hào)，該信號(hào)與原控制信號(hào)疊加，改變系統(tǒng)的控制特性，增加系統(tǒng)對(duì)次同步振蕩的阻尼。例如，當(dāng)檢測(cè)到直流電流的次同步振蕩分量時(shí)，SSDC根據(jù)預(yù)先設(shè)定的控制策略，產(chǎn)生一個(gè)與該振蕩分量反相的附加電流信號(hào)，注入到直流電流控制回路中，抵消次同步振蕩分量，使直流電流恢復(fù)穩(wěn)定。實(shí)施方式方面，SSDC的設(shè)計(jì)需要考慮多個(gè)關(guān)鍵因素。輸入信號(hào)的選取至關(guān)重要，不同的輸入信號(hào)對(duì)SSDC的性能有顯著影響。選擇直流電流作為輸入信號(hào)，能夠直接反映LCC-HVDC系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)抑制因直流電流波動(dòng)引起的次同步振蕩效果較好；而選擇交流電壓作為輸入信號(hào)，則可以更好地反映交流系統(tǒng)的狀態(tài)，對(duì)抑制與交流系統(tǒng)相關(guān)的次同步振蕩更為有效。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)系統(tǒng)的具體情況和次同步振蕩的特點(diǎn)，綜合考慮選擇合適的輸入信號(hào)。相位補(bǔ)償也是SSDC設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于信號(hào)在傳輸和處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生相位延遲，為了確保附加控制信號(hào)與次同步振蕩分量能夠準(zhǔn)確反相，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行相位補(bǔ)償。通過(guò)設(shè)計(jì)合適的相位補(bǔ)償環(huán)節(jié)，調(diào)整信號(hào)的相位，使附加控制信號(hào)能夠在正確的時(shí)刻作用于系統(tǒng)，增強(qiáng)抑制效果。增益調(diào)整同樣不容忽視，增益過(guò)大可能導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)過(guò)度，產(chǎn)生新的不穩(wěn)定因素；增益過(guò)小則無(wú)法有效抑制次同步振蕩。因此，需要通過(guò)仿真分析和實(shí)際調(diào)試，確定合適的增益值，以實(shí)現(xiàn)對(duì)次同步振蕩的最佳抑制效果。在某實(shí)際工程中，安裝SSDC后，系統(tǒng)的次同步振蕩得到了有效抑制，振蕩幅值降低了50%以上，保障了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。5.1.3改進(jìn)系統(tǒng)布局改進(jìn)系統(tǒng)布局是降低大規(guī)模光伏并網(wǎng)經(jīng)LCC-HVDC送出系統(tǒng)次同步振蕩風(fēng)險(xiǎn)的重要措施。優(yōu)化光伏電站接入方式對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性有著顯著影響。采用多點(diǎn)接入方式，將光伏電站的電能分散接入LCC-HVD