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摘要：為適應安全穩(wěn)定特性變化后的新型電力系統(tǒng)控制保護要求，電力系統(tǒng)三道防線的相關技術亟需不斷創(chuàng)新。提升安全穩(wěn)定防御體系的適應性，保障新型電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，是一個宏大且復雜的綜合課題，解決這個問題并不能一蹴而就，需循序漸進地逐步研究、改進和完善。

1 傳統(tǒng)電力系統(tǒng)三道防線面臨的挑戰(zhàn)

隨著國家“3060”目標不斷推進，我國將逐步建設以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。在此背景下，新能源高占比、交直流緊密耦合，電力系統(tǒng)大擾動特性發(fā)生顯著變化，傳統(tǒng)三道防線面臨較大挑戰(zhàn)，主要包括：

（1）構成第一道防線的繼電保護存在選擇性、靈敏性不足等問題。電網(wǎng)發(fā)生故障時，風電、光伏等新能源表現(xiàn)出的特征與常規(guī)水、火電機組有明顯差別，如無電壓源特性、故障電流幅值相對較小等，使得現(xiàn)有繼電保護在快速準確判斷故障位置等方面存在較大困難；

（2）構成第二道防線的切機、切負荷等緊急控制措施可能無法達到預期控制目標。例如直流換相失敗等故障或大擾動，具有沖擊性或者暫時性特征，新型電力系統(tǒng)中繼續(xù)采用常規(guī)的切機、切負荷等穩(wěn)定控制技術，被控對象無法在短時內恢復以應對暫時性擾動，并且控制對象被切除后電力系統(tǒng)電壓和頻率存在進一步惡化可能；

（3）構成第三道防線的頻率電壓緊急控制措施，常規(guī)的系統(tǒng)分析方法所確定的控制判據(jù)和控制量存在不適配新型電力系統(tǒng)的問題。在頻率、電壓等不同穩(wěn)定問題交互嚴重影響的情況下，如何制定合理的判據(jù)，并采取合適的控制量也將是一個挑戰(zhàn)。

2 夯實新型電力系統(tǒng)三道防線的思路

從體系上分析，電力系統(tǒng)三道防線采用先隔離自身故障（第一道防線），再控制故障影響程度和范圍（第二、三道防線）的原則；在控制故障影響方面，又采取了先針對性的主動控制（第二道防線），再應用廣泛性的被動控制（第三道防線）的原則。該體系具有相當?shù)钠者m性，應繼續(xù)沿用該體系，針對性地采用適應新型電力系統(tǒng)特性的控制保護技術，進一步夯實電力系統(tǒng)三道防線，主要思路包括：

1）針對第一道防線，應研究新的故障判別技術，特別是不依賴于電源特性的故障分析方法及判別技術，實現(xiàn)故障特征變化情況下對故障元件的準確快速隔離，必要時可以適當引入外部信息或與部分控制進行融合；

2）作為第二、三道防線的安全穩(wěn)定控制，應盡量避免削弱電力系統(tǒng)的正?？刂疲l率、電壓）的能力，減少直接切除電源開關等技術的應用；

3）提升安全穩(wěn)定控制技術的靈活性和響應速度，實現(xiàn)對沖擊性大擾動的穩(wěn)定控制，同時，注重擾動檢測方法等方面的可實施與可維護性。

3 提升新型電力系統(tǒng)三道防線適應性的技術手段

基于新型電力系統(tǒng)中電力電子設備大量應用，應利用電力電子的控制保護技術快速、靈活的特點，提升新型電力系統(tǒng)三道防線的適應性，保障新型電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

3.1 基于現(xiàn)有電力電子潛力挖掘的技術

提升三道防線適應性應優(yōu)先考慮充分挖掘、釋放現(xiàn)有電力電子技術的控制潛力，僅需對相關設備進行技術改進即可，工程量小，經濟性好。

（1）直流輸電系統(tǒng)功率快速控制技術

直流輸電功率快速控制技術應用于電力系統(tǒng)第三道防線，可起到取代常規(guī)切機、切負荷措施的作用，在應對特定直流閉鎖、失去大電源或者大負荷等大擾動，保障大電網(wǎng)的穩(wěn)定性方面發(fā)揮了巨大的作用。特別是對于直流輸電占比較大的電網(wǎng)（如云南電網(wǎng)），其作用更加明顯。

（2）光伏電站功率快速控制技術

利用光伏逆變器可快速控制特性實現(xiàn)整體快速功率控制，可將其應用于新型電力系統(tǒng)第二、三道防線，實現(xiàn)電網(wǎng)穩(wěn)定控制（速降功率）、快速調壓、一次調頻等。通過光伏電站功率快速控制，可解決常規(guī)切除新能源等穩(wěn)定控制技術造成的無功控制能力降低、恢復速度慢等問題。工程應用經驗表明，光伏電站整體功率控制響應時間小于100ms，部分特性上優(yōu)于常規(guī)水、火電機組。光伏電站功率快速控制技術同樣可推廣至風電、儲能等領域。

（3）大容量動態(tài)無功控制技術

以SVC、SVG、可控高抗等為代表的大容量動態(tài)無功設備，既可參與正常情況下電壓波動的調節(jié)，也可參與電網(wǎng)故障下的緊急電壓控制，可作為新型電力系統(tǒng)第二、三道防線的補充。南方電網(wǎng)富寧換流站SVG在暫態(tài)過程中能按照1.3倍過電流持續(xù)運行5s，支撐500kV交流系統(tǒng)出線電壓水平，降低HVDC換相失敗的概率。

3.2 應用于三道防線的新型電力電子技術

開展新的基于電力電子的控制技術研究和應用，滿足特定或綜合的控制需求。

（1）閥控型耗能電阻、可控避雷器技術

閥控型耗能電阻、可控避雷器技術的基本原理是通過電力電子開關，實現(xiàn)大功率電阻的快速控制，消耗系統(tǒng)暫態(tài)能量，既可用于解決諸如直流輸電換相失敗等沖擊性擾動造成的電網(wǎng)安全穩(wěn)定問題，有效提升跨區(qū)直流輸送能力，也可應用于解決常規(guī)永久性故障引發(fā)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題，起到替代常規(guī)切機控制的作用。

（2）靈活潮流控制技術

以統(tǒng)一潮流控制器、可控移相器為代表的靈活潮流控制技術，既可實現(xiàn)正常潮流的優(yōu)化調節(jié)，也可實現(xiàn)故障期間潮流的緊急控制，提升新型電力系統(tǒng)第二、三道防線適應性。

（3）基于柔性直流的新型環(huán)網(wǎng)控制技術

將柔性直流作為一個控制點嵌入到交流系統(tǒng)，采取針對性功率快速控制，可綜合解決短路電流超標、過載、電壓和頻率穩(wěn)定等問題。

4 總結

為適應安全穩(wěn)定特性變化后的新型電力系統(tǒng)控制保護要求，電力系統(tǒng)三道防線的相關技術亟需不斷創(chuàng)新。提升安全穩(wěn)定防御體系的適應性，保障新型電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，是一個宏大且復雜的綜合課題，解決這個問題并不能一蹴而就，需循序漸進地逐步研究、改進和完善。