项目SEQa\#001：《机电暂态分析用柔性直流改进建模研究》项目申报说明
一、技术需求分析
柔性直流输电是一种仍在发展中的电力技术，其各方面特性需要在工程实践中逐步暴露，人们对柔直的理解也随着工程推进而逐步深入。在我国柔性直流工程建设运营中，出现越来越多柔性直流和交流电网的特殊运行方式，柔性直流系统展现出与正常强系统显著不同的性状，包括交流网和柔性直流之间发生振荡，柔性直流对端口电气量控制能力减弱等。这些特殊运行工况在前期建模研究中或者没有覆盖到，或者虽有涉猎但并未深入。工程技术人员分析这些特殊性状也缺乏有力的工具。但柔直工程建设和运行的安全要求一刻不能松懈，机电暂态分析是电网安全稳定分析的重要内容。因此，改进柔性直流输电系统机电暂态分析模型，为揭示特殊运行方式下的柔性直流输电系统的性状提供可靠的安全稳定分析工具是一个非常紧迫的任务。
本项目研究的工况并不是柔性直流相关的极端案例，而是柔性直流运行中需要考虑的问题，或者极可能出现的运行方式。由于柔性直流在控制方面的灵活性，不需要像电流源型直流那样配置较强的电网条件以保证换相正常进行，可能有不少故障使柔性直流从强系统变成弱系统运行。例如某些线路N-2故障，柔性直流换流站可能与主网隔离，在其附近形成极弱电网。这个弱电网阻尼低，柔直控制系统与交流网之间可能产生振荡。从仿真和特征值分析两方面掌握柔直在弱系统条件下的特性，有助于制定柔直控制方案和调度运行策略。因此，本项目研究对象和研究成果有坚实的应用基础，并为将来新的柔性直流工程建设或研究准备更可靠的分析工具。
二、技术现状分析及需要开展的研究工作
由于国网公司拥有全世界电压等级最高，传输容量最大的柔性直流系统，我国在柔性直流的建模分析方面领先全球。但是，特殊运行方式下的模型还有进一步提升的空间和需求。
柔性直流系统机电暂态仿真方面，国内外学者在2010年前后奠定了柔直机电暂态模型的基础，即柔直换流阀为平均值模型，交流侧等值为时变电压源串联阻抗，直流侧等值为时变电流源并联集中电容。中国电科院随后基于多速率仿真和改进离散牛顿法将机电暂态模型推进到用于大规模电网稳定分析。柔直控制系统的主体部分均在该模型中有所体现，包括基本控制、故障穿越、手动操作、保护等，能满足大多数情况下柔性直流和交流电网混联系统的安全稳定分析需要。但是当交流侧为极弱系统、无源孤岛或新能源孤岛等低惯量电网时，现有机电暂态模型的仿真精度还有待提高。需要做的研究工作包括分析柔性直流系统在这些特殊运行方式下呈现出的运行和控制的特征，提出柔性直流模型的修改措施以反映这些特征，仿真验证所提措施的有效性。
柔性直流小干扰计算模型建立在对柔性直流系统简化处理的基础上，保留柔直不同的部分，提炼出不同的表达式进行线性化分析，将获得不同的分析效果。目前实用的方法是保留控制系统的外环和稳态形式的一次系统，以匹配交流网络中低频振荡的变化速度并计及柔直系统控制和拓扑的约束，但是在柔性直流和交流系统低频振荡相互影响方面缺乏深入研究，特别是具有多输入多输出的柔性直流电网与交流电网间动态交互机理仍不明确。柔性直流电网非全接线运行可能降低柔直系统自身阻尼，增加交流电网低频振荡的风险；交流电网发生低频振荡，柔直系统可能起到助增或抑制低频振荡的作用。因此研究的重点包括理清柔性直流系统和交流电网在低频振荡层面上的相互影响，提出对应的柔性直流系统小干扰稳定建模方法，验证所提方法的有效性。
三、研究内容说明
总体技术目标：通过研究柔性直流输电系统在低惯量、弱阻尼等条件下的控制策略、运行特征以及这些特性对柔性直流安全稳定建模的影响，提出并实现对柔性直流输电系统安全稳定分析用模型的改进，提高对特殊运行条件下柔性直流输电系统的分析能力。
研究内容设置方案：以电网安全稳定分析最常用的二类方法：机电暂态、小干扰稳定为研究对象，分析特殊运行方式对这些计算模型的挑战，分别设立项目课题，各自解决本领域的问题，实现建立特殊运行方式下柔性直流输电系统安全稳定分析用模型的总体目标。
研究内容设置理由：机电暂态仿真用于分析电网在大扰动后的暂态性能，小干扰稳定分析能指出电网发生低频振荡可能性及对应的特征。这二者构成电网安全稳定分析的基石，也是本项目分列两个课题的依据。
综上，项目拟解决的技术问题是：建立能较准确模拟柔性直流输电系统在弱交流电网、无源孤岛、新能源孤岛等低惯量电网中运行特性的机电暂态仿真模型；建立能体现直流电网弱阻尼对交流系统的影响，以及体现柔直系统对交流电网低频振荡响应的小干扰稳定分析模型。
本项目两个课题从功能看是并列关系，各自解决一类安全稳定问题。从研究对象看，紧密联系在一起，弱系统条件是共同关注的主要运行方式，各课题解决的重要问题是同一个弱系统条件在不同安全稳定分析领域的投射。从研究方法看，二个课题均遵循稳定分