大頻差擾動下頻率安全穩定分析及緊急控制關鍵技術與應用

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大頻差擾動下頻率安全穩定分析及緊急控制關鍵技術與應用江蘇一次能源匱乏，高度依賴區外直流來電和本地風電、光伏等新能源。但是，區外來電遠距離、大功率輸送沿途工況複雜、易受擾中斷，新能源的隨機性、間歇性，大幅增加了電力供需平衡難度，電網頻率安全風險巨大。「十四五」期間，江蘇電網的直流饋入和新能源裝機均將超過4000萬千瓦，較目前增長60%，非同步機電源占負荷比例接近70%，對燃煤同步電源的置換效應持續加強，電網頻率抗擾和調節能力大幅下降，頻率安全成為制約江蘇電網運行的瓶頸問題。

目錄

項目簡介

近年來，英國、巴西、澳洲等電網相繼發生了由偶發故障引發的新能源無序脫網或直流大功率損失導致的大頻差擾動事件，並最終演化為大停電事故，造成了巨大的經濟損失。 大頻差下電網大停電防禦技術面臨「仿得准、控得精、防得住」的世界性難題。

一是大頻差擾動下頻率特性呈現強非線性、強時變性，多時間尺度影響因素多，頻率動態特徵精準識別難度大；

二是慣量降低使得電網對不平衡功率的承受能力大幅降低，新能源強不確定性使得傳統基於保守原則制定的控制策略難以適應，高低頻連鎖風險突出，對頻率緊急控制的精準性和時效性提出挑戰；

三是為滿足大容量直流閉鎖、大規模新能源脫網等故障後的緊急控制需求，必須建設跨越上千公里、涵蓋多元異構海量資源的頻率緊急控制系統，在系統可靠性、兼容性等方面面臨巨大挑戰。 在國家重點項目支持下，項目團隊攻克了電網頻率精準辨識、多元協調控制難題，研發了跨大區頻率緊急控制系統，取得創新成果如下：

創新成果

1、建立了大頻差擾動下多時間尺度的頻率安全穩定分析評估體系，揭示了中長時間尺度因素影響暫態頻率特性機理，發明了基於機理與數據融合驅動的多時間尺度自動變步長混合仿真技術，解決了強不確定性下頻率暫態極值及變化率精準辨識難題。

2、發明了直流動態多時序協調緊急控制技術，發掘了異步強耦合電網多穩定形態混雜動態行為的耦合關聯性，攻克了跨區直流控制能力與控制時序的實時動態辨識及決策難題，實現了跨大區直流資源安全、高效、協調利用，避免直流控制不當引起的事故擴大風險。

3、首創了融合事件驅動和響應驅動的多資源多目標頻率分級控制方法，實現了綜合考慮頻率偏差、變化速率、時空分布的離散和連續控制協調，突破了頻率快速變化下的平滑控制難題，實現了多主體多目標集中與分布式協同控制，有效防止高低頻連鎖故障引發大停電事故。

4、研發了高可靠性穩控系統標準模塊化集成技術，攻克了穩控系統功能複雜度與執行效率的協調難題，國際上首次研製跨大區電網頻率緊急協調控制系統，具備1ms內完成多任務匹配、控制命令分發能力，實現了廣域千萬千瓦級多元可靠控制。 項目共授權發明專利21項，發表論文27篇。由中國工程院羅安院士等組成的專家委員會一致認為本項目成果達到國際領先水平。 近兩年累計新增銷售額4.51億元，新增利潤1.58億元。

項目成果已在江蘇、華東等網省公司推廣應用，形成了國家電網頻率分析標準化模型，研製的頻率協控系統自投運以來，均正確可靠動作，避免了大停電事故的發生，累計提升跨區特高壓直流輸電能力超過2220萬千瓦。項目成果還應用於巴基斯坦默蒂亞里-拉合爾直流配套穩定控制系統建設，支撐了國家「一帶一路」戰略的實施，在大電網頻率安全防禦領域起到了引領和示範作用。