LCC-HVDC系統在逆變側連接配接弱交流系統時可能出現小幹擾失穩以及動态性能惡化的問題，需要同時關注系統的穩定性和動态性能。而現有的控制參數優化方法所用的目标函數往往僅描述系統的穩定性或動态性能，而不能同時兼顧。針對這一問題，本文利用能夠同時衡量系統穩定性和動态性能的能量衰減名額作為目标函數對LCC-HVDC系統關鍵控制參數進行優化。通過不同功率運作點下的測試，證明經過參數優化的 LCC-HVDC在弱交流系統下的穩定性和動态性能有明顯提升，證明了優化方法的有效性。
研究背景
LCC-HVDC系統在“西電東送”戰略中起到重要作用，随着LCC-HVDC系統的電壓等級和輸送容量的不斷提高，交流系統的強度相對下降。已有文獻研究表明LCC-HVDC系統逆變側連接配接弱交流系統會存在換相失敗、小幹擾失穩、送端系統暫态過電壓等問題，這些問題與控制系統息息相關。
控制系統的參數對LCC-HVDC系統穩定性和動态性能具有較大的影響，選擇合适的控制參數對于系統的安全穩定運作十分重要。是以有必要研究LCC-HVDC的控制參數優化方法，提高系統在弱交流電網下的穩定性和動态性能。
論文所解決的問題及意義
現有針對HVDC系統的控制參數優化方法采用的目标函數一類是通過系統的特征值構造得到，能夠描述系統的穩定性但隻能反映系統中某些模态的振蕩特性不能描述高階系統整體的動态性能。而反映系統動态性能的名額如誤差時間積分（ITAE）名額不能展現系統的穩定性。現有優化方法的目标函數隻能描述穩定性或者動态性能，無法兼顧。
論文主要研究内容
1.LCC-HVDC系統關鍵控制參數辨識
建立LCC-HVDC的小信号模型，通過根軌迹法尋找系統的主導模态，通過主導模态對控制參數的靈敏度确定關鍵控制參數作為待優化的參數。
圖1 主導模态與關鍵控制參數的識别
2.基于能量衰減名額的待優化參數可行域計算方法
能量衰減名額代表系統能量（即系統李雅普諾夫函數）在狀态空間中的最小衰減速率，通過提高能量衰減名額能夠讓系統在受到擾動後更快恢複到平衡點，既能提高系統的動态性能也能提高穩定性。選取令能量衰減名額取較大值的控制參數範圍作為優化可行域，優化可行域内的點能夠滿足系統對穩定性和動态性能的基本要求。用此方法能夠得到可視化的參數可行域，具有直覺、準确的優勢。
圖2 待優化參數的可行域
3.基于能量衰減名額的控制參數優化方法
以能量衰減函數的最大值作為尋優目标，在可行域内尋找最優控制參數。優化方法的流程如圖3所示。利用蒙特卡洛法以均勻分布的方式生成随機數組合作為待優化參數的樣本，判斷生成的随機數組合是否在可行域内，若随機數組合在可行域内，将随機數組合作為待優化控制參數的數值，計算此控制參數組合下系統的能量衰減名額值；如果随機數組合不在可行域内，重新生成随機數組合。不斷疊代，直到在可行域内的随機數組合數量達到設定值（這裡取10000）。在此過程中記錄在可行域内令能量衰減名額取最大值的随機數組合作為優化後的控制參數。
圖3 控制參數優化的流程
最後，在不同功率運作點下通過根軌迹、階躍響應對比，證明在優化後的控制參數下系統的穩定性和動态性能都有顯著提升。
圖4 不同運作點下優化效果驗證
結論
本文利用能量衰減名額和蒙特卡洛算法優化了對系統穩定性影響較大的關鍵控制參數，并在不同功率運作點下驗證本文所提的優化方法可以同時提高弱交流系統下LCC-HVDC系統的穩定性和動态性能。
團隊介紹
直流輸電團隊共有教授3人，副教授2人，講師1人，其中博士生導師3人。團隊在讀碩士63人，博士13人。近5年畢業碩士50人、博士10人（44%學生獲得國家獎學金），畢業後主要就職于國家電網和南方電網、科研院所、高校和外資企業等機關。
直流輸電團隊由趙成勇教授負責，長期專注直流輸電方面研究，主持承擔國家863計劃課題、國家重點研發計劃課題、國家自然基金項目等縱向項目12項，國家電網公司和南方電網公司科研項目40餘項。出版直流輸電專著5部，發表論文460餘篇，SCI檢索80餘篇、EI檢索260餘篇，其中4篇IEEE Transaction論文入選SCOPUS前1%高被引，1篇論文入選2016年度“中國百篇最具影響國内學術論文”；授權發明專利45項，申請發明專利82項。獲2011年度國家能源科技進步獎二等獎、2016年度中國電力創新獎一等獎、2020年教育部技術發明二等獎、2020年中國電工技術學會科技進步一等獎、2020年度福建省科技進步二等獎，2022年度貴州省技術發明一等獎等獎勵。
依托新能源電力系統國家重點實驗室（華北電力大學），開發了四端直流電網實體平台、混合直流輸電動模試驗平台、實時仿真平台等，在直流電網的故障清除、混合直流輸電的控制保護、電力電子裝備的實時仿真技術等方面取得了多項原創性成果。
主要作者介紹
郭春義，華北電力大學教授，博士生導師。IEEE進階會員；CIGRE B4.64和CIGRE B4.79工作組成員；2015年-2016年加拿大多倫多大學博士後。兼任中國電源學會電力電子化電力系統及裝備專業委員會副主任委員，第一屆CIGRE SC B4（直流系統和電力電子）中國專委會委員，IEEE PES直流電力系統技術委員會（中國）直流輸配電系統仿真技術分委會副主席，CSEE Journal of Power and Energy Systems青年學科編輯，《高電壓技術》編委會青年委員。
從事直流輸電系統的穩定與控制的研究工作，先後主持國家自然科學基金3項、教育部博士點基金項目1項以及20餘項企業項目。在科學出版社出版《直流輸電系統的小信号穩定性》和《混合直流輸電》2部專著，發表SCI論文45篇，EI期刊論文100餘篇，授權發明專利30項。
本文編自2023年第7期《電工技術學報》，論文标題為“提高LCC-HVDC在弱交流系統下的穩定性和動态性能的控制參數優化方法”。