2025年新能源基地-常规直流输电系统动态安全风险预警报告-山东大学（刘玉田）_控制_故障_连锁

一、背景与挑战

在“碳达峰、碳中和”战略目标推动下，我国大力建设沙漠、戈壁、荒漠地区的大规模新能源发电基地，并规划“三交九直”输送通道，以特高压直流输电将清洁电力远距离送往负荷中心，形成“大基地、大直流、弱支撑”的显著特征。

当前面临的挑战主要有两方面。一是交直流故障与新能源连锁脱网交织，形成复杂连锁故障演化模式。电力电子设备耐受能力弱、抗扰性差，故障后新能源易因暂态过电压、同步失稳等大范围脱网，还会进一步引发其他交直流故障，产生多时间尺度交互、多类型安全稳定问题交织的复杂情况。二是新能源切换控制下的暂态过电压问题导致直流输送能力严重受限。新能源基地发生短路或直流换相失败后，近区新能源发电控制模式切换存在时间延迟，会继续注入大量无功造成暂态过电压，使直流最大输送能力远低于额定功率，如青豫特高压直流和天中特高压直流的实际案例所示，且新能源出力与直流输送容量呈现“跷跷板”现象。

二、主要应对思路

（一）总体框架

通过安全风险评估获取关键指标，利用滚动预警辨识不安全场景和高危连锁故障，制定源网储直协同的预防控制方案，借助集群电磁暂态仿真平台在线校核控制决策，以化解和降低安全风险，提高直流输送限额。

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（二）技术路线

包括运行场景生成与缩减、预想事故筛选、安全风险评估和严重度分级4个环节，输出预警等级信息、不安全场景集和高危预想事故集。

（三）数据驱动思路

采用“数据驱动”方式，基于生成对抗网络和聚类算法进行源荷不确定性场景生成和缩减，构建特征表达集合，基于深度学习和集成学习评估动态安全风险，根据控制代价划分预警等级。

三、关键技术方法

（一）高风险连锁故障筛选

考虑送端交流故障引起的直流换相失败和风机低电压穿越控制特性，分析交互作用机理，构建含快速动态过程的连锁故障典型演化模式。提出基于频繁模式增长的连锁故障脆弱环节辨识方法，仅需两次遍历连锁故障集合即可构建频繁模式树并提取频繁模式，高效辨识关键脆弱环节。

（二）动态安全风险智能评估

通过电气坐标定量描述故障位置，建立传统系统和新能源基地的动态安全评估模型，将综合多属性动态安全约束的直流输送能力作为安全裕度和综合预警指标。针对扰动位置离散编码缺陷，基于电气距离构建电气坐标系，提出连续的扰动位置特征表达方法。在暂态稳定和暂态电压稳定评估方面，分别利用堆叠降噪自动编码器和卷积神经网络等建立模型，提高评估准确率。

（三）安全风险分级滚动预警

根据控制代价划分预警等级，构建多时间尺度滚动预警框架，利用新能源最新预测信息降低不确定性，提出机器学习模型的增量更新方法。分析控制措施控制代价差异性，提出基于控制代价的预警分级策略，考虑新能源预测精度特点，提出多时间尺度滚动预警方法。

（四）运行风险决策支持系统

开发大规模新能源发电基地运行风险决策支持系统，接入多类数据，基于数据驱动技术实现15分钟滚动在线风险评估，生成运行风险防控决策方案并在线校核，实现1分钟防控决策制定。

四、结论与展望

大规模新能源基地因缺乏常规电源支撑、新能源不确定性强和电力电子设备抗扰性弱，导致直流输送能力受限，形成复杂连锁故障演化新模式。利用滚动预警和协同预防控制方案是有效应对路径。未来需加强对新能源发电并网电力电子设备动态响应过程的机理认知，厘清不同设备控制时间尺度的相互耦合影响。

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发布于：广东省