厦门柔性直流输电工程功率突变现象及优化策略，编撰者为常浩，陈东，吴延坤，马玉龙。具体内容如下：
研究背景
到目前为止，全世界已经投运和在建的柔性直流输电工程已超过30个，其工程容量已从最初的3MW发展到1000MW以上。在柔性直流输电这一新兴技术领域，中国处于与世界同一发展水平。2006年5月国家电网公司启动了《柔性直流输电系统关键技术研究框架》。2011年7月投产运行18MW/±30kV上海南汇风电场柔性直流输电示范工程，2013年12月，南方电网建设的三端柔直输电工程——南澳工程投入商业运行，2014年7月世界上端数最多的舟山五端柔直工程在浙江舟山群岛投入运行。2015年12月，国家电网公司建设的世界上第一条真双极柔性直流输电工程——厦门±320kV柔性直流输电工程正式投入运行，输送容量为1000MW，这也代表了当今世界上柔性直流输电领域的最高技术水平。目前，国家电网公司正处于设计、建设阶段的渝鄂联网工程是大型电网异步互联应用的柔性直流输电工程，输电电压达到±420kV，采用柔直换流阀背靠背联接，没有直流线路，分南北两个通道，每个通道包括两个换流单元，总输送容量达到5000MW。工程建成后，实现西南电网与华中东四省电网的异步互联。
本文以厦门±320kV真双极柔性直流输电科技示范工程（以下简称厦门工程）控制保护系统联调试验为背景，针对试验过程中系统无功功率突变的现象进行研究，首次发现并证明了柔直控制系统异步运行将导致工程传输功率周期性突变的问题，提出了柔直异步控制系统同步化的策略，并将其用于工程实践。
主要内容
1、控制保护联调试验
在以往直流工程建设过程中，换流站设备在现场安装后，必须经过大量的现场调试来验证整个直流系统是否满足设计要求。直流输电工程的现场调试是工程投运前的最后环节，通过分系统、站系统及系统调试验证设备安装、信号接线以及系统功能设计的正确性，为工程投运做好准备的目的。最初，现场调试要花费大量的时间、人力和物力，拖延了工程的建设周期，是一项压力大、难度高的工作。为了缩短现场调试周期，简化试验项目，国家电网公司提出利用实时仿真实验室对直流控制保护设备进行系统联调试验，全面检验二次系统的功能和性能要求。由于试验设备先进，方便对试验过程、数据进行记录和分析，且可以对现场无法进行的故障试验进行仿真研究，联调试验很快就成为工程建设不可或缺的中间环节，在直流工程建设中发挥了愈加重要的作用。
厦门工程控制保护联调试验的结构如图所示。
2、功率突变现象研究
搭建好完整的厦门工程控制保护系统，试验人员通过监测控制和数据采集系统下发充电解锁命令，换流站解锁后，极1无功存在10~15MVA的无功震荡，周期约为3s，极2无功存在着幅值近似的无功震荡，周期约为2s。且极1、2各自无功震荡的周期恒定。
无功功率周期性突变波形
由于PCP和VBC之间通讯复杂，调制波电平多（本工程单桥臂有效子模块数为200个），进而导致难以对通讯信号进行直接分析。设计引入透传波的试验方案进行探究：PCP、VBC、RTDS加入1个透传通道，PCP除闭环控制下发调制波外，还可以透传给VBC一路附加信号，VBC不做任何处理，将该透传信号发给RTDS。PCP设置透传波形为一个三角波，共5个电平（0—4），每个电平100μs，同时PCP闭环控制发送调制波。
由于PCP运算步长为100μs，VBC运算步长为125μs，因此每500μs内，PCP经历了5个运算周期，而VBC只有4个运算周期，即有1个PCP周期的数据被VBC丢弃。反映到透传波形上，即每个周期内，透传波形丢失1个电平。
透传波形只有0、1、2、3共4个电平，4电平在PCP和VBC通讯的过程中丢失，若PCP和VBC步长保持恒定，则透传波形应恒定丢失4电平。解锁换流阀，同时记录系统无功功率和透传波形，如下图所示，其中上波形为无功功率，下波形为透传波。
系统无功功率和透传波形比对
延伸阅读：柔性直流输电系统控制研究综述
透传波形丢失电平不恒定，周期性迁移，同时无功功率震荡的周期和透传波丢失电平的变化周期相相符。
由于PCP和VBC异步运行，未同步化处理，步长的误差持续累积，经过一定数量周期，PCP和VBC的误差时间累积达到1个PCP的步长后，VBC丢掉的数据发生改变，迁移到下一个周期。调制波发生突变，导致系统电气量发生突变。
对发现的异步运行造成的调制波突变现象进行离线仿真分析，2个控制系统的运算周期存在微小的差异，差异随着运行时间被累积，当时间差异累积到1个PCP步长时，VBC将接收到同一个调制波电平2次，PCP新1个周期的调制波电平被VBC延迟1个周期接收。这个过程可以等效为调制波电平的1个突变，如图所示。
调制波相位变化的过程
对于50Hz的交流系统，100μs的周期延迟相当于调制波发生了1个1.8°的相位突变，这将导致直流系统受控的有功功率和无功功率发生变化。
在EMTDC中搭建两端交流系统，设置双端交流系统之间的线路阻抗特性为不同的组合关系。下显示了在4种不同系统阻抗特性下，调制波的相位偏移对系统功率的影响情况。
不同阻抗特性下相位偏移对系统功率的影响
解决措施
基于以上分析，无功功率突变的根本原因是PCP和VBC运算步长不同步，导致VBC收到的调制波存在相位突变，因此，解决问题的关键在于消除调制波的相位突变。
目前每500μs内，PCP经历5个运算步长，VBC经历4个运算步长，因此可以每隔500μs，VBC的运算周期由PCP最新周期触发，即PCP和VBC每5个周期做一次同步。晶振只在500μs内存在，不会长时间累积超过1个运算步长，从而也消除了调制波相位突变的现象。更新VBC的同步程序后，解锁换流阀，无功功率突变的现象消失
研究结论
柔性直流输电技术的直流控制系统和阀控需要制订相应的同步策略，避免直流控制系统和阀控的运算步长之间的晶振现象产生累积，进而导致调制波产生突变，引起功率突变；在在PCP和VBC步长不等的系统中，可以采用多周期同步策略来抑制由于晶振现象产生的系统功率突变现象。
延伸阅读：柔性直流输电系统控制研究综述
原标题：学术研究 | 国网北京经济技术研究院 常浩：柔性直流输电工程控制保护系统异步运行的危害
