0 引言

高压直流输电系统因输电容量大、损耗低、控制灵活等优势，成为跨区域大容量电能传输的核心技术，其运行稳定性直接决定电力系统安全与能源供应可靠性。系统运行中易受换相失败、负荷突变、交流侧扰动等因素影响，引发电压波动、功率振荡甚至系统失稳，给电网安全带来严峻挑战，因此开展稳定性分析与控制策略优化具有关键工程意义。本文围绕高压直流输电系统的稳定性与控制展开研究，在梳理系统核心拓扑及运行特性的基础上，聚焦典型扰动下的稳定性动态响应机制，通过优化控制策略提升系统抗扰能力与运行稳定性，旨在为高压直流输电系统的安全高效运行提供理论支撑与技术指引。

1 高压直流输电系统稳定性分析的理论与方法

1.1 高压直流输电系统的核心拓扑结构与运行特性

高压直流输电系统的核心拓扑结构主要包含换流站（整流侧、逆变侧）、直流输电线路、滤波装置及控制系统四大模块。整流侧通过晶闸管换流器将交流电能转换为直流，经直流线路传输至逆变侧后，再逆变为交流注入受端电网，滤波装置用于抑制换流产生的谐波，控制系统则实现对功率、电压等参数的实时调节。其运行特性呈现显著的强非线性与多变量耦合性，换流器作为核心变流部件，其晶闸管的导通时序、关断逻辑及换相过程，直接改变系统的功率流向与潮流分布状态；直流输电线路的电阻、电感及分布电容参数，不仅决定电能传输过程中的有功损耗与电压降落，还会影响暂态过程中的能量交换效率；而整流侧的功率输出与逆变侧的功率接收需实时匹配，二者间的动态功率平衡更是系统避免电压崩溃、功率振荡，实现长期稳定运行的根本前提，这些拓扑结构要素与运行特性参数相互关联、共同作用，共同构成了高压直流输电系统稳定性分析的核心研究对象。

1.2 系统稳定性关键指标的量化分析方法

高压直流输电系统稳定性关键指标涵盖直流电压波动幅度、传输功率振荡频率、换流器换相失败概率及扰动后动态响应时间等，需结合各指标特性，采用差异化的专业方法实现精准量化分析。对于电压波动，采用时域仿真法捕捉换流阀触发角变化引发的直流电压暂态过程，计算电压最大偏差与恢复时间；功率振荡分析通过频域分析法，对系统阻抗特性进行建模，提取振荡频率、阻尼比等量化参数；换相失败概率则结合换相电压、触发角等参数，建立概率统计模型，量化不同扰动下的失败风险；动态响应时间通过阶跃响应试验，记录系统从扰动发生到恢复稳定的时间区间，为稳定性评估提供精准数据支撑^[1]。

1.3 典型扰动下系统稳定性的动态响应机制

典型扰动下高压直流输电系统稳定性的动态响应机制需结合扰动类型展开分析。当发生负荷突变时，系统功率平衡被打破，整流侧电流指令与逆变侧功率需求出现偏差，引发直流电压波动，若调节不及时易导致功率振荡；换相失败扰动多由交流侧电压跌落引发，换流阀换相重叠角增大，导致直流电流畸变、功率传输中断，系统需通过快速调整触发角恢复换相能力；交流侧短路扰动则会使换流母线电压骤降，触发换流阀保护动作，系统进入暂态过程，表现为直流功率骤降、阀侧电流激增，其动态响应过程直接反映系统抗扰能力与稳定性水平。

2 高压直流输电系统控制策略的设计与优化

2.1 传统控制策略的原理与局限性

高压直流输电系统的传统控制策略以保障基本运行稳定为核心，定电流控制通过实时调节换流器触发角，维持直流侧电流在设定范围，避免过流损坏设备；定电压控制则以直流母线电压为控制目标，通过调整功率输出平衡系统供需，确保电压稳定。定功率控制通过闭环调节实现输送功率的精准跟踪，满足电网调度需求。

但传统策略存在显著局限性，其控制参数多为固定值，难以适配复杂多变的运行工况，当系统遭遇负荷突变或交流侧扰动时，易出现响应滞后，导致电压或功率波动超标；且各类单一控制策略间缺乏协同，定电流与定电压控制切换时易产生控制冲突，无法兼顾多目标优化，在高比例新能源接入场景下，稳定性与适应性不足的问题更为突出^[2]。

2.2 基于动态响应优化的控制策略改进

基于动态响应优化的控制策略改进，以提升系统抗扰能力与响应速度为目标。自适应控制策略通过实时采集系统运行参数（如电压、电流、功率），构建工况识别模型，自动调整控制参数，当系统出现换相失败前兆或负荷波动时，能快速适配工况变化，避免控制参数失配导致的响应滞后。

预测控制策略则通过建立系统动态数学模型，提前预测未来短时间内的运行状态与扰动趋势，结合滚动优化算法生成最优控制指令，在扰动发生前提前调整控制量，有效抑制电压波动与功率振荡。此外，通过引入模糊控制、神经网络等智能算法，增强控制策略对非线性、时变特性的适应能力，显著提升系统在复杂扰动下的动态响应性能与稳定性。

2.3 多目标协同控制的实现路径

高压直流输电系统多目标协同控制以平衡稳定性、经济性、可靠性为核心，其实现路径需从目标协同、策略融合、机制保障三方面展开。目标协同层面，构建多目标优化函数，将电压稳定裕度、功率传输效率、设备损耗等指标量化加权，明确不同工况下的目标优先级，避免单一目标优化导致的整体性能下降^[3]。

策略融合层面，整合自适应控制的动态适配性与预测控制的前瞻性，通过分层控制架构，底层实现快速抗扰，上层统筹多目标优化，同时引入协调控制模块，解决定电流、定电压等子策略间的控制冲突。机制保障层面，建立实时监测与反馈机制，动态修正控制权重，确保在新能源波动、电网拓扑变化等场景下，系统能稳定运行且兼顾经济与可靠性需求。

3 结语

本文围绕高压直流输电系统的稳定性分析与控制策略优化展开研究，系统梳理了系统核心拓扑与运行特性，明确了稳定性关键指标的量化分析方法，揭示了典型扰动下的动态响应机制；同时剖析了传统控制策略的局限，提出基于动态响应优化的改进方案及多目标协同控制实现路径，为提升系统稳定性提供了完整技术框架。随着电力系统向高比例新能源、复杂网络拓扑发展，未来需进一步深化非线性扰动下的稳定性机理研究，推动智能算法与控制策略的深度融合。本研究成果可助力优化高压直流输电系统运行控制，提升其抗扰能力与综合性能，为跨区域电力安全高效传输提供技术支撑，保障整体电网的稳定与可靠。

参考文献

[1]李兴源,赵睿,刘天琪,等.传统高压直流输电系统稳定性分析和控制综述[J].电工技术学报, 2013, 28(10):13.

[2]马玉龙.高压直流输电系统的稳定性分析[D].华北电力大学（北京）,2006.

[3]杨秀,郎鹏越,靳希.高压直流输电系统功率／电压静态稳定性的建模与分析[C]//中国高等学校电力系统及其自动化专业学术年会.2006:16-19.