西南电网水电装机占比高，在丰水期小负荷、直流大容量外送的工况下，网内水电开机比例较大，水轮机组负阻尼特性进一步凸显，系统扰动后极易诱发超低频振荡。
3利用直流调制阻尼超低频振荡
3.1附加频率控制器设计
1）模型选择。直流工程配置附加频率控制器后，其对于送端电网将由刚性负荷转变为频率可控的柔性负荷，进而改善系统调速器的稳定水平[20]。
考虑到复奉、锦苏、宾金3大直流送端换流站电气距离较近，若采用多个积分环节实现相同控制功能，存在控制器相互影响导致振荡的风险；同时，考虑到附加频率控制器动作时间一般为秒级，属于系统一次调频范畴，控制器控制原则宜与交流系统一次调频技术要求相协调。因此，选择基于一阶惯性环节的模型开展控制器
设计。
2）参数整定。控制器的输出特性主要由死区ε、功率调制范围Dmax和比例增益系数K等参数确定。为阻尼西南电网的超低频振荡，控制器参数整定如下。①死区ε。根据负荷预测，2018年西南电网最大负荷将超过60000MW，属于大型系统，网内频率控制原则不宜被影响；考虑到基于一阶惯性环节的附加频率控制器在功能定位上与系统一次调频一致，因此控制器死区ε不宜小于网内机组一次调频死区，即ε≥0.05Hz。
②比例增益系数K。在阻尼超低频振荡时，比例增益系数K与死区ε具有较强的正相关性，即ε取值越小，K取值也可相应减小；反之亦然。图5为ε取0.05Hz、K分别取0.2PN、0.3PN和0.4PN时控制器对阻尼超低频振荡的校核结果。从校核结果看，为有效阻尼超低频振荡，单回直流控制器的比例增益系数K不宜小于0.4PN。
③功率调制范围Dmax。表2给出了3大直流外联线路在额定功率运行工况下，不同功率调制量ΔP引起的整流侧、逆变侧直流电压波动ΔUrec、ΔUinv以及无功功率交换变化量ΔQrec、ΔQinv。
1）换流母线电压波动ΔU。直流功率调制不超过±0.05PN时，换流母线电压变化量|ΔU|最大达到1.20%<1.25%，不会引起换流变分接头动作；若功率调制达到±0.10PN，三大直流的整流站以及锦苏、宾金直流的逆变站换流母线|ΔU|>1.25%，将引起分接开关动作。2）无功功率交换变化量ΔQ。直流功率调制不超过±0.05PN时，锦苏直流整流站|ΔQ|达到343Mvar、超过无功功率控制死区，需要通过延长滤波器投切控制的延时时间或提高控制器阻尼超低频振荡的效果等方式，避免滤波器投切；其余整流站、逆变站|ΔQ|均不超无功功率控制死区，不会引起交流滤波器动作。若直流功率调制达到±0.10PN时，3大直流整流站、逆变站|ΔQ|均超过无功控制死区限制，将引起交流滤波器动作。3）直流过负荷能力。西南电网超低频振荡主要出现在水电大发阶段、且振荡周期一般在13s以上，因此直流功率调制不应考虑2s级过负荷能力，而应该采用2h级过负荷能力：即复奉直流功率调制范围±0.10PN，锦苏、宾金直流功率调制范围±0.05PN。
综合考虑上述因素，单回直流调制的功率调制范围Dmax不宜超过0.05PN。
3.2仿真分析
1）正常方式校核。以2018年西南电网丰水期小负荷方式为例进行仿真校核，计算中复奉、锦苏和宾金3大直流输送功率分别为5800MW、5600MW和5600MW。各直流附加频率控制器参数均按ε=0.05Hz、K=0.5PN、Dmax=0.05PN设计。图6、7分别给出了洪沟—板桥线路N–1、二滩电厂跳机2×550MW的校核结果，由图可知，本文设计的控制器是有效的。
2）敏感性校核。针对西南直流调制有效性进行校核，校核结果表明：若仅有宾金、锦苏2回直流参与调制，二滩电厂跳机2×550MW后，无法对超低频振荡进行有效抑制；若要保障跳机后西南电网稳定运行，在本文设计的控制参数条件下，需要3大直流同时参与系统调制。图8给出了仅宾金、锦苏2回直流投入调制功能的控制效果。
3.3见证试验及工程实践
2017年初，为配合酒泉—湖南特高压直流跨越施工，计划安排重庆—湖北多回500kV线路停运检修，其中包括500kV盘龙双线停运(2月15日—22日)、500kV渔兴、渔宜四线停运(2月23日—3月2日)。线路检修期间，西南电网与华中电网仅通过1个通道、2回同杆并架500kV线路相连，若该联络通道由于故障停运，西南电网将与华中电网解列。为避免西南电网独立运行时出现超低频振荡，3大直流均按本文提出的原则进行了附加频率控制器设计和参数整定，见证试验校核了控制器响应特性，并在施工期间将频率控制器投入了实际运行。图9为复奉直流在双极运行——双极功率控制模式下，交流系统发生频率阶跃–0.145Hz、持续时间1s的扰动，现场见证试验结果图。
4结论
大型水电基地交流系统独立运行时，受水锤效应影响，系统稳定水平较差。直流附加频率控制器为直流增加了可控的负荷频率特性，从而改善了水电系统的稳定特性。本文以渝鄂背靠背投产后的西南电网为例，研究了阻尼超低频振荡的直流附加频率控制器设计原则及方法，得到以下主要结论：
1）梳理了基于一阶惯性环节、比例积分环节2类频率控制器特点，提出了直流附加频率控制器的模型及参数的设计原则。
2）提出了计及工程运行条件的直流附加频率控制器设计原则，并通过仿真校核验证了该设计原则的可行性。
3）本文提出的原则已在西南3大直流附加频率控制器设计中得到了应用，设计的控制器通过了现场见证试验并投入了工程应用。
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