《中国电机工程学报》于2025年8月15日网络首发了由董晨杰（华北电力大学新能源电力系统全国重点实验室）、李明（国网经济技术研究院有限公司）、赵西贝（华北电力大学）、赵成勇（华北电力大学）和马秀达（南京南瑞继保电气有限公司）共同完成的研究论文《电网频率-直流电压反向映射的柔直系统受端主动支撑控制策略》。该研究聚焦柔性直流输电（Voltage Source Converter based High Voltage DC, VSC-HVdc）领域，针对新能源经柔直送出系统无法为电网提供频率支撑的难题，提出了一种创新性控制策略。
在”双碳”目标推动下，我国西部新能源基地通过VSC-HVdc并网已成为重要发展趋势。然而，柔直系统的隔离特性导致新能源机组无法感知受端电网频率变化，造成系统惯性降低。现有研究多采用降低直流电压传递频率信息的方法，但会导致绝缘栅双极型晶体管（IGBT）桥臂电流快速上升，限制功率传输能力。本研究旨在突破这一技术瓶颈，通过建立电网频率与直流电压的反向映射机制，提升系统频率支撑能力。
研究分为理论推导、控制策略设计、仿真验证三个阶段：
1. 理论建模阶段
- 建立了考虑子模块投入数量可变的MMC（模块化多电平换流器）动态特性方程（式2），证明通过增加子模块投入数量可在维持子模块电容电压不变的情况下抬升直流电压
- 推导了桥臂电压谐波分量与直流升压幅度的数学关系（式10-12），量化分析了谐波对桥臂电流有效值的影响（式13）
- 提出子模块电容电压波动率约束条件（式22），为控制参数选择提供理论依据
2. 控制策略开发
*受端换流站控制*：
- 设计双模式切换控制架构（图2）：模式Ⅰ为常规定直流电压控制；模式Ⅱ采用子模块能量定额控制与桥臂电压限幅控制（式7-8）
- 开发直流电压-频率反向映射算法（式7），频率下降时按比例抬升直流电压参考值
- 创新性引入桥臂电压最小限幅环节（式8），确保升压过程中子模块充足投入
*送端换流站控制*：
- 构网型控制中嵌入子模块能量外环（式24）和直流电流内环（式25）控制（图6）
- 设计变频控制环节（式26），通过直流电压偏差量动态调整送端频率
*光伏机组控制*：
- 在跟网型控制框架中加入下垂控制与虚拟惯量控制（式29）
- 建立光伏阵列PV曲线模型（图8），通过调节直流电压参考值实现功率快速响应（式33）
3. 仿真验证
基于PSCAD/EMTDC搭建光伏孤岛经±800kV柔直送出模型（表2），设置三种对比方案：
- 方案①：传统正向映射控制
- 方案②：仅投入反向映射环节
- 方案③：完整主动支撑控制策略
测试工况包括：
- 受端电网600MW负荷突增（图10）
- 不同控制参数（ka=100-350，kb=-0.05~-0.15）下的系统响应（图14）
- 桥臂电流有效值与传输功率关系对比（图5,16）
本研究提出的主动支撑控制策略具有三重创新：
1. 机制创新：首次实现电网频率-直流电压反向映射，突破传统正向映射导致的功率传输瓶颈
2. 方法创新：通过子模块能量定额控制与桥臂电压限幅的协同作用，实现不依赖交直流功率不平衡的直流升压
3. 工程价值：在不改造硬件条件下，提升现有柔直工程5%以上的传输容量，为高比例新能源电力系统频率稳定提供新解决方案
该研究为《中国电机工程学报》重点推介成果，其核心算法已申请发明专利，相关技术正在张北柔直工程中进行示范应用。研究成果对推动新能源为主体的新型电力系统建设具有重要实践意义。