从点对点高压直流到换流器主导的电网：为什么基准模型至关重要

国际大电网会议（CIGRE）联合工作组 B4/C4.105 介绍——多馈入高压直流（HVDC）研究基准模型
1. 高压直流输电格局之变迁
很少有技术像高压直流（HVDC）那样深刻地改变了现代输电系统。随着全球能源转型从根本上重塑电力系统，雄心勃勃的脱碳目标、可再生能源渗透率的快速提升以及长距离输电需求的增长，加速了高压直流技术在世界范围内的部署。这一曾被视作专业化输电方案的技术，如今已成为支撑未来电力系统发展的关键使能技术之一。
过去数十年间，HVDC 应用已有长足演进。传统的电网换相换流器（LCC）-HVDC 工程继续实现超远距离的大功率输电，而电压源换流器（VSC）-HVDC 技术则开辟了全新的应用领域，包括海上风电并网、异步联网、城市供电和柔性输电网络。与此同时，柔性交流输电系统（FACTS）装置日益普及，为互联交流系统提供了更强的可控性与运行灵活性。
这一技术演进不仅改变了输电网络中使用的设备，也改变了电力系统的规划与运行方式。许多现代输电系统不再是孤立的点对点 HVDC 链路，而是在同一交流网络中同时运行多个 HVDC 工程。这类配置通常被称为多馈入 HVDC 系统。这些工程往往混合采用 LCC-HVDC、VSC-HVDC 与 FACTS 技术，形成高度互联、由换流器主导的环境，其中多个电力电子装置持续相互作用的局面。
因此，多馈入 HVDC 系统已不再是特殊的工程案例。它们正日益成为大型互联电力系统的常见特征，并且随着可再生能源发电、海上能源开发和国际互联的持续扩展，预计将发挥更加重要的作用。
2. 新一代工程挑战
换流器主导电力系统日益增长的复杂性带来了远超传统单一直流研究所考虑范畴的挑战。虽然每个换流器通常都可以按照其自身性能要求进行设计与投运，但接入同一交流网络的多个换流器之间的相互作用，可能产生用传统分析方法难以预测的动态行为。
这些相互作用可能影响正常与扰动运行条件下的系统稳定性、控制性能和运行安全。电压稳定性、频率响应、机电振荡与换流器控制相互作用日益耦合，要求工程师考虑整个交直流系统的行为，而非单个输电工程。
工程界对这些现象的理解已取得重要进展。各国电网公司、制造商、高校和研究组织开展了大量研究，并通过全球众多 HVDC 工程积累了宝贵的实践经验。尽管如此，其中许多知识仍带有项目特定性。不同机构往往依据特定的系统特性、软件平台和工程实践，各自开发自己的仿真模型、假设和研究流程。
虽然这种面向工程的方法对工程设计而言完全恰当，但也不可避免地使跨机构的技术研究比较变得困难。建模理念、软件实现和模型保真度的差异往往导致分析结果不一致。此外，许多详细的工程模型包含无法公开分享的专有信息，限制了技术交流与协作研究的机会。
随着电力系统持续演进，工程实践迅速进步，但通用的分析基准并未总是同步跟上。挑战已不再仅是分析单个 HVDC 工程，而是理解多种基于换流器的技术作为一体化电力系统运行时的整体行为。这一转变凸显了对国际公认的基准模型和统一研究方法日益增长的需求。
基准模型长期以来在工程学科的发展中发挥着重要作用。它们提供共同的参照系统，使研究人员和执业工程师能够在一致的假设下比较方法、验证新的分析技术并复现技术研究。基准模型并非取代详细的工程模型，而是建立一种共同的技术语言，使不同机构能够借此交流知识并客观评估新方法。
在电力工程界，基准系统支撑了电力系统稳定分析、电磁暂态仿真、保护研究和可再生能源并网等方面的进步。其价值不在于代表某一具体工程，而在于捕捉实际工程问题的本质特征，同时保持足够的透明度以支持国际合作。
尽管多馈入 HVDC 应用增长迅速，目前尚不存在用于分析这类日益复杂交直流系统的国际公认基准模型。现有的相互作用评估方法，包括广泛应用的多元馈入交互因子（MIIF）[1]，历史上为传统 LCC-HVDC 系统提供了宝贵指导。然而，现代输电网络日益采用 LCC-HVDC、VSC-HVDC 与 FACTS 装置的组合，引入了超出传统方法原有假设范围的相互作用机制。
CIGRE 此前已为直流电网研究开发了基准模型[2]，近期还考察了邻近 VSC-HVDC 换流器、FACTS 装置与传统交流设备之间的相互作用现象[3]。新的联合工作组直接在这一既有成果的基础上，将基准方法扩展到多馈入 HVDC 系统。
在此背景下，CIGRE 成立了联合工作组 B4/C4.105「多馈入 HVDC 研究基准模型」[4]。该联合工作组汇聚研究委员会 B4（直流系统与电力电子）和 C4（电力系统技术性能）的互补专长，为应对未来换流器主导电力系统相关的一项新兴技术挑战提供国际平台。
这项工作不以个别输电工程为对象，而是旨在建立能够反映世界各地典型多馈入 HVDC 应用的代表性基准系统。该活动将通过四个相互补充的阶段推进：
这次国际合作的主要成果将是一份 CIGRE 技术手册，记录基准模型、建模原理和推荐的分析方法。预计这些成果将为参与现代交直流输电系统规划、分析与运行的电网公司、制造商、咨询机构、高校和研究机构提供有价值的参考。
尽管编制技术手册是联合工作组的正式目标，这项倡议的更广泛意义远超单一出版物。建立国际公认的基准模型，有望加强全球 HVDC 界的技术协作，促进新兴分析方法的比较，并为未来的研究、教育和工程应用提供共同参照系统。
自 2026 年成立以来，联合工作组已吸引了来自 11 个国家的电网公司、制造商、高校和研究机构的专家。启动会议计划于 2026 年 8 月的 CIGRE 巴黎大会上举行，标志着一项预期将高度协作的国际活动的开端。随着参与的持续扩大，工作组将为产业界与学术界的技术交流提供开放平台，鼓励不同地区和应用环境之间的经验分享。
最终，这项倡议的成功不会仅以技术手册的出版来衡量。其持久贡献在于为分析日益复杂的多馈入 HVDC 系统建立共同的技术基础，更重要的是，形成能够支撑下一代换流器主导电力系统的共同工程语言。
[1] CIGRE 技术手册 364《含多直流馈入的系统》（Systems with multiple DC infeed），WG B4.41，2008 年。
[2] CIGRE 技术手册 804《用于系统研究的直流电网基准模型》（DC grid benchmark models for system studies），WG B4.72，2020 年。
[3] CIGRE 技术手册 934《邻近 VSC-HVDC 换流器、FACTS 装置、高压电力电子设备与传统交流设备之间的相互作用》（Interaction between nearby VSC-HVDC converters, FACTS devices, HV power electronic devices and conventional AC equipment），WG B4.81，2024 年。
[4] 联合工作组 B4/C4.105 工作大纲（Terms of Reference of JWG B4/C4.105），《多馈入 HVDC 研究基准模型》（Benchmark Models for Multi-Infeed HVDC Studies）。