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王潇笛等：考虑频率和电压支撑强度的水风光综合基地直流外送能力评估 2026 年第 4 期

主要由流域水风光电站、送端电网和直流外送通 键因素，在评估直流外送能力时需将两者纳入核
道 3 个部分组成。水风光综合基地以流域梯级水 心约束。

电站群为核心支撑系统，上、中、下游水电站通 1.2 水风光综合基地直流外送能力的研究框架
过水力-电力耦合形成多级协同运行体系。规模化 为实现兼顾频率与电压支撑强度的水风光综
风光集群接入后，与水电站群构成水能-风能-太 合基地直流外送能力评估，本文构建了如图 2 所
阳能多时空尺度互补的出力聚合体。各发电单元 示的研究框架。该框架旨在支撑直流外送功率最
通过弱耦合型交流网络结构互联。基地本地仅集 大化评估，核心围绕关键环节建模展开，重点涵
成 少 量 区 域 负 荷 ， 整 体 呈 现 “ 源 多 -弱 网 -荷 少 ” 盖 3 个相互关联的方面：水风光综合基地多能互
的特征。外送通道采用大容量（特）高压直流线 补运行特性建模、直流外送能力评估模型构建、
路实现跨区域清洁电力输送。 非线性约束高效处理方法。

水风光综合基地 直流外送通道 水风光综合基地多能互补运行特性建模
流域梯级水电耦合 水风光互补特性
送端电网 时空约束特性：库容协同 水、风、光多能源出力互补
调度、水量平衡、自然来水、 聚合；实现调节能力、时间
上游泄流跨时段影响 季节互补

原理分析
电能 直流外送能力评估模型构建
风光电站
直流外送功率最大化
集控中心 流域水电耦合建模 水风光互补系统 频率电压支撑建模
运行建模
流域梯级
水电 水量平衡约束 弃风弃光约束 频率支撑能力建模
库容约束 功率平衡约束 频率变化速率约束
出库流量约束 直流潮流约束 最大频率偏差约束
图 1 水风光综合基地直流外送系统 出力上下限约束 N−1安全约束
爬坡约束 直流通道容量约束 电压支撑能力建模
Fig. 1 HVDC delivery system for hydro-wind-solar 开停机约束 直流功率爬坡约束 多场站短路比约束
hybrid power bases
模型构建
水风光综合基地因风光接入规模大且交流网架 模型求解
最大频率偏差 混合整数二阶
强度薄弱，其安全稳定运行面临以下关键挑战。 约束 二阶锥约束 锥规划 求解器解算

1）频率支撑方面，水风光综合基地新能源渗透率
图 2 水风光综合基地直流外送能力研究框架
高，导致系统频率稳定性降低。新能源机组的最 Fig. 2 Research framework for HVDC transmission
大 功 率 跟 踪 控 制 （ maximum power point tracking， capability of hydro-wind-solar integrated bases

MPPT）使其惯量响应和调频能力有限，削弱了送 1）水风光综合基地多能互补运行特性建模。
端系统的等效惯量和一次调频能力 [20] 。发生大容 针对水力-电力耦合建模问题，需考虑流域梯
量直流闭锁故障时，有功功率盈余在低惯量场景 级水电上、中、下游水电站水力联系的时空约束

下将引发频率变化率陡增，甚至可能触发频率紧 特 性 （ 包 括 库 容 协 同 调 度 、 水 量 平 衡 、 自 然 来
急控制措施。2）电压支撑方面，新能源机组采用电 水、上游泄流跨时段影响），构建精确表征水力
力电子变流器并网，其高等效并网阻抗导致系统 电力联动关系的数学模型，实现流域梯级水电灵
短路容量大幅降低，弱化了静态电压支撑强度 [21] ； 活调节能力的高效建模。
大扰动场景下风光机组脱网可能导致送端电网暂 针对多能源出力互补聚合问题，需考虑梯级
态过电压甚至引发机组连锁脱网 [22] 。当发生直流 水电机组调节能力、风光波动性及其互补特性，
闭锁故障时新能源机组往往优先触发过电压保护 建立水-风-光多能源协同优化运行模型，实现多
而非提供无功支撑，难以快速输出足够的感性无 时空尺度资源互补与出力优化。
功以吸收过剩的容性无功。因此，频率和电压稳 2）直流外送能力评估模型构建。
定问题是制约水风光耦合系统直流外送能力的关 针 对 兼 顾 安 全 稳 定 的 直 流 外 送 极 限 评 估 问

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