MMC注入探测信号的直流配电网接地故障识别方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种MMC注入探测信号的直流配电网接地故障识别方法及系统，借助附加控制策略，在故障发生后向馈线注入探测信号，根据故障馈线和健全馈线对探测信号响应的差异性识别出故障线。主动注入探测信号有效增强了故障特征，基于MMC的注入方法结合故障识别方法避免了安装附加装置，具有灵敏度高、无需双端通信的特点。通信的特点。通信的特点。

【技术实现步骤摘要】
MMC注入探测信号的直流配电网接地故障识别方法及系统


[0001]本专利技术属于配电网故障识别
，具体涉及一种MMC注入探测信号的直流配电网接地故障识别方法及系统。

技术介绍

[0002]直流配电技术凭借供电可靠性高，利于接纳分布式发电等优点，逐渐成为研究热点，在国内外多地得到了示范应用。直流配电网的主要拓扑结构包括辐射状、两端式手拉手和环状结构，其中，辐射状结构具有投资成本低等优势，因而成为目前已开展的工程实践中最常用的结构。
[0003]中压直流配电网多采用伪双极结构，采取直流侧经钳位电阻接地方式，这种接地方式是为了在配电馈线发生单极接地故障时，系统能够带故障持续运行一段时间，从而提高供电可靠性，但是在钳位电阻接地方式下，故障电流很小，故障特征不明显，难以准确可靠识别出故障馈线。
[0004]现有针对直流配电网单极接地故障识别的研究可分为被动检测和主动探测两类。被动检测法基于故障暂态的换流器并联电容或线路分布电容电流提供的故障特征识别故障，而由于直流配电系统惯性低，故障暂态持续时间一般为数百微秒到数毫秒，要利用故障暂态信息识别故障，对测量和保护装置的性能提出了很高的要求。主动探测法或依赖于特定注入装置，或受限于特定网络拓扑，在基于MMC的柔性直流配电网单极接地故障识别方面还鲜有系统性的研究。现有方法灵敏度低可靠性不足，而传统交流小电流接地系统的接地故障选线方法在面对含大量分布式电源和储能设备的柔性直流配电网中又难以借鉴，因此亟需研究新的柔性直流配电网单极接地故障识别方法。
专利技术内容
[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种MMC注入探测信号的直流配电网接地故障识别方法及系统，通过施加MMC附加控制实现探测信号注入，结合故障网络对探测信号的响应特征，基于故障馈线零模阻抗显感性，健全馈线零模阻抗显容性的差异识别故障线。
[0006]本专利技术采用以下技术方案：
[0007]MMC注入探测信号的直流配电网接地故障识别方法，包括以下步骤：
[0008]S1、利用电压不平衡判据启动MMC附加控制，实现探测信号的注入；
[0009]S2、步骤S1注入探测信号后，测量注入的电压探测信号以及对应的电流响应信号，即采集母线正负极电压u
P
、u
N
，以及各条馈线首端的正负极电流i
iP
、i
iN
用以识别故障线，i表示第i条馈线；
[0010]S3、采用n阶带通滤波器对步骤S2测量的母线电压，馈线电流进行滤波，设置通带频率f
ch
为探测信号特征频率，得到滤波后母线正负极电压u
P
’
、u
N
’
和各条馈线首端的正负极电流i
iP
’
、i
iN
’
；
[0011]S4、对步骤S3滤波后的电压电流采用FFT方法提取对应特征频率下的母线电压相量U
P
、U
N
以及馈线电流相量I
iP
、I
iN
；
[0012]S5、利用步骤S4获得的母线电压U
P
、U
N
以及馈线电流相量I
iP
、I
iN
逐个求取馈线零模阻抗，进行故障判别确定故障线和健全线；
[0013]S6、若步骤S5识别出第i条馈线故障，输出结果后结束；若没有任何一条馈线的计算结果满足设定条件，则进行步骤S7；
[0014]S7、再次根据电压不平衡判据进行判别，如果满足设定条件，输出结果为母线故障；若不满足设定条件，输出结果为瞬时性故障。
[0015]具体的，步骤S1中，电压不平衡判据具体为：
[0016]|U
P
+U
N
|＞0.2U
dcB
[0017]其中，U
P
、U
N
分别为正、负极直流母线对地电压幅值，U
dcB
为直流额定电压。
[0018]具体的，步骤S1中，MMC附加控制函数为：
[0019][0020]其中，u
ctrl
为注入探测信号，k
inj
为探测信号注入系数，ω
ctrl
为注入探测信号的角频率，t为时间，为注入探测信号的初相位。
[0021]具体的，步骤S2中，附加控制策略启动延时Δt后，采集各条馈线首端的正负极电流i
iP
、i
iN
，以及母线正负极电压u
P
、u
N
，其中，延时Δt应保证探测信号已经稳定注入。
[0022]具体的，步骤S4中，探测信号频率ω
ctrl
的频率选择依据为：
[0023][0024]其中，ω
MMClim
为MMC响应速度的限制频率，为带入参数求解的系统阻抗谐振频率。
[0025]具体的，步骤S5中，求取馈线零模阻抗具体为：
[0026][0027]其中，为一个计算数据窗长内由线路i首端看入的零模阻抗的阻抗角，“Ang”表示求取相量的相角，ω
ctrl
为注入探测信号的特征频率，U
P
(ω
ctrl
)、U
N
(ω
ctrl
)分别为对应特征频率下的正、负极母线电压相量，I
iP
(ω
ctrl
)、I
iN
(ω
ctrl
)分别为馈线正、负极电流相量。
[0028]具体的，步骤S5中，将满足以下条件的线路判别为故障线，否则判别为健全线，具体为：
[0029][0030]其中，k为可靠系数，为健全线自阻抗的阻抗角，N为数据窗中计算的零模阻抗角个数，为一个计算数据窗长内由线路i首端看入的零模阻抗的阻抗角，ω
ctrl
为注入探测信号的特征频率，m为采样点。
[0031]具体的，步骤S7中，如果|U
P
+U
N
|＞0.2U
dcB
，输出结果为母线故障。
[0032]具体的，步骤S7中，如果|U
P
+U
N
|≤0.2U
dcB
，输出结果为瞬时性故障。
[0033]本专利技术的另一技术方案是，一种MMC注入探测信号的直流配电网接地故障识别系
统，包括：
[0034]注入模块，利用电压不平衡判据启动MMC附加控制，实现探测信号的注入；
[0035]测量模块，注入模块注入探测信号后，测量注入的电压探测信号以及对应的电流响应信号，即采集母线正负极电压u
P
、u
N
，以及各条馈线首端的正负极电流i
iP
、i<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.MMC注入探测信号的直流配电网接地故障识别方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、利用电压不平衡判据启动MMC附加控制，实现探测信号的注入；S2、步骤S1注入探测信号后，测量注入的电压探测信号以及对应的电流响应信号，即采集母线正负极电压u
P
、u
N
，以及各条馈线首端的正负极电流i
iP
、i
iN
用以识别故障线，i表示第i条馈线；S3、采用n阶带通滤波器对步骤S2测量的母线电压，馈线电流进行滤波，设置通带频率f
ch
为探测信号特征频率，得到滤波后母线正负极电压u
P
’
、u
N
’
和各条馈线首端的正负极电流i
iP
’
、i
iN
’
；S4、对步骤S3滤波后的电压电流采用FFT方法提取对应特征频率下的母线电压相量U
P
、U
N
以及馈线电流相量I
iP
、I
iN
；S5、利用步骤S4获得的母线电压U
P
、U
N
以及馈线电流相量I
iP
、I
iN
逐个求取馈线零模阻抗，进行故障判别确定故障线和健全线；S6、若步骤S5识别出第i条馈线故障，输出结果后结束；若没有任何一条馈线的计算结果满足设定条件，则进行步骤S7；S7、再次根据电压不平衡判据进行判别，如果满足设定条件，输出结果为母线故障；若不满足设定条件，输出结果为瞬时性故障。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，电压不平衡判据具体为：|U
P
+U
N
|＞0.2U
dcB
其中，U
P
、U
N
分别为正、负极直流母线对地电压幅值，U
dcB
为直流额定电压。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，MMC附加控制函数为：其中，u
ctrl
为注入探测信号，k
inj
为探测信号注入系数，ω
ctrl
为注入探测信号的角频率，t为时间，为注入探测信号的初相位。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，附加控制策略启动延时Δt后，采集各条馈线首端的正负极电流i
iP
、i
iN
，以及母线正负极电压u
P
、u
N
，其中，延时Δt应保证探测信号已经稳定注入。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中，探测信号频率ω
ctrl
的频率选择依据为：其中，ω
MMClim
为MMC响应速度的限制频率，为带入参数求解的系统阻抗谐振频率。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S5中，求取馈线零模阻抗具体为：其中，为一个计算数...

【专利技术属性】
技术研发人员：常仲学，徐瑞东，宋国兵，侯俊杰，常娜娜，常鹏，关宏，杨心刚，刘琦，杜洋，周德生，孙沛，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：