一种具有独立信号注入回路的直流配电网综合重合闸方法

本发明属于电力系统控制，尤其涉及一种具有独立信号注入回路的直流配电网综合重合闸方法。

背景技术：

1、直流配电网以其控制灵活、损耗低、电能质量高等优点，在可再生能源接入方面展现出显著优势。然而，当直流配电网发生短路故障时，模块化多电平换流器(modularmultilevel converter，mmc)的放电会导致故障电流急剧增加，这时直流断路器(dccircuit breaker，dccb)会迅速切断故障电流以保护系统。为了尽快恢复供电，传统上采用无选择性重合闸策略，即在dccb去游离后直接合闸，并依据线路电压恢复情况来判断故障性质。然而，这种方法存在明显的问题，即如果dccb重合闸于永久性故障，会再次产生过电流，对直流电网造成二次冲击，严重威胁设备安全与系统稳定。

2、无选择性重合闸存在明显的局限性，传统的无选择性重合闸策略在重合闸于永久性故障时，会导致直流电网的二次冲击，不仅影响设备寿命，还可能导致系统不稳定。

3、自适应重合闸技术的关键则在于准确识别故障性质，然而，现有的主动注入法虽然可以通过注入特征信号识别故障性质，但存在以下问题：1.存在信号注入回路中设备使用寿命受影响的问题，且改变mmc控制方式会影响非故障电路的正常运行。2.无论是利用混合dccb还是混合mmc注入特征信号，都会对这些设备的使用寿命造成一定影响，增加维护成本和风险。3.在信号注入时需要改变mmc的控制方式，这在多端直流电网中会影响非故障电路的正常运行，降低系统的可靠性和稳定性。4.在主动注入法中，限流电抗器(clr)对行波的衰减作用不容忽视，特别是在使用行波法测反射波极性识别故障性质时，clr会严重影响识别结果的准确性。

4、另一方面，由于直流配电网线路距离远小于高压直流输电系统线路，传统在高压直流输电系统中常用的行波法难以直接应用于直流配电网，需要探索新的故障性质识别方法。

5、综上所述，现有的自适应重合闸技术在故障性质识别、设备寿命保护、系统稳定性维护等方面存在明显的问题和挑战，怎样才能在不影响设备寿命的前提下，保证故障识别的准确性，提升直流配电系统的稳定性，成为目前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种具有独立信号注入回路的直流配电网综合重合闸方法，可以在不影响设备寿命的前提下，保证故障识别的准确性，提升直流配电系统的稳定性。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

3、一种具有独立信号注入回路的直流配电网综合重合闸方法，包括以下步骤：

4、s1、在电网线路中接入串并联型潮流控制器sp-pfc；sp-pfc包含一个双有源电桥dab和一个全桥变换器fbc；dab包括八个igbt、降压隔离变压器t1、dab的输出电容cdc和pfc的输入电容cin；其中，t1连接dab的高压侧和低压侧；fbc包括四个igbt、滤波电感lf和滤波电容cf；dab的高压侧与直流母线并联，使dab承受线路的额定电压；fbc的输出和线路串联，使流过fbc的电流为线路额定电流；

5、s2、对线路进行各类型故障的模拟，并基于td模量变换分析各故障类型的故障电流，得到各故障类型下，各模量电流的变化量构成的故障电流模量复合相平面，作为相应的故障电流模量特征；

6、s3、电网线路运行时，通过sp-pfc进行故障检测，若检测到故障则sp-pfc触发限流控制，将部分故障能量转移到电容cdc和cf中；并转到s4；

7、s4、判断故障为区内故障或区外故障，若为区外故障则发送区外故障信号；若为区内故障则通过sp-pfc向电网线路的直流断路器dccb发送跳闸信号，并转到s5；

8、s5、对故障电流进行模量分析，得到各模量电流的变化量构成的故障电流模量复合相平面，并与s2得到的各故障类型的故障电流模量特征进行比对，判断故障的故障类型；

9、s6、向dccb发送跳闸信号预设时长后，通过sp-pfc向故障线路主动注入高频信号；

10、s7、使用变分模态分解vdm算法将电流信号分解为多个相互独立且具有独立的频率中心的固有模态分量imf；并将第n个imf与预设阈值进行比较，以判断故障性质；

11、s8、结合故障性质及故障类型，进行相应的重合闸或停电检修处理。

12、优选地，故障类型包括正极对地p-g故障、负极对地n-g故障、正极对回线p-dmg故障、负极对回线n-dmr故障、正极对负极p-n故障。

13、优选地，s6中，向故障线路主动注入高频信号时，若故障类型为单极故障，则由对应故障极的sp-pfc进行信号注入，非故障极保持不变；若故障类型为双极故障，则由正极的sp-pfc进行信号注入，负极的sp-pfc始终保持旁路控制状态。

14、优选地，所述故障性质包括瞬时性故障和永久性故障。

15、优选地，s7中，判断故障性质时，若第n个imf超过预设阈值，则判断为永久性故障；若未超过则判断为瞬时性故障。

16、优选地，s8中，若故障性质为瞬时性故障，则正负极重合闸；若故障性质为永久性故障，则p-g故障时仅隔离正极线路而负极重合闸；n-g故障时仅隔离负极线路而正极重合闸；p-dmg故障时隔离所有线路；n-dmr故障时隔离所有线路；p-n故障时隔离所有线路。

17、优选地，s7中，通过以下变分约束模型，对电流信号is(t)应用vmd算法进行分解；

18、

19、其中，δ(t)为单位冲激函数；{uk}＝{u1,u2,…,uk}，{ωk}＝{ω1,ω2,…,ωk}，各元素uk和ωk分别表示由变分模态分解算法得到的第k个imf信号及其中心频率；表示对时间t求偏导数，j为虚数单位。

20、优选地，s3中，通过sp-pfc进行故障检测时，若线路电流的变化率大于预设的变化阈值dset，则判断为检测到故障。

21、优选地，s4中，若线路电流大于预设的动作阈值iset，则判断为区内故障；否则判断为区外故障。

22、优选地，故障电流模量复合相平面由故障电流的1模、2模和0模电流的变化趋势及变化量构成。

23、本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

24、1、本方法在电网线路中接入串并联型潮流控制器sp-pfc。通过sp-pfc的故障检测机制，能够迅速并准确地检测到电网线路中的故障。并且，在检测到故障后，通过限流控制将部分故障能量转移到电容中，减轻了对电网的冲击，保护了设备和系统。

25、2、本方法对线路进行各类型故障的模拟，基于td模量变换分析各故障类型的故障电流。得到各故障类型下，各模量电流的变化量构成的故障电流模量复合相平面，作为相应的故障电流模量特征。在发生区内故障时，利用故障电流模量分析和比对，能够精确地识别出故障类型，为后续的故障处理提供了依据。

26、3、在发送跳闸信号预设时长后，通过sp-pfc向故障线路主动注入高频信号。使用变分模态分解(vdm)算法将电流信号分解为多个imf，并与预设阈值比较，判断故障性质。通过高频信号注入和vdm算法分析，能够准确判断故障性质，避免了无选择性重合闸可能带来的二次冲击。

27、4、在识别出故障性质后，会结合故障类型进行相应的重合闸或停电检修处理。结合故障性质和类型，能够智能地决定是执行重合闸操作还是进行停电检修，提高了供电的可靠性和系统的稳定性。

28、5、本方法中的独立信号注入回路设计，确保了信号注入的准确性和可靠性，同时减少了对其他设备的影响。

29、综上，本方法可以在不影响设备寿命的前提下，保证故障识别的准确性，提升直流配电系统的稳定性。