CN113608069B - Mmc注入探测信号的直流配电网接地故障识别方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种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。

Description

MMC注入探测信号的直流配电网接地故障识别方法及系统

技术领域

本发明属于配电网故障识别技术领域，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。

背景技术

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。

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。

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。

发明内容

本发明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。

本发明采用以下技术方案：

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：

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。

具体的，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。

具体的，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。

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。

具体的，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。

具体的，步骤S5中，求取馈线零模阻抗具体为：

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。

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：

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。

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。

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。

本发明的另一技术方案是，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：

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；

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_iN用以识别故障线，i表示第i条馈线；

滤波模块，采用n阶带通滤波器对测量模块测量的母线电压，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’；

提取模块，对滤波模块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U_P、U_N以及馈线电流相量I_iP、I_iN；

计算模块，利用提取模块获得的母线电压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；

输出模块，若计算模块识别出第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，则判断模块工作；

判断模块，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。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明MMC注入探测信号的直流配电网接地故障识别方法，利用直流配电网既有的MMC主动注入探测信号，从而增强了故障特征；依据故障线路和健全线路对探测信号的相应差异识别故障馈线，从而提高了灵敏度；长时注入策略能够降低对测量和保护装置采样率的要求；且多次注入策略实现了瞬时性故障判别。

进一步的，在发生单极接地故障时，故障极对地电压迅速跌落至0，非故障极对地电压绝对值上升至两倍额定电压，正、负极对地电压发生严重的不平衡。因此利用直流配电网保护中普遍配置的电压不平衡保护判据作为主动注入附加控制和后续故障判别的启动条件，具有灵敏度高、速动性快的优点。

进一步的，在探测信号注入附加控制策略启动后，利用预先设置的附加控制函数注入探测信号，并利用PI环节获取注入系数，能够稳定注入波形优质的探测信号。

进一步的，由于从探测信号的注入到能够被可靠检测存在线路传播延时和设备测量延时等因素影响，因此附加控制策略启动后要经过一定延时保证探测信号已经稳定注入，其中，采取20ms固定延时的方法，具有可靠简便的好处。

进一步的，计及设备的性能限制和线路的阻抗特征约束，获取了最为理想的探测信号特征频率，设置该频率为注入的特征频率，能够实现在满足设备性能约束的前提下使得响应特征差异最明显以便灵敏检测。

进一步的，由于单极接地故障支路破坏了原直流配电网络的对称性，使得从健全线首端看入的零模阻抗等于本线路对地等值阻抗，显容性；而从故障线首端看入的零模阻抗等于除本线外其余馈线对地等值阻抗合并后的等效阻抗的相反数，显感性。根据这一差异，能够可靠识别出故障馈线。

进一步的，在故障分析的基础上，设置对应识别判据，连续计算滑动数据窗内的零模阻抗，并与之同健全线自阻抗的阻抗角相比较，进而识别故障。

进一步的，若发现没有任何一条馈线被判别为故障线路，则考虑发生了母线故障或是瞬时性故障，若为母线故障，此时母线电压出现严重不平衡，若为瞬时性故障，母线电压恢复至额定值，电压基本平衡，因此依据电压不平衡判据即可识别出这两类故障情况。

综上所述，本发明基于MMC注入探测信号从而增强故障特征，基于馈线零模阻抗特征识别故障线路，方法兼具母线故障识别和永久性故障判别能力，仿真结果表明，本发明能够在500Ω过渡电阻下可靠识别发生在母线或是各条馈线任意位置的单极接地故障，具有灵敏度高，可靠性强，无需双端通信，对测量和保护装置的采样率要求低的好处。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明探测信号注入原理示意图，其中，(a)为探测信号注入电网示意图，(b)为计及探测信号注入附加控制策略的MMC控制器；

图2为本发明辐射状±10kV柔性直流电网拓扑结构图；

图3为本发明线路参数图；

图4为本发明馈线末端正极故障仿真结果图，其中，(a)为零模电压波形，(b)为零模电流波形，(c)为馈线零模阻抗角；

图5为本发明母线故障仿真结果示意图，其中，(a)为零模电压波形，(b)为零模电流波形，(c)为馈线零模阻抗角，(d)为正负极电压波形。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

本发明提供了一种MMC注入探测信号的直流配电网接地故障识别方法，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。

本发明一种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：

S1、利用式1所示的电压不平衡判据启动MMC附加控制，附加控制函数如式(2)所示，实现探测信号的注入，如图1所示；

|U_P+U_N|＞0.2U_dcB (1)

其中，U_dcB表示直流额定电压，k_inj表示探测信号注入系数，决定注入信号的幅值，注入系数设置PI环节获取。

S2、在附加控制策略启动一定延时Δt后，采集图1(a)中各条馈线首端的正负极电流，记为i_iP、i_iN，以及母线正负极电压，记为u_P、u_N，其中，延时Δt应保证探测信号已经稳定注入，可取10ms以上的值，本专利中取值20ms；

S3、采用n阶带通滤波器对测量的母线电压，馈线电流进行滤波，通带频率f_ch为探测信号特征频率；

探测信号频率(ω_ctrl)选择的基本原则是，在满足注入设备性能约束的前提下，使得响应特征差异最明显以便检测更灵敏，计及设备的性能限制和线路的阻抗特性约束，探测信号的频率选择依据为：

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；

S4、采用FFT方法提取对应特征频率下的母线电压、馈线电流相量，记为U_P、U_N、I_iP、I_iN；

S5、采用式(3)逐个求取馈线零模阻抗，并采用式(4)进行故障判别，满足式(4)时判别为故障线，否则判别为健全线；

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。

其中，k为可靠系数，取0.6，即向计算阻抗角两侧各留36°检测和计算裕度，

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，计算数据窗长取一个特征信号周期，即5.556ms，计算间隔取100μs。

S6、若识别出第i条馈线故障，输出结果，结束运算；若没有任何一条馈线的计算结果满足式(4)，则进行步骤S7；

S7、再次根据式(1)进行判别，若满足式(1)，输出结果为母线故障，结束运算；若不满足式(1)，输出结果为瞬时性故障，结束运算。

本发明再一个实施例中，提供一种MMC注入探测信号的直流配电网接地故障识别系统，该系统能够用于实现上述MMC注入探测信号的直流配电网接地故障识别方法，具体的，该MMC注入探测信号的直流配电网接地故障识别系统包括注入模块、测量模块、滤波模块、提取模块、计算模块、输出模块以及判断模块。

其中，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；

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_iN用以识别故障线；

滤波模块，采用n阶带通滤波器对测量模块测量的母线电压，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’；

提取模块，对滤波模块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U_P、U_N以及馈线电流相量I_iP、I_iN；

计算模块，利用提取模块获得的母线电压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；

输出模块，若计算模块识别出第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，则判断模块工作；

判断模块，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。

本发明再一个实施例中，提供了一种终端设备，该终端设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(Central ProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor、DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能；本发明实施例所述的处理器可以用于MMC注入探测信号的直流配电网接地故障识别方法的操作，包括：

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；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；采用n阶带通滤波器对测量的母线电压，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’；对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U_P、U_N以及馈线电流相量I_iP、I_iN；利用获得的母线电压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；若识别出第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。

本发明再一个实施例中，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(Memory)，所述计算机可读存储介质是终端设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括终端设备中的内置存储介质，当然也可以包括终端设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速RAM存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。

可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中有关MMC注入探测信号的直流配电网接地故障识别方法的相应步骤；计算机可读存储介质中的一条或一条以上指令由处理器加载并执行如下步骤：

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；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；采用n阶带通滤波器对测量的母线电压，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’；对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U_P、U_N以及馈线电流相量I_iP、I_iN；利用获得的母线电压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；若识别出第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。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

仿真验证

请参阅图2，利用PSCAD/EMTDC搭建辐射型柔性直流配电网模型。换流变高压侧采用直接接地的星型接法，阀侧采用三角形接法以避免三次谐波入侵，其中Load1(4MW)和Load2(1MW)模拟恒功率负荷，Load3(267ohm)模拟恒定电阻负荷，线路L4模拟光伏发电(photovoltaic，PV)经过DC/DC变换器并网，且自身带Load4(1MW)的恒功率负荷。

请参阅图3，MMC外环控制策略采用定直流电压控制和定无功功率控制，线路几何参数设置如图3所示。

1.馈线故障

以线路L₁末端发生正极金属性接地故障为例，仿真结果如图4所示，注入180Hz电压探测信号，得到的零模电压和零模电流响应如图4所示，其中连续计算的零模阻抗角波形如图4(c)所示，馈线L₁的阻抗角在90°附近，健全线L₂～L₄均在-90°附近。

此外，设置不同故障位置，判别结果如表2所示，据表可知本发明能够可靠识别出故障馈线。

表2馈线故障仿真结果

2.母线故障

设置正极直流母线发生金属性接地故障，仿真结果如图5所示。由图5(c)可知，发生母线故障时，所有馈线零模阻抗计算值均在-90°附近，进一步依据电压不平衡判据即可识别出母线故障。

仿真结果证明了本发明的有效性，本发明能够在500Ω过渡电阻情况下可靠识别出故障线路/母线，具有一定的耐过渡电阻性能，且在40dB白噪声的干扰下仍能正确识别故障，具有一定的抗噪性能，采用故障稳态的探测信号识别故障，对检测和保护设备采样率要求低。

综上所述，本发明一种MMC注入探测信号的直流配电网接地故障识别方法及系统，基于MMC注入探测信号从而增强故障特征，基于馈线零模阻抗特征识别故障线路，方法兼具母线故障识别和永久性故障判别能力，仿真结果表明，本发明能够在500Ω过渡电阻下可靠识别发生在母线或是各条馈线任意位置的单极接地故障，具有灵敏度高，可靠性强，无需双端通信，对测量和保护装置的采样率要求低的好处。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

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，求取馈线零模阻抗具体为：

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；

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：

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，m为采样点；

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，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，注入探测信号的特征频率ω_ctrl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S7中，如果|U_P+U_N|＞0.2U_dcB，输出结果为母线故障。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S7中，如果|U_P+U_N|≤0.2U_dcB，输出结果为瞬时性故障。

8.一种MMC注入探测信号的直流配电网接地故障识别系统，其特征在于，包括：

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；

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_iN用以识别故障线，i表示第i条馈线；

滤波模块，采用n阶带通滤波器对测量模块测量的母线电压，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’；

提取模块，对滤波模块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U_P、U_N以及馈线电流相量I_iP、I_iN；

计算模块，利用提取模块获得的母线电压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，求取馈线零模阻抗具体为：

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；

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：

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，m为采样点；

输出模块，若计算模块识别出第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，则判断模块工作；

判断模块，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。

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