柔性直流线路频变参数辨识方法及系统

本发明涉及电网传输线参数辨识，具体涉及一种基于半桥mmc特征信号注入的柔性直流线路频变参数辨识方法及系统。

背景技术：

1、基于模块化多电平换流器的柔性直流输电技术具有控制灵活、无换相失败、潮流可控等优势，适用于直流电网、新能源并网及输送等众多场景，是构建新型电流系统的重要支撑技术。然而柔性直流电网故障电流上升速度快，电力电子过流能力弱，单一故障处理不当可能导致整个直流系统停运，继电保护是其安全运行的关键。

2、目前柔性直流电网工程线路保护配置行波保护、电压突变量保护、低电压保护和纵联差动保护。但是，现有工程四种保护原理存在“四性”协调难题尚未解决。为了提升保护性能，提出行波差动保护，考虑行波的衰减常数来解决线路分布电容带来的问题，但是线路精确的衰减常数对保护性能影响较为明显。基于数字孪生的柔性直流线路保护原理，将数字孪生的思路引入到继电保护的研究中，对于解决当前保护“四性”之间的矛盾提供新的思路，但是数字孪生模型参数获取较为困难。因此，柔性直流输电线路精确参数的获取对于提升继电保护的性能至关重要。

3、目前对于线路参数辨识可以分为离线测量法和在线测量计算法。离线测量法根据拟测量参数对被测线路进行适当连接、施加电源，通过测量电压、电流等基本量计算线路参数。其实用性强、易于操作，但是需在试验现场搭建独立的测量电路或者附加额外电源，操作步骤较多误差偏差较为明显。离线测量主要缺点是线路需要转为停电检修状态，影响系统正常运行。

4、在线测量测计算法，基于卡森公式(carson)的经典理论方法通过杆塔、导线、地线等几何结构对线路参数进行计算，计算过程依赖于各种近似简化，随着电网结构的愈加复杂目前已无法满足工程对于精度的要求。为了能够有效且快速地进行线路参数辨识，利用scada数据和pmu实测数据的在线测量方法成为近几年的研究重点。目前针对输电线路参数辨识场景主要集中在交流线路，而在直流线路中的研究极少。主要原因在于直流系统中缺乏稳定的基频，稳态运行情况下难以进行参数辨识。

5、基于mmc注入特征信号进行直流故障性质判断，其基本原理是利用mmc的可控特性，通过改变控制策略来调整子模块投入数量，产生特定频率的脉冲信号，根据行波折反射理论来判断故障性质。基于mmc注入特征信号研究也为柔性直流线路的参数辨识提供了新的思路。

6、综上，目前传输线参数辨识方法主要问题为：1)离线测量主要缺点是线路需要转为停电检修状态，影响系统正常运行；2)直流系统中缺乏稳定的基频，稳态运行情况下难以进行参数辨识。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种可测量线路频变参数、经济性更好、参数辨识精度更高的基于mmc特征信号注入的柔性直流线路参数辨识方法及系统，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

3、一方面，本发明提供一种柔性直流线路频变参数辨识方法，包括：

4、控制每个桥臂需投入的最大子模块个数改变桥臂对外等效投入冗余子模块的个数和状态；

5、根据投入的半桥子模块的个数和状态，对直流线路的电压特征信号进行注入；

6、根据注入的电压特征信号，结合分布参数输电线路数学模型，计算得到对应于所述注入的电压特征信号的频率的特征阻抗、传播常数和衰减常数；

7、根据多次注入不同频率的电压特征信号计算出的不同频率下的特征阻抗，拟合出全频域下的特征阻抗。

8、优选的，分布参数输电线路数学模型为：

9、

10、其中，u(0,s)表示线路始端电压，i(0,s)表示线路始端电流，u(l,s)表示线路末端电压，i(l,s)表示线路末端电流，s表示复频域，l表示线路长度，γ表示线路传播常数，zc表示线路特征阻抗。

11、优选的，计算得到对应于所述注入的电压特征信号的频率的特征阻抗zc(s)、传播常数γ(s)和衰减常数a(s)为：

12、

13、

14、a(s)＝e-γl；

15、其中，u1(s)表示线路始端电压，u2(s)表示线路末端电压，i1(s)表示线路始端电流，i2(s)表示线路末端电流。

16、优选的，注入的电压特征信号频率选取，包括：注入的电压特征信号的周期是采样周期的整数倍，注入的电压特征信号频率反映出线路特征阻抗和衰减系数的变化规律；控制冗余子模块投切产生的方波频率小于保护的采样频率。

17、优选的，利用fft算法从线路两侧的量测数据中提取特征信号的幅值和相位，若采样频率为fs，采样间隔ts＝1/fs，fft算法需要的采样点数为n，则n×ts为加窗傅里叶的窗长，频率分辨率δf＝fs/n。

18、优选的，定义直流电压参考值为udcref，则t时刻上、下桥臂需要投入的实时子模块个数为：

19、

20、其中，nop表示每个桥臂需投入的最大子模块个数，ucn表示额定电容电压，表示每相上桥臂的参考正弦调制电压，表示每相下桥臂的参考正弦调制电压。

21、第二方面，一种柔性直流线路频变参数辨识系统，其特征在于，包括：

22、控制模块，用于控制每个桥臂需投入的最大子模块个数改变桥臂对外等效投入冗余子模块的个数和状态；

23、注入模块，用于根据投入的半桥子模块的个数和状态，对直流线路的电压特征信号进行注入；

24、计算模块，用于根据注入的电压特征信号，结合分布参数输电线路数学模型，计算得到对应于所述注入的电压特征信号的频率的特征阻抗、传播常数和衰减常数；

25、拟合模块，用于根据多次注入不同频率的电压特征信号计算出的不同频率下的特征阻抗，拟合出全频域下的特征阻抗。

26、第三方面，本发明提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，实现如上所述的基于半桥mmc特征信号注入的柔性直流线路频变参数辨识方法。

27、第四方面，本发明提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序当在一个或多个处理器上运行时，用于实现如上所述的基于半桥mmc特征信号注入的柔性直流线路频变参数辨识方法。

28、第五方面，本发明提供一种电子设备，包括：处理器、存储器以及计算机程序；其中，处理器与存储器连接，计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，所述处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以使电子设备执行实现如上所述的基于半桥mmc特征信号注入的柔性直流线路频变参数辨识方法的指令。

29、本发明有益效果：可测量线路频变参数、经济性更好、参数辨识精度更高的基于mmc特征信号注入的柔性直流线路参数辨识方法；利用半桥mmc冗余子模块进行特征信号的主动注入，相较于全桥与混合型mmc经济性更优；利用半桥mmc冗余子模块进行特征信号的主动注入，解决了直流系统中没有稳定的基频而导致参数获取困难的问题；提高了柔性直流线路的频变参数辨识精度。

30、本发明附加方面的优点，将在下述的描述部分中更加明显的给出，或通过本发明的实践了解到。