模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter,MMC）因制造难度低、扩展性强、损耗小和故障处理能力强等因素被广泛应用于柔性直流输电（Voltage Source Converter-High Voltage DC,VSC-HVDC）系统。

由于早期的换流器容量较小，多应用于跨海输电或是因为输电走廊受到严格限制的地区，VSC-HVDC大多采用故障率低的电缆，随着断路器和具有自清除能力换流器的发展，将MMC-HVDC扩展应用到架空输电线路是我国能源资源优化、防止换相失败的客观要求[2]，如张北±500kV柔直工程即采用架空输电线路。

输电线路作为覆盖面积最大且工作条件最恶劣的元件，其故障发生率是电力系统所有设备中最高的。线路故障具有单相（极）、瞬时性的特点，线路故障切除后经固定时限重合成功的概率为60%～90%，电压等级越高，重合成功率越高，因此，重合/重启技术是提高以架空线为主的电力系统的稳定性和供电连续性的有效措施。

自动重合闸在交流线路中被广泛采用，单相自动重合闸进行单跳单合，具有一定的社会经济效益。但是也给电力系统带来一些负面的影响，主要表现为当自动重合闸重合于永久性故障时，会使电力系统短时间内遭受两次故障冲击，造成重合后电力系统摇摆幅度增大，降低断路器等电气设备绝缘，减少其使用寿命。

为了优化自动重合闸的性能，国内外学者开展了一系列基于永久性故障判别的自适应重合理论。与交流系统相比，全控性电力电子器件过电流能力弱，MMC-HVDC系统承受故障冲击能力较差，直流系统的重合/重启应尽量避免二次冲击等危害，如何实现故障性质和重合时间的自适应判别是MMC-HVDC系统重合/重启技术的关键所在。

国内外学者也提出了许多直流输电系统的重合/重启方法。文献[7]提出基于直流电压建立与否判断故障是否存在的方法，这种方法在重合于永久性故障时避免了电容放电，有效地降低了二次过电流的上升速度，但不能有效识别出直流线路高阻故障；文献[12]利用线路极间耦合特性提出了接地极故障的测距方法，该方法需要附加脉冲发射装置。

文献[13]以直流故障后正负极电压之差是否为零来识别永久性故障，该方法在经过渡电阻接地时存在灵敏度低和整定困难的问题；文献[14]根据换流站闭锁后在故障存在与消失两种状态下线路电流的幅值差异，进行故障性质的判断，但该方法仅适用于两端输电系统。

文献[15]将直流输电运行工况和运行功率点引入到直流线路故障重启策略中，减少直流功率波动来避免双极闭锁，该方法需要控制系统与保护的配合，仍存在重启于永久性故障的问题；文献[16]提出了基于主动式脉冲的直流线路单极接地故障测距方法，该方法可用于识别直流线路故障性质，但脉冲检测对采样频率要求较高（200kHz）。

交流线路自适应重合闸利用健全相和跳开相之间的耦合关系进行永久性故障性质判别，而直流线路故障清除后，健全极与故障极电气量保持恒定。本文借鉴交流系统的耦合思想，对直流故障线路施加扰动，进而实现故障性质判别。

本文提出一种利用全桥MMC（Full Bridge based MMC, FB-MMC）控制特性和行波耦合原理注入特征信号的直流线路故障性质判别方法。本文首先介绍高压直流输电线路极间耦合特性，通过设计附加控制策略实现健全极换流器向直流线路注入特征信号，由于极间线路存在耦合，故障线路将感应对应的特征信号；其次给出了特征信号的选取原则，利用特征信号在故障存在和消失时的传播特性差异实现故障性质判别方法；最后利用PSCAD/EMTDC验证本文方法的有效性。

图8 真双极接线的柔性直流输电系统

结论

本文提出了一种在无断路器情况下基于FB-MMC控制特性与传输线耦合特性的特征信号注入法，实现直流线路故障性质判别。

本文首先阐述了FB-MMC的拓扑及其控制原理，通过设计附加控制策略实现特征信号的注入，并给出了注入特征信号的幅值和频率选取原则；其次利用行波在故障线路故障消失与故障存在两种状态传播特性的差异识别故障的性质；最后提出真双极柔性直流输电系统快速重启方案，该方案实现了快速熄弧的瞬时性故障快速重合、缓慢熄弧的故障慢速重合、永久性故障不予重合，减少了对换流设备的冲击。

本文的方法也适用于真双极接线的半桥子模块或混合子模块MMC柔性直流系统。但是半桥MMC交直流电气量不解耦，其直流侧波动将传递至交流侧。此外，伪双极接线的MMC-HVDC系统正负极输电线路连接于同一换流站，正负极的换流站控制不独立，因此本文提出的方法不适用于伪双极接线的柔性直流输电系统。

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