三峡大学李振兴、安喆 等：嵌入式同塔三回直流系统多重相模变换及其在故障选线中的应用

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导语

嵌入式同塔三回直流系统是提升区域电网传输与消纳能力的有效方案，但其极间耦合复杂、故障类型丰富，传统解耦与选线方法难以适用。三峡大学研究团队联合国网江苏电科院在《电工技术学报》2026年第9期上撰文，提出一种兼备故障回路准确识别与故障线路有效解耦的多重相模变换方法，瞄准故障电压突变特征，提取清晰极性特征，并设计故障类型预判策略克服极性重叠问题。仿真表明，该方案能准确识别全部故障类型，且在高阻条件下仍保持优良性能。

研究背景

以扬镇直流工程为代表的嵌入式同塔三回直流系统，通过“交改直”将原有交流线路改造为三回双极直流系统，可有效提升区域电网关键断面的传输能力。然而，导线不换位及层高差异导致各回线路间互阻抗不均，耦合特性复杂；任意线路故障均会波及非故障回路，故障类型多达百种，给故障的精准识别带来极大困难。

以六序分量法为代表的传统解耦方法仅适用于对称线路，基于矩阵对角化的完全解耦方案虽在理论上可行，却导致复合模量等值网络异常繁复，各故障模量特征边界模糊、难以清晰辨识，大幅增加了故障分析的工作量与判据设计难度。因此，亟需一种适应性强、解耦便捷且故障特征提取清晰的新方案。

图1 嵌入式同塔三回直流系统结构示意

论文所解决的问题及意义

嵌入式同塔三回直流系统耦合特性复杂，传统解耦方法适应性差，完全解耦方案又导致模量特征边界模糊，难以构建清晰判据，加之系统故障类型丰富，极易引发误判。研究团队提出多重相模变换及基于模量极性组合的选线方案，以低复杂度实现等效解耦且兼备故障特征的规律性增强特性，进一步通过故障类型预判规避极性重叠问题。在显著降低计算难度的同时保证了高阻及噪声干扰下特征的清晰可辨，为该类复杂直流系统的故障精准选线提供了工程可行的新路径。

论文方法及创新点

1、基于多重相模变换的等效完全解耦方案

本文突破传统一次性完全解耦思路，提出“先判回路、再行解耦”的多重相模变换策略。通过构造故障回路判别模量，快速锁定故障发生的具体回路，再依据故障回路数量自动缩减解耦矩阵规模，并利用非完全的特性实现等效解耦。该方法有效规避了矩阵对角化方案中特征向量表达式复杂、复合模量网络求解困难的问题，以较低计算代价实现了嵌入式同塔三回直流系统的便捷解耦。

2、基于模量极性组合的故障精准识别方案

针对系统丰富故障类型导致的极性组合重叠难题，本文提出“先分大类、再辨细节”的两阶段识别策略：利用故障回路判别模量的幅值倍数特征构建多级判据，将极性重叠故障划归不同组别；再基于解耦模量的极性组合唯一确定故障极。该方案辅以五点三次平滑滤波与归一化极性判别，在500Ω高阻接地及20dB噪声干扰下仍能准确识别全部故障类型，兼具强耐过渡电阻与抗干扰性能。

图2 故障回路-故障极识别流程

3、结果分析与试验验证

故障回路判别模量在故障后发生明显突变，而非故障回路对应模量始终钳制于零附近，准确实现了单回、两回及三回故障的回路定位；基于幅值倍数特征的多级判据将存在极性重叠的故障类型划分至不同组别，各幅值比区间区分清晰且无重叠；各故障类型的模量极性组合与理论分析一致，高阻条件下虽幅值有所衰减但比例关系与极性特征保持不变，缩放至[0,1]空间后准确识别全部故障极，验证了所提方案在强噪声及高阻故障下的优良性能。

图3 故障回路判别效果

表1 高阻故障条件下故障类型预判效果（部分）

表2 高阻故障条件下故障极线识别效果（部分）

结论

1）所提基于多重相模变换的等效完全解耦方法，与以六序分量法为代表的传统解耦方案和基于矩阵对角化原理的解耦方案相比，适应性强，解耦矩阵结构简单，显著地降低了计算难度。

2）所提基于模量极性组合的故障极识别方案，系统故障时特征显著，相比于复合模量等值网络分析方法大幅降低了故障极识别的复杂度和工作量。

3）所提故障类型预判方法，有效地解决了极性组合重叠问题，且兼备较强的耐过渡电阻和抗干扰性能。

团队介绍

三峡大学电气与新能源学院新型电力系统智能运行与安全防御科研团队，依托智慧能源技术湖北省工程研究中心于2020年创立，主要开展大规模可再生能源并网与消纳、含综合能源系统的电力系统运行与控制、复杂大电网的优化运行与安全防御等方面的研究。团队现有教授3名、副教授5名、博士后1名。团队成立以来，已获批国家级项目9项，发表SCI/EI论文100余篇，授权发明专利60余项，获省部级科研成果奖励5项。

李振兴

博士，教授，博士研究生导师，电气工程虚拟仿真国家级教学实验中心副主任，中国电机工程学会高级会员，IEEE PES电力系统主设备保护分委会常务理事。主要从事电力系统继电保护与稳定控制、电气设备监测与信息检测技术等方面的研究工作。

王超

博士研究生，研究方向为电力系统保护与控制。

本工作成果发表在2026年第9期《电工技术学报》，论文标题为"嵌入式同塔三回直流系统多重相模变换及其在故障选线中的应用"。本课题为国家自然科学基金资助项目。

引用本文

李振兴, 安喆, 朱益, 孔祥平, 翁汉琍. 嵌入式同塔三回直流系统多重相模变换及其在故障选线中的应用[J]. 电工技术学报, 2026, 41(9): 3100-3114. Li Zhenxing, An Zhe, Zhu Yi, Kong Xiangping, Weng Hanli. Multiple Phase-Mode Transformation of Embedded Co-Tower Three-Circuit DC System and Its Application to Fault Line Selection. Transactions of China Electrotechnical Society, 2026, 41(9): 3100-3114.