一种基于图傅里叶变换的MMC-HVDC交流联络线纵联保护方法

本发明属于交直流混联电网继电保护领域的，具体涉及一种基于图傅里叶变换的mmc-hvdc交流联络线纵联保护方法。

背景技术：

1、基于模块化多电平换流器(mmc)的高压直流输电技术(mmc-hvdc)被广泛应用于新能源并网与远距离电能传输中。mmc作为一种电力电子设备，只能提供有限的故障电流且故障电流相位受换流器控制策略影响。mmc-hvdc系统新的故障电流特性给换流器交流联络线的继电保护带来了挑战。纵联保护作为交流线路的主保护，需要准确识别区内故障，保证故障可靠切除。对于mmc-hvdc交流联络线，传统的纵联保护方法和基于波形相似度的纵联保护方法灵敏度易受过渡电阻影响，当发生高阻故障时，保护方法可能无法准确检测故障；此外，换流器可以工作在逆变模式和整流模式，不同的工作模式会使基于波形相似度的纵联保护方法灵敏度降低，无法准确识别故障。

技术实现思路

1、针对现有mmc-hvdc交流联络线纵联保护方法的不足，本发明提供一种基于图傅里叶变换的mmc-hvdc交流联络线纵联保护方法。

2、本发明的一种基于图傅里叶变换的mmc-hvdc交流联络线纵联保护方法，包括以下步骤：

3、步骤1：获取mmc-hvdc换流器交流联络线两侧的三相电流采样序列，对于每相电流利用加权路图将宽度为1周期的滑动时间窗采样值序列转换为矩阵，获得每相电流对应的图信号，其中加权路图的权重为相邻采样值差值的绝对值。

4、步骤2：利用图傅里叶变换求取构造图信号的图傅里叶系数，选取最低阶的图傅里叶系数作为纵联保护方法的输入量。

5、步骤3：以换流器侧图傅里叶系数与交流电网侧图傅里叶系数的比值为自变量构造分段函数，形成调节系数，利用调节系数与交流侧图傅里叶系数乘积构造改进的纵联保护方法差动量和制动量。

6、步骤4：构造基于图傅里叶变换的mmc-hvdc交流联络线纵联保护判据：保护方法启动后，如果在复归时间内构造的改进差动量大于改进制动量与制动系数乘积，则该线路发生区内故障，向满足保护判据的对应相别发送跳闸指令。

7、进一步的，步骤1具体为：

8、和分别为换流器交流联络线mmc(换流器)侧和交流电网侧的三相电流，其中代表电流相比，可取为a，b，c，线路两侧电流采样序列如下所示：

9、

10、

11、其中，k表示当前采样时刻，和分别代表交流联络线换流器侧和交流电网侧的电流采样值，tn表示时间窗宽度，k-tn+1，k-tn+2也分别代表采样时刻，tn长度由采样装置采样率和电网频率所决定。

12、图信号g表示为顶点和边的集合g＝{v,e}，其中顶点v和边e表示为：

13、v={v1,v2,…vn}

14、e＝{e1,e2,…em}

15、其中，n为顶点个数，m为图信号边的个数；对于电流采样序列，序列顶点数n满足：

16、n=tn

17、路图会将电流采样序列相邻采样值连接起来，形成图信号的边；采样序列最后一个采样值和会与对应的第一个采样值和连接起来，连接规则如下所示：

18、

19、其中，i和j为顶点编号，||为绝对值符号；为体现采样值相对大小对图信号的影响，将相邻采样值差值的绝对值作为权重，引入到路图中形成加权路图，加权边wij及其权重we定义为：

20、

21、we＝|xi-xj|

22、其中，xi和xj代表每相电流采样值；利用加权路图形成的图信号gw＝{v,e,w}，w为加权邻接矩阵。

23、进一步的，步骤2具体为：

24、由加权邻接矩阵w计算度对角矩阵d，d中元素的计算方法为：

25、dii＝σjwij

26、其中，dii为度对角矩阵d主对角线上的元素，d中其他元素为0；由度对角矩阵d和w计算构造图信号gw的拉普拉斯矩阵l，l的计算方法如下：

27、l＝d-w

28、获得l后计算图信号gw的图傅里叶系数：首先对l进行特征值分解，其特征向量{ul}l＝0,1,…,n-1和对应的非负特征值{λl}l＝0,1,…,n-1满足：

29、lul＝λlul

30、其中，下标l代表阶数，各阶特征值满足：

31、0＝λ0＜λ1≤λ2≤…≤λn-1

32、图傅里叶变换定义为图信号顶点上的数值与l各阶特征向量的内积：

33、

34、其中，为图信号gw经图傅里叶变换得到的图傅里叶系数，i为顶点编号；电流采样值为图信号顶点上的数值，即f(i)可取为和根据和求取每相的图傅里叶系数和选择最低阶的图傅里叶系数和为保护方法输入量。

35、进一步的，步骤3具体为：

36、换流器侧图傅里叶系数与交流电网侧图傅里叶系数的比值ρ为：

37、

38、将比值ρ作为自变量构造分段函数，形成调节系数a：

39、

40、将调节系数引入差动量和制动量中，利用调节系数与交流侧图傅里叶系数乘积构造改进的纵联保护方法差动量和制动量，改进的差动量和制动量可由下式求得：

41、

42、

43、进一步的，步骤4具体为：

44、利用最低阶图傅里叶系数构造了保护方法的启动判据：

45、

46、δset1为启动判据的启动阈值；在保护方法启动后且在保护方法复归时间内，如果改进的差动量大于制动量与制动系数k的乘积，即：

47、区内故障

48、则判断线路发生区内故障，且向满足判据的相别发送跳闸命令。

49、本发明的有益技术效果为：

50、1)本发明通过加权路图构建了图信号，将图傅里叶变换引入到继电保护方法中，以最低阶的图傅里叶系数为方法输入量，提出了一种基于图傅里叶变换的mmc-hvdc交流联络线纵联保护方法，方法检测速度得到了提升。

51、2)本发明利用最低阶图傅里叶系数构建了改进的差动量和制动量，改进的差动量与制动量提升了保护方法对高阻故障的灵敏度。

52、3)在本发明的纵联保护方法能灵敏地检测不同过渡电阻、不同故障点的区内故障；检测结果不受换流器额定功率和工作模式影响。

53、4)本发明的纵联保护方法可在噪声干扰和电流互感器发生饱和现象时准确检测故障；具有天然的选相能力。

技术特征：

1.一种基于图傅里叶变换的mmc-hvdc交流联络线纵联保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于图傅里叶变换的mmc-hvdc交流联络线纵联保护方法，其特征在于，所述步骤1具体为：

3.根据权利要求2所述的一种基于图傅里叶变换的mmc-hvdc交流联络线纵联保护方法，其特征在于，所述步骤2具体为：

4.根据权利要求3所述的一种基于图傅里叶变换的mmc-hvdc交流联络线纵联保护方法，其特征在于，所述步骤3具体为：

5.根据权利要求4所述的一种基于图傅里叶变换的mmc-hvdc交流联络线纵联保护方法，其特征在于，所述步骤4具体为：

技术总结本发明公开了一种基于图傅里叶变换的MMC‑HVDC交流联络线纵联保护方法，具体为：收集换流器交流联络线两侧的电流采样信号，利用加权路图将采样信号转换为图信号；利用图傅里叶变换求取图傅里叶系数，选择最低阶次的图傅里叶系数作为纵联保护方法的输入量；利用线路两侧图傅里叶系数构造调节系数，进一步构造改进的纵联保护方法差动量和制动量；提出了相应的保护方法，如果差动量大于制动量与制动系数的乘积，判断线路发生区内故障。本发明能准确识别故障线路及其故障相别，对高阻故障灵敏，抗噪性能良好；可应用于不同工作模式、额定功率换流器的交流联络线，在电流互感器饱和时能正常工作。技术研发人员：王晓茹,余森林,廖小君受保护的技术使用者：西南交通大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29