[發明專利]一種模塊化多電平換流器的子模塊故障診斷方法

無效

• 申請號: 201310132795.7
• 申請日: 2013-04-17
• 公開（公告）號: CN103235219A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 趙成勇;李探;王朝亮;徐潔;鄭容皓;白承澤;袁震
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;G01R31/02
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 陳波

技術領域

本發明屬于輸配電技術領域，尤其涉及一種模塊化多電平換流器的子模塊故障診斷方法。

背景技術

模塊化多電平換流器(Modular?Multilevel?Converter，MMC)是R.Marquardt和A.Lesnicar于2002年提出的新型電壓源換流器拓撲結構，具有無需大量IGBT串聯、器件承受電壓變化率低、輸出波形諧波含量較低等優點。因此，基于MMC的高壓直流輸電系統（MMC-HVDC）也是近年來直流輸電領域的研究熱點。

目前，工程廣泛采用的子模塊(Sub-module，SM)采用半橋型子模塊結構，是構成MMC的基本單元，其運行過程中故障狀態的及時診斷與就地保護直接影響系統的穩定運行，另外，子模塊故障的保護整定與其他故障如直流故障的保護整定需協調配合，避免保護的誤動。子模塊控制器(SMC)上的驅動保護電路提供了一些基本的子模塊故障診斷能力，如電容的欠壓與過壓、IGBT的過流、溫度過高等，但硬件電路設計較為復雜且無法診斷某些類型的故障，診斷能力較差。目前少有文獻研究基于軟件實現的子模塊故障診斷策略，也少有文獻介紹子模塊故障保護判據與其他保護的配合。

發明內容

針對背景技術中提到子模塊控制器SMC上的驅動保護電路的硬件電路設計復雜且無法診斷某些類型的故障以及診斷能力較差的問題，本發明提出了一種模塊化多電平換流器的子模塊故障診斷方法。

一種模塊化多電平換流器的子模塊故障診斷方法，其特征在于，所述方法具體包括以下步驟：

步驟1：針對子模塊的典型故障進行故障特性分析；

步驟2：在子模塊控制器SMC中配置子模塊故障診斷單元SFDU，通過電容電壓、橋臂電流及此時的觸發信號，結合所提出的子模塊故障診斷指標，實現子模塊IGBT短路、IGBT開路、FWD短路和電容失效故障的診斷；

步驟3：在閥基控制器VBC中采用排除法實現子模塊FWD開路、電容開路失效及連接線開路故障的診斷。

步驟1中，子模塊的典型故障包括元件失效故障和觸發控制故障；

元件失效故障包括電力電子器件（絕緣柵雙極型晶體管IGBT和續流二極管FWD）的短路故障、開路故障和電容故障；觸發控制故障是由于系統誤發脈沖或控制器間的通信故障導致。

步驟2中，通過子模塊電容電壓、橋臂電流及此時的觸發信號，結合所提出的子模塊故障診斷指標，實現子模塊故障的診斷的具體過程為：

步驟201：根據橋臂電流得到正常運行時流過子模塊電容的電流i_c；所述流過子模塊電容的電流i_c的計算公式為：

i_c=S_ni_arm

其中，S_n為正常運行時的基于模塊化多電平換流器的高壓直流輸電系統MMC-HVDC系統中描述第n個子模塊開通和關斷狀態的開關函數，i_arm為橋臂電流；

步驟202：在步驟201的基礎上，結合子模塊電容電壓的計算公式，得到在第k個采樣時刻和第k+1個采樣時刻子模塊電容電壓之間的關系；

所述子模塊電容電壓u_c的計算公式為：

uc=u0+1C∫0tic(t)dt]]>

其中，u₀為子模塊電容電壓0時刻的初始值；C為電容；i_c(t)為t時刻流過子模塊電容的電流；

所述第k個采樣時刻和第k+1個采樣時刻子模塊電容電壓之間的關系為：