[發明專利]基于異或邏輯的HBSM?MMC內部IGBT開路故障識別方法

在審

• 申請號: 201710772827.8
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107703433A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 鄭濤;張滋行;李躍;祁歡歡
• 申請（專利權）人: 華北電力大學;全球能源互聯網研究院
• 主分類號: G01R31/27
• 分類號: G01R31/27;G01R31/26;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: 張文寶

技術領域

本發明屬于HBSM-MMC本體內部保護配置技術領域，具體涉及一種基于“異或”邏輯的HBSM-MMC內部IGBT開路故障識別方法。

背景技術

模塊化多電平換流器(Modular Multilevel converter，MMC)是基于電壓源換流器直流輸電(Voltage-sourced converter based HVDC，VSC-HVDC)的新型拓撲結構。隨著絕緣柵雙極型晶閘管(Insulated Gate bipolar transisitor， IGBT)等電力電子器件的快速發展，MMC在全世界范圍內得到了越來越廣泛的應用。與傳統的兩電平或三電平VSC拓撲結構相比，MMC可以降低器件開關頻率，減小器件的電壓變化率和電流變化率，進而降低器件的損耗和均壓難度。

子模塊是MMC拓撲中最關鍵的部件，它不僅承擔了兩電平換流器直流側電容支撐直流電壓的作用，而且通過子模塊中全控器件的開關決定了換流器交流側輸出電壓的波形質量，可以說子模塊是MMC中的“功率單元”。Rainer Marquardt 在2010和2011年的兩次電力電子會議上提出了廣義MMC的概念，將子模塊分為半橋子模塊(Half Bridge Sub-module，HBSM)、全橋子模塊(Full Bridge Sub-module，FBSM)和雙箝位子模塊(Clamping Double Sub-module，CDSM)。其中基于半橋子模塊HBSM的MMC(簡稱HBSM-MMC)在工程實際中最為常用，故本發明主要研究HBSM-MMC中IGBT開路的情況。

HBSM-MMC中IGBT開路會使橋臂產生較大的換流，影響系統正常運行，因此快速、準備識別及定位HBSM-MMC中IGBT的開路故障、并啟動相應的保護是非常有必要的。目前，國內外研究HBSM-MMC中IGBT開路故障識別方法的文獻很少，于泳等(于泳，蔣生成,楊榮峰，等.變頻器IGBT開路故障的診斷方法[J].中國電機工程學報,2010,30(6):1-6.)分別提出了變頻器中IGBT開路故障的診斷策略，但其僅針對兩電平變頻器，不能直接應用于HBSM-MMC；Shao S等(Shao S， Wheeler P，Clare J，et al.Fault detection for multilevel converters based on sliding mode observe[J].IEEE Trans.On Power Electronics,2013.)對HBSM-MMC提出一種基于滑模觀測器的故障診斷策略，其主要針對IGBT開路故障進行了研究，該診斷策略對器件參數的不確定性和測量誤差與延時均具有較好的免疫能力，當從故障發生到診斷完成耗時較長；李探等(李探，趙成勇，李路遙，等，MMC-HVDC子模塊故障診斷與就地保護策略[J].中國電機工程學報，2014， 34(10)：1641-1649.)利用某故障診斷指標實現HBSM-MMC中IGBT開路故障的診斷，該方法雖然計算時間較短，但是所需參數較多。

因此，有必要尋找更加快速、精確、使用參數更少的方法來對HBSM-MMC中 IGBT開路故障進行識別及定位，研究成果可作為現有HBSM-MMC中IGBT開路故障診斷的有益補充，有助于提高HBSM-MMC本體內部保護的快速性和可靠性。

發明內容

為解決現有的識別HBSM-MMC中IGBT開路故障的方法所存在的問題，本發明提出一種基于“異或”邏輯的HBSM-MMC內部IGBT開路故障識別方法，該方法能夠快速、精確識別發生開路故障的HBSM及IGBT，其主要技術特征是將HBSM的工作狀態及HBSM中的電容電流與橋臂電流的比值進行“異或”，從而實現對 HBSM內部IGBT開路故障快速、準確識別及定位。首先進行以下定義。

(1)定義HBSM的工作狀態

采用S_n表示第n個HBSM的工作狀態，并做如下規定：

其中，n＝1,2…2N，N為上、下橋臂的級聯HBSM數。

(2)定義HBSM電容電流與橋臂電流的比值:

第n個HBSM的電容電流的計算公式為：

其中，i_cn為第n個HBSM的電容電流，u_cn為第n個HBSM的電容電壓，C_n為第n個HBSM的電容值。

第n個HBSM電容電流與橋臂電流的比值用λ_n表示，即：