[發明專利]一種基于相關性分析的模塊化多電平換流器故障子模塊定位方法

在審

• 申請號: 201910839556.2
• 申請日: 2019-09-05
• 公開（公告）號: CN110514933A
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 鄭文迪;齊佩雯;邵振國;周騰龍;吳昕翀
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;G01R31/02;G01R19/00
• 代理公司: 35100 福州元創專利商標代理有限公司
• 代理人: 錢莉;蔡學俊<國際申請>=<國際公布>=

本發明涉及一種基于相關性分析的模塊化多電平換流器故障子模塊定位方法，包括以下步驟：步驟S1：進行MMC子模塊電壓建模；步驟S2：采用卡爾曼濾波算法對子模塊的電壓進行估計；步驟S3：基于相關性分析對故障子模塊進行定位。本發明采用卡爾曼濾波算法(Kalman ?lter，KF)估計換流器子模塊電壓，相比基于傳感器測量子模塊電容電壓的方法，僅需要一個電壓傳感器可以實現對所有子模塊電壓的估計。同時對子模塊電壓估計值進行相關性分析，可以定位出故障子模塊，不需要額外的測量或者硬件模塊。

技術領域

本發明涉及故障診斷領域，特別是一種基于相關性分析的模塊化多電平換流器故障子模塊定位方法。

背景技術

模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter,MMC)因其具有模塊化設計、擴展性強、運行損耗小、輸出波形高等優點，近幾年在高壓等級、大傳輸容量場合得到了越來越廣泛的應用。然而由于子模塊數量龐大，其故障診斷策略是目前提高模塊化多電平變換器可靠性的重要途徑。

目前，子模塊故障診斷方法大多基于子模塊電壓測量值與估計值的比較，由故障與正常子模塊的電壓偏差定位故障。然而，每一個子模塊都需要配備電壓傳感器，將造成較高的硬件成本、較復雜的軟件設計難度與較高的故障發生可能性。當故障發生時，由于故障子模塊需要一定的時間充電到一個很大的值，所以需要很長的時間才能定位故障。當換流器工作在不同功率水平時，電壓偏差的閾值也很難確定。因此，需要一種能在電容電壓達到較高值之前就能定位故障子模塊的診斷方法。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供種基于相關性分析的模塊化多電平換流器故障子模塊定位方法，能夠快速定位故障子模塊，提高故障診斷的速度。

本發明采用以下方案實現：一種基于相關性分析的模塊化多電平換流器故障子模塊定位方法，包括以下步驟：

步驟S1：進行MMC子模塊電壓建模；

步驟S2：采用卡爾曼濾波算法對子模塊的電壓進行估計；

步驟S3：基于相關性分析對故障子模塊進行定位。

進一步地，所述步驟S1具體包括以下內容：所述MMC為三相MMC，a、b、c三相分為上、下兩橋臂，每個橋臂都配有一個橋臂電感L₀用以限制和平滑電流，每相的兩個橋臂都有相同數量的子模塊；

上、下橋臂第i個子模塊的端電壓分別表示為：

u_sm,p,i＝S_p,iu_c,p,i (1)

u_sm,n,i＝S_n,iu_c,n,i (2)

其中S_p,i和S_n,i分別是上、下橋臂第i個子模塊的開關函數；u_c,p,i和u_c,n,i分別是上、下橋臂第i個子模塊的電容電壓；u_sm,p,i和u_sm,n,i分別是上、下橋臂第i個子模塊的端電壓；

根據基爾霍夫定律，得到以下方程：

其中u_p、u_n分別為上、下橋臂電壓；i_p、i_n分別為上、下橋臂電流；v₀為輸出相電壓；U_dc表示直流側電壓；為了估計電容電壓，將式(5)和式(6)重新排列并改寫為矢量形式如下：