[發明專利]MMC變流器的半橋子模塊中開關管開路故障診斷方法

有效

• 申請號: 202011477512.9
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112710950B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 劉澤浩;肖嵐;王勤;伍群芳;李金波;楊雨松
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01R31/327
• 分類號: G01R31/327
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 陸燁

本發明公開了一種MMC變流器的半橋子模塊中開關管開路故障診斷方法，該診斷方法由事件觸發程序和IGBT開路故障診斷程序兩部分組成：當某個半橋子模塊電容電壓超過事件觸發程序設定的門限閾值區間時啟動IGBT開路故障診斷程序；當該半橋子模塊的電容電流狀態觀測值、電容電流理論值和子模塊驅動函數S_i滿足條件，則該半橋子模塊的故障IGBT可以被準確的定位。本發明無需額外添加子模塊電容電流傳感器，可以廣泛應用于現有MMC商業產品；通過電容電流狀態觀測器對電容電流實時觀測并利用符號函數將電容電流的觀測值符號化，使用本發明的方法對系統參數變化與采樣擾動具有較強的抗干擾能力。

技術領域

本發明屬于電力電子變流器故障診斷領域。

背景技術

由于MMC當中有數十個甚至上百個IGBT并且IGBT的故障占功率變換器總故障的21％，因此，對IGBT開路故障的快速與準確的診斷和定位技術是保證MMC穩定運行的關鍵。現有的故障診斷方法當中，相關文獻提出了基于電容電壓傳感器的故障診斷技術，但是該故障診斷技術需要額外的傳感器和檢測電路，因此造成了硬件電路復雜和成本的升高；相關論文提出了基于卡爾曼濾波、滑模觀測器等狀態觀測方法，但是相關的故障診斷方法只能定位至具體子模塊而無法實現對具體IGBT的定位；基于人工智能的故障診斷方法也被相關文獻提出，但是其算法計算量巨大，無法在DSP當中實現實時的故障診斷和定位；同時現有的故障診斷方法僅僅局限于特定的MMC子模塊結構，存在算法移植性差等缺點。

發明內容

發明目的：為解決上述現有技術存在的問題，本發明提供了MMC變流器的半橋子模塊中開關管開路故障診斷方法。

技術方案：本發明提供了一種MMC變流器的半橋子模塊中開關管開路故障診斷方法，具體包括如下步驟：

步驟1：根據MMC變流器輸出的電流有效值I_o，MMC變流器電壓調制比m，MMC變流器輸入側電流值I_dc以及半橋子模塊中電容的容值C_SM，計算電容電壓波動幅值ΔU，并基于該ΔU設置觸發閾值區間；

步驟2：為MMC變流器中每個半橋子模塊設置事件觸發標志位ET，將每個半橋子模塊中的電容電壓值與步驟1中的觸發閾值區間進行比較，若某個半橋子模塊的電容電壓值不在該觸發閾值區間的范圍內，則將該半橋子模塊對應的事件觸發標志位置為1；

步驟3：針對任意一個事件觸發標志位置為1的半橋子模塊，根據當前時刻該半橋子模塊中每個開關管的狀態，建立開關狀態函數S_xi(t)，并基于該開關狀態函數S_xi(t)和該半橋子模塊中橋臂的電流值i_x(t)計算該半橋子模塊中電容電流的理論值i_{cxi_theo}(t)；同時對該半橋子模塊中電容電流的觀測值i_{cxi_obse}(t)進行狀態觀測；

步驟4：通過符號函數sgn將i_{cxi_theo}(t)和i_{cxi_obse}(t)轉換為具有矢量意義的標識符F_theo和F_obse；

步驟5：通過F_theo，F_obse和當前時刻半橋子模塊中每個開關管的狀態，判斷每個開關管是否發生開路故障。

進一步的，所述步驟1中ΔU為：

A為系數，ω₁為MMC變流器的輸出電壓基波角頻率。

進一步的，所述步驟1中的觸發閾值區間為為[U_c-ΔU,U_c+ΔU]，其中U_c為MMC變流器中半橋子模塊的電容電壓的平均值。

進一步的，所述步驟3中開關狀態函數S_xi(t)為：