[發明專利]模塊化多電平變換器半橋子模塊上管開路故障的定位方法

有效

• 申請號: 202110390870.4
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN113281678B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 孫向東;張夢楠;安楊;任碧瑩;陳桂濤
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G01R31/54
• 分類號: G01R31/54
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產權代理有限公司 11315
• 代理人: 楊洲

本發明公開了模塊化多電平變換器半橋子模塊上管開路故障的定位方法，通過判斷子模塊電容電流正負來達到故障子模塊診斷與定位的目的；將子模塊電容電流作為故障診斷的特征參數，通過分析表明子模塊電容電流在正常運行情況下存在正負值，即正常子模塊電容可以正常的充放電，而發生上管開路故障后，故障子模塊的電容由于無法正常放電，因此子模塊電容電流不存在負值，根據此特征可對故障子模塊進行診斷并定位；模塊化多電平變換器的子模塊為半橋型結構，每相上下橋臂各由N個子模塊級聯而成。本發明方法也很好地解決了在排序均壓算法下出現子模塊上管開路故障情況下會造成正常子模塊電容電壓與故障子模塊電容電壓變化一致的問題。

技術領域

本發明涉及電力電子技術領域，具體說是涉及模塊化多電平變換器半橋子模塊上管開路故障的定位方法。

背景技術

模塊化多電平變換器(ModularMultilevel Converter，模塊化多電平變換器)是R.Marquardt和A.Lesnicar于2002年提出的新型電壓源換流器拓撲，具有器件承受電壓變化率低、擴展能力強、開關損耗小、易于冗余設計等諸多優勢，因此在高壓直流輸電、交流電網異步互聯、列車牽引、風電場接入、海上平臺供電等領域有著廣闊的應用前景。在模塊化多電平變換器系統中，會使用大量的開關器件，當系統出現不正常運行情況或者運行方式發生突然改變時，經常伴隨著電路內部過流、過壓以及過高的電壓變化率或電流變化率、溫度過高等惡劣情況，很可能會導致開關器件損壞?？煽啃允窃u判模塊化多電平變換器系統運行性能的一個重要標準，如果運行中有個別子模塊的開關器件發生故障，就會使系統的輸出電壓、橋臂電流發生畸變，甚至會發生連鎖效應，擴大故障影響的范圍，嚴重危害模塊化多電平變換器的正常工作。因此，很有必要實時監測子模塊的運行狀態，將發生故障的子模塊及時從系統中切除并予以更換，縮短故障的持續時間和影響范圍。那么，如何快速且準確地對開關器件開路故障進行檢測和定位就是問題研究的關鍵所在。

目前，模塊化多電平變換器系統子模塊故障診斷與定位的方法包括硬件法、模型分析法、數據分析法等多種方法。對于硬件法，需要增加額外的硬件電路來進行故障診斷，原理比較簡單，診斷速度較快，但是該種方法會增加硬件成本，并且新增硬件自身的存在也會構成潛在的故障點。對于模型分析法，以卡爾曼濾波算法為例，通過預估值與實際測量值之間的偏差作為故障診斷的依據，該方法原理較為簡單，但需要先建立起精確的模塊化多電平變換器系統的解析模型。它的另一個缺點是可能會存在模型失配的問題，而且故障診斷與定位所需要的時間也相對較長。對于數據分析法，以機器學習法為例，使用該方法進行子模塊故障診斷時，需要對正常運行與發生故障后的數據特性進行分析，僅需評估特征參數實測值的數據特性就可以判定故障是否發生，但這種方法需要大量樣本來完成診斷前的數據特性確定，而模塊發生故障屬于非正常狀態，相關樣本數據較少，這對實際應用造成了諸多困難。綜上所述，如何在控制成本的情況下準確對單個和多個子模塊開關器件開路故障進行故障診斷與定位，并且提高診斷速度，是亟需解決的問題。本發明將從上述問題出發，提出一種三相模塊化模塊化多電平變換器半橋子模塊上管開路故障的定位方法，從而實現故障子模塊的準確定位與快速診斷。

發明內容

(一)解決的技術問題

本發明利用半橋子模塊上管發生開路故障后該子模塊電容無法正常放電的特點，監視每個采樣周期中每個子模塊電容電流，并對其負電流的次數進行累計。在規定的檢測時間內若負電流次數累計量等于零，則判定該半橋子模塊發生了上管開路故障，由此來實現故障子模塊的快速診斷與準確定位。該方法不僅可以有效解決基于載波層疊調制策略和排序均壓算法控制下故障子模塊所在橋臂所有子模塊電容電壓同步上升而無法辨別故障子模塊的問題，而且可以快速診斷和定位出多個故障子模塊的上管開路故障。

(二)技術方案