[发明专利]一种模块化多电平换流器的子模块故障诊断方法

说明书

技术领域

本发明属于输配电技术领域，尤其涉及一种模块化多电平换流器的子模块故障诊断方法。

背景技术

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)是R.Marquardt和A.Lesnicar于2002年提出的新型电压源换流器拓扑结构，具有无需大量IGBT串联、器件承受电压变化率低、输出波形谐波含量较低等优点。因此，基于MMC的高压直流输电系统（MMC-HVDC）也是近年来直流输电领域的研究热点。

目前，工程广泛采用的子模块(Sub-module，SM)采用半桥型子模块结构，是构成MMC的基本单元，其运行过程中故障状态的及时诊断与就地保护直接影响系统的稳定运行，另外，子模块故障的保护整定与其他故障如直流故障的保护整定需协调配合，避免保护的误动。子模块控制器(SMC)上的驱动保护电路提供了一些基本的子模块故障诊断能力，如电容的欠压与过压、IGBT的过流、温度过高等，但硬件电路设计较为复杂且无法诊断某些类型的故障，诊断能力较差。目前少有文献研究基于软件实现的子模块故障诊断策略，也少有文献介绍子模块故障保护判据与其他保护的配合。

发明内容

针对背景技术中提到子模块控制器SMC上的驱动保护电路的硬件电路设计复杂且无法诊断某些类型的故障以及诊断能力较差的问题，本发明提出了一种模块化多电平换流器的子模块故障诊断方法。

一种模块化多电平换流器的子模块故障诊断方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：

步骤1：针对子模块的典型故障进行故障特性分析；

步骤2：在子模块控制器SMC中配置子模块故障诊断单元SFDU，通过电容电压、桥臂电流及此时的触发信号，结合所提出的子模块故障诊断指标，实现子模块IGBT短路、IGBT开路、FWD短路和电容失效故障的诊断；

步骤3：在阀基控制器VBC中采用排除法实现子模块FWD开路、电容开路失效及连接线开路故障的诊断。

步骤1中，子模块的典型故障包括元件失效故障和触发控制故障；

元件失效故障包括电力电子器件（绝缘栅双极型晶体管IGBT和续流二极管FWD）的短路故障、开路故障和电容故障；触发控制故障是由于系统误发脉冲或控制器间的通信故障导致。

步骤2中，通过子模块电容电压、桥臂电流及此时的触发信号，结合所提出的子模块故障诊断指标，实现子模块故障的诊断的具体过程为：

步骤201：根据桥臂电流得到正常运行时流过子模块电容的电流i_c；所述流过子模块电容的电流i_c的计算公式为：

i_c=S_ni_arm

其中，S_n为正常运行时的基于模块化多电平换流器的高压直流输电系统MMC-HVDC系统中描述第n个子模块开通和关断状态的开关函数，i_arm为桥臂电流；

步骤202：在步骤201的基础上，结合子模块电容电压的计算公式，得到在第k个采样时刻和第k+1个采样时刻子模块电容电压之间的关系；

所述子模块电容电压u_c的计算公式为：

uc=u0+1C∫0tic(t)dt]]>

其中，u₀为子模块电容电压0时刻的初始值；C为电容；i_c(t)为t时刻流过子模块电容的电流；

所述第k个采样时刻和第k+1个采样时刻子模块电容电压之间的关系为：