[发明专利]一种MMC子模块开路故障诊断方法

权利要求书

1.一种MMC子模块开路故障诊断方法，包括如下步骤：

(1)对于MMC的任一桥臂，基于子模块电容电压构造当前时刻该桥臂对应的随机矩阵，具体实现过程如下：

1.1 为桥臂中每一个子模块分配一个长度为f_s/f_g的队列，用于存储子模块电容电压采样值，并在每一采样时刻对所述队列进行更新，即使得队列头元素出队，将新一采样时刻的子模块电容电压采样值加入队尾；f_s为采样频率，f_g为电网频率；

1.2 在每一次队列更新后，计算队列中所有元素的平均值并对其进行n次随机扰动，并将生成的n个随机元素组成1×n维的随机向量，n为给定大于N_SM的自然数，N_SM为桥臂的子模块个数；

1.3 在当前时刻队列更新后，将桥臂所有子模块对应的随机向量组成N_SM×n大小的矩阵，即当前时刻桥臂对应的随机矩阵；

(2)利用单环定理分析所述随机矩阵的特征值分布以判定该桥臂是否存在开路故障，具体实现过程如下：

2.1 计算确定桥臂的判决门限r_th；

2.2 将桥臂对应的随机矩阵转换为归一矩阵；

2.3 将所述归一矩阵转换为奇异值等价矩阵；

2.4 将所述奇异值等价矩阵转换为标准矩阵；

2.5 计算求取所述标准矩阵特征值的平均谱半径r_MSR；

2.6 比较平均谱半径r_MSR与判决门限r_th的大小：若r_MSR≥r_th，则判定桥臂状态正常；若r_MSR＜r_th，则判定桥臂存在开路故障；

(3)对存在开路故障的桥臂进行子模块故障定位，具体实现过程如下：

3.1 将当前时刻存在开路故障桥臂中所有子模块的电容电压值按升序排列，并提取队列中的下四分位数Q₁和上四分位数Q₃；

3.2 计算电容电压门限值u_{c_th}＝Q₃+K(Q₃-Q₁)，K为大于1的比例系数；

3.3 使当前时刻存在开路故障桥臂中各子模块的电容电压值逐一与电容电压门限值u_{c_th}进行比较：若电容电压值小于u_{c_th}，则判定对应的子模块状态正常；若电容电压值大于等于u_{c_th}，则判定对应的子模块开路故障。

2.根据权利要求1所述的MMC子模块开路故障诊断方法，其特征在于：所述步骤1.2中n次随机扰动的具体方法为：首先随机生成n个随机数，进而将队列中所有元素的平均值分别加上这n个随机数，对应得到n个随机元素组成1×n维的随机向量。

3.根据权利要求1所述的MMC子模块开路故障诊断方法，其特征在于：所述步骤2.1中根据以下公式计算确定桥臂的判决门限r_th：

其中：ε为给定的调节系数且在0～1之间。

4.根据权利要求1所述的MMC子模块开路故障诊断方法，其特征在于：所述步骤2.2中根据以下公式将随机矩阵转换为归一矩阵：

其中：y_i,j为归一矩阵中第i行第j列元素值，x_i,j为随机矩阵中第i行第j列元素值，x_i为随机矩阵中的第i行向量，μ(x_i)和σ(x_i)分别为向量x_i的期望和方差，i和j均为自然数且1≤i≤N_SM，1≤j≤n。